EP1568050B1 - Dreidimensional geformtes flachkabel, verfahren zu seiner herstellung und seine verwendung - Google Patents

Dreidimensional geformtes flachkabel, verfahren zu seiner herstellung und seine verwendung Download PDF

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EP1568050B1 EP03757812.7A EP03757812A EP1568050B1 EP 1568050 B1 EP1568050 B1 EP 1568050B1 EP 03757812 A EP03757812 A EP 03757812A EP 1568050 B1 EP1568050 B1 EP 1568050B1
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adhesive layer
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Carl Freudenberg KG
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Definitions

  • the invention relates to a three-dimensional (3D) shaped flat cable and a method for its production.
  • a method for producing a wiring harness for vehicles in which the lines are glued to a carrier foil and provided with plugs and are fastened to a dimensionally stable carrier, wherein at least some of the lines consist of non-insulated stranded conductors which successively and independently to a insulating provided with an adhesive layer carrier film placed along a predetermined line and then either placed on the carrier film an insulating protective film and glued to the carrier film by applying pressure or coated the carrier film and the applied stranded conductor with a protective lacquer and finally adapted by trimming to the contour of the site becomes.
  • a disadvantage of this method is the laborious laying of the tracks and their fixation on the dimensionally stable carrier.
  • a wiring harness and a method of manufacturing the same having power cables arranged in a first resinous layer having recesses, wherein the first resin layer is formed to extend along a predetermined routing distance of the power cables and a second resin layer fixed to the first resin layer is connected so as to cover at least the recess of the first resin layer and attached by vacuum molding.
  • the invention has for its object to provide a three-dimensionally shaped flat cable and a method for its production, which avoid the disadvantages of the known solutions and allow the intermediate step, the production of dimensionally stable flat cables, which are placed only in a second step at their installation location.
  • a flat cable consisting of a laminate which consists of at least one integrated between two insulating layers conductor track and at least one carrier layer which are interconnected by means of an adhesive layer and applied to a positive mold and using heat and pressure brought into shape and by cooling below the glass transition temperature T g of the adhesive layer or curing of Adhesive layer is fixed in its three-dimensional shape shape, being used as an adhesive layer, a thermoplastic adhesive, a thermoplastic adhesive film and / or an adhesive nonwoven fabric having a melting point T m ⁇ 180 ° C and / or a latent reactive adhesive having a crosslinking temperature ⁇ 140 ° C.
  • Adhesive layers of this type make it possible to connect the flat cable and the porous support layer firmly and to form an intermediate molding. When reactive adhesives are used, cooling may be dispensable, but adequate solidification must have occurred through extensive curing by crosslinking.
  • Such a 3D flat cable is also storable as an intermediate part before installation.
  • the porous carrier layer is advantageously made of a nonwoven fabric or fabric of polymeric fibers.
  • the flat cable according to the invention may be at least partially back-injected with a thermoplastic. This makes it possible to produce parts designed for the installation site.
  • the conductors of the conductor track are exposed before the lamination at least in partial areas of their surface to form contact fields.
  • Particularly preferred is a flat cable that is equipped with electronic components.
  • functionally finished electronic components can be produced in a very rational manner.
  • the production of the 3D flat cables as intermediate parts takes place in such a way that the laminate consisting of flat cable, adhesive and nonwoven layers is applied to a positive molding tool, aligned and shaped using heat and / or radiation and / or pressure and through Cooling below the glass transition temperature T g of the adhesive layer or curing of the adhesive layer is fixed in its shape.
  • pressure for example, a negative pressure is applied to the back of the laminate.
  • the fixed in shape in their shape laminate parts are reworked by punching, milling or cutting and installed in a separate step at their site or back-injected for better assembly at least partially in an injection molding process with a thermoplastic.
  • a metal foil is preferably used in the lamination process and / or in the mold.
  • nonwoven fabric for the said process, it is preferable to use those of polyester or polyamide having a thickness of 0.1 to 2 mm, a tensile strength of 50 to 250 N / 50 mm and an elongation of 30 to 50%.
  • the adhesive nonwoven used as a thermoplastic adhesive layer should have a softening temperature between 30 and 180 ° C, its basis weight should be between 10 and 70 g / m 2 and it should have a low melt index.
  • the materials used are flexible flat cables (FFC), 1.2-1.4 mm thick, hot-melt adhesive material of copolyamides with T m : 105-110 ° C., a basis weight of 30 g / m 2 and thermally bonded polyethylene terephthalate spunbonded nonwoven having a basis weight of 250 g / m 2 used.
  • a non-woven fabric is laminated to the back side of an FFC with a hot-melt press at 140 ° C using a press.
  • the nonwoven serves as a carrier layer, the hot melt adhesive improves moldability.
  • This laminate is fixed on a positive mold and shaped at 140 ° C / 30 sec. After cooling the tool, the laminate is removed as a dimensionally stable flat cable of the form.
  • Example 1 Analogously to Example 1 is a flexible flat cable with 45 g / m 2 of a copolyamide having a melting point T m of 105 ° C and a thermally bonded staple fiber non-woven fabric of polyethylene terephthalate fibers having a basis weight of 100 g / m 2 using a 0.5 mm thick Laminated aluminum foil as a cooling element and fixed at 140 ° C / 45 s on a positive mold. After cooling the tool, the laminate is removed as a dimensionally stable flat cable of the form.
  • Example 1 Analogously to Example 1 is a flexible flat cable with ultraviolet light (UV) curing adhesive and a thermally bonded spunbonded fabric Polyethylene terephthalate fibers having a basis weight of 150 g / m 2 laminated together.
  • UV ultraviolet light
  • the molding takes place at room temperature under UV light irradiation on a positive mold.
  • the laminate is removed as a dimensionally stable flat cable of the form.
  • the dimensionally stable flat cable is then partially back-injected with polypropylene in an injection molding process.
  • Example 1 Analogously to Example 1 is a flexible flat cable, which is equipped with electronic components such as light emitting diodes (LED), with 25 g / m 2 of a copolyamide having a melting point T m of 105 ° C and a thermally bonded spunbonded nonwoven polyethylene terephthalate fibers having a basis weight of 150 g / m 2 together and fixed at 110 ° C / 120 s on a positive mold. After cooling the tool, the laminate is removed as a dimensionally stable flat cable of the form.
  • LED light emitting diodes

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein dreidimensional (3D) geformtes Flachkabel und ein Verfahren zu seiner Herstellung.
  • Aus dem Dokument DE-A 196 49 972 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Leitungssatzes für Fahrzeuge bekannt, bei dem die Leitungen mit einer Trägerfolie verklebt und mit Steckern versehen werden und an einem formstabilen Träger befestigt sind, wobei wenigstens einige der Leitungen aus nicht isolierten Litzenleitern bestehen, die nacheinander und unabhängig voneinander auf eine isolierende, mit einer Klebeschicht versehene Trägerfolie entlang einer vorgegebenen Linienführung aufgelegt und anschließend entweder auf die Trägerfolie eine isolierende Schutzfolie aufgelegt und mit der Trägerfolie durch Druckanwendung verklebt oder die Trägerfolie und die aufgelegten Litzenleiter mit einer Schutzlackschicht überzogen und abschließend durch Beschneiden an die Kontur des Einsatzortes angepaßt wird. Nachteilig an diesem Verfahren ist die arbeitsaufwendige Verlegung der Leiterbahnen und deren Fixierung an dem formstabilen Träger.
  • Aus dem Dokument DE-A 196 28 850 sind ein Kabelbaum und ein Verfahren zu seiner Herstellung bekannt, der Stromkabel besitzt, die in einer ersten Harzschicht mit Vertiefungen angeordnet sind, wobei die erste Harzschicht so geformt ist, dass sie entlang einer vorbestimmten Verlegungsstrecke der Stromkabel verläuft und eine zweite Harzschicht, die fest mit der ersten Harzschicht verbunden ist, so dass sie zumindest die Vertiefung der ersten Harzschicht bedeckt und durch Vakuumformen angebracht ist.
  • Die bekannten Lösungen weisen den Nachteil auf, dass sie entweder in einem sehr arbeitsaufwendigen Prozess per Hand auf die Oberfläche des formstabilen Trägers aufgebracht werden müssen oder dass separate Teile hergestellt, die Leiter eingebracht und durch das zweite Harz in ihrer Lage fixiert werden müssen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein dreidimensional geformtes Flachkabel sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung anzugeben, die die Nachteile der bekannten Lösungen vermeiden und die im Zwischenschritt die Herstellung von formstabilen Flachkabeln gestatten, die erst in einem zweiten Schritt an ihrem Einbauort plaziert werden.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Flachkabel gelöst, bestehend aus einem Laminat, welches mindestens aus einer zwischen zwei Isolationsschichten eingebundenen Leiterbahn und mindestens einer Trägerschicht besteht, die mittels einer Klebeschicht miteinander verbunden sind und das auf ein positives Formwerkzeug aufgebracht und unter Anwendung von Wärme und Druck in Form gebracht sowie durch Abkühlung unter die Glastemperatur Tg der Klebeschicht oder Aushärtung der Klebeschicht in seiner dreidimensionalen Formgestalt fixiert ist, wobei als Klebeschicht ein thermoplastischer Kleber, eine thermoplastische Klebefolie und/oder ein Klebevliesstoff mit einem Schmelzpunkt Tm <180°C und/oder ein latent Reaktivkleber mit einer Vemetzungstemperatur <140°C eingesetzt wird. Klebeschichten dieser Art gestatten es, die Flachkabel- mit der porösen Trägerschicht fest zu verbinden und zu einem Zwischenformteil zu formen. Beim Einsatz von Reaktivklebern kann eine Abkühlung entbehrlich sein, allerdings muß eine entsprechende Verfestigung durch eine weitgehende Aushärtung durch Vernetzung eingetreten sein.
  • Ein solches 3D-Flachkabel ist auch als Zwischenteil vor dem Einbau lagerfähig.
  • Zur besseren Handhabung kann weiterhin eine der Abdeckung dienende weitere Vliesstoffschicht vorgesehen sein. Die poröse Trägerschicht besteht vorteilhafter Weise aus einem Vliesstoff oder Gewebe aus polymeren Fasern.
  • Das erfindungsgemäße Flachkabel kann zumindest teilweise mit einem Thermoplast hinterspritzt sein. Damit ist die Herstellung an den Einbauort gestalteter Teile möglich.
  • Vorteilhafter Weise sind die Leiter der Leiterbahn vor der Laminierung zumindest in Teilbereichen ihrer Oberfläche zur Bildung von Kontaktfeldern freigelegt.
  • Besonders bevorzugt ist ein Flachkabel, das mit elektronischen Bauelementen bestückt ist. Dadurch können in sehr rationeller Weise funktionstechnisch fertige elektronische Einbauteile hergestellt werden.
  • Die Herstellung der 3D-Flachkabel als Zwischenteile erfolgt in der Weise, dass das aus Flachkabel-, Klebe- und Vliesstoffschichten bestehende Laminat auf ein positives Formwerkzeug aufgebracht, ausgerichtet und unter Anwendung von Wärme und/oder Strahlung und/oder Druck in Form gebracht sowie durch Abkühlung unter die Glastemperatur Tg der Klebeschicht oder Aushärtung der Klebeschicht in seiner Formgestalt fixiert wird. Als Druck wird beispielsweise ein Unterdruck an der Rückseite des Laminats angelegt.
  • Vorzugsweise werden die in ihrer Formgestalt fixierten Laminatteile durch Stanzen, Fräsen oder Schneiden nachbearbeitet und in einem separaten Schritt an ihrem Einsatzort eingebaut oder zur besseren Montage zumindest teilweise in einem Spritzgußverfahren mit einem Thermoplast hinterspritzt.
  • Zur Temperaturvergleichmäßigung wird vorzugsweise eine Metallfolie beim Laminierungsprozeß und/oder im Formwerkzeug eingesetzt.
  • Als Vliesstoff für das genannte Verfahren werden vorzugsweise solche aus Polyester oder Polyamid eingesetzt, die eine Dicke von 0,1 bis 2 mm, eine Reißfestigkeit von 50 bis 250 N/50mm und eine Dehnung von 30 bis 50% besitzen. Das als thermoplastische Klebeschicht eingesetzte Klebevlies sollte eine Erweichungstemperatur zwischen 30 und 180°C besitzen, sein Flächengewicht sollte zwischen 10 und 70 g/m2 liegen und es sollte einen niedrigen Schmelzindex aufweisen.
  • Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Beispiele dargestellt.
    • Beispiel 1
  • Als Material werden flexible Flachkabel (FFC), 1,2 - 1,4 mm dick, Schmelzklebevliessstoff aus Copolyamiden mit Tm: 105 - 110 °C, einem Flächengewicht von 30 g/m2 und thermisch gebundenes Polyethylenterephthalat-Spinnvlies mit einem Flächengewicht von 250 g/m2 eingesetzt. Auf die Rückseite eines FFC wird mit Hilfe einer Bügelpresse ein Vliesstoff mit einem Schmelzkleber bei 140 °C laminiert. Das Vlies dient hierbei als Trägerschicht, der Schmelzkleber verbessert die Formbarkeit. Dieses Laminat wird auf einem positiven Formwerkzeug fixiert und bei 140 °C / 30 s in Form gebracht. Nach dem Abkühlen des Werkzeugs wird das Laminat als formstabiles Flachkabel der Form entnommen.
    • Beispiel 2
  • Analog Beispiel 1 wird ein flexibles Flachkabel mit 45 g/m2 eines Copolyamids mit einem Schmelzpunkt Tm von 105°C und einem thermisch gebundenen Stapelfaservliesstoff aus Polyethylenterephthalat-Fasern mit einem Flächengewicht von 100 g/m2 unter Verwendung einer 0,5 mm dicken Aluminiumfolie als Kühlungselement zusammenlaminiert und bei 140 °C / 45 s auf einem positiven Formwerkzeug fixiert. Nach dem Abkühlen des Werkzeugs wird das Laminat als formstabiles Flachkabel der Form entnommen.
    • Beispiel 3
  • Analog Beispiel 1 wird ein flexibles Flachkabel mit Ultraviolett-Licht (UV) härtendem Kleber und einem thermisch gebundenen Spinnvliesstoff aus Polyethylenterephthalat-Fasern mit einem Flächengewicht von 150 g/m2 zusammenlaminiert. Die Formung erfolgt bei Raumtemperatur unter UV-Licht Bestrahlung auf einem positiven Formwerkzeug. Nach dem Aushärten wird das Laminat als formstabiles Flachkabel der Form entnommen. Das formstabile Flachkabel wird anschließend mit Polypropylen in einem Spritzgußverfahren teilweise hinterspritzt.
    • Beispiel 4
  • Analog Beispiel 1 wird ein flexibles Flachkabel, das mit elektronischen Bauelementen wie Lichtemissionsdioden (LED) bestückt ist, mit 25 g/m2 eines Copolyamids mit einem Schmelzpunkt Tm von 105°C und einem thermisch gebundenen Spinnvliesstoff aus Polyethylenterephthalat-Fasern mit einem Flächengewicht von 150 g/m2 zusammenlaminiert und bei 110 °C / 120 s auf einem positiven Formwerkzeug fixiert. Nach dem Abkühlen des Werkzeugs wird das Laminat als formstabiles Flachkabel der Form entnommen.
  • Weitere Beispiele sind in der nachfolgenden Tabelle dargestellt.
    Beispiel 5 6 7 8 9
    FFC PET /Cu PET/Cu PET/Cu PET/Cu PET/Cu
    Kleber Copolyamid Tm 105°C 25g/m2 Copolyamid Tm 105°C 25g/m2 Copolyamid Tm 105°C 25g/m2 Copolyamid Tm 105°C 25g/m2 Copolyamid Tm 105°C 45g/m2
    Träger 250g/m2 PET Spinnvlies thermisch gebunden 250g/m2 PET Spinnvlies thermisch gebunden 250g/m2 PET Spinnvlies chemisch gebunden 250g/m2 PET Spinnvlies chemisch gebunden 100g/m2 PET Stapelfaser-vliesstoff thermisch gebunden
    Laminierungstemperatur 130°C 130°C 130°C 130°C 120°C
    Aluminium nein ja nein ja nein
    Verformungstemperatur/ Zeit 140°C / 30 s 160°C/60 s 160°C/60 s 160°C/30 s 115°C /120 s
    Druck ja ja ja Ja ja
    Beispiel 10 11 12 13 14
    FFC PET /Cu PET/Cu PEN/Cu PET/Cu/LED's PI/Cu
    Kleber Copolyamid Tm 105°C 15g/m2 EVA Tm 80°C UV Vernetzungssystem Copolyamid Tm105°C 25g/m2 25 g/m2 Epoxyd/Copol y-amid
    Träger 100g/m2 Glasfaservlies PP 15g/m2 Stapelfaservliesstoff thermisch gebunden 150g/m2 PET Spinnvlies thermisch gebunden 150g/m2 PET Spinnvlies thermisch gebunden 130g/m2 PET/PA Spinnvlies wasserstrahlverfestigt
    Laminierungstemperatur 120°C 95°C RT 110°C 120°C
    Aluminium nein nein nein nein nein
    Verformungstemperatur/ Zeit 145°C /120 s 110°C/180 s Raum Temperatur 120°C/120 s 180°C/10s
    Druck ja ja ja ja nein
    Beispiel 15 16 17 18
    FFC PEN /Cu PEN/Cu PEN/Cu PEN/Cu
    Kleber Copolyamid Tm105°C 500 g/m2 Copolyamid-Folie (Texiron 199 protechnic) Tm105°C 450g/m2 Copolyamid-Folie (Texiron 199 protechnic) Tm 105°C 450g/m2 Copolyester Tm115°C Hotmelt 450g/m2
    Träger 250g/m2 PET Spinnvlies thermisch gebunden 180µm Aluminium-folie 180µm PETfolie 250g/m2 PET Spinnvlies chemisch gebunden
    Laminierungstemperatur 140°C 140°C 140°C 140°C
    Aluminium nein Ja nein nein
    Verformungstemperatur/ Zeit 140°C / 300 s 140°C / 60 s 140°C / 60 s 140°C/ 60 s
    Druck ja ja ja ja

Claims (11)

  1. Dreidimensional geformtes Flachkabel bestehend aus einem Laminat, welches mindestens aus einer zwischen zwei Isolationsschichten eingebundenen Leiterbahn und mindestens einer Trägerschicht besteht, die mittels einer Klebeschicht miteinander verbunden sind und das auf ein positives Formwerkzeug aufgebracht und unter Anwendung von Wärme, Strahlung und/oder Druck in Form gebracht sowie durch Abkühlung unter die Glastemperatur Tg der Klebeschicht oder Aushärtung der Klebeschicht in seiner dreidimensionalen Formgestalt fixiert ist, wobei die Klebeschicht aus einem thermoplastischen Kleber, einer Klebefolie und/oder einem Klebevliesstoff mit einem Schmelzpunkt Tm < 180°C und/oder einem latent Reaktivkleber mit einer Vernetzungstemperatur < 140°C besteht.
  2. Flachkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht aus einer Metall- oder Kunststoff-Folie besteht.
  3. Flachkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht aus einer porösen Schicht besteht.
  4. Flachkabel nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere der Abdeckung dienende poröse Schicht vorgesehen ist,
  5. Flachkabel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Trägerschicht aus einem Vliesstoff oder Gewebe aus polymeren Fasern besteht.
  6. Flachkabel einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Flachkabel zumindest teilweise mit einem Thermoplast hinterspritzt ist.
  7. Flachkabel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiter der Leiterbahn vor der Laminierung zumindest in Teilbereichen ihrer Oberfläche zur Bildung von Kontaktfeldem freigelegt sind.
  8. Flachkabel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Flachkabel mit elektronischen Bauelementen bestückt ist.
  9. Verfahren zur Herstellung eines formstabilen Flachkabels nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das aus Flachkabel-, Klebe- und Trägerschichten bestehende Laminat oder alle Komponenten für das Laminat separat auf ein positives Formwerkzeug aufgebracht, bei Raumtemperatur ausgerichtet und unter Anwendung von Wärme, Strahlung und/oder Druck in Form gebracht sowie durch Abkühlung unter die Glastemperatur Tg der Klebeschicht oder Aushärtung der Klebeschicht in seiner Formgestalt fixiert wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Temperaturvergleichmäßigung eine Metallfolie beim Laminierungsprozeß und/oder im Formwerkzeug eingesetzt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die in ihrer Formgestalt fixierten Laminatteile in einem separaten Schritt eingebaut oder in einem Spritzgußverfahren mit einem Thermoplast hinterspritzt werden.
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