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Die
Erfindung betrifft eine Paneel-Vorrichtung mit mindestens einer
Trägerschicht
mit einer Ober- und einer Unterfläche und einer an die Unterfläche der
Trägerschicht
angrenzenden Schicht aus einem porösen elektrisch isolierenden
Material.
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Die
Erfindung betrifft des weiteren ein Verfahren zum Herstellen von
elektrische Leiterbahnen enthaltenden Paneelen mit mindestens einer
Trägerschicht
mit einer Ober- und
einer Unterfläche
und einer an die Unterfläche
der Trägerschicht
angrenzenden, eine Ober- und Unterfläche aufweisenden Schicht aus
einem elektrisch isolierendem Material.
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Paneel-Vorrichtungen
der eingangs genannten Art werden im Stand der Technik zu unterschiedlichsten
Zwecken verwendet. Die bekannten Paneel-Vorrichtungen sind dabei
entweder massiv aus einem feuerfesten und auch bei hohen Temperaturen von
bis zu 1000° Celsius
nicht ausgasenden Material wie beispielsweise einem Metall hergestellt,
das vergleichsweise schwer ist, oder sie sind massiv aus einem Kunststoffmaterial
hergestellt, das vergleichsweise leicht ist, jedoch entweder nicht
feuerfest ist und/oder sich bei hohen Temperaturen von bis zu 1000° Celsius
verformt oder giftige Gase freisetzt. Des Weiteren sind Paneel-Vorrichtungen aus
Kompound-Materialien bekannt, die vergleichsweise leicht sind, jedoch
bei hohen Temperaturen die Nachteile der beiden ersteren massiven
Materialien in sich vereinen. Die bekannten Paneel-Vorrichtungen
sind daher für
eine Verwendung als Trägerelemente und/oder
als Schutzumhüllungen
für zu
verlegene elektrische Leitungen nicht geeignet.
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Aufgabe
der Erfindung ist es deshalb, eine Paneel-Vorrichtung zu schaffen, die leicht
ist und auch bei hohen Temperaturen von bis zu 1000° Celsius
formstabil und nicht brennbar-feuerresistent ist und dabei als Trägerelement
und/oder als Schutzumhüllung
für zu
verlegene elektrische Leitungen verwendbar ist.
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Für eine Vorrichtung
der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass
zwischen der mindestens einen Trägerschicht
und der Schicht aus einem porösen
elektrisch isolierendem Material eine oder mehr elektrische Leiterbahnen
angeordnet sind, wobei die Schicht aus porösem Material eine anisotrope
Wabenstruktur mit langschmalen Röhrenwaben
aufweist, wobei die Längsachse
der Waben im Wesentlichen senkrecht zur Unterfläche der Trägerschicht orientiert ist.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Paneel-Vorrichtung sind
Gegenstand der entsprechenden Unteransprüche.
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Aufgabe
der Erfindung ist es des Weiteren, ein Verfahren zur Herstellung
der erfindungsgemäßen Paneel-Vorrichtung
zu schaffen.
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Für ein Verfahren
der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe gelöst durch
die folgenden Schritte:
- • Aufbringen von einer oder
mehr Leiterbahnen auf die Oberfläche
der Schicht aus einem elektrisch isolierendem Material,
- • Bereitstellen
eines zähflüssigen Klebematerials,
- • Auftragen
des zähflüssigen Klebematerials
auf mindestens eine der Flächen
der Trägerschicht und/oder
der Schicht aus elektrisch isolierendem Material,
- • Verpressen
der Trägerschicht
mit der Schicht aus elektrisch isolierendem Material.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen Verfahrens
sind Gegenstand der entsprechenden Unteransprüche.
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Bei
der erfindungsgemäßen Paneel-Vorrichtung
wird durch die Merkmale, dass zwischen der mindestens einen Trägerschicht
und der Schicht aus einem porösen
elektrisch isolierendem Material eine oder mehr elektrische Leiterbahnen
angeordnet sind, wobei die Schicht aus porösem Material eine anisotrope
Wabenstruktur mit langschmalen Röhrenwaben aufweist,
wobei die Längsachse
der Waben im wesentlichen senkrecht zur Unterfläche der Trägerschicht orientiert ist,
eine besonders effektive Dämpfung
einer Wärmeleitung
in Richtung ins Innere der Paneel-Vorrichtung erreicht, wodurch
eine gegenüber
dem Stand der Technik verbesserte, besonders wirksame Temperaturisolierung
bei gleichzeitiger besonders ausgeprägter mechanischer Stabilität und Formbeständigkeit
auch bei hohen Temperaturen gegeben ist. Aufgrund dieser Eigenschaften
ist die erfindungsgemäße Paneel-Vorrichtung
als Trägerelemente
und/oder als Schutzumhüllungen
für zu
verlegene elektrische Leitungen hochgradig geeignet.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird durch die oben angegebenen Herstellungsschritte erreicht, dass
die Trägerschicht
mit der Schicht aus Kunststoffmaterial zu einer festen, extrem formstabilen
und temperaturempfindlichen Kompound-Einheit verbunden wird, wobei
die Schritte zum isolierten Einbetten von elektrische Leitungen
in die erfindungsgemäße Paneel-Vorrichtung
in das erfindungsgemäße Herstellungs-Verfahren
integriert sind.
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Gemäß einer
ersten bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist vorgesehen, dass zwischen der Unterfläche der Trägerschicht und der Schicht
aus porösem
elektrisch isolierendem Material eine Schicht aus Polyurethan als
Bindeschicht vorgesehen ist, in die die eine oder mehr elektrische
Leiterbahnen eingebracht sind. Alternativ zu dieser Ausführungsform
kann vorgesehen sein, dass zwischen der Unterfläche der Trägerschicht und der Schicht
aus porösem
elektrisch isolierendem Material eine Schicht aus Epoxitharz als Bindeschicht
vorgesehen ist, in die die eine oder mehr elektrische Leiterbahnen
eingebracht sind.
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Prinzipiell
kann eine Trägerschicht
sowohl auf die Oberfläche
aus auch auf die Unterfläche
der Schicht aus elektrisch isolierendem Material aufgebracht werden.
Eine Trägerschicht
kann beispielsweise aus einem Metall, insbesondere Aluminium hergestellt
sein, oder auch aus einem isotropen Kunststoffmaterial hergestellt
sein. Eine Trägerschicht
weist je nach Anwendungsfall vorzugsweise eine Dicke von etwa 0,3
mm bis 2,0 mm auf.
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Gemäß einer
anderen bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist vorgesehen, dass die Schicht aus einem eine anisotrope Wabenstruktur
mit langschmalen Röhrenwaben
aufweisende elektrisch isolierendem Material aus Polyetherimid hergestellt
ist. Alternativ dazu kann die Schicht aus einem eine anisotrope
Wabenstruktur mit langschmalen Röhrenwaben
aufweisende Material elektrisch isolierendem aus Polyethersulfon
hergestellt sein. Unabhängig
davon weisen die Röhren
der Schicht aus einem elektrisch isolierendem Material mit einer
anisotropen Wabenstruktur eine Länge
von 2 mm bis 20 mm bei einem Durchmesser von 0,1 mm bis 3,0 mm auf.
Je nach Anwendungsfall ist die Dicke der Schicht aus elektrisch
isolierendem Material auf zwischen 3,0 mm bis 20 mm bemessen.
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Gemäß einer
ersten bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist vorgesehen, dass das zähflüssige Klebematerial durch
Verflüssigen
von Polyurethan bei einer Temperatur von 120°C bis 180°C erzeugt wird. Gemäß einer alternativen
Ausführungsform
kann vorgesehen sein, dass das zähflüssige Klebematerial
von zähflüssigem Epoxitharz
gebildet ist, das bei Raum-Temperatur
durch Zusammenmischen von Bisphenol A und Epichlorhydrin mit einem
Härter
erzeugt wird.
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Das
zähflüssige Klebematerial
kann auf die Unterfläche
der Trägerschicht
oder auf die Oberfläche
der Schicht aus elektrisch isolierendem Material, oder alternativ
auf die Unterfläche
der Trägerschicht sowie
auf die Oberfläche
der Schicht aus elektrisch isolierendem Material aufgetragen werden.
Gemäß einer
wichtigen bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist dabei stets vorgesehen, dass das zähflüssige Klebematerial mit Hilfe einer
Walze auf die betreffende Schicht bzw. auf die betreffenden Schichten
aufgetragen wird.
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Gemäß einer
weiteren wichtigen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist vorgesehen, dass das Verpressen der Trägerschicht mit der Schicht
aus elektrisch isolierendem Material durch Wirkung eines technischen
Vakuums erfolgt.
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Gemäß einer
besonderen bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist vorgesehen, dass eine Trägerschicht
sowohl auf die Oberfläche
aus auch auf die Unterfläche
der Schicht aus elektrisch isolierendem Material aufgebracht wird,
wobei eine oder mehr Leiterbahnen auf sowohl auf der Oberfläche als
auch auf der Unterfläche
der Schicht aus einem elektrisch isolierendem Material aufgebracht
werden können.
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Die
im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Trägerschichten können aus
einem Metall, insbesondere Aluminium oder alternativ aus einem anderen
isotropen Material, insbesondere Kunststoffmaterial hergestellt
sein. Eine Trägerschicht
weist dabei vorzugsweise eine Dicke von etwa 0,3 mm bis 2,0 mm auf.
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Die
im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Schicht
aus einem elektrisch isolierendem Material weist vorzugsweise eine
anisotrope Wabenstruktur mit langschmalen Röhrenwaben auf, deren jeweilige
Längsachsen
im wesentlichen senkrecht zu ihrer Ober- und Unterfläche ausgerichtet
sind, wobei eine Schicht aus verflüssigtem Polyurethan als Trägerschicht
der einen oder mehr Leiterbahnen auf die Oberfläche der Schicht aus Material
aufgetragen ist. Diese Schicht ist vorzugsweise aus Polyetherimid
oder aus Polyethersulfon hergestellt, wobei die Röhren dieser Schicht
vorzugsweise eine Länge
von 2 mm bis 50 mm bei einem Durchmesser von 0,1 mm bis 3,0 mm aufweisen.
Die Schicht aus elektrisch isolierendem Material weist vorzugsweise
eine Dicke von 3,0 mm bis 50 mm auf.
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Alternativ
zu einer Ausführung
in Polyetherimid oder Polyethersulfon kann die Schicht aus einem elektrisch
isolierenden Material von Balsaholz oder von mit Phenolharz geträngten Papierwaben
oder auch von einem festen Schaumstoffmaterial gebildet sein.
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Gemäß einer
weiteren wichtigen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist vorgesehen, dass die eine oder mehr Leiterbahnen durch Auftragen
von pulverisiertem Metall auf die Oberfläche der Kunststoffschicht aufgebracht werden.
Ein entsprechendes Verfahren ist beispielsweise aus der WO 03/070524
A1 bekannt.
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Das
pulverisierte Metall passiert dabei vorzugsweise vor einem Auftrag
unter hohem Anpressdruck eine Düse,
in der sich die Pulverpartikel durch mutuelle Friktion erwärmen. Die
Pulverpartikel können
dabei in einem Fördergas
verteilt sein, das unter hohem Druck die Düse passiert. Wesentlich ist
dabei, dass der Druck so hoch gewählt ist, dass sich die Pulverpartikel
auf eine Temperatur oberhalb deren Schmelzpunktes erwärmen und
hinter der Düse Tröpfchen bilden,
wobei die Temperatur der Tröpfchen
vorzugsweise gerade so gewählt
ist, dass diese beim Auftreffen auf die Schicht aus einem elektrisch isolierendem
Material sich auf eine Temperatur unterhalb deren Schmelzpunktes
abkühlen
und dabei auf der Schicht aus elektrisch isolierendem Material haften
bleiben. Im Falle von Kupfer werden die Pulverpartikel vorzugsweise
auf etwa 800° Celsius
erwärmt.
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Alternativ
zu der oben angegebenen Ausführungsform
können
die eine oder mehr Leiterbahnen auch von einem oder mehr Flachleitern
gebildet sein, die auf die Oberfläche der Schicht aus einem elektrisch
isolierenden Material aufgebracht werden. Ein Flachleiter kann dabei
beispielsweise von einem vorgefertigten und konfektionierten elektrisch
isolierten Leiter gebildet sein, der dabei vorzugsweise in eine elektrisch
isolierende Folie eingebracht ist.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
wird im Folgenden anhand einer bevorzugten Ausführungsform erläutert, die
in den Figuren der Zeichnung dargestellt ist. Darin zeigen:
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1 eine
bevorzugte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
in einer Ansicht von schräg
oben;
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2 die
in 1 dargestellte bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung
in einer Querschnittsansicht.
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Die
in den 1 bis 2 dargestellte erfindungsgemäße Paneel-Vorrichtung 100 enthält eine erste 110 und
eine zweite 120 aus Aluminium gebildete Trägerschicht
mit je einer Ober- 111; 121 und einer Unterfläche 112; 122 und
einer an die jeweilige Unterfläche 112; 122 einer
Trägerschicht 110; 120 angrenzenden
Schicht 130 aus einem porösen elektrisch isolierendem
Material, wobei zwischen der ersten Trägerschicht 110 und
der Schicht 130 aus einem porösen elektrisch isolierendem
Material eine Mehrzahl von elektrischen Leiterbahnen 150 vorgesehen ist.
Die Schicht 130 aus porösem
Material weist dabei eine anisotrope Wabenstruktur mit langschmalen Röhrenwaben 131 auf,
und die Längsachsen
der Waben 131 sind im Wesentlichen senkrecht zur Unterfläche 112; 122 der
Trägerschicht 110; 120 orientiert.
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Zwischen
der Unterfläche 112 der
ersten Trägerschicht 110 und
der Schicht 130 aus porösem elektrisch
isolierendem Material ist eine Schicht aus Polyurethan 140 als
Bindeschicht vorgesehen, in die die Mehrzahl von elektrischen Leiterbahnen 150 eingebracht
ist.
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Die
Schicht 130 aus dem eine anisotrope Wabenstruktur mit langschmalen
Röhrenwaben 131 aufweisende
elektrisch isolierendem Material ist aus Polyetherimid hergestellt,
wobei die Röhren 131 mittlere
eine Länge
etwa von 5 mm aufweisen und dabei einen mittleren Durchmesser etwa
von 0,2 mm aufweisen.
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Die
Trägerschichten 110; 120 weisen
eine Dicke von etwa 0,5 mm auf, und die Schicht 130 aus elektrisch
isolierendem Material weist eine Dicke von 1,2 mm auf.
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Die
in den 1 bis 2 dargestellte erfindungsgemäße Paneel-Vorrichtung 100 ist
hergestellt gemäß einem
Verfahren, bei dem das zähflüssige Klebematerial
durch Verflüssigen
von Polyurethan 140 bei einer Temperatur von 120°C bis 180°C erzeugt
wird und anschließend
mit Hilfe einer Walze auf die Unterfläche 112; 122 der
Trägerschicht 110; 120 aufgetragen
wird. Im Nachgang dazu erfolgt ein Vorgang des Verpressens der Trägerschichten 110; 120 mit
der Schicht 130 aus elektrisch isolierendem Material durch
Wirkung eines technischen Vakuums.
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Die
Leiterbahnen 150 werden durch Auftragen von pulverisiertem
Metall auf die Oberfläche
der Schicht 130 aus porösem
elektrisch isolierendem Material aufgebracht. Das pulverisierte
Metall passiert dabei vor einem Auftrag unter hohem Druck eine Düse, in der
sich die Pulverpartikel durch mutuelle Friktion erwärmen. Der
in der Düse
erzeugte Druck ist so hoch gewählt
ist, dass sich die Pulverpartikel auf eine Temperatur oberhalb deren
Schmelzpunktes erwärmen
und hinter der Düse
Tröpfchen
bilden.
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Die
Temperatur der Tröpfchen
ist dabei so gewählt,
dass diese beim Auftreffen auf die Schicht 130 aus einem
elektrisch isolierenden Material sich auf eine Temperatur unterhalb
deren Schmelzpunktes abkühlen
und dabei auf der Schicht 130 aus elektrisch isolierendem
Material haften bleiben.
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Die
obige erfindungsgemäße Paneel-Vorrichtung 100 ist
erstellt mittels eines Verfahrens, das die folgenden Schritte enthält:
- • Aufbringen
von Leiterbahnen 150 auf die Oberfläche der Schicht 130 aus
einem elektrisch isolierendem Material,
- • Verflüssigen von
Polyurethan 140 bei einer Temperatur von 120°C bis 180°C,
- • Auftragen
des verflüssigten
Polyurethans auf die jeweiligen Unterflächen 112; 122 der
Trägerschicht 110; 120,
- • Verpressen
der Trägerschichten 110; 120 mit
der Schicht 130 aus einem elektrisch isolierenden Material.
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Das
in zähflüssiger Form
vorliegende verflüssigte
Polyurethan 140 wird dabei mit Hilfe einer Walze auf die
jeweiligen Unterflächen 112; 122 der Trägerschicht 110; 120 aufgetragen.
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Das
Verpressen der Trägerschichten 110; 120 mit
der Schicht 130 aus einem elektrisch isolierenden Material
erfolgt durch Wirkung eines technischen Vakuums.
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Die
Leiterbahnen 150 werden durch Auftragen von pulverisiertem
Metall auf die Oberfläche
der Schicht 130 aus porösen
elektrisch isolierendem Material aufgebracht, wobei das pulverisiertem
Metall vor einem Auftrag unter hohem Druck eine Düse passiert,
in der sich die Pulverpartikel durch mutuelle Friktion erwärmen.
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Die
Pulverpartikel sind in einem Fördergas verteilt,
dessen Druck so hoch gewählt
ist, dass die die Düse
passierenden Pulverpartikel sich auf eine Temperatur oberhalb deren
Schmelzpunktes erwärmen
und hinter der Düse
Tröpfchen
bilden. Die Temperatur der Tröpfchen
ist dabei gerade so gewählt, dass
diese beim Auftreffen auf die Schicht 130 aus einem elektrisch
isolierenden Material sich auf eine Temperatur unterhalb deren Schmelzpunktes
abkühlen
und dabei auf der Schicht 130 aus elektrisch isolierendem
Material haften bleiben.
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Das
oben erläuterte
Ausführungsbeispiel
der Erfindung dient lediglich dem Zweck eines besseren Verständnisses
der durch die Ansprüche
definierten erfindungsgemäßen Lehre,
die als solche durch das Ausführungsbeispiel
nicht eingeschränkt
ist.