DE102013219861A1

DE102013219861A1 - Kontaktierungsverfahren

Info

Publication number: DE102013219861A1
Application number: DE201310219861
Authority: DE
Inventors: Christian König; Mathias Maier; Patrick Weiss; Christof Hübner
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2013-10-01
Filing date: 2013-10-01
Publication date: 2015-04-02
Anticipated expiration: 2033-10-02
Also published as: DE102013219861B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrischen Kontaktierung eines ersten Bauteils (100) durch ein zweites Bauteil, wobei das erste Bauteil (100) elektrisch leitfähig ist, wobei das erste Bauteil (100) zumindest teilweise von einer Hülse (102) umgeben ist, wobei die Hülse (102) eine Öffnung (104) aufweist, wobei das Verfahren ein Einbringen eines elektrisch leitfähigen Materials (112) durch die Öffnung (104) in die Hülse (102) umfasst, wobei durch das eingebrachte elektrisch leifähige Material das zweite Bauteil gebildet wird, wobei das elektrisch leitfähige Material (112) einen Kunststoff aufweist, wobei das zweite Bauteil mit dem ersten Bauteil aufgrund des Einbringens des elektrisch leitfähigen Materials (112) formschlüssig verbunden wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrischen Kontaktierung von Bauteilen, eine Verwendung einer Hülse und ein Verbindungselement.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, verschiedene elektrische Kontakte miteinander zu verbinden, sodass ein elektrischer Strom durch die besagten Kontakte fließen kann. Kontakte können beispielsweise zwischen elektrischen Bauelementen, Leiterbahnen und Kabeln hergestellt werden. Eine gängige Methode, um beispielsweise zwei metallische Bauteile miteinander zu verbinden, ist eine Herstellung einer Lötverbindung unter Verwendung von beispielsweise Lötzinn. Ferner ist es bekannt, beispielsweise elektrisch leitfähige Lacke auf zu kontaktierende Oberflächen aufzubringen, um dadurch nach Austrocknen des Lacks eine elektrische Verbindung zu bewirken. Soll nun ein elektrisch leitfähiger Kunststoff mit einem Bauteil elektrisch verbunden werden, so muss auch hier gewährleistet werden, dass die elektrischen Übergangswiderstände zwischen den Kontaktpartner elektrische Schnittstelle Metall/elektrische Schnittstelle Kunststoff möglichst gering gehalten wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur elektrischen Kontaktierung von verschiedenen Bauteilen, hierzu eine Verwendung einer Hülse und ein Verbindungselement bereitzustellen.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgaben werden durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Es wird ein Verfahren zur elektrischen Kontaktierung eines ersten Bauteils durch ein zweites Bauteil beschrieben, wobei das erste Bauteil elektrisch leitfähig ist, wobei das erste Bauteil zumindest teilweise von einer Hülse umgeben ist, wobei die Hülse eine Öffnung aufweist, wobei das Verfahren ein Einbringen eines elektrisch leitfähigen Materials durch die Öffnung in die Hülse umfasst, wobei durch das eingebrachte elektrisch leitfähige Material das zweite Bauteil gebildet wird, wobei das elektrisch leitfähige Material einen Kunststoff aufweist, wobei das zweite Bauteil mit dem ersten Bauteil aufgrund des Einbringens des elektrisch leitfähigen Materials formschlüssig verbunden wird.
Ausführungsformen könnten den Vorteil haben, dass ein einen Kunststoff aufweisendes elektrisch leitfähiges Material mit geringem Übergangswiderstand mit einem beliebig gearteten ersten Bauteil elektrisch verbunden werden kann. Durch die Hülse wird dabei ein Raum gebildet, in welchen das elektrisch leitfähige Material eingebracht werden kann. Durch den Raum kann das eingebrachte elektrisch leitfähige Material über einen vordefinierten Zeitraum verbleiben, um so in optimierter Weise einen elektrischen Kontakt mit dem ersten Bauteil herzustellen. Wird vorzugsweise das elektrisch leitfähige Material in flüssiger oder zähflüssiger Form durch die Öffnung in die Hülse eingebracht, kann anschließend das elektrisch leitfähige Material erstarren. Durch den Erstarrungsvorgang und die Formgebung der Hülse wird also dem zweiten Bauteil die gewünschte Form aufgeprägt. Aufgrund der formschlüssigen Verbindung zwischen dem resultierenden zweiten Bauteil und dem ersten Bauteil ist gewährleistet, dass eine hohe mechanische Stabilität auch bei einer versuchten anschließenden Relativbewegung von erstem und zweitem Bauteil gewährleistet ist. Werden also insbesondere das erste und das zweite Bauteil auseinandergezogen, wird aufgrund des Formschlusses sichergestellt, dass nach wie vor der elektrische Übergangswiderstand zwischen den beiden Kontaktpartnern gleichbleibend minimal gehalten wird.
Es sei angemerkt, dass im Rahmen der gesamten Beschreibung das elektrisch leitfähige Material ein beliebiges kunststoffhaltiges Material sein kann, welches nach dem Einbringen in die Hülse z. B. aufgrund einer Temperaturveränderung wie eines Abkühlvorgangs oder einer chemischen Reaktion eine Viskositätsveränderung „Erstarrung” von einem flüssigen zu einem festen Zustand durchführen kann. Hierbei kann es sich um einen Phasenübergang (geschmolzen – fest) oder einen Vernetzungsvorgang (flüssig – vernetzt) handeln.
Das elektrisch leitfähige Material kann ein Kunststoff sein, welcher aufgrund von Zusätzen elektrisch leitfähig ist. Beispielsweise kann es sich hierbei um Kunststoffkomposite, wie Thermoplaste mit Kohlenstoff-Nanoröhren handeln.
Ferner sei angemerkt, dass das Einbringen des elektrisch leitfähigen Materials durch die Öffnung in die Hülse vorzugsweise mittels einer Düse erfolgt, durch welche hindurch das elektrisch leitfähige Material in die Hülse eingebracht wird. Die Hülse sollte dabei vorzugsweise vollständig die Öffnung der Hülse verschließen. Außerdem sollte der von der Hülse umgebene Teil des ersten Bauteils vollständig von der Hülse umgeben sein, sodass sich durch Düse und Hülse ein abgeschlossener Raum ergibt. Dadurch könnte gewährleistet werden, dass in vordefinierter Weise das zweite Bauteil innerhalb des Raumes ausgebildet wird und das in die Hülse eingebrachte kunststoffhaltige Material nicht ungewollt aus der Hülse wieder austreten, z. B. herausfließen kann. Erst nachdem das kunststoffhaltige Material z. B. aufgrund der Temperaturveränderung eine Viskositätsveränderung von dem flüssigen zu dem festen Zustand durchgeführt hat, könnte theoretisch die Hülse wieder entfernt werden.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Einbringen ein Einspritzen des elektrisch leitfähigen Materials durch die Öffnung in die Hülse. Zum Beispiel erfolgt das Einspritzen durch eine Extrusion des elektrisch leitfähigen Materials. Dies könnte den Vorteil haben, dass in einem automatisierten, durch einen Industrieroboter-geführten Prozess eine elektrische Leitung umfassend das elektrisch leitfähige Material an das erste Bauteil angeformt werden kann. Das elektrisch leitfähige Material kann also durch eine von einem Roboter geführten Dose durch die Öffnung in die Hülse eingespritzt werden, wobei ein Extruder das elektrisch leitfähige Material der Düse weiter nachführt.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung weist das erste Bauteil eine längliche Erstreckungsform auf, wobei das erste Bauteil senkrecht zu seiner Erstreckungsrichtung eine Aufwölbung aufweist, wobei aufgrund des Einbringens des elektrisch leitfähigen Materials der Formschluss durch Hintergreifen der Aufwölbung durch das elektrisch leitfähige Material bewirkt wird. Zum Beispiel weist die Aufwölbung eine Abrundung auf, wobei die Hülse eine bauchförmige Ausformung (z. B. in der Erstreckungsrichtung gesehen zumindest auf Höhe der Aufwölbung) aufweist. Aufgrund des Einbringens des elektrisch leitfähigen Materials in die Hülse wird das elektrisch leitfähige Material das erste Bauteil und damit auch die Aufwölbung umfließen. Nach Erstarrung des elektrisch leitfähigen Materials wird automatisch das hierdurch gebildete zweite Bauteil das erste Bauteil hintergreifen, sodass damit in der Erstreckungsrichtung des ersten Bauteils gesehen ein Formschluss zwischen erstem und zweitem Bauteil gegeben ist.
Durch die besagte bauchförmige Ausformung der Hülse könnte der Umströmungsvorgang des ersten Bauteils durch das elektrisch leitfähige Material beim Einbringen in die Hülse optimiert werden. Das elektrisch leitfähige Material wird aufgrund der bauchförmigen Ausformung um die Aufwölbung gezielt herumgelenkt, sodass gewährleistet ist, dass auch der Bereich hinter der Aufwölbung in optimaler Weise durch das elektrisch leitfähige Material ausgefüllt wird. Damit wird die Qualität des Formschlusses erhöht.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren vor dem Einbringen des elektrisch leitfähigen Materials ferner eine Oberflächenbehandlung des ersten Bauteils, wobei die Oberflächenbehandlung eine Erhöhung der Rauigkeit von zumindest einem Teil der Oberfläche des ersten Bauteils und/oder eine Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit von zumindest einem Teil der Oberfläche des ersten Bauteils umfasst, wobei es sich bei dem zumindest einen Teil um den Bereich der Oberfläche des ersten Bauteils handelt, welcher nach dem Einbringen des elektrisch leitfähigen Materials mit dem elektrisch leitfähigen Material in Kontakt steht.
Die Erhöhung der Oberflächenrauigkeit könnte den Vorteil haben, dass eine optimiertere Benetzung des ersten Bauteils durch das elektrisch leitfähige Material beim Einbringen des elektrisch leitfähigen Materials gewährleistet werden könnte. Damit könnte sich das elektrisch leitfähige Material in optimierterer Weise an die Oberfläche des ersten Bauteils „anschmiegen”, wodurch der Übergangswiderstand zwischen erstem Bauteil und des resultierenden zweiten Bauteils weiter minimiert werden könnte. In flüssiger Form könnte nämlich das elektrisch leitfähige Material beim Einbringen eine gewisse Oberflächenspannung aufweisen, welche bei allzu glatter Oberfläche des ersten Bauteils nur zu einer unregelmäßigen und schlechten Benetzung dessen Oberfläche führen könnte. Durch die besagte Aufrauhung der Oberfläche und damit der Vergrößerung der Oberfläche des ersten Bauteils wird die Benetzung dessen Oberfläche optimiert.
Eine Oberflächenbehandlung des ersten Bauteils könnte beispielsweise durch Sandstrahlen, mechanische Bearbeitung wie Schleifen oder Fräsen oder durch chemische Verfahren wie zum Beispiel Anätzen oder Beizen erfolgen.
Eine Oberflächenbehandlung zur Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit des Teils der Oberfläche des ersten Bauteils könnte ebenfalls dazu beitragen, dass der Übergangswiderstand zwischen erstem und zweitem Bauteil minimiert wird. Durch insbesondere die Ausbildung einer Oxidschicht an der Oberfläche des ersten Bauteils würde eine Erhöhung des Übergangswiderstandes zwischen erstem und zweitem Bauteil resultieren. Durch die Oberflächenbehandlung könnte ein solcher Vorgang ausgeschlossen oder zumindest minimiert werden. Eine entsprechende Oberflächenbehandlung könnte zum Beispiel die Beschichtung mit Edelmetallen wie Silber oder Gold oder Zinn, sowie alternativ oder zusätzlich chemische Behandlungen des ersten Bauteils für eine bessere Korrosionsbeständigkeit umfassen. Alternativ wäre es möglich, dass als Material für das erste Bauteil direkt ein Edelmetall wie Silber oder Gold gewählt wird.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird das elektrisch leitfähige Material durch die Öffnung in die Hülse in erwärmter Form eingebracht, wobei die Hülse ein thermoplastisches Material aufweist, wobei die Hülse dazu ausgebildet ist, sich aufgrund der Wärme des elektrisch leitfähigen Materials zumindest teilweise um das erste Bauteil herum zusammenzuziehen. Das Sich-Zusammenziehen sollte dabei vorzugsweise in jenem Bereich erfolgen, in welchem das elektrisch leitfähige Material nach dem Einbringen mit dem ersten Bauteil in Kontakt steht.
Durch dieses sich selbständige Zusammenziehen der Hülse aufgrund des Wärmeeintrags durch das elektrisch leitfähige Material könnte nach dem Schrumpfschlauchprinzip das elektrisch leitfähige Material in vordefinierter und optimierter Weise auf das erste Bauteil aufgepresst werden. Neben einer definierten Formgebung für das elektrisch leitfähige Material und damit für das resultierende zweite Bauteil könnte auch dies zu einer Minimierung des Übergangswiderstands zwischen erstem und zweitem Bauteil beitragen.
Es sei angemerkt, dass grundsätzlich aus dem Stand der Technik das Schrumpfschlauchprinzip bekannt ist, wobei üblicherweise das hierzu verwendete thermoplastische Material innere Spannungen aufweisen muss, welche durch eine Erwärmung in einer Formänderung des Materials resultieren. Ursache könnte beispielsweise ein nachträgliches Vernetzen einzelner Kunststoffmoleküle von Thermoplasten sein. Hierdurch entstehen innere Spannungen des Materials, welche durch eine Erwärmung in einer Formänderung resultieren.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird das elektrisch leitfähige Material durch die Öffnung in die Hülse in erwärmter Form eingebracht, wobei das elektrisch leitfähige Material selbst dazu ausgebildet ist, nach einem Erkalten des elektrisch leitfähigen Materials selbständig eine Volumenänderung durchzuführen. Diese Volumenänderung kann wiederum negativ sein, wobei in diesem Fall das elektrisch leitfähige Material ein thermoplastisches Material aufweist. Aufgrund der negativen Volumenänderung zieht sich also selbständig das elektrisch leitfähige Material beim Erkaltungsvorgang um den Kontaktbereich des ersten Bauteils zusammen und legt sich damit selbständig an die Oberfläche des ersten Bauteils an. Auch dies reduziert den Kontaktwiderstand zwischen erstem Bauteil und zweitem Bauteil.
Alternativ kann die besagte Volumenänderung positiv sein, wobei zum Beispiel das elektrisch leitfähige Material dazu ausgebildet ist, aufgrund einer Wassereinlagerung oder Lösungsmitteleinlagerung (z. B. Ethanol, Toluol) die positive Volumenänderung durchzuführen. Denkbar ist hier, dass das erste Bauteil senkrecht zu seiner besagten Erstreckungsrichtung Aussparungen oder Bohrungen aufweist, in welche das elektrisch leitfähige Material eindringen kann. Beim Erkaltungsvorgang kann das elektrisch leitfähige Material aus zum Beispiel der Luftfeuchtigkeit Wasser ziehen und dieses zwischen seinen Molekülen einlagern. Dies führt zu einem Quellen des elektrisch leitfähigen Materials und dadurch zu einer positiven Volumenzunahme. Dadurch wird innerhalb der besagten Vertiefung oder Bohrung (allgemein „Aussparung”) innerhalb des ersten Bauteils ein Verspannen des elektrisch leitfähigen Materials mit dem ersten Bauteil gewährleistet. Dadurch kann es zu einer stabilen Verbindung zwischen erstem und zweitem Bauteil kommen.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren ferner ein Fixieren der Hülse an dem ersten Bauteil vor dem Einbringen des elektrisch leitfähigen Materials. Das Fixieren kann beispielsweise durch eine Rastverbindung zwischen der Hülse und dem ersten Bauteil erfolgen. Beispielsweise könnte die Hülse auf das erste Bauteil aufgeclipst werden. Nach dem Aufclipsen kann daraufhin das elektrisch leitfähige Material durch die Öffnung der Hülse eingebracht werden.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist das Fixieren irreversibel ohne Zerstörung der Hülse. Die Hülse bildet also nach Ausformen des Kontakts zwischen erstem und zweitem Bauteil eine Komponente dieses Kontaktbereichs. Dadurch könnte die mechanische Stabilität des Kontaktbereichs zwischen erstem und zweitem Bauteil erhöht werden.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Hülse zwei Teile, wobei das Verfahren ein zangenförmiges Umschließen der beiden Teile um das erste Bauteil vor dem Einbringen des elektrisch leitfähigen Materials umfasst, wobei das Verfahren ferner ein Öffnen der zangenförmigen Umschließung nach dem Einbringen des elektrisch leitfähigen Materials und ein anschließendes Entfernen der Hülse von dem ersten Bauteil umfasst.
In dieser Ausführungsform könnte es also möglich sein, die Hülse mehrmalig zu verwenden. Beispielsweise könnte die Hülse robotergeführt an das erste Bauteil herangefahren werden und um den zu kontaktierenden Bereich des ersten Bauteils herum geschlossen werden, sodass daraufhin das elektrisch leitfähige Material in die Hülse eingebracht wird. Nach dem Erstarrungsvorgang des elektrisch leitfähigen Materials, also nachdem eine genügend hohe Stabilität des so hergestellten Kontaktbereichs gegeben ist, könnten die beiden Teile der Hülse wieder geöffnet werden und die Hülse könnte von dem so erzeugten Kontaktbereich entfernt werden.
Durch die mehrmalige Verwendbarkeit einer entsprechenden Hülse könnten insgesamt die Kosten zur Herstellung eines beschriebenen Kontaktbereichs reduziert werden.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das elektrisch leitfähige Material durch eine Düse zugeführt, wobei nach dem vollständigen Einbringen des elektrisch leitfähigen Materials durch die Öffnung in die Hülse weiter das elektrisch leitfähige Material zugeführt wird, wobei während dem weiteren Zuführen die Düse von der Öffnung wegbewegt wird. Im Unterschied zu den obig beschriebenen Ausführungsformen wird also nach dem Einbringen des elektrisch leitfähigen Materials in die Hülse und vorzugsweise einem erfolgten Erstarrungsvorgang des elektrisch leitfähigen Materials innerhalb der Hülse die Düse von der Öffnung wegbewegt.
Dadurch könnte sich eine elektrische Leiterbahn bilden, welche sich aus der Hülse heraus erstreckt. Damit ergeben sich hier drei Prozessschritte. Im ersten Prozessschritt erfolgt das Anfahren der Düse an die Kontaktierungs-Schnittstelle, woraufhin im zweiten Prozessschritt das Füllen der Kontaktierungsstelle mit dem flüssigen, zum Beispiel geschmolzenen elektrisch leitfähigen Kunststoff erfolgt. Im dritten Prozessschritt erfolgt dann das Wegfahren der Düse und die entsprechende Herstellung der Leiterbahn. Das Wegfahren der Düse sollte dabei mit einer solchen Geschwindigkeit erfolgen, sodass sich die Leiterbahn ohne ungewolltes Wegfließen des flüssigen, z. B. geschmolzenen elektrisch leitfähigen Kunststoffs ergibt. Durch das Wegfahren der Düse ergibt sich also durch das aus der Düse austretende elektrisch leitfähige Material eine sogenannte „elektrisch leitfähige Raute”.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung die Verwendung einer Hülse zur Durchführung des obig beschriebenen Verfahrens.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verbindungselement umfassend ein erstes Bauteil und ein zweites Bauteil, wobei das erste Bauteil und das zweite Bauteil elektrisch leitfähig sind, wobei das zweite Bauteil mit dem ersten Bauteil aufgrund der Durchführung der obig beschriebenen Verfahrensschritte formschlüssig verbunden ist.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 verschiedene Verfahrensschritte zur Herstellung eines Kontaktbereichs zwischen einem ersten Bauteil und einem elektrisch leitfähigen Kunststoff,
2 eine schematische Ansicht eines elektrischen Bauteils mit Hülse,
3 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Kontaktierung eines Bauteils.
Im Folgenden werden einander ähnliche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Die 1 zeigt eine schematische Ansicht von verschiedenen Verfahrensschritten a) bis d), welche der elektrischen Kontaktierung eines ersten Bauteils 100 mit einem elektrisch leitfähigen Kunststoff 112 zeigen. Um hierfür einen automatisierten Prozess realisieren zu können, sollte eine genaue relative Positionierung der beiden Kontaktpartner gewährleistet werden. Es ist daher vorgesehen, dass das elektrisch leitfähige Material 112 in flüssiger oder zähflüssiger Form durch eine Hülse 102 während seines Abkühlungs- und Erstarrungsprozesses geformt wird. Die Einbringung des flüssigen elektrisch leitfähigen Kunststoffs soll dabei durch eine Düse 106 erfolgen, welche zum Beispiel durch einen Industrieroboter an die Geometrie geführt wird. Die Düse 106 des Roboters steht hierbei in Verbindung mit einem Extruder (nicht gezeigt), welcher das Material 112 zuführt. Die Hülse 102 weist eine Öffnung 104 auf und umschließt ansonsten vollständig den zu kontaktierenden Bereich des Bauteils 100. Nach dem Anfahren der Düse 106 (1a) an die Hülse 102 in Richtung des ersten Bauteils 100 wird die Öffnung 104 der Hülse 102 vollständig von der Düse 106 verschlossen. Dadurch ergibt sich ein vollständig abgeschlossener Raum 120 durch die Hülse 102 und die Düse 106.
Vorteilhaft ist hierbei, wenn die Hülse 102 als Zentrierhilfe für die Düse 106 dient. In einem so besagten automatisierten Prozess wird auch unter Verwendung von nicht 100% exakt arbeitenden Industrierobotern gewährleistet, dass in optimaler Weise der in den Raum 120 einzubringende elektrisch leitfähige Kunststoff tatsächlich seinen Weg dorthin findet.
Das erste Bauteil 100 weist eine längliche Erstreckungsform auf, wobei das Bauteil 100 senkrecht zu seiner Erstreckungsrichtung eine Aufwölbung 108 aufweist. Deren Sinn wird in der nachfolgenden 1b ersichtlich: Nach dem Einspritzvorgang des elektrisch leitfähigen Kunststoffs 112 durch die Düse 106 in den Raum 120 wird der flüssige Kunststoff 112 innerhalb der Hülse 102 die Aufwölbung 108 umströmen. Nach einem Erstarren des elektrisch leitfähigen Kunststoffs 112 wird daher dieser elektrisch leitfähige Kunststoff die Aufwölbung 108 in den Bereichen 114 hintergreifen. Wird also später der erstarrte Kunststoff 112 in Richtung 110 nach rechts gezogen, wohingegen das erste Bauteil 100 festgehalten wird, so kann keine Separierung zwischen Bauteil 100 und Kunststoff 112 stattfinden. Durch das Hintergreifen in den Bereichen 114 wird also ein Formschluss gewährleistet.
1b zeigt also das Auffüllen der Hülse 102 mit dem flüssigen, elektrisch leitfähigen Kunststoff 112, beispielsweise einem Polymer. Hierbei wird durch die an die Hülse 102 angefahrene Düse 106 der Raum 120 mit dem geschmolzenen Thermoplast aufgefüllt. Im Falle von Thermoplasten sollte dabei die Düse 106 bis zur Erstarrung des Thermoplasten durch das vorzugsweise wesentlich kühlere Bauteil 100 in seiner angefahrenen Position verbleiben.
Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass anstatt eines elektrisch leitfähigen Materials, welches einen Phasenübergang von geschmolzen zu fest durchführen kann, auch ein Material verwendet werden kann, welches aufgrund einer Verletzung einen Übergang von flüssiger zu vernetzter und damit fester Form durchführen kann. Dies ist beispielsweise bei reaktiven Polymerwerkstoffen, wie zum Beispiel Silikonen oder Polyurethanen der Fall. Hier sollte die Düse also solange an der Hülse 102 angefahren bleiben, bis die Reaktion des Polymers weitgehend abgeschlossen ist.
Nachdem also in der 1b die Hülse 102 mit dem elektrisch leitfähigen Kunststoff vollständig aufgefüllt ist und dieser soweit erstarrt ist, dass er nicht weiter wegfließen kann, wird beginnend bereits in 1b die Düse 106 langsam nach rechts in Richtung 110 bewegt. Hierbei wird kontinuierlich aus der Düse der elektrisch leitfähige Kunststoff 112 extrudiert. Dies führt dazu, dass sich durch das Verfahren der Düse nach rechts in Richtung 110 eine elektrisch leitfähige Raupe ergibt. In anderen Worten wird also durch das Verfahren der Düse 106 nach rechts und dem weiteren Austreten des elektrisch leitfähigen Kunststoffs aus der Düse eine elektrisch leitfähige Leiterbahn aus Kunststoff hergestellt. Diese erstreckt sich dann vom Düsenkopf hinein in den von der Hülse 102 gebildeten Raum hin zum Bauteil 100.
Nach dem Entfernen der Düse 106 ergibt sich damit, wie in der 1d ersichtlich, ein Kontaktierungs-Bauteil 130, welches neben dem ersten Bauteil 100 ein zweites Bauteil umfasst, welches aus dem erstarrten elektrisch leitfähigen Material 112 besteht. Durch das zweite Bauteil wird damit ein elektrischer Leiter gebildet.
In der 1b wurde angenommen, dass vor Herstellung des Kontaktierungs-Bauteils die Hülse 102 ebenfalls entfernt wurde. Dies ist allerdings ein optionaler Schritt und nicht zwingend notwendig. Möglich ist also auch, dass das Kontaktierungs-Bauteil neben dem ersten Bauteil 100 und dem elektrisch leitfähigen Kunststoff 112 auch noch die Hülse 102 umfasst.
Die 2 zeigt eine alternative Ausführungsform eines ersten Bauteils 100 und einer hierfür verwendeten alternativen Hülse 102. Im Unterschied zu dem Bauteil und der zugehörigen Hülse der 1 weist das Bauteil 100 eine Abrundung der Aufwölbung 108 auf. Die zugehörige Hülse 102 weist in der Erstreckungsrichtung des ersten Bauteils 100 gesehen zumindest auf Höhe der Aufwölbung 108 eine bauchförmige Ausformung aus. Ferner ist im ersten Bauteil 100 eine Aussparung 200 vorgesehen, welche sich ebenfalls senkrecht zur Erstreckungsrichtung des ersten Bauteils erstreckt. In diese Aussparung kann der in den durch die Hülse 102 gebildeten Hohlraum eingespritzte flüssige Kunststoff eindringen, um so im erstarrten Zustand einen Formschluss zwischen Kunststoff 112 und dem Bauteil 100 zu verstärken.
Die 3 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung eines Kontaktierungs-Bauteils. Das Verfahren beginnt in Schritt 300 mit dem Bereitstellen eines ersten Bauteils, in welches in Schritt 102 eine Hülse angebracht wird. Die Hülse umschließt den zu kontaktierenden Bereich des ersten Bauteils vollständig, wobei lediglich eine Öffnung in der Hülse vorgesehen ist, durch welche im nachfolgenden Schritt 304 ein Kunststoff eingespritzt werden kann. Der in die besagte Öffnung im Schritt 304 eingespritzte Kunststoff wird das erste Bauteil umfließen oder umströmen, sodass zwischen dem ersten Bauteil und dem Kunststoff in seiner erstarrten Form ein Formschluss resultiert.
Schritt 306 ist optional und dient dem Entfernen der Hülse. Allerdings kann die Hülse auch am Kontaktierungs-Bauteil belassen werden, sodass insgesamt die mechanische Stabilität des hergestellten Kontaktierungs-Bauteils erhöht wird.
Es sei angemerkt, dass das Einspritzen des Kunststoffs in Schritt 304 in die Hülse auch ein Wegfahren der hierzu verwendeten Düse von der Hülse umfassen kann. Beim Wegfahren wird aufgrund des aus der Düse austretenden Kunststoffs ein elektrischer Leiter durch diesen austretenden Kunststoff gebildet. Dieser elektrische Leiter bildet somit eine Art „Kabel” zum Kontaktieren des ersten Bauteils 100.
Um während dem Wegfahren der Düse von der Hülse ein Wegfließen des austretenden elektrisch leitfähigen Kunststoffs zu verhindern, könnte beispielsweise der austretende Kunststoff durch eine kühle Stützfläche unterhalb der so entstehenden Leiterbahn rasch abgekühlt werden.
Das beschriebene Verfahren und das resultierende Kontaktierungs-Bauteil könnte eine technische Anwendung im Bereich automatisch verlegter Signalleitungen, zum Beispiel für Sensoren, Schalter und Bedienelemente, sowie für Leitungen für Verbrauch mit einer geringen Leistungsaufnahme wie LEDs oder Aktoren liegen. Die Kontaktierungs-Geometrie könnte hierbei die Schnittstelle zu den unterschiedlichsten elektrischen und elektronischen Bauteilen darstellen. Die beschriebene Technologie bietet sich für Produkte an, bei welchen Kunststoff arbeitende Prozesse vorgeschaltet sind, wie zum Beispiel Spritzgussverfahren oder Tiefziehen. Hier könnte das obig beschriebene Verfahren direkt in die Produktionslinie integriert werden. Die beschriebenen Leiterbahnen könnten hierbei auf größeren, flächigen Substraten, wie zum Beispiel einer Kfz-Türverkleidung oder tiefgezogenen Kühlschrankwannen aufgebracht werden. Dadurch könnten insgesamt Kabelbäume und insbesondere deren manuelle Montage, zum Beispiel in Kraftfahrzeugen, ersetzt werden.
Bezugszeichenliste

100: erstes Bauteil
102: Hülse
104: Öffnung
106: Düse
108: Aufwölbung
110: Richtung
112: elektrisch leitfähiger Kunststoff
114: Bereich
120: Raum
130: Kontaktierungs-Bauteil
200: Aussparung

Claims

Verfahren zur elektrischen Kontaktierung eines ersten Bauteils (100) durch ein zweites Bauteil, wobei das erste Bauteil (100) elektrisch leitfähig ist, wobei das erste Bauteil (100) zumindest teilweise von einer Hülse (102) umgeben ist, wobei die Hülse (102) eine Öffnung (104) aufweist, wobei das Verfahren ein Einbringen eines elektrisch leitfähigen Materials (112) durch die Öffnung (104) in die Hülse (102) umfasst, wobei durch das eingebrachte elektrisch leifähige Material das zweite Bauteil gebildet wird, wobei das elektrisch leitfähige Material (112) einen Kunststoff aufweist, wobei das zweite Bauteil mit dem ersten Bauteil aufgrund des Einbringens des elektrisch leitfähigen Materials (112) formschlüssig verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Einbringen ein Einspritzen des elektrisch leitfähigen Materials (112) durch die Öffnung (104) in die Hülse (102) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Einspritzen durch eine Extrusion des elektrisch leitfähigen Materials (112) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei das erste Bauteil (100) eine längliche Erstreckungsform aufweist, wobei das erste Bauteil (100) senkrecht zu seiner Erstreckungsrichtung eine Aufwölbung (108) aufweist, wobei aufgrund des Einbringens des elektrisch leitfähigen Materials (112) der Formschluss durch Hintergreifen der Aufwölbung (108) durch das elektrisch leitfähige Material (112) bewirkt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Aufwölbung eine Abrundung aufweist, wobei die Hülse (102) eine bauchförmige Ausformung, in der Erstreckungsrichtung gesehen zumindest auf Höhe der Aufwölbung (108), aufweist.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei das Verfahren vor dem Einbringen des elektrisch leitfähigen Materials (112) ferner eine Oberflächenbehandlung des ersten Bauteils (100) umfasst, wobei die Oberflächenbehandlung eine Erhöhung der Rauigkeit von zumindest einem Teil der Oberfläche des ersten Bauteils (100) und/oder eine Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit von zumindest einem Teil der Oberfläche des ersten Bauteils (100) umfasst, wobei es sich bei dem zumindest einen Teil um den Bereich der Oberfläche des ersten Bauteils (100) handelt, welcher nach dem Einbringen des elektrisch leitfähigen Materials (112) mit dem elektrisch leitfähigen Material in Kontakt steht.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei das elektrisch leitfähige Material (112) durch die Öffnung (104) in die Hülse (102) in erwärmter Form eingebracht wird, wobei die Hülse (102) ein thermoplastisches Material aufweist, wobei die Hülse (102) dazu ausgebildet ist, sich aufgrund der Wärme des elektrisch leitfähigen Materials (112) zumindest teilweise um das erste Bauteil (100) herum zusammenzuziehen.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei das elektrisch leitfähige Material (112) durch die Öffnung (104) in die Hülse (102) in erwärmter Form eingebracht wird, wobei das elektrisch leitfähige Material (112) dazu ausgebildet ist, nach einem Erkalten des elektrisch leitfähigen Materials (112) selbständig eine Volumenänderung durchzuführen.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Volumenänderung negativ ist, wobei das elektrisch leitfähige Material (112) ein thermoplastisches Material aufweist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Volumenänderung positiv ist.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei das Verfahren ferner ein Fixieren der Hülse (102) an dem ersten Bauteil (100) vor dem Einbringen des elektrisch leitfähigen Materials (112) umfasst.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche 1–10, wobei die Hülse (102) zwei Teile umfasst, wobei das Verfahren ferner ein zangenförmiges umschließen der beiden Teile um das erste Bauteil (100) vor dem Einbringen des elektrisch leitfähigen Materials (112) umfasst, wobei das Verfahren ferner ein Öffnen der zangenförmigen Umschließung nach dem Einbringen des elektrisch leitfähigen Materials (112) und ein anschließendes Entfernen des Hülse (102) von dem ersten Bauteil umfasst.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei das elektrisch leitfähige Material (112) durch eine Düse (106) zugeführt wird, wobei nach dem Einbringen des elektrisch leitfähigen Materials (112) durch die Öffnung (104) in die Hülse (102) weiter das elektrisch leitfähige Material (112) zugeführt wird, wobei während dem weiteren Zuführen die Düse (106) von der Öffnung (104) wegbewegt wird.
Verwendung einer Hülse (102) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorigen Ansprüche.
Verbindungselement umfassend ein erstes Bauteil (100) und ein zweites Bauteil (112), wobei das erste Bauteil (100) und das zweite Bauteil (112) elektrisch leitfähig sind, wobei das zweite Bauteil (112) mit dem ersten Bauteil (100) aufgrund der Durchführung der Verfahrensschritte gemäß dem Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche formschlüssig verbunden ist.