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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Abschirmung für elektrische und/oder elektronische Komponenten.
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Elektrische und/oder elektronische Komponenten erzeugen aufgrund von umzusetzende Strömen und Spannungen elektromagnetische Störausstrahlungen. Eine solche Abstrahlung steigt bei gepulsten Bauteilen, wie bspw. bei einem DC/DC-Wandler oder sonstigen Leistungselektroniken um ein Vielfaches an und führt zu einer hohen Anforderung hinsichtlich der Dämpfung.
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Der Artikel „Effektiver Störschutz für Kunststoffgehäuse“ aus ELEKTRONIK PRAXIS, 15.09.2008 beschreibt verschiedene Beschichtungsverfahren für Kunststoffgehäuse unter dem Aspekt der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV). Hiernach kann mit einer Beschichtung sowohl die Störempfindlichkeit als auch die Störausstrahlung herabgesetzt werden. Als Beschichtungsverfahren zur Metallisierung von Kunststoffen wird unter anderem auf das Lichtbogenspritzen verwiesen, bei welchem zwei Zinkdrähte kontinuierlich an die Spitze einer Spritzpistole vorgeschoben werden und dort unter der Hitze eines Lichtbogens, den sie selbst initiieren, schmelzen. Mithilfe eines Luftdruckstrahls wird das verflüssigte Zink robotergestützt auf die Kunststoffoberfläche aufgebracht. Ferner wird zur Erzielung einer guten Haftfestigkeit die Kunststoffoberfläche zuvor aktiviert, indem die Oberfläche gezielt mit Partikeln beschossen wird, um eine hohe Rauigkeit zu erreichen. Dies führe zu einer optimalen Verzahnung der aufgebrachten Zinkschicht mit der Kunststoffoberfläche.
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Weiterhin ist nach diesem Artikel der Beschichtungswerkstoff Zink sehr robust und weist eine hohe elektrische Leitfähigkeit auf. In der Kombination mit einer Schichtdicke von 150 µm wird ein Störschutz erreicht, der an ein Vollmetallgehäuse heranreicht. Im Lichtbogenverfahren könnten alle gängigen Kunststoffe, wie bspw. ABS, PC, PA, PS usw. beschichtet werden.
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In dem Firmenprospekt 033434/1550-01 der Firma Berolina Metallspritztechnik Wesnigk GmbH, „Ihr Spezialist für thermisches Beschichten in Deutschland“ wird ebenso das Lichtbogenspritzverfahren zur Herstellung von hochwertigen metallischen Spritzschichten als EMV-Abschirmungen beschrieben, wobei als mögliche Beschichtungsmaterialien Zink, Zinn, Kupfer, Silber oder Aluminium erwähnt werden.
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In der
DE 39 07 789 A1 wird ein Verfahren angegeben, mit welchem auf elektrisch nichtleitenden Kunststoffoberflächen gegen elektromagnetische Strahlung schirmende Schichten aus intrinsisch leitenden Polymeren direkt haftfest abzuscheiden. Dazu werden anodisch elektropolymerisierbare heterocyclische Monomere zuerst auf chemischen Wegen zu elektrisch leitenden Haftschichten polymerisiert und diese anschließend durch Elektropolymerisation und/oder elektrochemische Metallabscheidung verstärkt.
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Der Vollständigkeit halber wird noch auf die
DE 41 38 771 A1 und die
WO 00/15860 A1 verwiesen.
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Die
DE 41 38 771 A1 beschreibt ein Verfahren, mit welchem die Oberflächen verschiedener Kunststoffe durch die Bildung intrinsisch leitender Polymere elektrisch leitend gemacht werden. Durch die Absorption von Monomeren und/oder Oxidationsmitteln sind die entstehenden leitenden Polymere sehr haftfest mit den Kunststoffunterlagen verbunden. Die leitenden Oberflächen sind nach einer weiteren Verstärkung zur Schirmung gegen elektromagnetische Felder geeignet.
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Die
WO 00/15860 A1 offenbart ein Formgebungsverfahren, mit welchem aus flexiblen textilen Substraten dreidimensionale Formkörper mit funktionsgerechter Steifigkeit durch Beschichteten von in Form gebrachten Geweben hergestellt wird. Hierbei erfolgt die Versteifung der flexiblen textilen Substrate durch thermisches Spritzen, bspw. durch Lichtbogenspritzen. Durch unterschiedliche Auftragsdicken wird die funktionsgerechte Steifigkeit des erzeugten Formteils erzielt.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung einer Abschirmung für elektrische und/oder elektronische Komponenten zu schaffen, mit welchem eine hohe Haftung der EMV-Abschirmschicht auf dem Ausgangsmaterial der Abschirmung gewährleistet wird.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1
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Ein solches Verfahren zur Herstellung einer Abschirmung für elektrische und/oder elektronische Komponenten zeichnet sich durch folgende Schritte aus:
- - Bereitstellen eines Trägers,
- - Behandeln der Oberfläche des Trägers,
- - Auftragen einer Haftvermittlerschicht auf die Oberfläche des Trägers, und
- - Auftragen einer metallischen Spritzschicht als EMV-Abschirmschicht.
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Bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst vor dem Auftragen der Haftvermittlerschicht die Oberfläche des Trägers behandelt und erst anschließend die EMV-Abschirmschicht als metallische Spritzschicht aufgetragen. Damit dient diese Haftvermittlerschicht als Haftvermittler zwischen dem Ausgangsmaterial und der EMV-Abschirmschicht und gewährleistet eine hohe Haftung der EMV-Abschirmschicht auf dem Träger.
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Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird als Trägermaterial für den Träger Kunststoff und/oder Keramik und/oder Glas verwendet. Dies führt zu einem breiten Anwendungsgebiet hinsichtlich der Verwendung soleher Ausgangsmaterialien als Leichtbau-Materialien für Gehäuse und/oder Gehäuseteile im Fahrzeugbau.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn als Trägermaterial für den Träger ein Verbundwerkstoff, insbesondere ein faserverstärkter Kunststoff als Leichtbau-Material, bspw. Tepex® als thermoplastischer faserverstärkter Kunststoff verwendet wird. Solche Verbundwerkstoffe bzw. faserverstärkte Kunststoffe können als Leichtbaumaterialien zum Aufbau von Gehäusestrukturen verwendet werden, die gleichzeitig Anforderungen an EMV-Abschirmung, Steifigkeit und Gewichtsminimierung erfüllen.
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Weiterhin wird nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung die Oberfläche des Trägers mittels Sandstrahlen behandelt. Damit wird eine Oberflächenbeschaffenheit des Ausgangsmaterials mit einer gewissen Rauigkeit erreicht, um eine ausreichende Haftung der Haftvermittlerschicht auf dem Träger sicherzustellen.
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Hierbei ist es besonders vorteilhaft wenn weiterbildungsgemäß als Haftvermittlerschicht eine Zink-Schicht auf die Oberfläche des Trägers aufgesprüht wird, da auch Zink bereits einen EMV-abschirmenden Effekt aufweist. Vorzugsweise wird die Haftvermittlerschicht mit einer Dicke zwischen 30 µm und 40 µm aufgesprüht.
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Nach einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird die metallische Spritzschicht mittels eines Lichtbogenspritzverfahrens aufgetragen.
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Hierbei hat sich als vorteilhaft herausgestellt, das Lichtbogenspritzverfahren mit folgenden Parametern durchzuführen:
- - einer Lichtbogentemperatur zwischen 4500 °C und 5500 °C,
- - einer Partikelgeschwindigkeit zwischen 100 und 300 m/s,
- - einem Abstand zur Oberfläche des Trägers zwischen 100 und 250 mm, und
- - einem Drahtdurchmesser des für das Lichtbogenspritzverfahren verwendeten Drahtes zwischen 1,6 und 4,8 mm.
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Schließlich wird vorteilhafterweise als Material für die metallische Spritzschicht Aluminium (AL), Kupfer (Cu), Stahl, Zink (Zn) oder Zinn (Sn) verwendet.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen.
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Als Ausgangsmaterial für einen Träger wird ein Leichtbau-Material, wie bspw. der auf thermoplastischen Polymeren basierende Verbundwerkstoff Tepex® verwendet und dient als Halbzeug zur Herstellung von Gehäuseteilen oder Gehäusen für elektrische und/oder elektronische Komponenten für den Einsatz in Fahrzeugen.
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Dieser Verbundwerkstoff Tepex® besteht aus einer Kombination einer Endlosfaserverstärkung mit Fasern aus Glas, Carbon oder Aramid und thermoplastischen Polymeren und weist ein hohe Festigkeit und Steifigkeit bei geringem Gewicht auf. Tepex®-Materialien werden als Halbzeugplatten vertrieben und können zur Weiterverarbeitung thermogeformt oder formgepresst werden.
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Eine Abschirmung für elektromagnetische Störausstrahlungen wird mittels einer solchen Halbzeugplatte als Träger dadurch realisiert, dass eine metallische Spritzschicht als EMV-Abschirmschicht mittels des bekannten Lichtbogenspritzverfahrens auf die Halbzeugplatte sprühaufgetragen wird.
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Um eine ausreichende Haftung der sprühaufgetragenen EMV-Abschirmschicht auf der Oberfläche der Halbzeugplatte sicherzustellen, wird zunächst die Oberfläche des Trägers, also die Oberfläche der Halbzeugplatte einer Behandlung zur Erzeugung einer bestimmten Rauigkeit ausgesetzt und anschließend eine Haftvermittlerschicht auf die derart aufgeraute Oberfläche ebenso mittels des Lichtbogenspritzverfahrens aufgesprüht, bevor der EMVabschirmende Sprühauftrag aufgetragen wird.
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Die Oberflächenbehandlung des Trägers zur Erzeugung einer bestimmten Rauigkeit wird mittels eines Sandstrahlvorganges durchgeführt.
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Die Haftvermittlerschicht wird mittels Zink hergestellt, wobei diese Zinkschicht bspw. eine Dicke von ca. 35 µm aufweist. Diese Zinkschicht stellt das notwendige Bindematerial zwischen dem Material der Tepex®-Halbzeugplatte und der eigentlichen EMV-Abschirmschicht her. Der Vorteil der Verwendung von Zink ist dessen EMV-abschirmender Effekt.
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In einem weiteren Sprühvorgang wird die eigentliche EMV-Abschirmschicht auf die Haftvermittlerschicht aufgetragen, wobei als Material für diese EMV-Abschirmschicht Aluminium (Al), Kupfer (Cu), Stahl, Zink (Zn) oder Zinn (Sn) eingesetzt wird.
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Für gute Haftungs- und Verbindungseigenschaften dieser EMV-Abschirmschicht haben sich folgende Prozessparameter für das Lichtbogenspritzverfahren als vorteilhaft herausgestellt:
- - Lichtbogentemperatur: zwischen 4500 °C und 5500 °C, vorzugsweise 5000 °C,
- - Partikelgeschwindigkeit: 100 bis 300 m/s,
- - Abstand Düse der für das Lichtbogenspritzverfahren verwendete Spritzpistole von der Oberfläche des Trägers: 100 bis 250 mm, und
- - Drahtdurchmesser: 1,6 bis 4,8 mm.
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Die Dämpfungseigenschaften hinsichtlich einer elektromagnetischen Störausstrahlung sind einerseits über die Prozessparameter und andererseits über die Schichtdicken der Haftvermittlungsschicht und der EMV-Abschirmschicht einstellbar. Hierbei sind Schichtdicken bis zu mehreren 100 µm möglich.
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Nachdem die Abschirmung mittels des Trägers, bspw. der Tepex®-Halbzeugplatte hergestellt ist, wird diese derart bearbeitete Halbzeugplatte zur Herstellung von Gehäuseteilen und Gehäusen für elektrische und/oder elektronische Komponenten im Fahrzeug mittels Thermoformen, Formpressen und/oder Spritzgießen weiterverarbeitet.
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Als Träger kann nicht nur ein Halbzeug verwendet werden, sondern auch bereits hergestellte Gehäuseteile oder Gehäuse. Somit kann bspw. aus dem Tepex®-Verbundwerkstoff zunächst ein Gehäuseteil oder ein Gehäuse durch Thermoumformen hergestellt werden und anschließend die Abschirmung mit dem oben beschriebenen Verfahren erzeugt werden.
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Als Material für den Träger ist nicht nur der Tepex®-Verbundwerkstoff, sondern es sind allgemein alle Verbundwerkstoffe, Kunststoffe, Keramiken und/oder Glas zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens geeignet.
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Dieses Verfahren zur Herstellung einer Abschirmung für elektrische und/oder elektronische Komponenten kann großserientauglich, insbesondere vollautomatisch realisiert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3907789 A1 [0006]
- DE 4138771 A1 [0007, 0008]
- WO 0015860 A1 [0007, 0009]