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Die Erfindung betrifft ein elektrisches Verbindungsstück für Andruckkontakthalterungen 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 ist. 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 elastisches elektrisches Verbindungsstück, das aus zwei oder mehreren, im wesentlichen leistenförmigen oder strangförmigen Verbindungsstücken 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 beispeilsweise 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, etwa 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 elektrische Kontakt unter Andruck erfolgt, werden überwiegend elastische Schichtstrukturen eingesetzt. Ein solches elastisch geschichtetes Verbindungsstück ist beispielsweise aus der amerikanischen Patentschrift US-PS 39 98 513 bekannt. Dieses Verbindungsstück hat die Form eines Strangmaterials und besteht 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 beschichteten Verbindungsstücke dieser Art 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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Weiterhin sind aus den amerikanischen Patentschriften US-PS 41 99 637 und US-PS 37 95 037 elektrische Verbindungsstücke, bei denen der elektrische Kontakt unter Andruck erfolgt, bekannt, wobei in ein nicht leitendes elastisches Material Kohlefasern bzw. flexible Leiter eingebettet sind, die bei Zusammenpressen des elastischen Materials den elektrischen Kontakt zwischen den Bauteilen auf beiden Seiten herstellen.
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Üblicherweise wird das Verbindungsstück sandwichartig zwischen zwei einander gegenüberliegende Anschlußleisten von zwei Schaltkarten oder elektronischen Baugruppen eingespannt, wobei auf das elastische elektrische Verbindungsstück ein ausreichend großer mechanischer Druck ausgeübt wird, um sichere elektrische Verbindungen herzustellen. Diese Art der Herstellung elektricher Verbindungen zwischen zwei Anschlußleisten ist problemlos, solange die einzelnen Anschlußkontakte der miteinander zu verbindenden Anschlußleisten exakt einander gegenüberliegenden. Solche Anschlußleisten mit einander gegenüberliegenden Anschlußkontakten können durch elastische Verbindungsstücke miteinander verbunden werden, die einfache Querschnitte aufweisen, also beispielsweise im Querschnittsprofil quadratisch, rechteckig, kreisförmig oder elliptisch sind. Wenn die Anschlußkontakte der miteinander zu verbindenden Anschlußleisten jedoch mehr oder weniger gegeneinander versetzt angeordnet sind, sind die einfachen Verbindungsstükke 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. Dieses Verfahren ist jedoch befriedigend nur in Handarbeit 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 geringen 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 einem einfachen quadratischen oder rechteckigen Querschnitt mühelos mit entsprechenden oder konventionellen Verbindungsstücken durch Zusammenfügen der Seitenflächen der Teilstücke 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 ein 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 rechteckigen Querschnitt senkrecht zu seiner Längsachse aufweist. Die axialen Seitenflächen des strangartigen Verbindungsstückes sind also senkrecht zur Längsachse des Strangmaterials 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 die 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 in die Trennebene zwischen den beiden Teilverbindungsstücken eingefügt werden. Dabei ist der Übergangswiderstand zwischen den beiden Teilverbindungsstücken, die das zusammengesetzte Verbindungsstück mit dem nunmehr irregulären Gesamtquerschnitt bilden, außerordentlich gering.
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Mit anderen Worten, strangförmige Verbindungsstücke mit auch komplizierten 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 zusammengesetzte 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. Es zeigt
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Fig. 1 in perspektivischer Darstellung ein gummielastisches elektrisches Verbindungsstück vom Typ der Schichtstrukturkörper in der Ausgestaltung gemäß der Erfindung;
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Fig. 2 das in Fig. 1 gezeigte Verbindungsstück im Querschnitt senkrecht zur Längsachse bei Schnittführung durch eine elektrisch leitfähige Schicht; und
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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. 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 Anschlußleisten 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 herkömmlichen elastischen Verbindungsstücke mit Schichtstruktur hergestellt werden. Zunächst werden aus den unvernetzten Gummimischungen in der jeweils gewünschten 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 können 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 Leitfähigkeit 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 Metallpulver. 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 müssen bei dem Verbindungsstück gemäß der Erfindung in den Schichten 2 des elektrisch leitfähigen Elastomers auf zumindest einer freiligenden Seitenfläche 2 a 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 2 a des Leiterbereiches stehend vorspringende Enden elektrisch leitfähiger linearer Leiterelemente 4 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 diametral gegenüberliegenden langen Seitenflächen 2 a und 2 b des Verbindungsstückes ausgebildet. 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 Fakirnadelbettes verleihen. Bei dieser Anordnung und Ausrichtung der linearen Leiterelemente 4 treten deren Enden zwar stoppelartig an den beiden einander diametral gegenüberliegenden Oberflächen 2 a und 2 b aus dem Elastomer hervor, wobei jedoch keine solchen stoppelartigen spitzen Enden aus den beiden Seitenflächen des Verbindungsstückes herausragen, die zu dem Flächenpaar 2 a, 2 b senkrecht stehen.
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Elektrisch leitfähige Gummischichten der in den Fig. 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. Entscheidend ist bei diesem 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 180°C 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 geschnitten wird, wird die auf die linearen Leiterelemente einwirkende 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 vernetzte Elastomermatrix zumindest in diesem 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.
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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 µm. 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. Bei Verwendung von Kohlenstoffasern werden beispielsweise 1 bis 100 Gewichtsteile und vorzugsweise 3 bis 20 Gewichtsteile Kohlenstoffasern 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 µm über die Oberfläche vor, wobei dieser Wert jedoch je nach Werkstoffkombination und Herstellungsbedingungen schwanken kann.
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Die elastischen elektrischen Verbindungsstücke mit Schichttruktur der in Fig. 1 gezeigten Art gemäß der Erfindung können selbstverständlich auch an sich in gebräuchlicher Weise direkt zur Herstellung elektrischer Verbindungen oder Anschlüsse zwischen zwei elektronischen Schaltkarten oder anderen elektronischen Baugruppen verwendet werden. 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 mit 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 Metalloberfläche des Anschlußkontaktes auch bei nur relativ geringen Anpreßkräften einen verläßlichen elektrischen Kontakt mit geringem Kontaktwiderstand her.
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Der wesentliche Vorteil 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 2 a jeder elektrisch leitfähigen Schicht 2 stoppelartig die Enden der elektrisch leitfähigen linearen Leiterelemente 4 zumindest im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche 2 a 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 gleicher 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 Teilverbindungsstück 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 Herstellung 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 Teilverbindungsstücke 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 Teilverbindungsstückes 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 Klebstoffschicht 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.
Ausführungsbeispiel
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60 Gewichtsteile einer vorvernetzten Organopolysiloxankautschukmasse, 40 Gewichtsteile Acetylenruß, 5 Gewichtsteile Kohlenstoffasern mit einem Durchmesser von 7 bis 8 µm und einer geschnittenen 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 Elastomerverbindungsstücke gemäß der Erfindung hergestellt. In einem ersten Teilverbindungsstück A beträgt der regelmäßige 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-2. Die Länge der über die Elastomeroberfläche herausragenden Faserenden liegt für die meisten Fasern im Bereich von 5 bis 25 µm und liegt maximal bei einer Länge von 40 µm. Der spezifische elektrische Widerstand der vernetzten elektrisch leitfähigen Siliconkautschukschicht beträgt 0,5 Ohm · cm.
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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 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 Verbindungsstück für eine praktische Anwendung unbrauchbar ist.