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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft ein elektrisches Verbindungsstück für Andruckkontaktha.lterungen
der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art.
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Insbesondere betrifft die Erfindung ein elektrisches Verbindungsstück,
das in alternierender Folge aus Schichten eines elektrisch leitfähigen und eines
elektrisch isolierenden gummielastischen Werkstoffes besteht und vor allem als Strangmaterial
mit rechtwinkliger Querschnittskonfiguration ausgebildet i:;t. Elektrische Verbindungsstücke
dieser Art werden insbesondere zur Herstellung der elektrischen Anschlüsse zwischen
zwei Schaltkarten oder anderen Baugruppen elektronischer Geräte verwendet, wobei
diese elastischen elektrischen Verbindungsstücke zwischen die beiden miteinander
zu verbindenden Karten oder Baugruppen unter Andruck der beiden Baugruppen gegeneinander
eingespannt werden. Speziell betrifft die Erfindung ein aus alternierenden Schichten
aufgebautes elastisdhes eLektrisches Verbindungsstück, das aus zwei oder mehreren,
zum wesentlichen leistenförmigen oder strangförmigen Verbiiidungsstücken dieser
- Art aufgebaut ist, von denen jedes einzelne Verbindungsstück einen quadratischen
oder rechteckigen Querschnitt hat. Die beiden Teilstücke werden mit jeweils einer
ihrer langen Hauptflächen, also achsparallel zueinander, zu einem einheitlichen
Verbindungsstück mit unregelmäßigem rechtwinkligem Querschnitt zusammengefügt. Solcherart
zusammengesetzte Verbindungsstücke mit nichtrechteckigem Querschnitt weisen beispielsweise
L-Form, U-Form oder T-Form auf. Solche zusammengesetzten Verbindungsstücke sind
einfach und in gebräuchlicher Weise durch die Kombination von mindestens zwei entsprechend
konfigurierten
Teilverbindungsstücken zugänglich, wobei eines dieser
Teilverbindungsstücke auch in gebräuchlicher Weise aufgebaut sein kann, während
jeweils nur eines dieser beiden Teilverbindungsstücke die Merkmale der Verbindung
aufzuweisen braucht. Die zusammengesetzten Verbindungsstücke dieser Art können durch
praktisch beliebiges Schichten der Einzelteile hergestellt werden, eLwa nach Art
des Zusammenfügens quaderförmiger Klötze aus Kinderspielkästen, wobei jedoch der
Gesamtquerschnitt des zusammengesetzten Verbindungsstückes nicht mehr rechteckig
ist.
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Bei der Montage elektronischer Geräte, beispielsweise elektronischer
Armbanduhren oder elektronischer Taschenrechner, werden elektrische Verbindungsstücke
dieser Art immer häufiger verwendet, und zwar dort insbesondere zur Herstellung
der elektrischen Anschlüsse zwischen elektrischen Baugruppen, beispielsweise zwischen
einer Flüssigkristallanzeigeeinheit eines solchen Gerätes und einer Schaltkarte,
die den Treiber für eine solche Anzeigeeinheit enthält. Das elektrische elastische
Verbindungsstück wird mechanisch zwischen den beiden einander gegenüberliegenden
Kontaktkarten oder Anschlußkanten der Schaltkarten oder Baugruppen elastisch eingespannt.
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Zur Herstellung solcher elektrischen Verbindungen, bei denen der electrische
Kontakt unter Andruck erfolgt, werden überwiegend elastische Schichtstrulctui-en
eingesetzt. Solche elastischen geschichteten Verbindungsstücke haben meist die Form
eines Strangmaterials und bestehen in Richtung der Längsachse des Strangmaterials
aus einer alternierenden Folge von Schichten eines elektrisch leitfähigen Elastomers
und eines elektrisch isolierenden Elastomers, so daß das strangförmige Verbindungsstück
auf seinen Längsflächen nach Art eines Zebras gestreift ist. Das elektrische Verbindungsstück
ist
in einer Ebene senkrecht zur Längsachse des Verbindungsstückes elektrisch leitfähig,
während es in Richtung seiner Längsachse elektrisch isolierend wirkt. Die meisten
dieser beschichteten Verbindungsstücke sind strangförmig oder leistenförmig ausgebildet
und haben einen quadratischen oder rechtwinkligen Querschnitt. Mitunter haben die
strangförmigen geschichteten Verbindungsstücke auch kreisförmigen oder elliptischen
Querschnitt, und zwar jeweils nach Maßgabe der konstruktiven Erfordernisse des einzelnen
Anwendungsfalles.
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Ublicherweise wird das Verbindungsstück sandwichartig zwischen zwei
einander gegenüberliegende Anschluß leisten von zwei Schaltkarten oder elektronischen
Baugruppen eingespannt, wobei auf das elastische elektrische Verbindungsstück ein
ausreichend großer mechanischer Druck ausgeübt wird, um sichere elektrische Verbindungen
herz-ustellen. Diese Art der Herstellung elektrischer Verbindungen zwischen zwei
Anschlußleisten ist problemlos, solange die einzelnen Anschlußkontakte der miteinander
zu verbindenden Anschluß leisten exakt einander gegenüberliegen. Solche Anschlußleisten
mlt-einander gegenüberliegenden Anschlußkontakten können durch elastische Verbindungsstücke
miteinander verbunden werden, die einfache Querschnitte aufweisen, also beispielsweise
im QuerschnittS profil quadratisch, rechteckig, kreisförmig oder elliptisch sind.
Wenn die Anschlußkontakte der miteinander za verbindenden Anschlußleisten jedoch
mehr oder weniger gegeneinander versetzt angeordnet sind, sind die einfachen Verbindungestükke
mit den einfachen Querschnitten nicht mehr zufriedenstellend verwendbar. In solchen
Fällen werden Verbindungsstücke mit komplizierteren Querschnitten verwendet, beispielsweise
Verbindungsstücke mit L-förmigem, T-förmigem, E-förmigem oder U-förmigem Querschnitt.
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Aus alternierenden Schichten aufgebaute elastische elektrische Verbindungsstücke
dieser Art mit irregulärem Querschnitt, das heißt mit Querschnittsprofilen, die
nicht einfach quadratisch, rechteckig, kreisförmig oder elliptisch sind, werden
nach dem Stand der Technik entweder durch Formpressen in einem Formwerkzeug aus
Stahl hergestellt oder alternativ in der Weise, daß mindestens zwei solcher als
Schichtkörper aufgebauter Verbindungsstücke mit jeweils rechteckigem Querschnitt
mit ihren Seitenflächen miteinander verbunden, meist verklebt, werden und auf diese
Weise das jeweils benötigte irreguläre Profil zusammengesetzt wird. Das Verfahren
der Herstellung der strangförmigen Verbindungsstücke mit irregulärem Querschnitt
nach dem Verfahren des Formpressens weist vor allem den wirtschaftlichen Nachteil
hoher Produktionskosten auf und weist daneben aber auch in technischer Hinsicht
den Nachteil einer zu geringen Maßhaltigkeit der nach diesem Verfahren hergestellten
Verbindungsstücke auf. Das zweite Verfahren, nach dem die Verbindungsstücke mit
komplizierteren Querschnitten aus einzelnen Teilverbindungsstücken mit einfachen
rechteckigen Querschnitten zusammengesetzt werden, ist zwar wirtschaftlicher, jedoch
werden an den Verbundstellen des zusammengesetzten Verbindungsstückes nicht immer
zuverlässig einwandfreie elektrische Verbindungen zwischen den beiden Teilstücken
erhalten. Da beide Verfahren unbefriedigend sind, ist weiterhin versucht worden,
solche geschichteten elastischen elektrischen Verbindungsstücke mit komplizierterem
Querschnittsprofil ausgehend von einem Vorprodukt mit einfachem Querschnittsprofil,
beispielsweise rechteckigem Querschnitt, durch entsprechendes Ausschneiden des Profils
herzustellen. Diuses Verfahren ist doch beEr1e n(1 nur in andarcit mit speziellen
Schneidvorrichtungen durch geschulte Kräfte durchführbar. Ein solches Verfahren
zur Herstellung
elektrischer Verbindungsstücke mit komplizierteren
Querschnitten ist angesichts der entsprechend hohen Lohnkosten und der geringer
Produktivität nicht für die industrielle Massenfertigung der benötigten Verbindungsstücke
geeignet.
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Keines der bekannten Verfahren ist daher zur Herstellung elastischer
elektrischer Verbindungsstücke vom Typ der eingangs beschriebenen Schichtkörper
geeignet, wenn diese Verbindungsstücke einen irregulären Querschnitt aufweisen.
Mit keinem der bekannten Verfahren können solche Verbindungsstücke mit ausreichender
Produktivität und ausreichender technischer Verläßlichkeit und Genauigkeit nach
den Bedürfnissen der industriellen Massenfertigung hergestellt werden.
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Angesichts dieses Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, ein aus alternierenden Schichten aufgebautes elastisches elektrisches
Verbindungsstück zu schaffen, das bei irregulärem Querschnitt, also beispielsweise
L-förmigem, T-förmigem, E-förmigem oder U-förmigem Querschnitt, mit hoher Produktivität,
guter Maßhaltigkeit und sicherer Kontaktgabe nach den Erfordernissen der Massenfertigung
herstellbar ist, und das bei einem einfachen quadratischen oder rechteckigen Querschnitt
mühelos mit entsprechenden oder konventionellen Verbindungsstücken durch -Zus ammenfügen
der Seitenflächen der Teilstteke nach Art des Zusammenfügens von quaderförmigen
Bausteinen zu Verbindungsstücken mit irregulärem Querschnitt und absolut zuverlässiger
Kontaktgabe zusammengefügt werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein elektrisches Verbindungsstück der eingangs
genannten Art gelöst, das erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs
1 genannten Merkmale aufweist.
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Das gummielastische elektrische Verbindungsstück gemäß der Erfindung
ist also eiii insbesondere leistenförmig oder als Strangmaterial ausgebildeter länglicher
Elastomerkörper, der in Richtung seiner Längsachse alternierend aus Schichten eines
elektrisch leitfähigen Elastomers und Schichten eines elektrisch isolierenden Elastomers
aufgebaut ist und einen quadratischen oder lechteckigen Querschnitt senkrecht zu
seiner Längsachse aufweist. Die axialen Seitenflächen des strangartigen Verbindv)ngsstückes
sind also senkrecht zur Längsachse des Strangnaterials quergestreift. Gemäß der
Erfindung weist dabei mindestens eine dieser gestreiften Seitenflächen in den Streifenbereichen,
die jeweils den elektrisch leitfähigen Elastomerschichten entsprechen, eine Vielzahl
whiskerartig oder stoppelartig aufrechtstehender Vorsprünge elektrisch leitfähiger
linearer Körper auf, die an ihren nicht vorstehenden Enden in dem elektrisch leitfähigen
Elastomer eingebettet sind.
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Wenn das elektrische Verbindungsstück gemäß der Erfindung mit einem
anderen elastischen Verbindungsstück mit Schichtstruktur auf den Seitenflächen flächig
zusammengefügt wird, und zwar in der Weise, daß die Fläche des Verbindungsstückes
gemäß der Erfindung, auf der die stoppelartigen oder dornartigen Vorsprünge vorstehen,
auf die Oberfläche des anderen elastischen Verbindungsstückes aufgelegt wird, stechen
die stoppelartigen Vorsprünge des elektrischen Verbindungsstückes gemäß der Erfindung
in diu elektrisch leitfähigen Schichten des zweiten elastischen Verbindungsstückes
ein wodurch eine absolut zuverlässige elektrische Kontaktgabe zwischen den beiden
zusammengefügten Teilverbindungsstücken selbst dann erhalten wird, wenn keine weiteren
Bindemittel oder Kontaktgabemittel 4 il die Trennebene zwischen den beiden Teilverbindungsstücken
eingefügt werden. Dabei ist der
übergangswiderstand zwischen den
beiden Teilverbindungsstücken, die das zusammengesetzte Verbindungs£tück mit dem
nunmehr irregulären GesamtqueYschnitt bilcen, außerordentlich gering.
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Mit anderen Worten, strangförmige Verbindungsstücke mit auch komplizierteren
irregulären Querschnitten können durch einfaches Zusammenfügen mehrerer elastomerer
Verbindungsstücke mit Schichtstruktur hergestellt werden, wobei zumindest eines
der zusammengefügten Verbindungsstücke ein Verbindungsstück gemäß der Erfindung
ist. Die einzelnen'zusammenzufügenden bzw. zusammengefügten Teilverbindungsstükke
können dabei jeweils einfachen rechteckigen Querschnitt unterschiedlicher Abmessung
haben, wobei die einzelnen Strangabschnitte wie Bausteine zusammengefügt werden
können. Die einzelnen Teile, bei denen das Verbindungsstück gemäß der Erfindung
zumindest beteiligt ist, brauchen lediglich mit nur relativ geringem Andruck gegeneinander
flächig zusammengedrückt zu werden. Bereits bei geringem flächigem Zusammendrücken
der beiden Teilverbindungsstücke wird ein zusammengesetztes Verbindungsstück mit
irregulärem komplizierterem Querschnitt erhalten, bei dem der elektrische Durchgang
von einem zum anderen Teilverbindungsstück bei geringsten Kontaktwiderständen absolut
zuverlässig ist.
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Die zusammenzufügenden Teilverbindungsstücke brauchen jedoch nicht
notwendigerweise unterschiedlich dimensionierte rechteckige oder quadratische Querschnitte
aufzuweisen. Beim Zusammenfügen identisch dimensionierter Verbindungsstücke können
auf diese Weise beispielsweise zusammen;esetzte Verbindungsstücke beliebiger Rasterbauhöhe
hergestellt werden.
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Werden beispielsweise in ein und demselben elektronischen Gerät Verbindungsstücke
mit drei verschiedenen Stärken benötigt, so braucht lediglich ein strangförmiges
Verbindungsstück einer Stärke hergestellt zu werden, das dann durch einfaches Aufeinanderstapeln
und leichtes Andrücken zu einem zusammengesetzten Verbindungsstück der jeweils benötigten
Stärke zusammengefügt werden kann.
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Die Erfindung ist im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen in
Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 in perspektivischer DarsteXllung ein gummielastisches
elektrisches Verbindungsstück vom Typ der Schichtstrukturkörper in der Ausgestaltung
gemäß der Erfindung; Fig. 2 das in Fig. 1 gezeigte Verbindungsstück im Querschnitt
senkrecht zur Längsachse bei Schnittführung durch eine elektrisch leitfähige Schicht;
und Fig. 3 in perspektivischer Darstellung ein zusammengesetztes elektrisches Verbindungsstück
mit L-förmigem Querschnitt, das aus zwei Teilverbindungsstücken gemäß der Erfindung
aufgebaut ist.
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Das als Schichtkörper ausgebildete elastomere elektrische Verbindungsstück
gemäß der Erfindung unterscheidet sich also von entsprechenden Verbindungsstücken
nach dem Stand der Technik dadurch, daß bei dem Verbindungsstück der Erfindung auf
zumindest einer seiner axial ausgerichteten
Seitenflächen in den
Streifenbereichen, die den elektrisch leitfähigen Elastomerschichten des Schichtkörpers
entsprechen, stoppelartig, whiskerartig oder dornartig die Enden in die elektrisch
leitfähige Schicht eingebetteter elektrisch leitfähiger linearer Körper vorspringen.
Mit Ausnahme dieser stoppelartig vorspringenden Einlagerungen wird daher das Verbindungsstück
gemäß der Erfindung zumindest im wesentlichen in der gleichen Weise wie die bekannten
Verbindungsstücke hergestellt.
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In der Fig. 1 ist in schematischer perspektivischer Darstellung ein
Ausführungsbeispiel des Verbindungsstückes gemäß der Erfindung gezeigt. Das Verbindungsstück
1 besteht aus einer alternierenden Folge elektrisch leitfähiger Gummischichten 2
(dunkel schattierte Bereiche) und einer Folge elektrisch isolierender Gummischichten
3 (weiße Bereiche), die in Längsrichtung des Verbindungsstückes 1 miteinander verklebt
sind. In der Fig. 1 sind der einfacheren Darstellung halber lediglich drei leitfähige
Schichten 2 und vier isolierende Schichten 3 gezeigt. In Wirklichkeit bestehen solche
strangförmigen Verbindungsstücke jedoch aus einer großen Anzahl solcher einzelner
Schichten und weisen auf ihren axialen Seitenflächen eine zebraartige Streifung
auf.
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Das in der Fig. 1 gezeigte Verbindungsstück weist einen rechteckigen,
hier zumindest im wesentlichen quadratischen Querschnitt auf. In der Praxis richten
sich-die Parameter des Verbindungsstückes selbstverständlich nach den Erfordernissen
für den jeweils speziellen Anwendungszweck und insbesondere nach der Geometrie der
elektrisch miteinander zu verbindenden Anschluß leisten der Schaltkarten. Dies gilt
insbesondere für Breite, Höhe und Länge des Verbindungsstückes 1 sowie für die Folge
der Schichtabstände bzw. die Stärken der einzelnen leitfähigen Schichten 2 und isolierenden
Schichten 3.
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Das Verfahren zur Herstellung des Verbindungsstückes gemäß der Erfindung
gleicht im wesentlichen dem Verfahren, nach dem auch die herkömml.Lchen elastischen
Verbindungsstücke mit Schichtstruktur hergestellt werden. Zunächst werden aus den
unvernetzten Gummimischungen in der jeweils gewünschen Stärke elektrisch leitende
und elektrisch isolierende Folien hergestellt. Diese Folien werden dann in unvernetztem
Zustand alternierend gestapelt und unter Druck vernetzt. Nach dem Vernetzen wird
ein homogener durchgehend vernetzter Block erhalten, der aus einer alternierenden
Folge elektrisch leitender und elektrisch isolierender Elastomerschichten besteht.
Dieser Block wird dann in einer Ebene senkrecht zur Schichtenfolge geschnitten.
Die dabei erhaltenen streifig strukturierten Folien oder Platten werden dann wiederum
senkrecht zur Längsrichtung der Streifen in den Folien in der jeweils benötigten
Breite zum fertigen Verbindungsstück mit den gestreiften Seitenflächen geschnitten.
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Die zur Herstellung der elektrisch isolierenden Schichten verwendete
Gummimischung kann in beliebiger und gebräuchlicher Weise formuliert sein. Die Gummimischungen
kennen auf der Basis von Naturkautschuk oder Synthesekautschuk oder Gemischen dieser
Kautschukarten aufgebaut sein. Zur Herstellung von Verbindungsstücken der in Rede
stehenden Art sind insbesondere mit Kieselsäure verstärkend gefüllte Siliconkautschukarten
geeignet.
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Die elektrische Leitfähigkeit wird in den zur anisotropen elektrischen
Leitfähiykeit des Verbindungsstückes benötigten elektrisch leitfähigen Elastomerbereichen
ebenfalls in an sich bekannter Weise dadurch erzeugt, daß der unvernetzten Gummimischung
größere Anteile eines elektrisch leitfähigen
pulvrigen Werkstoffes
zugemischt werden, insbesondere Ruß oder ein Metalipulver. Dabei richtet sich der
Anteil des in die Gummimischung eingearbeiteten elektrisch leitfähigen pulvrigen
Werkstoffes vor allem nach der jeweils benötigten spezifischen elektrischen Leitfähigkeit
des vernetzten Elastomers und nach den mechanischen Eigenschaften, die von dem vernetzten
leitfähigen Elastomer verlangt werden.
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Abweichend von dem vorstehend beschriebenen herkömmlichen Verfahren
zur Herstellung elastomerer Verbindungsstücke mit Schichtenstruktur mussen bei dem
Verbindungsstück gemäß der Erfindung in den Schichten 2 des elektrisch leitfähigen
Elastomers auf zumindest einer freiliegenden Seitenfläche 2a der leitfähigen Schichten
2, die Teil einer langen Seitenfläche des strangförmigen oder leistenförmigen Verbindungsstückes
1 ist, zahlreiche whiskerartig oder stoppelartig und zumindest im wesentlichen senkrecht
zur Oberfläche 2a des Leiterbereiches stehend vorspringende Enden elektrisch leitfähiger
linearer Leiterelemente4 in der in Fig. 1 gezeigten Weise angeordnet werden. Was
hierunter zu verstehen ist, zeigt insbesondere auch die Fig. 2, die einen Querschnitt
durch ein Verbindungsstück 1 in einer Ebene senkrecht zur Längsachse des strangförmigen
Verbindungsstückes zeigt, und zwar einen Schnitt durch eine elektrisch leitfähige
Schicht 2 des in Fig. 1 gezeigten Verbindungsstükkes 1. In der aus der Fig. 2 ersichtlichen
Weise sind die stoppelartigen Leitervorsprünge 4 nicht nur auf einer, sondern auf
zwei einander diametra gegenüberliegenden langen Seitenflächen 2a und 2b des Verbindungsstückes
ausgebildet.
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Die Fig. 2 zeigt weiterhin, daß zusätzlich eine große Anzahl dieser
elektrisch leitfähigen linearen Leiterelemente 4 auch innerhalb der elektrisch leitfähigen
Elastomerschicht
2 eingebettet liegt. Diese elektrisch leitfähigen
linearen Leiterkörper 4 sind in der gesamten elektrisch leitfähigen Gummischicht
2 im wesentlichen gleichmäßig verteilt und ebenfalls zumindest im wesentlichen gleichmäßig
ausgerichtet, und zwar in der Weise, daß die jeweils den beiden einander gegenüberliegenden
Oberflächen am dichtesten liegenden linearen Leiterelemente 4 mit ihren Enden oberhalb
der Oberfläche des Elastomerkörpers freiliegen und dieser Oberfläche dadurch das
Aussehen und die Struktur etwa eines Stoppelfeldes oder eines indischen Fakirnagelbettes
verleihen.Bei dieser Anordnung und Ausrichtung der linearen Leiterelemente 4 treten
deren Enden zwar stoppelartig an den beiden einander- diametral gegenüberliegenden.Oberflächen
2a und 2b aus dem Elastomer hervor, wobei jedoch keine solchen stoppelartigen spitzen
Enden aus den beiden Seitenflächen des Verbindungsstückes herausragen, die zu dem
Flächenpar 2a,2b senkrecht stehen Elektrisch leitfähige Gummischichten der in den
Figuren 1 und 2 gezeigten Art mit an den Randflächen hervortretenden linearen Leiterelementen
4 werden zunächst wie üblich ausgehend von einer unvernetzten Gummimischung, beispielsweise
einem unvernetzten Siliconkautschuk, hergestellt, dem zusätzlich zu dem pulvrigen
elektrisch leitfähigen und die elektrische Leitfähigkeit aufprägenden Werkstoff,
insbesondere also zusätzlich zum Ruß oder Metallpulver, dünne lineare Leiterelemente
eingearbeitet werden, insbesondere Kohlenstoffasern oder sehr dünne Metalldrähte.
Die so mit dem Pulver und den Fasern gefüllte unvernetzte Gummimischung wird dann
zu einer Folie der gewünschten Dicke ausgeformt, und zwar insbesondere-durch Extrudieren
oder Kalandrieren.
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Entscheidend ist bei aiesem Formvorgang, daß die gefüllte Gummimischung
beim Ausformen Scherkräften ausgesetzt ist
die.nur.in einer einzigen
Richtung oder zumindest im wesentlichen nur in einer einzigen Richtung ausgerichtet
sind. Durch diese so gerichtete Scherkraft werden auch die linearen Leiterkörper
in der gefüllten Gummimischung in Richtung der einwirkenden Scherkraft ausgerichtet.
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Wenn eine solcherart gefüllte Gummifolie unter Wärmeeinwirkung vernetzt
und anschließend abgekühlt wird, unterliegt die Gummimatrix einer relativ starken
Schrumpfung. So zeigt beispielsweise eine bei 1800C vernetzte Silicongummifolie
beim Abkühlen auf Raumtemperatur eine lineare Schrumpfung von ca. 2 bis ca. 5 %,
bezogen auf die Länge der unvernetzten Folie. Die linearen Leiterelemente, beispielsweise
also die Kohlenstoffasern oder Metalldrähte, die in der Elastomermatrix dispergiert
und eingebettet sind, unterliegen dieser Schrumpfung nicht, so daß diese linearen
Leiterelemente in der vernetzten Elastomerfolie einer starken Kompressionskraft
unterliegen. Wenn daher ein aus alternierenden Schichten in der eingangs beschriebenen
Weise aufgebauter Elastomerblock mit seinen elektrisch leitfähigen Elastomerschichten
und seinen elektrisch isolierenden Elastomerschichten vernetzt, gekühlt und anschließend
in der vorstehend beschriebenen Weise geschnitlen wird, wird die auf die linearen
Leiterelemente einwirkinde Kompressionsspannung an oder im Bereich der durch den
Schnitt erzeugten neuen Oberfläche aufgehoben bzw. freigesetzt, so daß die Endabschnitte
dieser linearen Leiterelemente in der beschriebenen Weise stoppelartig aus der Oberfläche
der Elastomermatrix herausgedrängt werden. Mit anderen Worten, die Elastomermatrix
unterliegt auf Grund der eingebetteten linearen Körper einer Streckspannung, wobei
diese durch die linearen und ausgerichteten Füllkörper hervorgerufene Streckspannung
an der Schnittstelle aufgehoben wird, so daß sich die vernetzt
te
Elastomermatrix zumindest in aiesem durch den Schnitt geschaffenen neuen Oberflächenbereich
relativ frei rückstellen kann. Dies führt dazu, daß die Endabschnitte der linearen
Füllkörper stoppelartig über der Oberfläche der geschrumpften Elastomermatrix vorstehen
Die elektrisch leitfähigen linearen Füllkörper, die in der Matrix des elektrisch
leitfähigen Elastomers eingebettet sind, sind vorzugsweise Kohlenstoffasern oder
dünne Metalldrähte. Der Durchmesser dieser Fasern oder Drähte und entsprechender
Fasern oder Drähte aus anderen Werkstoffen, die sich für die Verwendung im Rahmen
der Erfindung besonders eignen, liegt typischerweise im Bereich von 1 bis 200 Am.
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Die Konzentration dieser linearen Leiterelemente in dem elektrisch
leitfähigen Elastomer bestimmt sich nach der Dichte der stoppelartigen Vorsprünge
auf den Randflächen der elektrisch leitfähigen Schicht des Verbindungsstückes.
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Bei Verwendung von Kotlenstoffasern werden beispielsweise 1 bis 100
Gewichtsteile und vorzugsweise'3 bis 20 Gewichtsteile Kohlenstoffaseni je 100 Gewichtsteile
des elektrisch leitfähigen Gummis eingesetzt, so daß die Dichte der stoppelartigen
Vorsprünge im Bereich zwischen 100 und 300 mm 2 auf dem streifenförmigen Randbereich
der elektrisch leitfähigen Gummischicht beträgt. Die Stoppeln, Whisker oder Dornen
einer solcherart aufgebauten und hergestellten Oberfläche ragen um ungefähr 40 Am
über die Oberfläche vor, wobei dieser Wert jedoch je nach Werkstof£kombination und
Herstellungsbedingungen schwanken kann.
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Die elastischen elektrischen Ver])indungsstücke mitSchichtstruktur
der in Fig. 1 gezeigten Art gemäß der Erfindung können selbstverstnndlich auch an
sich in gebräuchlicher Weise direkt zur Herstellung eleitrischer Verbindungen
oder
Anschlüsse zwischen zwei elektronischen Schaltkarten oder anderen elektronischen
Baugruppen verwendet werden.
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Auch die mit den vorstehenden Stoppeln versehenen Verbindungsstücke
gemäß der Erfindung sind also in gleicher Weise wie herkömmliche Verbindungsstücke
entsprechender Bauart zu verwenden. Bei direkter Verwendung der in Fig. 1 gezeigten
Verbindungsstücke wird gegenüber den gebräuchlichen Verbindungsstücken sogar zusätzlich
der Vorteil erhalten, daß Kontaktflächen, die mi1 einer dünnen Klebstoffschicht
oder Fettschicht bedeckt sind, wie dies bei-neuen Bauelementen häufig der Fall ist,
noch immer zum Verbindungsstück gemäß der Erfindung einen einwandfreien guten elektrischen
Kontakt mit geringem Kontaktwiderstand geben. Dies ist bei Verwendung gebräuchlicher
Kontaktstücke nicht immer gewährleistet, da eine solche dünne Fettschicht auf neuen
Kontakten häufig zu einer wesentlichen Erhöhung des Kontaktwiderstandes führt. Bei
Verwendung des Verbindungsstückes gemäß der Erfindung mit einer Ausbildung gemäß
Fig. 1 durchdringen dagegen die stoppelartig vorstehenden Leiterenden die auf den
anzuschließenden Kontakten abgelagerte Störschicht und stellen zur Metlloberfläche
des Anschlußkontaktes auch bei nur relativ geringen Anpreßkräften einen verläßlichen
elektrischen Kontakt mit geringem Kontaktwiderstand her.
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Der wesentliche Vort.eil des Verbindungsstückes gemäß der Erfindung
liegt jedoch in der einfachen Herstellbarkeit zusammengesetzter Verbindungsstücke
mit irregulärem Querschnitt, wobei zu diesem Zweck lediglich zwei elastische Verbindungsstücke
vom Schichtstrukturtyp mit unterschiedlich .dimensioniertem quadratischem oder rechteckigem
Querschnitt mit ihren Seitenflächen zusammengefügt, gleichsam zusammengesteckt zu
werden brauchen. In der Fig. 3 ist in schematischer perspektivischer Darstellung
ein typisches Ausführungsbeispiel
eines solchen zusammengesetzten
Verbindungsstückes dargestellt, das unter Verwendung von Teilverbindungsstücken
gemäß der Erfindung hergestellt worden ist. Das in der Fig. 3 gezeigte zusammengesetzte
Verbindungsstück hat einen L-förmigen Querschnitt und besteht aus zwei Teilverbindungsstücken,
von denen zumindest eines die Merkmale der Erfindung aufweisen muß. In der Darstellung
ist das Verbindungsstück 1 gemäß der Erfindung ausgebildet. Das Verbindungsstück
1 ist ein Verbundschichtkörper aus elektrisch leitfähigen Schichten 2 und elektrisch
isolierenden Schichten 3, die in axialer Richtung des Verbindungsstückes in alternierender
Folge angeordnet sind. Auf der in der Darstellung der Fig. 3 nach oben weisenden
Seitenfläche des Verbindungsstückes 1 ragen aus den in dieser Oberfläche liegenden
Randflächen oder Streifenbereichen 2a jeder elektrisch leitfähigen Schicht 2 stoppelartig
die Enden der elektrisch leitfähigen linearen Leiterelemente 4 zumindest im wesentlichen
senkrecht zur Oberfläche 2a heraus. Auf diese Oberfläche des im Querschnitt rechteckigen
Verbindungsstückes 1 ist ein zweites elastisches Verbindungsstück 5, genauer gesagt
ein Teilverbindungsstück, mit einer seiner Seitenflächen flächig aufgelegt. Das
zweite Teilverbindungsstück 5 ist in weicher Weise ein Verbundschichtkörper aus
einer alternierenden Folge von elektrisch leitfähigen Schichten 6 und elektrisch
isolierenden Schichten 7. Das zweite Teilverbindungsstück 5 ist in gleicher Weise
wie das erste Teilverbindungsstück 1 aufgebaut, Weist gegenüber dem ersten Teilverbindungsstück
1 jedoch einen größeren Abstand der regelmäßigen Schichtenfolge in axialer Richtung
auf. Die einzelnen elektrisch leitenden und elektrisch isolierenden Schichten des
als Schichtkörper ausgebildeten Teilverbindungsstückes 5 sind also in axialer Richtung
stärker als im Teilverbindangsstück 1 ausgebildet. Wenn das zweite Teilverbindungsstück
5 auf die mit den stoppelartigen Leiterenden
versehene Oberfläche
des ersten Teilverbindungsstückes 1 aufgelegt und anschließend leicht aufgedrückt
wird, stechen die stoppelartig vorspringenden Leiterenden 4 in die anliegende Oberfläche
des zweiten Teilverbindungsstückes 5 ein, wobei die in die elektrisch leitfähigen
Bereiche 6- des zweiten Teilverbindungsstückes 5 eindringenden Leiterenden des ersten
Teilverbindungsstückes 1 für die iverstellung einer guten und zuverlässigen elektrischen
Verbindung zwischen den beiden Teilverbindungsstücken 1 und 5 sorgen. Dabei kann
das zweite Teilverbindungsstück 5 sowohl ein herkömmliches Verbindungsstück mit
Schichtstruktur als auch selbst ein Verbindungsstück gemäß der Erfindung sein, bei
dem aus zumindest einer der axialen langen Seitenflächen des strangförmig oder leistenförmig
ausgebildeten zweiten Teilverbindungsstückes 5 in den Bereichen, die den elektrisch
leitfähigen Schichten 6 entsprechen, die Enden eingelagerter linearer Leiterelemente
stoppelartig hervorstehen. In diesem Fall, der in der Fig. 3 dargestellt ist, sind
die stoppelartig vorspringenden Enden der linearen Leiterelemente des zweiten Teilverbindtlagsstückes
5 auf dessen Unterseite angeordnet, die mit der oberen Oberfläche des ersten Teilverbindungsstückes
1 in Berührung steht. Dabei kann selbstverständlich der Abstand der Schichtenfolge
im zweiten Teilverbindungsstück 5 gleichgroß sein wie im ersten Teilverbindungsstück
1. Eine solche äquidistante Schichtenfolge in beiden Teilverbindungsstücken entspricht
auch der bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung. Nichtsdestoweniger kann jedoch
der Abstand der Schichtenfolge in beiden Teilverbindungsstücken 1 und 5 durchaus
auch wesentlich voneinander abweichen, wie dies in der Fig. 3 gezeigt ist. Für eine
Reihe von Anwendungsfällen mag sogar eine Ausgestaltung des Verbindungsstückes in
Form der Fig. 3 durchaus vorzuziehen sein.
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Die Teilverbindungsstücke 1 und 5 werden vorzugsweise unter Verwendung
eines Klebstoffes miteinander verklebt. Dabei wird trotz Verwendung des Klebstoffes
die elektrische Verbindung zwischen den beiden Teilverbindungsstücken nicht beeinträchtigt,
da die stoppelartig vorstehenden Leiterenden beim Zusammenfügen der beiden Teilverbindungsstücke
gegenseitig ohne weiteres die zwischen den beiden Teilverbindungsstücken liegende
Klebstoftschicht durchdringen und elektrisch überbrücken.
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Das vorstehend beschriebene Prinzip der Kombination von mindestens
zwei Einheiten oder Moduln von Einheitsverbindungsstücken oder Teilverbindungsstücken,
von denen zumindest eines ein Verbindungsstück gemäß der Erfindung ist, zur Herstellung
eines einzigen zusammenhängenden integrierten Verbindungsstückes kann selbstverständlich
nicht nur in der in Fig. 3 gezeigten Weise zur Herstellung eines Verbindungsstückes
mit L-Form erfolgen, sondern in praktisch beliebiger Weise unter Herstellung von
zusammengesetzten Verbindungsstücken auch mit komplizierterem Querschnitt, beispielsweise
mit U-förmigem, T-förmigem, E-förmigem oder F-förmigem Querschnitt, je nach den
konstruktiven Erfordernissen des speziellen Anwendungsfalles. Vorzugsweise sind
in diesem Fall die Trennebenen zwischen den einzelnen Einheitsverbindungsstücken
oder Teilverbindungsstücken des zusammengesetzten Verbindungsstückes so angeordnet,
daß sie zumindest im wesentlichen senkrecht zur Richtung der einwirkenden Kontaktandruckkraft
ausgerichtet sind, wenn das zusammengesetzte Verbindungsstück bestimmungsgemäß zwischen
zwei miteinander elektrisch zu verbindenden elektronischen Schaltkarten oder anderen
Kontaktanschlußleisten eingespannt ist. Bei dieser Ausrichtung der Trennebenen im
zusammengesetzten Teilverbindungsstück kann mit Sicherheit vermieden
werden,
daß das zusammengesetzte Verbindungsstück zwischen den einzelnen Teilverbindungsstücken
aufreißt.
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Im folgenden ist als Ausführungsbeispiel zur näheren Erläuterung der
Erfindung die Herstellung eines zusammengesetzten Verbindungsstückes- mit L-förmigem
Querschnitt der in Fig. 3 gezeigten Art beschrieben. Das zusammengesetzte Verbindungsstück
besteht aus zwei Teilverbindungsstücken, von denen jedes stoppelartig vorspringende-Kohlenstofffaserenden
in den elektrisch leitfähigen Flächenbereichen der miteinander zu verbindenden Flächen
aufweist. Die Übergangswiderstände sind bei diesem zusammengesetzten Verbindungsstück
wesentlich kleiner als bei in gleicher Weise aufgebauten herkömmlichen- Verbindungsstücken.
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Ausführungsbeispiel: 60 Gewichtsteile einer vorvernetzten Organopolysiloxankautschukmasse,
40 Gewichtsteile Acetylenruß, 5 Gewichtsteile Kohlenstoffasern mit einem Durchmesser
von 7 bis 8 am und einer geschnitteten Länge von ca. 3 mm und 3 Gewichtsteile eines
Vernetzungsmittels für Siliconkautschuk, das 50 Gew.-% Dicumylperoxid enthält, werden
homogen zu einer elektrisch leitfähigen Siliconkautschukformmasse vermischt. Unter
Verwendung dieser elektrisch leitfähigen Kautschukformmasse und einer elektrisch
isolierenden Siliconkautschukformmasse werden zwei verschiedene elektrische Elistomerverbindungsstücke
gemäß der Erfindung hergestellt. In einem ersten Teilverbindungsstück A beträgt
der regelmäEige Teilungsabstand der elektrisch leitfähigen Schichten voneinander,
bezogen auf deren Mittellinien, 0,25 mm und sind die leitfähigen Schichten in axialer
Richtung jeweils 0,10 mm dick. In einem zweiten Teilverbindungsstück
B
beträgt die Teilung 0,17 mm und die Schichtdicke der elektrisch leitenden Elastomerschichten
0,05 mm. Die Verteilungsdichte der aus der Randoberfläche der elektrisch leitfähigen
Elastomerbereiche herausragenden Kohlenstofffaserenden beträgt 140 mm . Die Länge
der über die Elastomeroberfläche herausragenden Faserenden liegt für die meisten
Fasern im Bereich von 5 bis 25 am und liegt maximal bei einer Länge von 40 Rm. Der
spezifische elektrische Widerstand der vernetzten elektrisch leitfähigen Siliconkautschukschicht
beträgt 0,5 Ohmcm.
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Nach Fertigstellung werden die beiden Teilverbindungsstücke A und
B mit ihren Seitenflächen flächig aufeinandergelegt und angedrückt, so daß die stoppelartig
vorstehenden Enden der Kohlenstoffasern der einzelnen Teilverbindungsstücke A und
B gegenseitig ineinander eindringen. An dem so hergestellten zusammengesetzten Verbindungsstück
wird der elektrische Widerstand zwischen einer der elektrisch leitfähigen Schichten
des Teilverbindungsstückes A und einer mit dieser elektrisch leitfähigen Schicht
elektrisch in Verbindung stehenden elektrisch leitfähigen Schicht im Teilverbindungsstück
B gemessen. Die Widerstandsmessung erfolgt unter Verwendung vergoldeter Elektroden.
Beim Durchmessen der Werte für die einzelnen in Längsrichtung des zusammengesetzten
Verbindungsstückes aufeinanderfolgenden elektrisch leitfähigen Schichten werden
Widerstände im Bereich von 2 bis 10 kOhm von Schicht zu Schicht schwankend gemessen.
Diese Werte zeigen, daß der über die Verbindungsfläche der beiden Teilverbindungsstücke
unter Kontaktandruck auftretende elektrische Kontaktwiderstand im Bereich von Null
bis zu ca. 8 kOhm liegt; innerhalb der elektrisch leitfähigen Schichten liegt der
elektrische Widerstand sowohl bei dem Teilverbindungsstück A als auch bei dem Teilverbindungsstück
B jeweils bei ungefähr 1 kOhm.
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Zum Vergleich werden elastomere Teilverbindungsstücke in der vorstehend
beschriebenen Weise mit der Abänderung hergestellt, daß in die elektrisch leitfähige
Siliconkautschukmasse keine Kohlenstoffasern eingearbeitet werden. Bei sonst gleichen
Abmessungen wird in gleicher Weise wie vorstehend beschrieben ein zusammengesetztes
Verbindungsstück hergestellt. Die in der gleichen'Weise wie vorstehend beschrieben
gemessenen Widerstandswerte für den Durchgang von einem zum anderen Teilverbindungsstück
liegen im Bereich 2 von 102 bis ca. 106 kOhm. Diese Werte zeigen, daß der elektrische
Widerstand über die Verbundfläche zwischen den beiden Teilverbindungsstücken so
groß ist, daß das erhaltene zusammengesetzte Ver;indungsstück für eine praktische
Anwendung unbrauchbar ist.