-
Die Erfindung betrifft elektrische Verbinder, die auf Verglasungen, insbesondere auf Automobilverglasungen, angeordnet sind. Die betreffenden Verbinder verbinden ein leitfähiges Element, das auf einer Verglasung angeordnet ist, mit einer elektrischen Vorrichtung, zum Beispiel zur Stromversorgung oder Signalverarbeitung. Die leitfähigen Elemente, die auf der Verglasung angeordnet sind, sind zum Beispiel Heizdrähte oder -schichten oder Antennen oder jedes andere Element, das die Befestigung eines Verbinders auf einer Verglasung erfordert. In der Folge wird das Element des betreffenden Typs als ein Netz von Heizdrähten ausgewählt, das auf der Verglasung angebracht wird, ohne dass die Erfindung darauf beschränkt ist. Netze dieses Typs werden für gewöhnlich verwendet, um die Heckscheiben von Kraftfahrzeugen beschlagfrei zu machen.
-
Die Befestigung eines Verbinders auf einer Verglasung, um ein Heiznetz mit Strom zu versorgen, wird gewöhnlich durch Löten mit einer leitfähigen Sammelschiene ausgeführt, die im Voraus auf der Verglasung angebracht wird. Sammelschienen sind insbesondere aus leitfähigen Emaillen auf Silberbasis gebildet.
-
Die herkömmlich verwendeten Lötungen basieren auf Bleilegierungen. Sie werden aufgrund ihrer Verformbarkeit ausgewählt. Der Verbinder, der typischerweise aufgrund seiner hohen Leitfähigkeit aus Kupfer hergestellt ist, und die Verglasung weisen unter der Wirkung der Temperaturschwankungen sehr unterschiedliche Dehnungen auf. Daraus ergeben sich Spannungen an der Stelle der Lötung. Die verformbare Beschaffenheit von Blei ermöglicht, dadurch, dass es die Dehnungsunterschiede zumindest teilweise absorbiert, die Verringerung dieser Spannungen.
-
Die Wärmespannungen, die durch die Dehnungsunterschiede verursacht werden, sind unter Umständen die Ursache der Unterbrechung der Verbindung oder auch des Bruchs der Verglasung. Das Vorhandensein einer Bleilötung reicht normalerweise aus, um diese Schwierigkeiten zu verhüten.
-
Die Normen, insbesondere bei den Automobilanwendungen, neigen dazu, die Verwendung von Blei aufgrund seiner Giftigkeit zu untersagen. Es ist somit notwendig, über alternative Lösungen zur Verwendung von Bleilötungen zu verfügen.
-
Es wurden Vorschläge gemacht, um das Blei der Legierungen meistens auf Zinnbasis in Verbindung mit anderen Metallen, insbesondere Indium, Bismut oder Silber, zu ersetzen. Diese Legierungen bieten indes nicht die Eigenschaften von Blei, und zwar weder, was die Wärmedehnungseigenschaften noch was die mechanische Festigkeit der Lötungen betrifft.
-
Zur Wiederherstellung befriedigender Verwendungsbedingungen insbesondere mit den Legierungen des vorhergehend erwähnten Typs wurden verschiedene Verbinderstrukturen vorgeschlagen, von denen bestimmte bereits mit herkömmlichen Bleilötungen verwendet werden.
-
Die bislang entwickelten Verbinder weisen herkömmlich eine sogenannte T-förmige Struktur auf. Diese Struktur umfasst eine Doppellasche, die an das Glas gelötet ist. Die zwei Laschen sind durch eine Brücke verbunden, die von der Verglasung entfernt gehalten wird. Eine Feder, die fest mit der Brücke verbunden ist, bildet einen Stift, der dazu bestimmt ist, das Ende einer Stromzuführung aufzunehmen. Die Tatsache, dass der Lötpunkt verdoppelt wird, ermöglicht es, die Ausdehnung von jedem davon und infolgedessen die entsprechenden lokalen Spannungen zu teilen.
-
Dieser Typ von Verbinder bleibt noch empfindlich gegenüber den Auswirkungen der Temperaturschwankungen. Ziel der Erfindung ist es, einen Verbinder des vorhergehend angegebenen Typs vorzuschlagen, der verbesserte Eigenschaften bietet. Ziel des erfindungsgemäßen Verbinders ist es insbesondere, zu erreichen, dass die herkömmlichen Lötungen ohne Schwierigkeiten mit einer bleifreien Lötung ersetzt werden können.
-
Das Ziel wird durch die Verwendung eines Verbinders, wie in Anspruch 1 definiert, erreicht.
-
Im Prinzip ermöglicht der erfindungsgemäße Verbinder, Nutzen aus einer Verlängerung der Elemente zu ziehen, die die zwei Füße des Verbinders verbinden, ohne dass dazu der Abstand zwischen diesen zwei Füßen vergrößert werden muss. Der Vorteil ist, dass die geringen Abmessungen des Verbinders gewahrt werden, die seine Verwendung unter den Einsatzbedingungen erleichtern, für die der Raumbedarf so begrenzt wie möglich sein muss. Dies ist bei Automobilverglasungen der Fall, bei denen Anstrengungen unternommen werden, um die auf diesen Verglasungen angeordneten Elemente zu verbergen oder unauffällig zu machen.
-
Die Verlängerung der Elemente, die die Füße miteinander verbinden, ohne weder die Dehnungsunterschiede der Materialien noch den Abstand zwischen den Füßen zu verändern, ermöglicht das Absorbieren dieser Schwankungen über eine größere Länge und demnach das Minimieren der Spannungen, denen die Lötungen ausgesetzt sind.
-
Die Erfindung wird ausführlich unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben; es zeigen:
-
1 eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines Verbinders des Standes der Technik;
-
2 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verbinders;
-
3 eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verbinders;
-
4 eine Variante des in 3 dargestellten Verbinders;
-
5 eine Grafik, die einen Funktionstestzyklus der Verbinder darstellt.
-
Der herkömmliche Verbinder von 1 ist von dem Typ, der als „T-förmig” bezeichnet wird. Herkömmlich ist der Verbinder metallisch und weist eine hohe Leitfähigkeit auf, um einen Verlust durch den Joule-Effekt und eine überflüssige lokale Erwärmung zu vermeiden. Sogar für die Stromversorgung eines Heiznetzes für eine Verglasung müssen Anstrengungen unternommen werden, um die Energie so gut wie möglich über die Verglasung und nicht im Stromzuführungskreis abzuleiten.
-
Der Verbinder umfasst zwei Füße 1, die auf der Glasscheibe 4 aufsitzen und daran gelötet sind. Die zwei Füße 1 sind fest mit einer Brücke 2 verbunden, die in demselben Teil gebildet ist wie die Füße. Die Brücke 2 ist leicht von der Glasscheibe entfernt, um den Stift bzw. Dorn bzw. Zapfen 3 zu trennen, der dazu bestimmt ist, das Aufnahmeteil des Anschlusses aufzunehmen. Der Stift 3 ist wie die Brücke 2 um einen Abstand von der Glasscheibe entfernt, der meistens relativ klein ist, um seine Integration in die Baugruppe zu erleichtern, die durch die Verglasung und ihren Rahmen gebildet ist. Diese Anordnung des Stifts 3 ist nicht systematisch. Er kann je nach Umgebung, in die die Scheibe integriert ist, auch auf der Scheibe emporragen.
-
In der dargestellten herkömmlichen Form erfolgt die Verbindung zwischen der Brücke 2 und den Füßen 1 über Beine 5, die in Bezug zur Ebene der Glasscheibe leicht geneigt sind. Die Neigung zielt lediglich darauf ab, den Stift zu trennen und seinen Anschluss zu erleichtern. In dieser Stellung unterscheidet sich der Abstand, der die Füße über die Beine 5 und die Brücke 2 verbindet, nicht sehr von ihrem Abstand auf der Glasscheibe. Die Dehnungsschwankungen wirken sich praktisch vollständig auf die Beanspruchungen aus, denen der Bereich der Füße 1 ausgesetzt ist.
-
In der dargestellten herkömmlichen Form weisen die Füße 5 typischerweise eine rechteckige oder quadratische Form auf. Diese Form wird hauptsächlich durch einen Ausschnitt bestimmt, der so einfach wie möglich sein soll.
-
2 stellt eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform dar. Die Gesamtform des Verbinders erinnert an die T-Form der Verbinder des Standes der Technik. In dieser Form enthalten sind Füße 1, Beine 5, eine Brücke und ein Stift. Aber die Brücke 6, 6' und der Stift 7, 7' sind in zwei getrennte Abschnitte geteilt, die lediglich am Ende 8 des Stifts verbunden sind.
-
Diese Verbindung zwischen den zwei Füßen erfolgt durch Elemente, deren Gesamtlänge im Wesentlichen größer ist als der Abstand, der die Füße trennt. Diese Länge ist somit vorzugsweise mindestens zwei Mal so groß wie der Abstand zwischen den Füßen und kann größer als das Dreifache dieses Abstands sein.
-
Erfindungsgemäß wird bevorzugt, die Brücke etwas weiter von der Glasscheibe zu entfernen, um keine zu große Komponente der parallel zur Scheibe übertragenen Beanspruchungen beizubehalten. Zu diesem Zweck bilden die Beine 5 vorzugsweise einen Winkel von mindestens 30° und vorzugsweise von mindestens 40° mit der Ebene der Glasscheibe. Eine solche Anordnung ermöglicht es, die im Verbinder übertragenen Beanspruchungen besser zu verteilen. Diese Besonderheit führt gegebenenfalls dazu, dass die Brücke 2 etwas weiter von der Glasscheibe entfernt wird, wenn die Beine 5 eine Länge behalten, die analog zu derjenigen der Verbinder des Standes der Technik ist. Aber dieser Abstand bleibt auf jeden Fall relativ klein und hat wenige Auswirkungen im Verhältnis zu den Bedingungen des Raumbedarfs, an die vorhergehend erinnert wurde.
-
Die Erfahrung der Erfinder hat gezeigt, dass die Form der Füße und infolgedessen diejenige der Lötungen, die sie an der Glasscheibe befestigen, einen Einfluss auf die Zerbrechlichkeit dieser Befestigung unter den Spannungen haben können, denen sie insbesondere aufgrund der unterschiedlichen Dehnung des Metalls/Glases ausgesetzt sind. Es hat sich erwiesen, dass das Vorhandensein einer winkligen geometrischen Form für die Füße leichter zu Brüchen führt, und zwar auch wenn ansonsten alle anderen Bedingungen, insbesondere die Kontaktfläche dieser Füße, identisch sind. Die Erfinder schlagen folglich vor, den Füßen eine allgemeine Form ohne winkligen Punkt zu verleihen. Eine allgemein runde oder ovale Form wird erfindungsgemäß bevorzugt.
-
Die Fläche der Füße und diejenige der entsprechenden Lötungen müssen relativ gut beherrscht werden. Eine große Fläche führt zwangsläufig direkt im Bereich des Fußes zu Spannungen, die die vorhergehend beschriebene erfindungsgemäße Struktur nicht verändern kann. Die abgerundete Form ist diejenige, die für eine gegebene Fläche zum geringsten Abstand zwischen zwei Punkten der Fläche der Lötung eines selben Fußes führt. Diese Anordnung ist somit auch für eine Begrenzung der Wärmespannungen günstig.
-
Um die betreffende Fläche noch weiter zu verkleinern ohne gleichzeitig die mechanische Festigkeit der Befestigung an der Glasscheibe zu verringern, ist es möglich und vorteilhaft, über Elemente zu verfügen, die die Verankerung der Füße auf der Scheibe begünstigen. In der Praxis führt dies dazu, dass die Kontaktfläche des Fußes und der Lötung vergrößert wird. Zu diesem Zweck besteht eine erfindungsgemäße Anordnung darin, die Seite der Füße, die der Lötung zugewandt ist, zum Beispiel durch das Vorhandensein von Löchern, möglicherweise Sacklöcher oder analoge Elemente, Rillen, Punkturen... einzurichten.
-
Der Verbinder von 2 weist Füße auf, die Löcher 9 aufweisen, in denen die Lötung eingeführt werden kann, um den Fuß besser zu befestigen, der aus diesem Grund bei einer selben Festigkeit noch eine kleinere an das Glas gelötete Fläche bieten kann.
-
In 2 umfassen die zwei Abschnitte 7 und 7' des Stifts, die am Ende 8 vereinigt sind, bei 10 eine abgerundete Aussparung, um einen möglichen Ausgangspunkt für einen Bruch, der mit winkligen Ausschnitten verbunden ist, zu vermeiden.
-
3 stellt eine andere Ausführungsform der Erfindung dar, in der der Stift 11 es wie vorhergehend ermöglicht, die Länge der Elemente, die die zwei Füße 12 des Verbinders verbinden, deutlich zu verlängern. Diese Länge entspricht der Verdoppelung von derjenigen des Stifts, der durch das Umbiegen des Blattes, das den Stift bildet, um sich selbst gebildet wird.
-
In dieser Darstellung weisen die Füße 12, die sich auf beiden Seiten des Stifts befinden, noch eine nicht winklige Form auf. Jeder der Füße 12 ist im Ganzen halbkreisförmig. Wie vorhergehend sind Löcher 13 eingerichtet, um die Befestigung zu verbessern und die Fläche der Lötung, die mit der Glasscheibe in Berührung ist, zu begrenzen.
-
Die Struktur, die 3 entspricht, nähert die zwei Füße 12 sehr nahe aneinander an. Diese Anordnung, die für den Raumbedarf günstig ist, ist nicht notwendigerweise die wirksamste für die Verteilung der Spannungen, die durch den Verbinder übertragen werden. Die Verringerung der relativen Breite des Stifts kann das Verhalten verbessern.
-
Außerdem ist die in 3 gezeigte Anordnung, in der der Stift im Wesentlichen orthogonal zur Glasscheibe ist, nicht notwendigerweise diejenige, die am besten an alle Anwendungen dieser Verbinder angepasst ist. Eine analoge alterative Anordnung ist in 4 dargestellt. In diesem Fall ist der Stift 11 geneigt, um sich an die Fläche der Scheibe anzunähern, wobei alle anderen Elemente des Verbinders unverändert bleiben. Diese Form ermöglicht es, keinen Raum einzunehmen, der in den Strukturen, in denen diese Art von Verbinder verwendet wird, allgemein nicht sehr groß ist. Die Neigung kann derart sein, dass die Ebene des Stifts 14 praktisch parallel zur Glasscheibe ist.
-
Die Erfindung betrifft auch Verglasungen und insbesondere Automobilverglasungen, die mit Verbindern wie den beanspruchten ausgerüstet sind. Diese Verglasungen sind insbesondere heizbare Heckscheiben oder Windschutzscheiben. Diese Verbinder können auch Elemente mit einer anderen Beschaffenheit, Beleuchtungselemente, Kameras, Radare, Antennen, verschiedene Sensoren, insbesondere Regendetektoren... verbinden.
-
5 stellt den Typ des Testzyklus der Lötungen der Verbinder auf den Glasscheiben zur Stromversorgung von Heiznetzen dar. Der Test betrifft die Festigkeit der Befestigung, die sehr hohen Temperaturschwankungen ausgesetzt wird. In dem dargestellten Zyklus geht die Baugruppe ausgehend von der Umgebungstemperatur von 20°C zu einer Temperatur von –40°C über, was den niedrigsten Wert darstellt, dem die Verglasungen in der Praxis ausgesetzt sein können. Die Temperatur wird während 90 Minuten beibehalten. Ein elektrischer Strom, der den Verbinder durchfließt, wird anschließend verwendet, um die Baugruppe zu erhitzen. Die Temperatur des Verbinders erreicht höchstens 105°C, einen Wert, der höher ist, als diejenigen, die in der Praxis auftreten. Die Temperatur wird während 4,5 Stunden auf dieser Stufe beibehalten und die Temperatur wird anschließend für den Beginn eines neuen Zyklus wieder auf die Umgebungstemperatur abgesenkt. Die Gesamtdauer eines Zyklus beträgt 8 Stunden. Jede Befestigung wird 60 Zyklen unterzogen. In diesem Test wurde mit den erfindungsgemäßen Verbindern keinerlei Bruch beobachtet und zwar unabhängig davon, ob sie mit einer herkömmlichen Bleilötung oder mit einer bleifreien Lötung befestigt waren. Bei einem Vergleichstest mit einem Verbinder des Typs des Standes der Technik, wie in 1 dargestellt, kann unter den Füßen des Verbinders das Auftreten von Schwächungsbereichen des Glases festgestellt werden, die die Zugfestigkeit auf übermäßige Weise vermindern.
-
Die Verbinder werden auch im Hinblick auf ihre Zugfestigkeit unabhängig von den thermischen Tests mit denjenigen des Standes der Technik verglichen. Unter denselben Bedingungen werden die Verbinder des in 1 dargestellten Typs mit denjenigen von 2 verglichen. Im Fall des Verbinders des Standes der Technik beträgt die Fläche für die zwei Füße 64 mm2. Der getestete Verbinder von 2 bietet nur eine Fläche von 25 mm2.
-
Mit derselben bleifreien Lötung und derselben Menge pro Lötflächeneinheit beträgt die ermittelte Zugfestigkeit 4 N/mm2 für den Verbinder des Standes der Technik und 7 N/mm2 für denjenigen, der der Erfindung entspricht, was einer Steigerung von nahezu 35% entspricht.
-
Es wird ein elektrischer Verbinder beschrieben, der dazu bestimmt ist, an ein leitfähiges Element gelötet zu werden, das auf einer Verglasung angebracht wird, wobei die Lötung mit begrenzten Abmessungen durch zwei Füße 1, 1' gewährleistet wird, die voneinander getrennt sind, wobei die zwei Füße durch Beine 5 und eine Brücke 2 miteinander verbunden sind, wobei ein Verbindungsstift 3 fest mit der Brücke 2 verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswirkungen der entsprechenden Veränderungen durch die Dehnung der Verglasung und des Verbinders dadurch minimiert werden, dass sämtliche Elemente zwischen den zwei Füßen verlängert sind, ohne dass der Abstand vergrößert ist, der diese Füße trennt.
