DE10308060B3

DE10308060B3 - Verfahren zur Herstellung von elektrischen Stromführungen bei Kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE10308060B3
Application number: DE2003108060
Authority: DE
Inventors: Hans-Jürgen Krämer; Volker Prof. Dr.-Ing. Thoms; Uwe Zilian
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2003-02-26
Filing date: 2003-02-26
Publication date: 2004-05-19
Anticipated expiration: 2023-02-27

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von elektrischen Stromführungen bei Kraftfahrzeugen, wobei metallische elektrische Leiterbahnen (7, 8) auf einen aus Kunststoff bestehenden Oberflächenbereich eines Werkstückes (1, 2) aufgebracht werden, welches als Teil des Kraftfahrzeuges bei dessen Aufbau verbaut wird. Um eine elektrische Stromführung bei Kraftfahrzeugen in einfacher und bauraumsparender Weise auch über größere zu überbrückende Strecken schadensfrei ermöglichen, wird vorgeschlagen, dass als Werkstückmaterial ein Blechwerkstoff verwandt wird, dass ein erstes und ein zweites Werkstück (1, 2) mit einem thermoplastischen Kleber beschichtet werden, wonach Leiterbahnen (7, 8) auf beide Kleberschichten (3, 4) der Werkstücke (1, 2) aufgebracht werden, dass die Werkstücke (1, 2) mit ihren beschichteten Seiten (5, 6) aufeinander gelegt werden und dass daraufhin die aufeinander liegenden Werkstücke (1, 2) derart erwärmt werden, dass die Werkstücke (1, 2) miteinander verklebt werden und an den Kontaktstellen der Leiterbahnen (7, 8) miteinander eine metallische Verbindung eingehen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von elektrischen Stromführungen bei Kraftfahrzeugen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Ein gattungsgemäßes Verfahren ist aus der DE 199 07 245 A1 bekannt. Dort wird die Herstellung eines Pkw-Türschlossträgers mittels einer MID-Technik ("Molded Interconnect Devices") beschrieben, bei der die Trägerstruktur in einem ersten Schuss aus Kunststoff erzeugt, welche anschließend in einem zweiten Schuss mit einer metallischen Komponente umspritzt wird, die den elektrischen Strom anstelle von Litzen der konventionellen Fertigung führen soll. Derartig hergestellte Strukturen sind jedoch sehr schadensanfällig in der Montage, insbesondere wenn sie sich über größere Distanzen hinweg erstrecken, da dabei leicht Kratzer und Abschabungen an den Leiterbahnen auftreten können, die die Stromführung unterbinden und somit die elektrischen Verbraucher funktionslos machen. Daher müssen in der Montage in aufwendiger Weise Vorsichtsmaßnahmen vorgenommen werden, die meist durch Gehäuse und ähnliche raumgreifende Abdeckungen ihre Realisierung finden.

Des weiteren ist aus der DE 101 09 087 A1 das Aufbringen von Leiterbahnen direkt auf das Blech eines Fahrzeugs bekannt, wobei dies mit Hilfe einer Klebeschicht ausgeführt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren dahingehend weiterzubilden, dass eine elektrische Stromführung bei Kraftfahrzeugen in einfacher und bauraumsparender Weise auch über größere zu überbrückende Strecken schadensfrei ermöglicht wird.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Basis der Erfindung ist, dass keine separaten Bauteile benötigt werden, die Träger der elektrischen Leiterbahnen sind. In einfacher Weise werden dabei Werkstücke wie Bleche, Profile oder Hohlprofile, also Körper aus einem Blechwerkstoff, die im Kraftfahrzeug ohnehin verbaut werden, mit einem thermoplastischen Kleber beschichtet, auf welchen dann die elektrischen Leiterbahnen appliziert werden, so dass diese vom Blechträger elektrisch isoliert sind. Nun werden die Leiterbahnen dadurch geschützt, dass ein weiteres beschichtetes Werkstück auf das mit Leiterbahnen ausgebildete Werkstück aufgelegt wird, so dass die Leiterbahnen nach oben abgedeckt und einem direkten mechanischen Einfluss, der Kratzer oder ähnliche Beschädigungen hervorrufen kann, entzogen sind. Durch die nachfolgende Erwärmung werden die beiden Werkstücke miteinander verbunden, da der Kleber durch die Wärmezufuhr aktiviert und seine Klebeeigenschaften zu Tage bringt. Der Werkstückverbund kann nun in dem oder an dem Fahrzeug verbaut oder als Teil des Fahrzeugaufbaus verwandt werden.

In vorteilhafter Weise weist das bedeckende Werkstück ebenfalls Leiterbahnen auf, deren Verlauf dem des abgedeckten Werkstückes gleichen oder aber zu diesem völlig verschieden sein kann. Mit dieser mit Leiterbahnen versehene Seite des abdeckenden Werkstückes wird dieses auf das andere Werkstück gelegt, so dass bei gleichem Verlauf der Leiterbahnen und Lageidentität in der Abdeckstellung der beiden Werkstücke aus den relativ dünnen Leiterbahnen jedes einzelnen Werkstückes eine Leiterbahn dickeren Querschnittes gebildet wird, welche zur Führung höherer Ströme fähig ist. Bei nicht verlaufsidentischen Leiterbahnen beider Werkstücke wird eine Vernetzung durch Kreuzungen der Leiterbahnen erreicht, so dass an einer Hauptleiterbahn durch die erreichte Verzweigung mehrere elektrische Verbraucher in platzsparender einfacher Weise angekoppelt sind. Diese Vernetzung kann sich theoretisch über das gesamte Fahrzeug und damit über große Distanzen erstrecken, wobei der erzielte Werkstückverbund randseitig einen Anschluss an den nächsten Verbund und/oder den elektrischen Verbraucher aufweisen muss. Die erwähnte Erwärmung der aufeinanderliegenden Werkstücke ist derart, dass die Leiterbahnen an ihren Kreuzungs- bzw. ihren Überdeckungsstellen miteinander stoffschlüssig verlötet werden, was zum einen zu einem besonders guten elektrischen Kontakt zwischen den Leiterbahnen der einzelnen Werkstücke führt und zum anderen neben der Klebeverbindung die Festigkeit des Werkstückverbundes erheblich steigert.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteransprüchen entnommen werden; im übrigen ist die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles nachfolgend näher erläutert; dabei zeigt die einzige Figur zwei Werkstücke, die erfindungsgemäß miteinander verbunden werden.
In der Figur sind ist ein erstes Werkstück 1 und ein zweites Werkstück 2 dargestellt, die beide aus einem Blechwerkstoff; beispielsweise Stahl, Aluminium oder Magnesium und deren Legierungen bestehen und Teile eines Kraftfahrzeuges bei dessen Aufbau darstellen. Beide Werkstücke 1 und 2 werden von einem Coil geschnitten und mit einem thermoplastischen Kleber beschichtet. Die Beschichtung kann auf der gesamte Oberfläche der Werkstücke 1 und 2, auf bestimmten Seiten oder nur lokal erfolgen. Auf einem Oberflächenbereich der thermoplastischen Schichten 3,4, die sich hier auf den Seiten 5,6 der ebenen Werkstücke 1,2 befinden und eine Schichtdicke etwa 0,2 mm aufweisen, werden nun metallische elektrische Leiterbahnen 7,8 vorzugsweise durch Bedrucken oder Plattieren aufgebracht, die elektrische Stromführungen bei Kraftfahrzeugen bilden.
Das Werkstück 2 wird nun mit seiner beschichteten Seite 5 auf die beschichtete Seite 6 des Werkstückes 1 gemäß der Pfeilrichtung gelegt, wobei sich die Leiterbahnen 7 mit den Lei terbahnen 8 kreuzen. Vorher werden die Leiterbahnen 7,8 an den Stellen, an denen sie sich in der Stapellage kontaktieren, belotet. Anschließend werden die aufeinanderliegenden Werkstücke 1,2 derart erwärmt, dass sie miteinander verklebt werden und an den Kontaktstellen der Leiterbahnen 7,8 miteinander eine metallische Verbindung eingehen bzw. miteinander verlötet werden. Die Erwärmung kann in einem Ofen erfolgen. Um die Gefahr des Verziehens der Werkstücke 1,2 bei einer vollumfänglichen Erwärmung zu vermeiden, wird vorteilhafterweise induktiv erwärmt. Dabei werden die Leiterbahnen 7,8 gezielt lokal miteinander verlötet, wobei in dieser Fügezone auch gleichzeitig die thermoplastischen Kleberschichten 3,4 erwärmt werden, die dadurch miteinander verkleben und aushärten. Hierbei besitzen die sich vereinenden Kleberschichten 3, 4 in günstiger Weise eine Abdichtfunktion für die Leiterbahnen 7,8 gegenüber Feuchtigkeit. Alternativ kann die Erwärmung durch Bestrahlung mittels Ultraschall sehr schnell und präzise ausgeführt werden. Nach der Verlötung und Verklebung werden die beiden Werkstücke 1,2 außerhalb des Leiterbahnbereichs miteinander durch Widerstandspunktschweißen verbunden, so dass eine unlösbar feste Verbindung zwischen den Werkstücken 1 und 2 entsteht. Günstigerweise wird das Widerstandspunktschweißen während der Plastifizierungsphase des Klebers bei der Erwärmung ausgeführt, da durch Elektrodendruck die zähflüssigen thermoplastischen Schichten 3,4 in die Nachbarbereiche verdrängt werden können, so dass ein metallischer Kontakt zwischen den Blechen 1,2 geschaffen wird und dadurch das Punktschweißen prozesssicher ausgeführt werden kann. In verfahrensökonomischer Weise wird durch die Erfindung eine elektrische Kontaktierung zwischen den Leiterbahnen 7,8 durch das induktive Löten, eine Festigkeitsverbindung durch die Klebeverbindung und ein in erheblichem Masse die Festigkeit der Verbindung steigerndes Widerstandspunktschweißen in einer einzigen Aufspannung ermöglicht.
Die Bleche 1,2 werden vor ihrer Beschichtung für den späteren Verwendungszweck bedarfsgerecht ausgeformt. Aus Fertigungsto leranzgründen ist es dabei sinnvoll, die beiden Bleche gemeinsam aufeinanderliegend mittels Tiefziehen, Pressen oder Rollen entsprechend zu gestalten. Es ist als verfahrensökonomische Ausgestaltung der Erfindung jedoch auch denkbar, dass die beiden Werkstücke 1,2 erst profiliert werden, nachdem sie miteinander verbunden sind. Hierbei sind möglichst gute duktile Eigenschaften des Klebers und des Leiterbahnmaterials sowie des Lots Vorraussetzung, so dass die Klebe- und die Lötverbindung die Verformung unbeschadet aushalten.
Die Bleche 1,2 werden vorzugsweise als Karosseriebleche für die Beplankung, den Schweller, die Spritzwand, die Rückwand und den Unterboden verwandt. Zudem können die Werkstücke auch als Träger und Rahmenprofile des Kraftfahrzeuges ausgebildet sein.

Claims

Verfahren zur Herstellung von elektrischen Stromführungen bei Kraftfahrzeugen, wobei metallische elektrische Leiterbahnen auf einen aus Kunststoff bestehenden Oberflächenbereich eines Werkstückes aufgebracht werden, welches als Teil des Kraftfahrzeuges bei dessen Aufbau verbaut wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Werkstückmaterial ein Blechwerkstoff verwandt wird, dass ein erstes und ein zweites Werkstück (1,2) mit einem thermoplastischen Kleber beschichtet werden, wonach Leiterbahnen (7,8) auf beide Kleberschichten (3,4) der Werkstücke (1,2) aufgebracht werden, dass die Werkstücke (1,2) mit ihren beschichteten Seiten (5,6) aufeinander gelegt werden, und dass daraufhin die aufeinanderliegenden Werkstücke (1,2) derart erwärmt werden, dass die Werkstücke (1,2) miteinander verklebt werden und an den Kontaktstellen der Leiterbahnen (7,8) miteinander eine metallische Verbindung eingehen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung induktiv erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung durch Bestrahlung mittels Ultraschall erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Werkstücke (1,2) außerhalb des Leiterbahnbereichs (7,8) miteinander durch Widerstandspunktschweißen verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandspunktschweißen während der Plastifizierungsphase des Klebers erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kleberschichten (3,4) mit den Leiterbahnen (7,8) bedruckt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die miteinander verbundenen Werkstücke (1,2) anschließend profiliert werden.