DE102015112576A1

DE102015112576A1 - Elektrische Komponente eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102015112576A1
Application number: DE102015112576.5A
Authority: DE
Inventors: Jörg Reinert
Original assignee: Brose Schliesssysteme GmbH and Co KG
Current assignee: Brose Schliesssysteme GmbH and Co KG
Priority date: 2015-07-31
Filing date: 2015-07-31
Publication date: 2017-02-02

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Komponente eines Kraftfahrzeugs, wobei eine Leiterbahnstruktur (2) mit mindestens einer Leiterbahn (3–5) und eine Tragstruktur (6) aus einem Kunststoffmaterial zur Aufnahme der Leiterbahnstruktur (2) vorgesehen sind. Es wird vorgeschlagen, dass die Leiterbahnstruktur (2) eine zusammenhängende Metallmatrix (7) aus einem Matrixmaterial mit in die Metallmatrix (7) eingebetteten, eine Verstärkungsphase bildenden Verstärkungsbestandteilen (8) aus einem Verstärkungsmaterial aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Komponente eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, ein Kraftfahrzeugschloss mit einer solchen elektrischen Komponente gemäß Anspruch 15 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen elektrischen Komponente gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 17.
Bei der in Rede stehenden elektrischen Komponente kann es sich vorliegend um irgendeine elektrische Komponente eines Kraftfahrzeugs handeln, die mit einer Leiterbahnstruktur ausgestattet ist. Beispielsweise handelt es sich bei der elektrischen Komponente um ein Bestandteil eines obigen Kraftfahrzeugschlosses, das Anwendung bei allen Arten von Verschlusselementen eines Kraftfahrzeugs findet. Zu solchen Verschlusselementen gehören insbesondere Seitentüren, Hecktüren, Heckklappen, Heckdeckel oder Motorhauben. Diese Verschlusselemente können grundsätzlich auch nach Art von Schiebetüren ausgestaltet sein.
Die bekannte elektrische Komponente eines Kraftfahrzeugs, von der die Erfindung ausgeht, ist im einleitenden Teil der DE 103 41 254 A1 erläutert. Die dortige elektrische Komponente ist Bestandteil eines Kraftfahrzeugschlosses, das eine mit Stanzgittern realisierte Leiterbahnstruktur aufweist. Eine Tragstruktur der elektrischen Komponente nimmt die Leiterbahnstruktur auf. Die Tragstruktur ist im Kunststoff-Spritzgießverfahren hergestellt. Die Stanzgitter sind von dem Kunststoffmaterial der Tragstruktur umspritzt.
Die Leiterbahnstruktur der bekannten elektrischen Komponente besteht regelmäßig aus einem metallischen Material, das so ausgelegt ist, dass es eine gewisse mechanische Stabilität aufweist. Einerseits ist dies erforderlich, um eine Handhabung der Leiterbahnstruktur insbesondere zum Einlegen in ein Spritzgießwerkzeug zu ermöglichen. Andererseits ist die mechanische Stabilität erforderlich, um den elektrischen Anschluss der Leiterbahnstruktur über einen mechanischen Kraftschluss zu ermöglichen. Damit ist die Flexibilität bei der Materialauslegung der Leiterbahnstruktur erheblich eingeschränkt und die Herstellung der elektrischen Komponente vergleichsweise aufwendig.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, die bekannte elektrische Komponente derart auszugestalten und weiterzubilden, dass die Flexibilität bei der Materialauslegung für die Leiterbahnstruktur gesteigert wird.
Das obige Problem wird bei einer elektrischen Komponente eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst.
Wesentlich für die vorschlagsgemäße Lösung ist ein grundsätzlich neuer materialtechnischer Aufbau der Leiterbahnstruktur. Im Einzelnen wird vorgeschlagen, dass die Leiterbahnstruktur eine zusammenhängende Metallmatrix aus einem Matrixmaterial mit in die Metallmatrix eingebetteten, eine Verstärkungsphase bildenden Verstärkungsbestandteilen aus einem Verstärkungsmaterial aufweist. Damit kann für die Metallmatrix ein Material gewählt werden, das beispielsweise hinsichtlich der Herstellbarkeit, nicht jedoch hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften optimal ist. Die an sich gewünschten mechanischen Eigenschaften lassen sich dann durch die Auslegung der Verstärkungsphase des Materials der Leiterbahnstruktur, insbesondere durch die Auslegung der eingebetteten Verstärkungsbestandteile, einstellen. So lässt sich die Flexibilität bei der materialtechnischen Auslegung der Leiterbahnstruktur beträchtlich erhöhen. Insbesondere ist es möglich, andere Herstellungsverfahren für die Erzeugung der Leiterbahnstrukturen anzuwenden, was mit einer beträchtlichen Reduzierung von Kosten einhergehen kann.
Für Möglichkeiten der Erzeugung einer Verstärkungsphase durch die Einbettung von Verstärkungsbestandteilen in eine zusammenhängende Metallmatrix darf grundsätzlich auf das MMC-Verfahren (Metal Matrix Composites) verwiesen werden, das derzeit im Bereich der mechanischen Konstruktion von Strukturkomponenten Anwendung findet („Handbuch Konstruktionswerkstoffe: Auswahl, Eigenschaften, Anwendung", Elvira Moeller, Carl Hansa Verlag, 2014, S. 807 bis 820).
In besonders bevorzugter Ausgestaltung ist die Leiterbahnstruktur aus einem im Metall-Spritzgießverfahren verarbeitbaren Material ausgebildet. Dies eröffnet herstellungstechnisch neue Wege, beispielsweise, indem die Leiterbahnstruktur im Metall-Spritzgießverfahren an die Tragstruktur angespritzt ist (Anspruch 2).
Damit ist die vorschlagsgemäße elektrische Komponente einschließlich der vorschlagsgemäß verstärkten Leiterbahnstruktur im Spritzgießverfahren herstellbar. Hierbei handelt es sich dann um ein kombiniertes Kunststoff-Metall-Spritzgießverfahren. Unter ”Spritzgießverfahren” ist vorliegend stets ein formgebendes Verfahren zu verstehen, bei dem ein Ausgangsstoff zunächst aufgeschmolzen und anschließend in ein Formwerkzeug gepresst wird.
Für das obige Kunststoff-Metall-Spritzgießverfahren ist es gemäß Anspruch 3 vorzugsweise vorgesehen, dass das Matrixmaterial und/oder das Verstärkungsmaterial, insbesondere der Verbund aus Matrixmaterial und Verstärkungsmaterial, niedrigschmelzender ist als das Kunststoffmaterial der Tragstruktur. Damit ist sichergestellt, dass die im Kunststoff-Spritzgießverfahren hergestellte Tragstruktur durch das Anspritzen der Leiterbahnstruktur nicht in ungewünschter Weise deformiert wird.
Für das Matrixmaterial gibt Anspruch 5 eine Reihe bevorzugter Varianten. Bei der Verwendung von Zinn als Matrixmaterial ergibt sich eine gute Verarbeitbarkeit im Spritzgießverfahren, während die mechanischen Eigenschaften, insbesondere die mechanische Festigkeit, für eine Leiterbahnstruktur an sich unzureichend ist. Für die mechanische Festigkeit sorgt vorschlagsgemäß jedoch die Einbettung der Verstärkungsbestandteile.
Bei der besonders bevorzugten Ausgestaltung gemäß Anspruch 6 weist das Verstärkungsmaterial der Verstärkungsbestandteile ein Metallmaterial, insbesondere Kupfer oder Legierungen von Kupfer, auf. Dies hat sich insbesondere in Verbindung mit dem Matrixmaterial Zinn oder einer Legierung von Zinn als besonders vorteilhaft herausgestellt. Alternativ oder zusätzlich schlägt Anspruch 7 vor, dass Verstärkungsmaterial ein Nichtmetallmaterial aufweist. Dies kann insbesondere kostentechnisch vorteilhaft sein.
Die weiter bevorzugten Ausgestaltungen gemäß den Ansprüchen 8 bis 11 betreffen die Auslegung der Verstärkungsbestandteile als Verstärkungspartikel und/oder als Verstärkungsfasern, wobei die erzeugte Verstärkungsphase ausdrücklich sowohl Verstärkungspartikel als auch Verstärkungsfasern aufweisen kann. Für alle obigen Fälle stehen Herstellungsverfahren zur Verfügung, mit denen sich die mechanischen Eigenschaften der resultierenden Leiterbahnstruktur genau einstellen lassen.
Die weiter bevorzugten Ausgestaltungen gemäß den Ansprüchen 13 bis 15 betreffen die Ausbildung mindestens eines elektrischen Leitungsanschlusses durch die Leiterbahnstruktur. Hier wird besonders deutlich, dass es auf eine gewisse Mindestfestigkeit der Leiterbahnstruktur ankommt, um zu vermeiden, dass es zu einer Zerstörung des jeweiligen Leitungsanschlusses führt, beispielsweise durch die bei Kraftfahrzeugen regelmäßig auftretenden Vibrationen.
Nach einer weiteren Lehre gemäß Anspruch 16, der eigenständige Bedeutung zukommt, wird ein Kraftfahrzeugschloss mit einer vorschlagsgemäßen elektrischen Komponente als solches beansprucht. Das vorschlagsgemäße Kraftfahrzeugschloss ist einem Verschlusselement eines Kraftfahrzeugs zugeordnet. Die Verwendung einer vorschlagsgemäßen elektrischen Komponente innerhalb eines Kraftfahrzeugschlosses ist insbesondere vorteilhaft, da gerade bei einem Kraftfahrzeugschloss hohe mechanische Belastungen, insbesondere die obigen Vibrationen, aber auch impulsartige Belastungen beim Zuschlagen des zugeordneten Verschlusselements, auftreten.
Die vorschlagsgemäße elektrische Komponente kann grundsätzlich innerhalb des Kraftfahrzeugschlosses oder am Kraftfahrzeugschloss im Übrigen angeordnet sein. Beispielsweise kann die elektrische Komponente einen Anschlussstecker mit integrierter Leiterbahnstruktur ausbilden, wobei die Tragstruktur das Steckergehäuse ausbildet.
Bei der bevorzugten Ausgestaltung gemäß Anspruch 17 wird das Schlossgehäuse des Kraftfahrzeugschlosses zumindest zum Teil von der elektrischen Komponente gebildet. Diese Doppelnutzung der Tragstruktur, nämlich einerseits als Bestandteil des Schlossgehäuses und andererseits als Aufnahme für die Leiterbahnstruktur, führt zu einer besonders kompakten und gleichzeitig kostengünstigen Anordnung.
Nach einer weiteren Lehre gemäß Anspruch 18, der ebenfalls eigenständige Bedeutung zukommt, wird ein Verfahren zur Herstellung der vorschlagsgemäßen elektrischen Komponente beansprucht.
Wesentlich nach dem vorschlagsgemäßen Verfahren ist, dass die Tragstruktur im Kunststoff-Spritzgießverfahren erzeugt wird und dass die Leiterbahnstruktur im Metall-Spritzgießverfahren an die Tragstruktur angespritzt wird. Einzelheiten zu dem vorschlagsgemäßen Verfahren ergeben sich bereits aus den Erläuterungen zu der vorschlagsgemäßen elektrischen Komponente, auf die verwiesen werden darf.
Durch das vorschlagsgemäße Verfahren lässt sich die vorschlagsgemäße elektrische Komponente erzeugen, indem zumindest ein Teil des jeweils verwendeten Spritzgießwerkzeugs bei beiden Spritzgießschritten genutzt wird. Dies führt zu einem einfachen strukturellen Aufbau der für die Durchführung des Verfahrens erforderlichen Fertigungsanlage.
Ferner ist es ohne Weiteres möglich, das vorschlagsgemäße Verfahren automatisiert durchzuführen. Aufwendige Handhabungsvorgänge sind bei dem vorschlagsgemäßen Verfahren nicht erforderlich.
Eine einfache Einbettung der Verstärkungsbestandteile in die Metallmatrix ergibt sich gemäß Anspruch 19 einfach dadurch, dass die Verstärkungsbestandteile vor dem Anspritzen in die Metallmatrix eingemischt werden. Dieses Einmischen lässt sich ohne weiteres in die zugeordnete Spritzeinheit integrieren.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
1 eine vorschlagsgemäße elektrische Komponente eines Kraftfahrzeugs in einer schematischen Darstellung,
2 eine Fertigungsanlage zur Durchführung des vorschlagsgemäßen Verfahrens während des Kunststoff-Spritzgießens in einer schematischen Darstellung und
3 die Fertigungsanlage gemäß 2 während des Metall-Spritzgießens in einer schematischen Darstellung.
Die vorschlagsgemäße, elektrische Komponente 1 ist in 1 in ganz vereinfachter Form dargestellt. Die elektrische Komponente 1 ist einem nicht dargestellten Kraftfahrzeug zugeordnet und kann in ganz unterschiedlichen Bereichen des Kraftfahrzeugs Anwendung finden. Hier und vorzugsweise handelt es sich bei der elektrischen Komponente 1 um einen Bestandteil eines Kraftfahrzeugschlosses. Alternativ kann die elektrische Komponente 1 ein Bestandteil einer elektrischen Sitzverstellung, eines elektrischen Fensterhebers, einer elektrischen Antriebsanordnung für ein Verschlusselement o. dgl. sein.
Die elektrische Komponente 1 ist mit einer Leiterbahnstruktur 2 ausgestattet, die mindestens eine Leiterbahn 3, 4, 5 aufweist. Je nach Anwendungsfall kann die Leiterbahnstruktur 2 der Übertragung von Signalströmen bzw. Signalspannungen und/oder der Übertragung von Leistungsströmen bzw. Leistungsspannungen dienen.
Die elektrische Komponente 1 weist ferner eine Tragstruktur 6 aus einem Kunststoffmaterial zur Aufnahme der Leiterbahnstruktur 2 auf. Die Tragstruktur 6 ist in 1 als einfaches plattenförmiges Teil dargestellt. Grundsätzlich kann die Tragstruktur 6 komplizierte Formen annehmen und als Gehäusebestandteil o. dgl. ausgestaltet sein.
Die Leiterbahnstruktur 2 weist vorschlagsgemäß eine zusammenhängende Metallmatrix 7 aus einem Matrixmaterial mit in die Metallmatrix 7 eingebetteten, eine Verstärkungsphase im Material der Leiterbahnstruktur 2 bildenden Verstärkungsbestandteilen 8 aus einem Verstärkungsmaterial auf. Dies ist in der stark vergrößerten Darstellung in 1 schematisch angedeutet. Hiermit ergibt sich eine große Flexibilität für die Auswahl der Metallmatrix 7, wie im allgemeinen Teil der Beschreibung erläutert worden ist.
Die 2 und 3 zeigen, dass die Fertigungsanlage für die Herstellung der elektrischen Komponente 1 grundsätzlich als Spritzgießanlage ausgestaltet ist. Dabei fällt auf, dass eine Kunststoff-Spritzeinheit 9 und eine Metall-Spritzeinheit 10 vorgesehen sind, die beide auf ein und dieselbe Spritzgieß-Werkzeuganordnung 11 wirken. Die Spritzgieß-Werkzeuganordnung 11 weist in an sich üblicher Weise ein feststehendes Spritzgießwerkzeug 12 und ein bewegliches Spritzgießwerkzeug 13 auf. Das bewegliche Spritzgießwerkzeug 13 ist austauschbar. Im Einzelnen zeigt 2 ein erstes bewegliches Werkzeug 13a und 3 ein zweites bewegliches Werkzeug 13b, wie noch erläutert wird. Die beiden Kunststoff-Spritzeinheiten 9, 10 weisen jeweils einen Schneckenkolben 9a, 10a mit jeweils zugeordnetem Antrieb 9b, 10b sowie eine entsprechende Heizung 9c, 10c auf. Insoweit entsprechen die Spritzeinheiten 9, 10 dem für Spritzgießmaschinen üblichen Aufbau. Die Spritzeinheiten 9, 10 sind jeweils über entsprechende Einspritzdüsen 14, 15 mit der Kavität der Spritzgieß-Werkzeuganordnung 11 in Verbindung bringbar.
In einem ersten, in 2 gezeigten Verfahrensschritt zur Herstellung der elektrischen Komponente 1 wird nun die Tragstruktur 6 im Kunststoff-Spritzgießverfahren mittels der Kunststoff-Spritzeinheit 9 erzeugt. Die Metall-Spritzeinheit 10 ist hier zunächst nicht aktiv, wie durch die Darstellung der Metall-Spritzeinheit 10 in gestrichelter Linie in 2 angedeutet ist. Über den Einfülltrichter 16 wird Kunststoffgranulat 17 über den Schneckenkolben 9a zunächst gefördert und mittels der Heizung 9c erhitzt und geschmolzen. Die Schmelze wird weiter komprimiert und über die Einspritzdüse 14 in die Kavität der Spritzgieß-Werkzeuganordnung 11 eingespritzt.
In einem zweiten, in 3 gezeigten Verfahrensschritt ist das Anspritzen der Leiterbahnstruktur 2 an die Tragstruktur 6 im Metall-Spritzgießverfahren vorgesehen. Hierfür wird das bewegliche Werkzeug 13a durch das bewegliche Werkzeug 13b ausgetauscht. Anschließend wird ein der Metallmatrix 7 zugrundeliegendes Granulat 18 über den Einfülltrichter 19 dem Schneckenkolben 10a zugeführt, so dass das der Metallmatrix 7 zugrundeliegende Granulat 18 in Richtung der Spritzgieß-Werkzeuganordnung 11 gefördert wird. Gleichzeitig wird das Granulat 19 mittels der Heizung 10c erhitzt und geschmolzen. Die Heizparameter sind so auf die Bewegung des Schneckenkolbens 10a abgestimmt, dass das der Metallmatrix 7 zugrundeliegende Granulat 18 vollständig geschmolzen ist, wenn es den Einfülltrichter 20 für die Verstärkungsbestandteile 8 erreicht. Hier werden die Verstärkungsbestandteile 8 noch vor dem Anspritzen der Leiterbahnstruktur 2 an die Tragstruktur 6 in die Schmelze der Metallmatrix 7 eingebracht, hier und vorzugsweise eingemischt. Das Einmischen erfolgt letztlich über die Bewegung des Schneckenkolbens 10a.
Am oberen Ende des Einfülltrichters 20 für die Verstärkungsbestandteile 8 ist eine Häckseleinrichtung 21 gezeigt, die von einem Rollenmaterial 22 die Verstärkungsbestandteile 8 abschert. Hierfür ist in 3 ein entsprechendes Schermesser 23 schematisch dargestellt. Das Rollenmaterial 22 kann ein draht- oder bandförmiges Material sein.
Die Ausgangsmaterialien für die Tragstruktur 6, die Metallmatrix 7 und die Verstärkungsbestandteile 8 werden hier über entsprechende Granulate zugeführt. Denkbar ist auch, dass zumindest ein Teil dieser Materialien als Stangen- oder Stabmaterialien zugeführt wird und unmittelbar von der Stange geschmolzen wird.
Die Mischung aus der Schmelze der Metallmatrix 7 und den Verstärkungsbestandteilen 8 gelangt nun über die Einspritzdüse 15 in die Kavität der Spritzgieß-Werkzeuganordnung 11, wodurch die Leiterbahnstruktur 2 wie oben angedeutet an die Tragstruktur 6 angespritzt wird.
Es ergibt sich aus der Zusammenschau der 2 und 3, dass sich die elektrische Komponente 1 mit einfachen fertigungstechnischen Mitteln und insbesondere mit wenigen Verfahrensschritten herstellen lässt, ohne dass aufwendige Handhabungsaufgaben zu erledigen sind.
Der herstellungsgerechten Auslegung des Matrixmaterials und des Verstärkungsmaterials kommt vorliegend besondere Bedeutung zu. Vorzugsweise ist das Matrixmaterial und/oder das Verstärkungsmaterial, vorzugsweise der Verbund aus Matrixmaterial und Verstärkungsmaterial, niedrigschmelzender ausgelegt als das Kunststoffmaterial der Tragstruktur 6. In besonders bevorzugter Ausgestaltung liegt die Schmelztemperatur des Matrixmaterials in einem Bereich zwischen 210°C und 250°C, wobei die Schmelztemperatur des Kunststoffmaterials der Tragstruktur vorzugsweise in einem Bereich zwischen 230°C und 270°C liegt. Dabei ist auf einen hinreichenden Abstand der einander gegenüber stehenden Schmelztemperaturen zu achten, um zu vermeiden, dass ein ungewünschtes Verformen oder Verziehen der Tragstruktur 6 beim Anspritzen der Leiterbahnstruktur 2 erfolgt.
Vorzugsweise ist es so, dass die Schmelztemperatur des Verbunds aus Matrixmaterial und Verstärkungsmaterial höher ist als die Schmelztemperatur des Matrixmaterials und als die Schmelztemperatur des Verstärkungsmaterials jeweils für sich genommen.
Für die benötigte Gewährleistung der Leitfähigkeit der Leiterbahnstruktur 2 weist das Matrixmaterial vorzugsweise ein Metallmaterial auf. Weiter vorzugsweise ist das Matrixmaterial hier ein Metallmaterial. In besonders bevorzugter Ausgestaltung weist das Matrixmaterial Zinn, Zink oder Silber oder jeweils Legierungen von diesen Materialien auf.
Das Verstärkungsmaterial der Verstärkungsbestandteile 8 wird in erster Linie im Hinblick auf die gewünschten mechanischen Eigenschaften der Leiterbahnstruktur 2 ausgelegt. Vorzugsweise weist das Verstärkungsmaterial der Verstärkungsbestandteile 8 ein Metallmaterial auf, wobei das Verstärkungsmaterial vorzugsweise Kupfer oder Legierungen von Kupfer aufweist. Dadurch ist auch gewährleistet, dass die elektrischen Eigenschaften, insbesondere die Leitfähigkeit der Leiterbahnstruktur 2, durch die eingebetteten Verstärkungsbestandteile 8 nicht in Mitleidenschaft gezogen werden.
Interessant bei der Ausgestaltung des Verstärkungsmaterials mit Kupfer ist die Tatsache, dass sich zumindest im Bereich der Grenzflächen zwischen Kupfer und Zinn eine Messingschicht ausbildet, die eine gewisse Elastizität der resultierenden Leiterbahnstruktur 2 erzeugt. Die Bildung dieser Messingschicht kann über die gesamte Lebensdauer der elektrischen Komponente 1 voranschreiten, so dass sich als Alterungserscheinung nicht etwa eine Sprödheit, sondern eine hohe Elastizität der Leiterbahnstruktur 2 ergibt.
Alternativ kann das Verstärkungsmaterial der Verstärkungsbestandteile 8 aber auch ein Nichtmetallmaterial aufweisen oder als Nichtmetallmaterial ausgestaltet sein. Vorzugsweise ist es so, dass das Verstärkungsmaterial ein Glasfasermaterial aufweist, und/oder, dass das Verstärkungsmaterial ein Kohlefasermaterial aufweist, und/oder, dass das Verstärkungsmaterial ein Kunststoffmaterial aufweist, und/oder, dass das Verstärkungsmaterial ein Glasmaterial aufweist.
Die eine Verstärkungsphase bildenden Verstärkungsbestandteile 8 können grundsätzlich als Verstärkungspartikel und/oder, wie in der Detaildarstellung in 1 dargestellt, als Verstärkungsfasern ausgebildet sein. Es wurde im allgemeinen Teil der Beschreibung erläutert, dass Verstärkungspartikel und Verstärkungsfasern in der Verstärkungsphase vorteilhaft kombiniert sein können.
Für die Formen der Verstärkungspartikel sind unterschiedliche Varianten denkbar. In Abhängigkeit von der Herstellungsmethode können die Verstärkungspartikel unregelmäßig oder regelmäßig geformt sein. Insbesondere kann es sich bei den Verstärkungspartikeln um rundliche Partikel, um elliptische Partikel, um längliche Partikel o. dgl. handeln.
Ähnliches gilt für die Verstärkungsfasern. Auch diese können von ganz unterschiedlicher Form sein. Denkbar ist beispielsweise ein sich entlang der Erstreckung der jeweiligen Verstärkungsfaser sich verändernder Durchmesser o. dgl..
Durch die hohe resultierende mechanische Stabilität der Leiterbahnstruktur 2 ist die Anordnung vorzugsweise so getroffen, dass die Leiterbahnstruktur 2 auch eine mechanische Verstärkung für die Tragstruktur 6 bereitstellt. Dadurch kann die Tragstruktur 6 mechanisch schwach und insbesondere mit geringem Materialeinsatz ausgelegt werden.
Der Größe und insbesondere dem Volumenanteil der Verstärkungsbestandteile 8 kommt vorliegend besondere Bedeutung zu. Die Partikelgröße oder der Faserdurchmesser der Verstärkungsbestandteile 8 sind jeweils vorzugsweise um mindestens eine Größenordnung, weiter vorzugsweise um mindestens zwei oder mehrere Größenordnungen, kleiner als die äußere Abmessung der Leiterbahnstruktur 2. Sie verteilen sich zumindest abschnittsweise im Wesentlichen gleichmässig über die Leiterbahnstruktur 2.
Hier und vorzugsweise liegt die durchschnittliche Partikelgröße der Verstärkungspartikel in einem Bereich zwischen 0,5 μm und 150 μm und weiter vorzugsweise in einem Bereich zwischen 5 μm und 100 μm. Alternativ oder zusätzlich ist es vorzugsweise so, dass der Partikelvolumenanteil in einem Bereich zwischen 10% und 40% bezogen auf das Gesamtvolumen der Leiterbahnstruktur 2 liegt.
Der durchschnittliche Faserdurchmesser der Verstärkungsfasern liegt vorzugsweise in einem Bereich zwischen 1 μm und 6 μm. Alternativ oder zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass die durchschnittliche Faserlänge in einem Bereich zwischen 50 μm und 200 μm liegt. Je nach resultierendem Volumen der Verstärkungsfasern ergibt sich vorzugsweise ein Faservolumenanteil in einem Bereich zwischen 30% und 60%, wiederum bezogen auf das Gesamtvolumen der Leiterbahnstruktur 2.
Auch der Ausrichtung der Verstärkungsbestandteile 8 kommt für die resultierenden mechanischen und elektrischen Eigenschaften besondere Bedeutung zu. Hier und vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die Verstärkungspartikel und/oder die Verstärkungsfasern entlang der Längserstreckung der jeweiligen Leiterbahn 3, 4, 5 ausgerichtet sind. Es ergibt sich aus der Detaildarstellung in 1, dass es sich bei dieser Ausrichtung der dortigen Verstärkungsfasern allenfalls um eine empirische Angabe handeln kann, da die Anordnung der Verstärkungsfasern grundsätzlich einer gewissen statistischen Verteilung unterliegt.
Ein besonders guter Schutz der Leiterbahnstruktur 2, insbesondere gegenüber Korrosion, lässt sich dadurch erreichen, dass die Leiterbahnstruktur 2 zumindest abschnittsweise vollständig in die Tragstruktur 6 eingebettet ist. Dies lässt sich verfahrenstechnisch dadurch erreichen, dass nach dem Anspritzen der Leiterbahnstruktur 2 eine Deckschicht 24 (in 1 in gestrichelter Linie angedeutet) aus mindestens einem Kunststoffmaterial auf die Leiterbahnstruktur 2 gespritzt wird. Dies lässt sich mit der in den 2 und 3 dargestellten Fertigungsanlage ohne weiteres umsetzen, indem ein dritter Verfahrensschritt vorgesehen wird, in dem ein drittes Spritzgießwerkzeug eingewechselt und ein entsprechender Kunststoff-Spritzgießvorgang durchgeführt wird. Die Deckschicht besteht vorzugsweise aus dem gleichen Material wie die Tragstruktur 6 im Übrigen.
Es darf an dieser Steile darauf hingewiesen werden, dass zahlreiche vorteilhafte Varianten für die Auslegung der beweglichen Werkzeuge 13a, 13b realisierbar sind. Das erste bewegliche Werkzeug 13a ist hier und vorzugsweise so ausgestaltet, dass die resultierende Tragstruktur 6 rinnenartige Ausformungen für die Aufnahme der Leiterbahnstruktur 2 aufweist. Hierfür ist das erste bewegliche Werkzeug 13a mit entsprechenden stegartigen Ausformungen ausgestattet. Das zweite bewegliche Werkzeug 13b dagegen ist vorzugsweise im Wesentlichen flach ausgestaltet, so dass die obigen, rinnenartigen Ausformungen in der Tragstruktur 6 die Kavität für den Metall-Spritzgießvorgang bilden. Das dritte bewegliche Werkzeug (nicht dargestellt) kann wiederum im Wesentlichen flach ausgestaltet sein. Hierdurch ergibt sich eine flache Kavität, die sich über die in die Tragstruktur 6 eingebettete Leiterbahnstruktur 2 erstreckt, so dass sich bei dem dritten Verfahrensschritt die entsprechende Deckschicht 24 wieder im Kunststoff-Spritzgießverfahren ausbilden kann.
Bei dem in 1 dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispiel für die elektrische Komponente 1 ist es vorgesehen, dass die Leiterbahnstruktur 2 mindestens einen elektrischen Leitungsanschluss 25–27 ausbildet, der für eine kraftschlüssige mechanische Verbindung mit einem elektrischen, nicht dargestellten Gegen-Leitungsanschluss ausgebildet ist. Die kraftschlüssige mechanische Verbindung erfordert eine gewisse Mindestfestigkeit der Leiterbahnstruktur 2. Dies liegt zum einen daran, dass der Kraftschluss selbst von der Leiterbahnstruktur 2 aufgenommen werden muss. Dies liegt aber auch daran, dass über die mechanische Verbindung Vibrationen und impulsartige Belastungen auf die Leiterbahnstruktur 2 im Übrigen geleitet werden. Vor diesem Hintergrund ist die Erzeugung der vorschlagsgemäßen Verstärkungsphase innerhalb des Materials der Leiterbahnstruktur 2 von besonderem Vorteil. Grundsätzlich kann es aber auch vorgesehen sein, dass die Verstärkungsphase im Bereich der Leitungsanschlüsse 25–27 unterschiedlich ausgestaltet ist als in Bereichen, in denen die Leiterbahnstruktur 2 in die Tragstruktur 6 eingebettet ist. Schließlich kann es auch vorgesehen sein, dass sich die Verstärkungsphase nur über einen Teil der Leiterbahnstruktur 2 erstreckt.
Der mindestens eine Leitungsanschluss 25–27 dient vorzugsweise dem Anschluss einer Steckeranordnung o. dgl. Alternativ kann der Leitungsanschluss aber auch dem Anschluss einer elektrischen Komponente, insbesondere eines elektrischen Antriebs, eines Mikroschalters, o. dgl. dienen.
Besonders deutlich wird die Notwendigkeit der mechanischen Festigkeit im Bereich des jeweiligen Leitungsanschlusses 25–27 dadurch, dass der jeweilige Leitungsanschluss 25–27 hier und vorzugsweise frei von der Tragstruktur 6 angeordnet ist, so dass der jeweilige Leitungsanschluss 25–27 durch den jeweiligen Gegen-Leitungsanschluss frei zugänglich ist, jedoch nicht von der Tragstruktur 6 gestützt ist. In besonders bevorzugter Ausgestaltung ist es sogar so, dass der jeweilige Leitungsanschluss 25–27 über die Tragstruktur 6 hervorsteht. Dabei ist der jeweilige Leitungsanschluss 25–27 hier und vorzugsweise als Leitungsfahne ausgebildet. Eine solche Leitungsfahne kann beispielsweise über einen Gegenstecker, der die jeweiligen Gegen-Leitungsanschlüsse 25–27 aufweist, kontaktiert werden.
Alternativ kann der jeweilige Leitungsanschluss 25–27 zur Herstellung der mechanischen kraftschlüssigen Verbindung mit dem jeweiligen Gegen-Leitungsanschluss auch federnd ausgestaltet sein. Denkbar ist ferner, dass der jeweilige Leitungsanschluss 25–27 nach Art einer Schneidklemme o. dgl. ausgestaltet ist.
Die vorschlagsgemäße elektrische Komponente 1 kann grundsätzlich Bestandteil eines Kraftfahrzeugschlosses sein, wie oben erläutert worden ist.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Kraftfahrzeugschloss um eine Baugruppe mit einem Schlossgehäuse, in dem die Schließelemente Schlossfalle und Sperrklinke sowie eine Reihe elektrischer Komponenten wie elektrische Antriebe, elektrische Sensoren, insbesondere Mikroschalter, angeordnet sind. Das Kraftfahrzeugschloss weist vorzugsweise eine Steckeranordnung auf, mit der sich das Kraftfahrzeugschloss an die Kraftfahrzeugelektrik im Übrigen anschließen lässt.
Vorzugsweise dient ein elektrischer Antrieb des Kraftfahrzeugschlosses dem elektrischen Öffnen des Kraftfahrzeugschlosses, was vorzugsweise einem motorischen Ausheben der Sperrklinke entspricht. Grundsätzlich kann das Kraftfahrzeugschloss auch mit einer Zuziehfunktion ausgestattet sein, so dass ein elektrischer Antrieb des Kraftfahrzeugschlosses dazu dient, die Schlossfalle von einer Vorschließstellung in eine Hauptschließstellung zu verstellen. Weiter kann das Kraftfahrzeugschloss auch mit einer Aufdrückfunktion ausgestattet sein, so dass ein elektrischer Antrieb des Kraftfahrzeugschlosses dazu dient, die zugeordnete Kraftfahrzeugtür o. dgl. aufzudrücken. Schließlich ist es denkbar, dass sich das Kraftfahrzeugschloss motorisch in unterschiedliche Schließzustände wie „entriegelt” und „verriegelt” bringen lässt. Auch hierfür kann ein elektrischer Antrieb des Kraftfahrzeugschlosses vorgesehen sein.
Die vorschlagsgemäße elektrische Komponente 1 kann einer obigen elektrischen Komponente oder mehreren obigen elektrischen Komponenten, insbesondere einem obigen elektrischen Antrieb, zugeordnet sein, um die jeweilige Komponente mit Signalströmen bzw. Signalspannungen oder Leistungsströmungen bzw. Leistungsspannungen zu versorgen. In besonders bevorzugter Ausgestaltung ist das Schlossgehäuse des Kraftfahrzeugschlosses zumindest zum Teil von der vorschlagsgemäßen elektrischen Komponente 1, insbesondere von deren Tragstruktur 6, gebildet.
Nach einer weiteren Lehre, der ebenfalls eigenständige Bedeutung zukommt, wird das oben erläuterte Verfahren zur Herstellung der vorschlagsgemäßen elektrischen Komponente 1 als solches beansprucht. Insoweit darf auf die obigen Ausführungen verwiesen werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10341254 A1 [0003]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

„Handbuch Konstruktionswerkstoffe: Auswahl, Eigenschaften, Anwendung”, Elvira Moeller, Carl Hansa Verlag, 2014, S. 807 bis 820 [0008]

Claims

Elektrische Komponente eines Kraftfahrzeugs, wobei eine Leiterbahnstruktur (2) mit mindestens einer Leiterbahn (3–5) und eine Tragstruktur (6) aus einem Kunststoffmaterial zur Aufnahme der Leiterbahnstruktur (2) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnstruktur (2) eine zusammenhängende Metallmatrix (7) aus einem Matrixmaterial mit in die Metallmatrix (7) eingebetteten, eine Verstärkungsphase bildenden Verstärkungsbestandteilen (8) aus einem Verstärkungsmaterial aufweist.
Elektrische Komponente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnstruktur (2) im Metall-Spritzgießverfahren an die Tragstruktur (6) angespritzt ist, vorzugsweise, dass die Tragstruktur (6) vor dem Anspritzen der Leiterbahnstruktur (2) im Kunststoff-Spritzgießverfahren erzeugt worden ist.
Elektrische Komponente nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Matrixmaterial und/oder das Verstärkungsmaterial, vorzugsweise der Verbund aus Matrixmaterial und Verstärkungsmaterial, niedrigschmelzender ist bzw. sind als das Kunststoffmaterial der Tragstruktur (6), vorzugsweise, dass die Schmelztemperatur des Matrixmaterials in einem Bereich zwischen 210°C und 250°C liegt und dass die Schmelztemperatur des Kunststoffmaterials der Tragstruktur (6) in einem Bereich zwischen 230°C und 270°C liegt.
Elektrische Komponente nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelztemperatur des Verbunds aus Matrixmaterial und Verstärkungsmaterial höher ist als die Schmelztemperatur des Matrixmaterials und als die Schmelztemperatur des Verstärkungsmaterials.
Elektrische Komponente nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Matrixmaterial ein Metallmaterial ist, insbesondere, dass das Matrixmaterial Zinn, Zink oder Silber oder jeweils Legierungen davon aufweist.
Elektrische Komponente nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungsmaterial ein Metallmaterial aufweist, vorzugsweise, dass das Verstärkungsmaterial Kupfer oder Legierungen davon aufweist.
Elektrische Komponente nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungsmaterial ein Nichtmetallmaterial aufweist, vorzugsweise, dass das Verstärkungsmaterial ein Glasfasermaterial aufweist, und/oder, dass das Verstärkungsmaterial ein Kohlefasermaterial aufweist, und/oder, dass das Verstärkungsmaterial ein Kunststoffmaterial aufweist, und/oder, dass das Verstärkungsmaterial ein Glasmaterial aufweist.
Elektrische Komponente nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsbestandteile (8) als Verstärkungspartikel und/oder als Verstärkungsfasern ausgebildet sind.
Elektrische Komponente nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die durchschnittliche Partikelgrösse der Verstärkungspartikel in einem Bereich zwischen 0,5 μm und 150 μm, vorzugsweise zwischen 5 μm und 100 μm, liegt, und/oder, dass der Partikelvolumenanteil in einem Bereich zwischen 10% und 40% liegt.
Elektrische Komponente nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der durchschnittliche Faserdurchmesser der Verstärkungsfasern in einem Bereich zwischen 1 μm und 6 μm liegt, und/oder, dass die durchschnittliche Faserlänge in einem Bereich zwischen 50 μm und 200 μm liegt, und/oder, dass der Faservolumenanteil in einem Bereich zwischen 30% und 60% liegt.
Elektrische Komponente nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungspartikel und/oder die Verstärkungsfasern entlang der Längserstreckung der jeweiligen Leiterbahn (3–5) ausgerichtet sind.
Elektrische Komponente nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnstruktur (2) zumindest abschnittsweise vollständig in die Tragstruktur (6) eingebettet ist.
Elektrische Komponente nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnstruktur (2) mindestens einen elektrischen Leitungsanschluss (25–27) ausbildet, der für eine kraftschlüssige mechanische Verbindung mit einem elektrischen Gegen-Leitungsanschluss ausgebildet ist.
Elektrische Komponente nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitungsanschluss (25–27) frei von der Tragstruktur (6) angeordnet ist, vorzugsweise, dass der Leitungsanschluss (25–27) über die Tragstruktur (6) hervorsteht, weiter vorzugsweise, dass der Leitungsanschluss (25–27) als Leitungsfahne ausbildet ist.
Elektrische Komponente nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitungsanschluss (25–27) zur Herstellung der mechanischen kraftschlüssigen Verbindung federnd ausgestaltet ist.
Kraftfahrzeugschloss mit einer elektrischen Komponente (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Kraftfahrzeugschloss nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schlossgehäuse vorgesehen ist und dass das Schlossgehäuse zumindest zum Teil von der elektrischen Komponente (1) gebildet ist.
Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Komponente (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Tragstruktur (6) im Kunststoff-Spritzgießverfahren erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnstruktur (2) im Metall-Spritzgießverfahren an die Tragstruktur (6) angespritzt wird.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsbestandteile (8) vor dem Anspritzen in die Metallmatrix (7) eingebracht, insbesondere eingemischt, werden.
Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Anspritzen der Leiterbahnstruktur (2) eine Deckschicht (24) aus mindestens einem Kunststoffmaterial auf die Leiterbahnstruktur (2) gespritzt wird, so dass die Leiterbahnstruktur (2) zumindest abschnittsweise vollständig in die Tragstruktur (2) eingebettet ist.