EP4385285A1 - Verfahren zur kontaktierung eines elektrisch leitenden papiergefüges, verbundkörper und verwendung - Google Patents

Verfahren zur kontaktierung eines elektrisch leitenden papiergefüges, verbundkörper und verwendung

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Publication number
EP4385285A1
EP4385285A1 EP22762029.1A EP22762029A EP4385285A1 EP 4385285 A1 EP4385285 A1 EP 4385285A1 EP 22762029 A EP22762029 A EP 22762029A EP 4385285 A1 EP4385285 A1 EP 4385285A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
carrier plate
electrically conductive
conductor
conductor elements
paper structure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22762029.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Daniel Lenssen
Mario R. Keller
Stefan Schusser
Stephan Schunck
Martin Staiger
Michael Pfeifer
Marco Sauler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Giesecke and Devrient Currency Technology GmbH
Surteco GmbH
Original Assignee
Giesecke and Devrient Currency Technology GmbH
Surteco GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Giesecke and Devrient Currency Technology GmbH, Surteco GmbH filed Critical Giesecke and Devrient Currency Technology GmbH
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    • H05K3/46—Manufacturing multilayer circuits
    • H05K3/4688—Composite multilayer circuits, i.e. comprising insulating layers having different properties

Definitions

  • the invention relates to a method for contacting an electrically conductive paper structure.
  • the invention also relates to a composite body and a use of the same.
  • the uniform, large-area heating of certain components is advantageous in many areas.
  • the introduction of heating energy occurs, for example, in motor vehicles with possible home furnishings, usually via pipe systems that are operated electrically or with fossil fuels, require a high level of installation effort and are used at correspondingly high costs. It is difficult to heat large areas and the formation of condensation cannot be completely avoided.
  • heated surfaces are a fast and usually more energy-saving alternative in terms of heat input.
  • the heated surfaces inside a motor vehicle with possible home furnishings help to avoid condensation.
  • Heatable paper or paper-like materials are particularly suitable for this, among other things due to the on-board voltage used. It is known that paper can be made conductive by introducing conductive particles in the course of paper production, see for example the documents US Pat. No. 4,990,755 A, JP H-05 135 774 A and EP 1 063716 A2.
  • conductor tracks in particular busbars or conductor rails, for example by providing metallic ones
  • the current can be effectively coupled into tapes, by printing, coating or vaporizing with conductive materials or the like and thus distributing it over the entire surface.
  • Conductive paper is particularly suitable for heating laminated panels because it can be impregnated and used without major process changes during the production of decorative laminated panels.
  • Other surface heating systems which are described, for example, in EP 3 691408 A1 or EP 3544 372 A1, can only be applied through additional process steps and remain visible. As a rule, such a provision is only possible via additional components that have to be applied independently of the plate production.
  • the disadvantages here are of course the costs and the additional work involved, but also optical limitations and possible limitations with moving parts.
  • Printed, coated or vapour-deposited conductor tracks are particularly advantageous when heating with conductive paper because they do not represent a major barrier during impregnation and can no longer be seen in the finished decorative panel.
  • One challenge is to expose and contact the laminated conductor tracks again. The contacting should be as variable as possible with regard to the positioning of the contact points, so that heating surfaces of different sizes can be assembled easily.
  • the connection problem especially with regard to moving parts, e.g. doors, must be taken into account.
  • the object of the present invention is to overcome the disadvantages of the prior art and to provide an improved composite body and an improved method for contacting an electrically conductive paper structure.
  • the composite body should in particular be optically indistinguishable from the usual standard plates and have an additional function, preferably heatability.
  • Composite body comprising a carrier plate having recesses with an upper major surface and a lower major face and an electrically conductive paper structure adjoining the upper major face of the carrier plate, wherein the electrically conductive paper structure has at least one conductor track facing the upper major face of the carrier plate wherein conductor elements are introduced into the recesses of the carrier plate in such a way that the conductor elements end flush with the upper main surface of the carrier plate, the conductor elements are in electrical contact with the at least one conductor track of the electrically conductive paper structure and the conductor elements are in electrical contact from the lower main surface of the carrier plate can be contacted with a power source.
  • Composite body according to clause 1 wherein the electrically conductive paper structure has at least two conductor tracks facing the upper main surface of the carrier plate, conductor elements being introduced into the recesses of the carrier plate in such a way that the conductor elements end flush with the upper main surface of the carrier plate, the conductor elements are in electrical contact with the at least two conductor tracks of the electrically conductive paper structure and the conductor elements can be contacted with a power source from the lower main surface of the carrier plate.
  • Composite body according to Clause 1 or 2 wherein the recesses of the carrier plate are each in the form of a combination of a bore and a linear depression, preferably a milling line, with the bore being formed in the region of the linear depression and the conductor elements T-shaped in the form of a section introduced into the linear depression and at least one section arranged perpendicular thereto and introduced into the bore.
  • the carrier plate is a composite material, e.g. chipboard, plywood, medium-density (wood) fiber board or MDF board, coarse chipboard or OSB board or a plastic-based, in particular thermoplastic, carrier board.
  • a composite material e.g. chipboard, plywood, medium-density (wood) fiber board or MDF board, coarse chipboard or OSB board or a plastic-based, in particular thermoplastic, carrier board.
  • electrically conductive paper structure is based on cellulosic fibrous materials and electrically conductive fibers.
  • a method for contacting an electrically conductive paper structure with a power source comprising
  • the present invention is based on the use of an electrically conductive paper structure within a composite body for heating applications. Similar to decorative paper can the electrically conductive paper structure can be introduced without additional effort as part of the usual production of composite bodies, in particular composite panels.
  • the major challenge is the safe electrical contacting of a conductive layer embedded in an impregnating resin.
  • the present invention ensures a simple, safe and permanent electrical and mechanical contacting of the conductive layer in rigid and movable built-in parts.
  • a carrier plate is provided with recesses.
  • the recesses are in particular in the form of linear indentations which are, for example, continuous or interrupted, preferably milling lines, and/or in the form of (in particular punctiform) bores, drilled holes, through-holes or perforations.
  • the recesses are filled with conductor elements, ie electrically conductive elements or contact elements, so that the conductor elements are flush with the carrier plate on the side on which the electrically conductive paper structure is laminated.
  • the conductor elements can in particular be present in the form of metal bands, metal rails, metal strips, metal bolts, screws or contact rivets or countersunk rivets. With respect to the metal, copper or zinc is preferred, with copper being particularly preferred. At least two parallel conductor tracks are expediently applied to the electrically conductive paper structure, which distribute the current along the conductor elements. The conductor elements are placed in such a way that they can be connected to the conductor tracks of the electrically conductive paper structure are in electrical contact and can also be contacted in the finished composite body.
  • the support plate for receiving the conductor elements is expediently prepared by drilling and/or by milling in the area of the side which later comes into contact with the electrically conductive paper structure.
  • the maximum number and size of the recesses, in particular bores and/or milling lines, is advantageously chosen such that the stability of the carrier plate is maintained.
  • the conductor elements e.g. (copper) countersunk rivets, bolts or (thread-cutting) screws, are inserted precisely into the recesses.
  • the ladder element must be flush with the carrier plate.
  • the recesses, e.g. holes run parallel to the at least two conductor tracks of the electrically conductive paper structure on the side of the carrier plate to be coated with the electrically conductive paper structure.
  • the electrically conductive paper structure provided with the conductor tracks e.g. metal strips such as copper or zinc strips
  • the carrier plate provided with the conductor elements e.g. by lamination, laminating, gluing or pressing, so that the conductor tracks and the conductor elements are in permanent current-carrying contact with one another .
  • the decorative layer is applied.
  • a decorative paper or a decorative (finish) foil is suitable as a decorative layer, the decorative layer possibly being impregnated, printed or lacquered.
  • a composite material is suitable, for example chipboard, plywood, medium-density (wood) fiber board or MDF board, coarse chipboard or OSB board or a plastic-based, in particular thermoplastic, carrier board.
  • the recesses in the support plate are in the form of drilled holes (Variant 1)
  • (copper) countersunk rivets that are inserted in the drilled holes in the support plate are preferably suitable as conductor elements.
  • the respective (copper) countersunk rivet can in particular be provided with a thread or a drilled hole on the back.
  • the diameter of the drilled hole in the carrier plate is expediently greater than or equal to the pin diameter of the (copper) countersunk rivet.
  • the length of the (copper) strands is advantageously smaller than the thickness of the carrier plate.
  • the respective hole can be produced, for example, by means of drilling, but also by means of laser perforation or by means of cutting, for example by means of laser cutting.
  • the recesses in the carrier plate are in the form of linear indentations, eg milling lines (variant 2), the production of the composite body proceeds analogously to the explanation above.
  • the carrier plate is prepared for receiving the conductor elements, for example by means of milling.
  • the milling line is expediently inserted so deep into the material that the stability of the carrier plate is maintained.
  • the conductor elements for example metal rails, metal strips such as copper strips or the like, are inserted into the milling lines or grooves with a precise fit.
  • the respective ladder element must be flush with the carrier plate.
  • the milling lines run on the electrically conductive pa- pier structure to be coated side of the carrier plate precisely parallel to the at least two conductor tracks of the electrically conductive paper structure.
  • the conductor elements in particular metal strips such as copper strips or the like, are expediently sufficiently thick and sufficiently mechanically stable so that the carrier plate is not damaged during the subsequent steps in the course of lamination or pressing.
  • the electrically conductive paper structure provided with the conductor tracks eg copper strips
  • the carrier plate provided with the conductor elements for example by lamination, laminating, gluing or pressing, so that the conductor tracks and the conductor elements are permanently in current-carrying contact with one another.
  • the decorative layer is applied. This is followed by the exposure of the conductor elements, with a drill hole being drilled on the rear side, preferably at any desired location, with a precise fit parallel to the respective milling line.
  • the metal rail acts as an attachment point and prevents piercing or visible defects on the decorative side.
  • An alternative configuration is based on a combination of a linear indentation, in particular a milling line, and a bore (variant 3).
  • the carrier plate is prepared for receiving the conductor elements both by providing a linear indentation, in particular a milling line, and by providing bores.
  • the linear indentations penetrate so deeply into the material that the support plate remains stable.
  • the maximum number and size of the bores are expediently selected such that the support plate and the conductor element remain stable.
  • the conductor elements for example metal rails such as copper rails, are introduced into a groove (herein also referred to as an elongate indentation or elongate indentation) with a precise fit at defined intervals.
  • the metal rail in particular a copper rail
  • the carrier plate has bores that are arranged to match the threaded welding studs.
  • the diameter of the bores is expediently larger than the nominal diameter of the bolts and the depth of the bores is advantageously longer than the length of the bolts in order to avert manufacturing tolerances and material stresses.
  • the ladder element must be flush with the carrier plate.
  • the linear indentations, in particular milling lines, run on the side of the carrier plate to be coated with the electrically conductive paper structure in a precisely parallel manner with the conductor tracks of the electrically conductive paper structure to be applied in a further process step.
  • the electrically conductive paper structure provided with the conductor tracks for example copper strips, is applied to the carrier plate provided with the conductor elements, for example by lamination, laminating, gluing or pressing, so that the conductor tracks and the conductor elements are in electrical contact with one another. Subsequently, or possibly at the same time, the decorative layer is applied.
  • the conductor elements are contacted with a power source, for example, by means of connectors such as banana plugs or similar, possibly self-locking connectors, preferably in conjunction with (copper) countersunk rivets as conductor elements.
  • a (copper) countersunk rivet with an internal thread as the conductor element contacting by means of a cylinder head screw or comparable types of screws is advisable.
  • the conductor element is provided by a screw with a bore or by a threaded welding stud, the contacting can expediently take place by means of a thread-forming screw, if necessary. If necessary, all types of contact can be made in conjunction with cable lugs and washers.
  • Another option for rear contacting is based on connecting the (copper) countersunk rivet and the rear connection cable using a conductive adhesive or a soldered connection with a suitable soldering compound.
  • the metal rail or the metal strip can be contacted at any point, regardless of its position, e.g. from behind (e.g. by simply drilling a hole up to the metal rail).
  • the electrically conductive paper structure can be produced using standard papermaking methods, in particular inclined wire, Fourdrinier wire and cylinder wire technology. In this way it is basically possible to process varying fiber compositions. It is expedient to add conductive, metallic short-cut fibers to cellulose-containing or alternatively plastic-based fibrous materials.
  • the metallic short cut fibers typically have a fiber length in the range of 3 to 12 mm.
  • the amount in which the conductive, metallic short-cut fibers are added are mixed is expediently chosen so that there are sufficient fiber-to-fiber contacts and thus a suitable electric current flow is ensured.
  • the electrically conductive paper structure can contain other natural and/or synthetic fibers, optionally chemical additives and optionally residual moisture.
  • the electrical conductivity can be achieved not only by conductive, metallic fibers, in particular metallic short-cut fibers, but also by adding carbon fibers, carbon particles or carbon nanotubes.
  • conductivity can be achieved with a conductive surface coating.
  • the term (paper) structure also includes other woven fabrics, nonwoven fabrics or the like, in particular foil-based conductive materials.
  • FIGS. 1 and 2 show a first exemplary embodiment of a composite body according to the invention
  • FIGS. 3 and 4 show a second exemplary embodiment of a composite body according to the invention
  • FIGS. 5 and 6 show a third exemplary embodiment of a composite body according to the invention
  • FIGS. 7 and 8 show a fourth exemplary embodiment of a composite body according to the invention
  • FIGS. 9 and 10 show a fifth exemplary embodiment of a composite body according to the invention.
  • FIGS. 11 and 12 show a sixth exemplary embodiment of a composite body according to the invention.
  • FIG. 13 shows a seventh exemplary embodiment of a composite body according to the invention.
  • FIG. 14 shows an eighth exemplary embodiment of a composite body according to the invention.
  • FIGS. 1 and 2 illustrate a first exemplary embodiment of a composite body according to the invention.
  • a carrier plate 1 in the example a chipboard, is first provided.
  • the support plate is provided with continuous, circular bores 2, each having the diameter A.
  • the bores 2 are then provided with conductor elements 2, in the example electrically conductive bolts, the conductor elements 2 terminating flush with the carrier plate 1 on their upper side and being able to be contacted on their lower side in the finished composite body.
  • an electrically conductive paper structure 4 which is provided with conductor tracks 3, eg copper strips, is laminated on. Lamination takes place in such a way that the conductor tracks 3 and the conductor elements 2 are in electrical contact with one another.
  • FIG. 2 illustrates the composite body shown in FIG. 1 in an oblique view.
  • the cross-sectional view according to FIG. 1 runs along the dashed line ZZ′ shown in FIG.
  • FIGS. 3 and 4 illustrate a second exemplary embodiment of a composite body according to the invention, which is based on the first exemplary embodiment.
  • FIGS. 3 and 4 each show a cross-sectional view along the dashed line Z-Z′ shown in FIG. 2.
  • the continuous bores have a head diameter C and a shank diameter B.
  • FIG. 4 illustrates the carrier plate 1 provided with (copper) rivets 21 as conductor elements. The increased head diameter C of the (copper) rivets 21 ensures simplified assembly to ensure that the (copper) rivets 21 are flush with the carrier plate 1.
  • FIGS. 5 and 6 illustrate a third exemplary embodiment of a composite body according to the invention, which is based on the second exemplary embodiment.
  • FIGS. 5 and 6 each show a cross-sectional view along the dashed line Z-Z′ shown in FIG.
  • (copper) countersunk rivets are used as conductor elements.
  • the (copper) countersunk rivets 22 introduced into the carrier plate 1 have a bore 221 (see FIG. 5).
  • the bore 221 serves to improve th rear contact with, for example, a connector 6, in this example, a banana plug.
  • FIGS. 7 and 8 illustrate a fourth exemplary embodiment of a composite body according to the invention, which is based on the first exemplary embodiment.
  • (copper) rivets 23 are used as conductor elements.
  • the length of the (copper) countersunk rivets 23 is identical to the thickness of the carrier plate 1 in the present exemplary embodiment.
  • the (copper) countersunk rivets 23 have an internal thread 231 (see FIG. 7).
  • the internal thread 231 of the countersunk rivet 23 serves as rear contact by means of a threaded screw 9.
  • the electrical connection is made according to Figure 8 by means of a cable lug 10 and by means of washers 7 and 8, the thickness, outer and inner diameter of which corresponds to the mechanical one and electrical conditions are adjusted.
  • the first to fourth exemplary embodiments each fall under variant 1 explained in the above description, according to which bores introduced at points in the support plate are used for receiving cylindrical conductor elements such as bolts or countersunk rivets.
  • FIGS. 9 and 10 illustrate a fifth exemplary embodiment of a composite body according to the invention, which falls under variant 2 explained in the above description.
  • a linear indentation introduced into the carrier plate 1, in particular a milled line serves to accommodate a metal strip (in particular a copper strip) or a metal rail (in particular a copper rail) as conductor element 11 (see FIG. 9).
  • FIG. 10 shows a cross-sectional view of the carrier plate 1 along the dotted line Z-Z' shown in FIG. Based on It can be seen from FIG. 10 that in order to establish the contact on the underside of the conductor element 11, the underside of the conductor element 11 is exposed from below, e.g. by means of drilled holes 112 on the rear that are carried out with a precise fit at any point parallel to the linear depression.
  • the conductor elements 11 shown in FIGS. 9 and 10 terminate flush with the carrier plate 1 on their upper side and can be electrically and current-carrying contacted on their lower side in the finished composite body.
  • an electrically conductive paper structure 4 which is provided with conductor tracks 3, e.g. copper strips, is laminated on in subsequent steps. Lamination takes place in such a way that the conductor tracks 3 and the conductor elements 11 are in contact with one another.
  • a decorative layer 5 is applied, in the example a decorative paper.
  • FIGS. 11 and 12 illustrate a sixth exemplary embodiment of a composite body according to the invention, which falls under variant 3 explained in the above description.
  • the support plate 1 is prepared for receiving T-shaped conductor elements 12 both by milling and by providing bores.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view taken along the dotted line ZZ' of FIG.
  • the T-shaped conductor elements have a rail-shaped section 121 and a cylindrical section 122 perpendicular thereto. Threaded welding bolts are expediently welded onto the metal rails to produce the conductor elements.
  • the carrier plate 1 has bores which are arranged to match the threaded welding bolts 122 .
  • the diameter of the bores is expediently larger than the nominal diameter of the bolts 122 and the depth of the bores is advantageously longer than the length of the bolts 122 in order to avoid manufacturing tolerances. and avert material stresses.
  • the conductor element 12 ends flush with the carrier plate 1 .
  • the linear indentations, in particular milling lines, run on the side of the carrier plate 1 to be coated with the electrically conductive paper structure 4 with an exact fit parallel to the conductor tracks 3 of the electrically conductive paper structure 4 to be applied in a further process step the conductor tracks 3, for example copper strips, provided electrically conductive paper structure 4 is applied, in the example by lamination, so that the conductor tracks 3 and the conductor elements 12 are in electrical, current-carrying contact with one another.
  • the decorative layer 5 is then applied.
  • FIG. 13 illustrates a seventh exemplary embodiment of a composite body according to the invention, which is based on the first exemplary embodiment described with reference to FIGS.
  • the electrically conductive paper structure 4 is provided with conductor tracks 3, e.g.
  • FIG. 14 illustrates an eighth exemplary embodiment of a composite body according to the invention, which is based on the first exemplary embodiment described with reference to FIGS.
  • the electrically conductive paper structure 4 is provided with conductor tracks 3, for example copper strips, in such a way that the conductor tracks 3 are completely embedded in the paper structure 4.
  • the conductor elements 24 have needle-shaped extensions 241 on their upper side, via which the conductor tracks 3 and the conductor elements 24 are in electrical contact with one another.
  • FIG. 1 of EP 3 034 315 A1 shows a bank note with a window security thread.
  • the production can take place, for example, by means of a cylinder mold paper machine.
  • the partially exposed areas can be created, for example, by removing the paper in the window areas.
  • two conductor tracks 3 are applied to the electrically conductive paper structure 4 . According to the present invention, it is basically sufficient if only one conductor track 3 is applied to the electrically conductive paper structure 4 .
  • the conductor element 11 shown in FIG. 10 can be provided in the areas 112 with the threaded welding studs 122 shown in FIG To form the shape of two interconnected T-shaped ladder elements.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Verbundkörper, umfassend eine Aussparungen aufweisende Trägerplatte (1) mit einer oberen Hauptfläche und einer unteren Hauptfläche und ein an die obere Hauptfläche der Trägerplatte angrenzendes elektrisch leitendes Papiergefüge (4), wobei das elektrisch leitende Papiergefüge (4) zumindest eine der oberen Hauptfläche der Trägerplatte zugewandte Leiterbahn (3) aufweist, wobei in den Aussparungen der Trägerplatte Leiterelemente (2) so eingebracht sind, dass die Leiterelemente (2) bündig mit der oberen Hauptfläche der Trägerplatte (1) abschließen, die Leiterelemente (2) mit der zumindest einen Leiterbahn (3) des elektrisch leitenden Papiergefüges (4) in elektrischem Kontakt stehen und die Leiterelemente (2) von der unteren Hauptfläche der Trägerplatte (1) her mit einer Stromquelle kontaktierbar sind.

Description

Verfahren zur Kontaktierung eines elektrisch leitenden Papier gefüges, Verbundkörper und Verwendung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kontaktierung eines elektrisch leitenden Papiergefüges. Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Verbundkörper und eine Verwendung desselben.
Die gleichmäßige, großflächige Beheizung bestimmter Komponenten ist in vielen Bereichen vorteilhaft. So ist es hinsichtlich der kalten Wände in einem Flugzeug oder einem Kraftfahrzeug mit eventueller Wohnungseinrichtung zweckmäßig, über ein Gebläse Heizenergie in das System einzubringen, um auf diese Weise ein angenehmes Raumklima zu erzeugen. Die Einbringung von Heizenergie erfolgt beispielsweise in Kraftfahrzeugen mit eventueller Wohnungseinrichtung üblicherweise über Rohrsysteme, die elektrisch oder mit fossilen Brennstoffen betrieben werden, einen hohen Installationsaufwand erfordern und mit entsprechend hohen Kosten eingesetzt werden. Eine großflächige Beheizung ist schwer zu bewerkstelligen und die Tauwasserbildung kann nicht völlig vermieden werden.
Demgegenüber sind beheizte Flächen eine hinsichtlich des Wärmeeintrags schnelle und meist energiesparendere Alternative. Zudem tragen die beheizten Flächen innerhalb eines Kraftfahrzeugs mit eventueller Wohnungseinrichtung dazu bei, Kondenswasser zu vermeiden. Heizbare Papiere oder papierähnliche Materialien sind hierfür besonders geeignet, u.a. aufgrund der verwendeten Bordspannung. Es ist bekannt, Papier über die Einbringung leitfähiger Partikel im Zuge der Papierherstellung leitfähig zu machen, siehe z.B. die Schriften US 4990 755 A, JP H-05 135 774 A und EP 1 063716 A2. Durch eine geeignete Aufbringung von Leiterbahnen, insbesondere Busbars bzw. Stromschienen, beispielsweise durch das Bereitstellen von metallischen Bändern, durch Bedruckung, Beschichtung oder Bedampfung mit leitfähigen Materialien oder dergleichen, lässt sich der Strom effektiv einkoppeln und damit über die gesamte Fläche verteilen.
Insbesondere für die Beheizung von Schichtstoffplatten eignet sich leitfähiges Papier hervorragend, weil es imprägnierbar ist und ohne größere Prozessänderungen im Zuge der Herstellung dekorativer Schichtstoffplatten eingebracht werden kann. Andere Flächenheizsysteme, die z.B. in der EP 3 691408 Al oder der EP 3544 372 Al beschrieben werden, lassen sich nur durch zusätzliche Prozessschritte aufbringen und bleiben sichtbar. In der Regel ist eine solche Bereitstellung nur über zusätzliche Komponenten möglich, die unabhängig von der Plattenherstellung aufgebracht werden müssen. Von Nachteil sind hierbei natürlich die Kosten und der zusätzliche Arbeitsaufwand, aber auch optische Einschränkungen und ggf. Einschränkungen bei beweglichen Teilen. Gedruckte, beschichtete oder bedampfte Leiterbahnen sind im Fall einer Beheizung mit leitfähigem Papier besonders vorteilhaft, weil sie beim Imprägnieren keine große Barriere darstellen und in der fertigen Dekorplatte nicht mehr zu sehen sind. Eine Herausforderung besteht darin, die einlaminierten Leiterbahnen wieder freizulegen und zu kontaktieren. Die Kontaktierung sollte bezüglich der Positionierung der Kontaktstellen möglichst variabel sein, damit unterschiedlich große Heizflächen auf einfachem Weg konfektioniert werden können. Zudem muss die Anschlussproblematik insbesondere mit Bezug auf bewegliche Teile, z.B. Türen, beachtet werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und einen verbesserten Verbundkörper sowie ein verbessertes Verfahren zur Kontaktierung eines elektrisch leitenden Papiergefüges bereitzustellen. Der Verbundkörper sollte insbesondere von den üblichen Standardplaten optisch nicht unterscheidbar sein und über eine Zusatzfunktion, vorzugsweise eine Heizbarkeit, verfügen.
Die Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen definierten Merkmalskombinationen gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Zusammenfassung der Erfindung
1. (Erster Aspekt der Erfindung) Verbundkörper, umfassend eine Aussparungen aufweisende Trägerplate mit einer oberen Hauptfläche und einer unteren Hauptfläche und ein an die obere Hauptfläche der Trägerplate angrenzendes elektrisch leitendes Papiergefüge, wobei das elektrisch leitende Papiergefüge zumindest eine der oberen Hauptfläche der Trägerplate zugewandte Leiterbahn aufweist, wobei in den Aussparungen der Trägerplate Leiterelemente so eingebracht sind, dass die Leiterelemente bündig mit der oberen Hauptfläche der Trägerplate abschließen, die Leiterelemente mit der zumindest einen Leiterbahn des elektrisch leitenden Papiergefüges in elektrischem Kontakt stehen und die Leiterelemente von der unteren Hauptfläche der Trägerplate her mit einer Stromquelle kontaktierbar sind.
2. (Bevorzugte Ausgestaltung) Verbundkörper nach Klausel 1, wobei das elektrisch leitende Papiergefüge zumindest zwei der oberen Hauptfläche der Trägerplate zugewandte Leiterbahnen aufweist, wobei in den Aussparungen der Trägerplatte Leiterelemente so eingebracht sind, dass die Leiterelemente bündig mit der oberen Hauptfläche der Trägerplatte abschließen, die Leiterelemente mit den zumindest zwei Leiterbahnen des elektrisch leitenden Papiergefüges in elektrischem Kontakt stehen und die Leiterelemente von der unteren Hauptfläche der Trägerplatte her mit einer Stromquelle kontaktierbar sind.
3. (Bevorzugte Ausgestaltung) Verbundkörper nach Klausel 1 oder 2, wobei die Aussparungen der Trägerplatte in Form von Bohrungen vorliegen und die in die Bohrungen eingebrachten Leiterelemente in Form von Bolzen, Schrauben oder Senknieten vorliegen.
4. (Bevorzugte Ausgestaltung) Verbundkörper nach Klausel 1 oder 2, wobei die Aussparungen der Trägerplatte in Form von linienförmigen Vertiefungen, vorzugsweise Fräslinien, vorliegen und die in die linienförmigen Vertiefungen eingebrachten Leiterelemente in Form von Metallstreifen oder Metallschienen vorliegen, wobei die in Form von linienförmigen Vertiefungen vorliegenden Aussparungen gegebenenfalls jeweils eine zusätzliche Bohrung aufweisen, die daran angepasst ist, dass das jeweilige in die linienförmige Vertiefung eingebrachte Leiterelement von der unteren Hauptfläche der Trägerplatte her mit einer Stromquelle kontaktierbar ist.
5. (Bevorzugte Ausgestaltung) Verbundkörper nach Klausel 1 oder 2, wobei die Aussparungen der Trägerplatte jeweils in Form einer Kombination aus einer Bohrung und einer linienförmigen Vertiefung, vorzugsweise eine Fräslinie, vorliegen, wobei die Bohrung im Bereich der linienförmigen Vertiefung gebildet ist und die Leiterelemente T-förmig in Form eines in der linienförmigen Vertiefung eingebrachten Teilstücks und zumindest einem senkrecht dazu angeordneten, in der Bohrung eingebrachten Teilstück vorliegen.
6. (Bevorzugte Ausgestaltung) Verbundkörper nach einer der Klauseln 1 bis 5, wobei die Kontaktierung der Leiterelemente von der unteren Hauptfläche der Trägerplatte her mit einer Stromquelle mittels eines Steckverbinders o- der mitels einer Schraube in Verbindung mit einem Kabelschuh erfolgt, wobei das jeweilige Leiterelement vorzugsweise eine Bohrung oder ein Innengewinde aufweist.
7. (Bevorzugte Ausgestaltung) Verbundkörper nach einer der Klauseln 1 bis
6, wobei das elektrisch leitende Papiergefüge auf der Seite, die der Trägerplatte entgegengesetzt ist, eine Dekorlage aufweist.
8. (Bevorzugte Ausgestaltung) Verbundkörper nach einer der Klauseln 1 bis
7, wobei die Trägerplate ein Verbundwerkstoff, z.B. eine Spanplate, Sperrholz, eine miteldichte (Holz-)Faserplatte bzw. MDF-Plate, eine Grobspanplatte bzw. OSB-Plate oder eine kunststoffbasierte, insbesondere thermoplastische, Trägerplatte ist.
9. (Bevorzugte Ausgestaltung) Verbundkörper nach einer der Klauseln 1 bis
8, wobei das elektrisch leitende Papiergefüge auf cellulosehaltigen Faserstoffen und elektrisch leitfähigen Fasern basiert.
10. (Zweiter Aspekt der Erfindung) Verwendung des Verbundkörpers nach einer der Klauseln 1 bis 9 als Heizelement, als Element für die elektromagnetische Abschirmung, als Element zur Versorgung anderer elektrischer Verbraucher wie z.B. LEDs, als Element für die Ableitung elektrostatischer Ladungen oder als Element für die Signalweiterleitung bzw. Signaldetektion.
11. (Driter Aspekt der Erfindung) Verfahren zur Kontaktierung eines elektrisch leitenden Papiergefüges mit einer Stromquelle, umfassend
- den Schritt des Bereitstellens einer Aussparungen aufweisenden Trägerplatte mit einer oberen Hauptfläche und einer unteren Hauptfläche; - den Schritt des Einbringens von Leiterelementen in die Aussparungen der Trägerplatte auf solche Weise, dass die Leiterelemente bündig mit der oberen Hauptfläche der Trägerplatte abschließen,
- den Schritt des Bereitstellens eines elektrisch leitenden Papiergefüges, das auf einer Hauptfläche zumindest eine Leiterbahn, vorzugsweise zumindest zwei Leiterbahnen, aufweist;
- den Schritt des Zusammenfügens der Trägerplatte und des elektrisch leitenden Papiergefüges zu einem Verbundkörper auf solche Weise, dass das elektrisch leitende Papiergefüge an die obere Hauptfläche der Trägerplatte angrenzt, die Leiterelemente der Trägerplatte mit der zumindest einen Leiterbahn, vorzugsweise mit den zumindest zwei Leiterbahnen, des elektrisch leitenden Papiergefüges in elektrischem Kontakt stehen und die Leiterelemente der Trägerplatte von der unteren Hauptfläche der Trägerplatte her mit einer Stromquelle kontaktierbar sind; und
- den Schritt des Kontaktierens der Leiterelemente der Trägerplatte von der unteren Hauptfläche der Trägerplatte her mit einer Stromquelle.
12. (Bevorzugte Ausgestaltung) Verfahren nach Klausel 11, wobei der Verbundkörper gemäß einer der Klauseln 1 bis 9 definiert ist.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Herkömmliche Flächenheizsysteme lassen sich nur durch aufwändige Prozessschritte aufbringen und bleiben sichtbar, was zu einem hohen Arbeitsaufwand und hohen Kosten, zu Einschränkungen bei beweglichen Teilen und zu optischen Einschränkungen führt. Die vorliegende Erfindung basiert auf der Verwendung eines elektrisch leitenden Papiergefüges innerhalb eines Verbundkörpers für Heizanwendungen. Ähnlich wie Dekorpapier kann das elektrisch leitende Papiergefüge ohne Mehraufwand im Rahmen der üblichen Herstellung von Verbundkörpern, insbesondere Verbundplatten, eingebracht werden. Die große Herausforderung ist die sichere elektrische Kontaktierung einer insbesondere in einem Imprägnierharz eingebetteten leitfähigen Schicht. Die vorliegende Erfindung gewährleistet eine einfache, sichere und dauerhafte elektrische und mechanische Kontaktierung der leitfähigen Schicht bei starren und beweglichen Einbauteilen. Verglichen mit dem Stand der Technik ergibt sich durch den Einsatz des erfindungs gemäßen Verbundkörpers z.B. in einem Kraftfahrzeug mit eventueller Wohnungseinrichtung ein deutlicher Gewichtsvorteil und zudem durch die kompakte Bauweise ein Raumgewinn. hn Zuge der Herstellung des erfindungs gemäßen Verbundkörpers wird eine Trägerplatte mit Aussparungen versehen. Die Aussparungen liegen insbesondere in Form von linienförmigen Vertiefungen, die z.B. kontinuierlich oder unterbrochen vorliegen, vorzugsweise Fräslinien, und/ oder in Form von (insbesondere punktförmigen) Bohrungen, Bohrlöchern, Durchgangslöchern bzw. Perforationen vor. Die Aussparungen werden mit Leiterelementen, d.h. elektrisch leitenden Elementen bzw. Kontaktelementen, gefüllt, sodass die Leiterelemente auf der Seite, auf der das elektrisch leitende Papiergefüge aufkaschiert wird, bündig mit der Trägerplatte abschließen. Die Leiterelemente können insbesondere in Form von Metallbändern, Metallschienen, Metallstreifen, metallischen Bolzen, Schrauben oder Kontaktnieten bzw. Senknieten vorliegen. Mit Bezug auf das Metall werden Kupfer oder Zink bevorzugt, wobei Kupfer insbesondere bevorzugt wird. Zweckmäßigerweise sind auf dem elektrisch leitenden Papiergefüge mindestens zwei parallele Leiterbahnen aufgebracht, die den Strom entlang der Leiterelemente verteilen. Die Leiterelemente sind so platziert, dass sie mit den Leiterbahnen des elektrisch leitenden Papiergefüges in elektrischem Kontakt stehen und darüber hinaus im fertigen Verbundkörper kontaktiert werden können.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es grundsätzlich ausreichend, wenn auf dem elektrisch leitenden Papiergefüge lediglich eine Leiterbahn aufgebracht ist. In der nachstehenden Beschreibung wird die Erfindung anhand von besonderen Ausführungsformen beschrieben, bei denen auf dem elektrisch leitenden Papiergefüge mindestens zwei parallele Leiterbahnen aufgebracht sind.
Wie aus der beigefügten Figur 1 ersichtlich ist, wird die Trägerplatte für die Aufnahme der Leiterelemente zweckmäßigerweise durch Bohrung und/ oder durch Fräsen im Bereich der Seite, die später mit dem elektrisch leitenden Papiergefüge in Kontakt kommt, vorbereitet. Die Anzahl und Größe der Aussparungen, insbesondere Bohrungen und/ oder Fräslinien, wird mit Vorteil maximal so gewählt, dass die Stabilität der Trägerplatte erhalten bleibt. Die Leiterelemente, z.B. (Kupfer-)Senknieten, Bolzen oder (gewindeschneidende) Schrauben, werden passgenau in die Aussparungen eingebracht. Das Leiterelement muss bündig mit der Trägerplatte abschließen. Die Aussparungen, z.B. Bohrungen, verlaufen auf der mit dem elektrisch leitenden Papiergefüge zu beschichtenden Seite der Trägerplatte passgenau parallel zu den zumindest zwei Leiterbahnen des elektrisch leitenden Papiergefüges.
Auf die mit den Leiterelementen versehene Trägerplatte wird das mit den Leiterbahnen, z.B. Metallstreifen wie etwa Kupfer- oder Zinkstreifen, versehene elektrisch leitende Papiergefüge aufgebracht, z.B. durch Aufkaschieren, Laminieren, Kleben oder Verpressen, sodass die Leiterbahnen und die Leiterelemente miteinander dauerhaft in stromtragfähigem Kontakt sind. An- schließend, oder ggf. gleichzeitig, erfolgt das Aufbringen der Dekorlage. Als Dekorlage eignet sich ein Dekorpapier oder eine dekorative (Finish-)Folie, wobei die Dekorlage ggf. imprägniert, bedruckt oder lackiert ist. Mit Bezug auf die Trägerplatte eignet sich ein Verbundwerkstoff, z.B. eine Spanplatte, Sperrholz, eine mitteldichte (Holz-)Faserplatte bzw. MDF-Platte, eine Grobspanplatte bzw. OSB-Platte oder eine kunststoffbasierte, insbesondere thermoplastische, Trägerplatte. hn Falle, dass die Aussparungen der Trägerplatte in Form von Bohrungen vorliegen (V ariante 1), eignen sich als Leiterelemente vorzugsweise (Kupfer- )Senknieten, die in den Bohrlöchern der Trägerplatte eingebracht sind. Die jeweilige (Kupfer-)Senkniete kann insbesondere rückseitig mit einem Gewinde oder einem Bohrloch versehen sein. Zweckmäßigerweise ist der Durchmesser des Bohrlochs der Trägerplatte größer oder gleich dem Stiftdurchmesser der (Kuper-)Senkniete. Des Weiteren ist die Länge der (Kupfer- )Sen kniete mit Vorteil kleiner als die Dicke der Trägerplatte. Die jeweilige Bohrung kann z.B. mittels Bohren erzeugt werden, aber auch mittels Laserperforation oder mittels Schneiden wie z.B. mittels Laserschneiden. hn Falle, dass die Aussparungen der Trägerplatte in Form von linienförmigen Vertiefungen, z.B. Fräslinien, vorliegen (Variante 2), verläuft die Herstellung des Verbundkörpers analog zu der vorangehenden Erläuterung. Demzufolge wird die Trägerplatte für die Aufnahme der Leiterelemente z.B. mittels Fräsen vorbereitet. Die Fräslinie wird zweckmäßigerweise so tief in das Material eingebracht, dass eine Stabilität der Trägerplatte erhalten bleibt. Die Leiterelemente, z.B. Metallschienen, Metallstreifen wie etwa Kupferstreifen oder dergleichen, werden passgenau in die Fräslinien bzw. Nuten eingebracht. Das jeweilige Leiterelement muss bündig mit der Trägerplatte abschließen. Die Fräslinien verlaufen auf der mit dem elektrisch leitenden Pa- piergefüge zu beschichtenden Seite der Trägerplatte passgenau parallel zu den zumindest zwei Leiterbahnen des elektrisch leitenden Papiergefüges. Die Leiterelemente, insbesondere Metallstreifen wie etwa Kupferstreifen cider dergleichen, sind zweckmäßigerweise ausreichend dick und ausreichend mechanisch stabil, sodass während der folgenden Schritte im Zuge des Aufkaschierens oder Verpressens keine Beschädigung der Trägerplatte erfolgt. Auf die mit den Leiterelementen versehene Trägerplatte wird das mit den Leiterbahnen, z.B. Kupferstreifen, versehene elektrisch leitende Papiergefüge aufgebracht, z.B. durch Aufkaschieren, Laminieren, Kleben oder Verpressen, sodass die Leiterbahnen und die Leiterelemente miteinander dauerhaft in stromtragfähigem Kontakt sind. Anschließend, oder ggf. gleichzeitig, erfolgt das Aufbringen der Dekorlage. Danach erfolgt die Freilegung der Leiterelemente, wobei vorzugsweise an beliebigen Stellen passgenau parallel zur jeweiligen Fräslinie eine rückseitige Bohrung erfolgt. Im Falle einer Metallschiene als das Leiterelement wirkt die Metallschiene als Anschlagpunkt und verhindert ein Durchbohren bzw. sichtbare Defekte an der Dekorseite.
Eine alternative Ausgestaltung beruht auf einer Kombination einer linienförmigen Vertiefung, insbesondere eine Fräslinie, und einer Bohrung (Variante 3). Hierbei wird die Trägerplatte für die Aufnahme der Leiterelemente sowohl durch das Bereitstellen einer linienförmigen Vertiefung, insbesondere eine Fräslinie, als auch durch das Bereitstellen von Bohrungen vorbereitet. Die linienförmigen Vertiefungen dringen so tief in das Material ein, dass eine Stabilität der Trägerplatte gegeben bleibt. Zudem werden die Anzahl und die Größe der Bohrungen zweckmäßigerweise maximal so gewählt, dass eine Stabilität der Trägerplatte und des Leiterelements gegeben bleibt. Die Leiterelemente, z.B. Metallschienen wie etwa Kupferschienen, werden in definierten Abständen passgenau in jeweils eine Nut (hierin auch als längliche Vertiefung oder längliche Einkerbung bezeichnet) eingebracht. Vorab wird die Metallschiene, insbesondere eine Kupferschiene, z.B. mit Gewindeschweißbolzen versehen. Die Trägerplatte besitzt Bohrungen, die passend zu den Gewindeschweißbolzen angeordnet sind. Der Durchmesser der Bohrungen ist zweckmäßigerweise größer als der Nenndurchmesser der Bolzen und die Tiefe der Bohrungen ist mit Vorteil länger als die Länge der Bolzen, um Fertigungstoleranzen und Materialspannungen abzuwenden. Das Leiterelement muss bündig mit der Trägerplatte abschließen. Die linienförmigen Vertiefungen, insbesondere Fräslinien, verlaufen auf der mit dem elektrisch leitenden Papiergefüge zu beschichtenden Seite der Trägerplatte passgenau parallel mit den in einem weiteren Verfahrensschritt aufzubringenden Leiterbahnen des elektrisch leitenden Papiergefüges. Auf die mit den Leiterelementen versehene Trägerplatte wird das mit den Leiterbahnen, z.B. Kupferstreifen, versehene elektrisch leitende Papiergefüge aufgebracht, z.B. durch Aufkaschieren, Laminieren, Kleben oder Verpressen, sodass die Leiterbahnen und die Leiterelemente miteinander in elektrischem Kontakt sind. Anschließend, oder ggf. gleichzeitig, erfolgt das Aufbringen der Dekorlage.
Die Kontaktierung der Leiterelemente mit einer Stromquelle erfolgt bei allen drei Varianten beispielsweise durch Steckverbinder wie etwa Bananenstecker oder ähnliche auch ggf. selbstsichernde Steckverbinder, vorzugsweise in Verbindung mit (Kupfer-)Senknieten als Leiterelemente. Im Falle einer (Kupfer-)Senkniete mit Innengewinde als das Leiterelement ist die Kontaktierung mittels einer Zylinderkopfschraube oder vergleichbaren Schraubenarten zweckmäßig. Im Falle, dass das Leiterelement durch eine Schraube mit Bohrung oder durch einen Gewindeschweißbolzen bereitgestellt ist, kann die Kontaktierung zweckmäßigerweise mittels einer ggf. gewindefurchenden Schraube erfolgen. Gegebenenfalls können alle Kontaktierungsarten in Verbindung mit Kabelschuh und Unterlegscheiben erfolgen. Eine weitere Möglichkeit der rückseitigen Kontaktierung basiert auf einem Verbund der (Kupfer-)Senkniete und des rückseitigen Anschlusskabels durch einen leitfähigen Kleber oder einer Lötverbindung mit geeigneter Lötmasse.
Die Vorteile, die auf Grundlage der planparallelen Oberfläche der mit dem Leiterelement bündig versehenen Trägerplatte erzielt werden, sind der geringe zusätzliche Aufwand beim Einbau, die geringe visuelle Sichtbarkeit zusätzlicher Komponenten und die Möglichkeit der Reihenschaltung mehrerer Elemente, sodass sich ein verringerter Verdrahtungsaufwand ergibt. Verglichen mit dem Stand der Technik resultiert darüber hinaus eine Gewichtseinsparung. Des Weiteren ist der Einsatz nichtfossiler Energieträger für das Beheizen möglich.
Besondere Vorteile der oben beschriebenen Variante 1 sind des Weiteren:
- die fast überall uneingeschränkt gewährleistete Verarbeitbarkeit des Verbundkörpers, insbesondere die Zuschneidbarkeit;
- die sozusagen vorkonfektionierte Kontaktierung und damit die sofortige elektrisch, stromtragfähige Kontaktierbarkeit, d.h. der Zugang zur Rückseite ist bereits vorhanden, sodass kein zusätzliches Bohren notwendig ist;
- die Vermeidung der Gefahr einer Perforation der Dekorschicht, z.B. durch unachtsames Bohren;
- der hohe Freiheitsgrad bezüglich der Nutzung alternativer Ausgestaltungen, z.B. Elemente mit Windungen, gelötete Verbindungen oder geklebte Verbindungen.
Besondere Vorteile der oben beschriebenen Variante 2 sind des Weiteren:
- die erhöhte Stromtragfähigkeit angesichts des erhöhten Querschnitts, weil Strom teilweise oder ggf. primär über Metallschienen oder Metallstreifen transportiert werden kann; somit wird die Bereitstellung sogar einer kleineren Leiterbahnschicht auf dem elektrisch leitenden Papiergefüge möglich;
- die Metallschiene bzw. der Metallstreifen ist positionsunabhängig z.B. von hinten an beliebiger Stelle kontaktierbar (z.B. mittels eines einfachen Bohrens eines Lochs bis zur Metallschiene).
Besondere Vorteile der oben beschriebenen Variante 3 sind des Weiteren:
- die sozusagen vorkonfektionierte Kontaktierung und damit eine sofortige elektrisch, stromtragfähige Kontaktierbarkeit, d.h. der Zugang zur Rückseite ist bereits vorhanden und somit ist kein zusätzliches Bohren notwendig;
- die erhöhte Stromtragfähigkeit angesichts des erhöhten Querschnitts, weil Strom teilweise oder ggf. primär über Metallschienen oder Metallstreifen transportiert werden kann; damit kann sogar eine geringere Leiterbahnschicht auf dem elektrisch leitenden Papiergefüge bereitgestellt werden;
- falls Leiterelemente mit Bohrungen (ggf. mit Innengewinden) ausgestattet sind, besteht ein zusätzlicher Vorteil darin, dass keine Gefahr einer Perforation der Dekorschicht besteht, z.B. durch unachtsames Bohren;
- falls Leiterelemente mit Gewindeschweißbolzen (mit Innen- oder Außengewinden) ausgestattet sind, besteht darüber hinaus keine Gefahr einer Perforation oder Verletzung der Dekorschicht, z.B. durch zu lange Schrauben.
Das elektrisch leitende Papiergefüge kann mittels üblicher Papierherstellungsmethoden, insbesondere Schrägsieb-, Langsieb- und Rundsiebtechnologie, hergestellt werden. Auf diese Weise ist es grundsätzlich möglich, variierende Faserzusammensetzungen zu verarbeiten. Es ist zweckmäßig, cellulosehaltigen oder alternativ kunststoffbasierten Faserstoffen leitfähige, metallische Kurzschnittfasern beizumischen. Die metallischen Kurzschnittfasern weisen typischerweise eine Faserlänge im Bereich von 3 bis 12 mm auf. Die Menge, in der die leitfähigen, metallischen Kurzschnittfasern beige- mischt werden, wird zweckmäßigerweise so gewählt, dass genügend Faser- zu-Faser-Kontakte gegeben sind und somit ein geeigneter elektrischer Stromfluss gewährleistet ist. Das elektrisch leitende Papiergefüge kann weitere natürliche und/ oder synthetische Faserstoffe, gegebenenfalls chemische Additive und gegebenenfalls Restfeuchte enthalten. Des Weiteren kann die elektrische Eeitfähigkeit nicht nur durch leitfähige, metallische Fasern, insbesondere metallische Kurzschnittfasern, sondern auch durch Zugabe von Kohlenstofffasern, Kohlenstoffpartikeln oder Carbo n-Nano tubes erzielt werden. Alternativ kann die Eeitfähigkeit erreicht werden über einen leitfähigen Oberflächenstrich. Des Weiteren umfasst der Begriff (Papier-)Gefüge auch sonstige Gewebe, Vliesstoffe oder dergleichen, insbesondere folienbasierte leitfähige Materialien.
Weitere Ausführungsbeispiele sowie Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert, bei deren Darstellung auf eine maß- stabs- und proportions getreue Wiedergabe verzichtet wurde, um die Anschaulichkeit zu erhöhen.
Es zeigen:
Figuren 1 und 2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verbundkörpers;
Figuren 3 und 4 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verbundkörpers;
Figuren 5 und 6 ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verbundkörpers; Figuren 7 und 8 ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verbundkörpers;
Figuren 9 und 10 ein fünftes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verbundkörpers;
Figuren 11 und 12 ein sechstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsge- mäßen Verbundkörpers;
Figur 13 ein siebtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verbundkörpers; und
Figur 14 ein achtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verbundkörpers.
Die Figuren 1 und 2 veranschaulichen ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungs gemäßen Verbundkörpers. Gemäß der Figur 1 erfolgt zunächst das Bereitstellen einer Trägerpatte 1, im Beispiel eine Spanplatte. Die Trägerplatte wird mit durchgehenden, kreisrunden Bohrungen 2 versehen, die jeweils den Durchmesser A aufweisen. Die Bohrungen 2 werden daraufhin mit Leiterelementen 2 versehen, im Beispiel elektrisch leitende Bolzen, wobei die Leiterelemente 2 an ihrer oberen Seite bündig mit der Trägerplatte 1 abschließen und im fertigen Verbundkörper an ihrer unteren Seite kontaktiert werden können. Im darauffolgenden Schritt erfolgt das Aufkaschieren eines elektrisch leitenden Papiergefüges 4, das mit Leiterbahnen 3, z.B. Kupferstreifen, versehen ist. Das Aufkaschieren erfolgt so, dass die Leiterbahnen 3 und die Leiterelemente 2 miteinander in elektrischem Kontakt sind. Zusätzlich ist eine Dekorlage 5, im Beispiel ein Dekorpapier, vorgesehen. Die Figur 2 veranschaulicht den in der Figur 1 gezeigten Verbundkörper in Schrägansicht. Die Querschnittansicht gemäß der Figur 1 verläuft entlang der in der Figur 2 gezeigten, gestrichelten Linie Z-Z' .
Die Figuren 3 und 4 veranschaulichen ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungs gemäßen Verbundkörpers, das an das erste Ausführungsbeispiel angelehnt ist. Die Figuren 3 und 4 zeigen dabei jeweils eine Querschnittansicht entlang der in der Figur 2 gezeigten, gestrichelten Linie Z-Z', hn Unterschied zu dem in den Figuren 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel erfolgt das Einbringen durchgehender Bohrungen in die Trägerplatte 1 im zweiten Ausführungsbeispiel auf solche Weise, dass die Bohrungen für Senknieten, insbesondere Senknieten gemäß DIN 661, geeignet sind. Gemäß der Figur 3 weisen die durchgehenden Bohrungen einen Kopfdurchmesser C und einen Schaftdurchmesser B auf. Die Figur 4 veranschaulicht die mit (Kupfer-)Senknieten 21 als Leiterelemente versehene Trägerplatte 1. Der erhöhte Kopfdurchmesser C der (Kupfer-)Senkniete 21 gewährleistet eine vereinfachte Montage zur Sicherstellung eines bündigen Abschlusses der (Kup- fer-)Senkniete 21 mit der Trägerplatte 1.
Die Figuren 5 und 6 veranschaulichen ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungs gemäßen Verbundkörpers, das an das zweite Ausführungsbeispiel angelehnt ist. Die Figuren 5 und 6 zeigen dabei jeweils eine Querschnittansicht entlang der in der Figur 2 gezeigten, gestrichelten Linie Z-Z'. Auch im vorliegenden Fall werden (Kupfer-)Senknieten als Leiterelemente eingesetzt. Verglichen mit dem zweiten Ausführungs beispiel weisen die in die Trägerplatte 1 eingebrachten (Kupfer-)Senknieten 22 eine Bohrung 221 auf (siehe Figur 5). Gemäß der Figur 6 dient die Bohrung 221 der verbesser- ten rückseitigen Kontaktierung mit z.B. einem Steckverbinder 6, im vorliegenden Beispiel ein Bananenstecker.
Die Figuren 7 und 8 veranschaulichen ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungs gemäßen Verbundkörpers, das an das erste Ausführungsbeispiel angelehnt ist. Auch im vorliegenden Fall werden (Kupfer-)Senknieten 23 als Leiterelemente eingesetzt. Die Länge der (Kupfer-)Senknieten 23 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit der Dicke der Trägerplatte 1 identisch. Darüber hinaus weisen die (Kupfer-)Senknieten 23 ein Innengewinde 231 auf (siehe Figur 7). Gemäß der Figur 7 dient das Innengewinde 231 der Senkniete 23 als rückseitige Kontaktierung mittels einer Gewindeschraube 9. Im vorliegenden Beispiel erfolgt die elektrische Anschlussverbindung gemäß der Figur 8 mittels eines Kabelschuhs 10 und mittels Unterlegscheiben 7 und 8, deren Dicke, Außen- und Innendurchmesser den mechanischen und elektrischen Bedingungen angepasst sind.
Das erste bis vierte Ausführungsbeispiel fällt jeweils unter die in der obigen Beschreibung erläuterte Variante 1, wonach punktförmig in die Trägerplatte eingebrachte Bohrungen für die Aufnahme von zylindrischen Leiterelementen wie etwa Bolzen oder Senknieten dienen.
Die Figuren 9 und 10 veranschaulichen ein fünftes Ausführungs beispiel eines erfindungs gemäßen Verbundkörpers, das unter die in der obigen Beschreibung erläuterte Variante 2 fällt. Hierbei dient eine in die Trägerplatte 1 eingebrachte linienförmige Vertiefung, insbesondere eine Fräslinie, für die Aufnahme eines Metallstreifens (insbesondere ein Kupferstreifen) oder einer Metallschiene (insbesondere eine Kupferschiene) als Leiterelement 11 (siehe Figur 9). Die Figur 10 zeigt eine Querschnittansicht von der Trägerplatte 1 entlang der in der Figur 9 gezeigten, gestrichelten Linie Z-Z'. Anhand der Figur 10 ist ersichtlich, dass zur Bewerkstelligung der Kontaktierung an der unteren Seite des Leiterelements 11 von unten eine Freilegung erfolgt, z.B. durch passgenau an beliebigen Stellen parallel zur linienförmigen Vertiefung durchgeführte rückseitige Bohrungen 112.
Die in den Figuren 9 und 10 gezeigten Leiterelemente 11 schließen an ihrer oberen Seite bündig mit der Trägerplatte 1 ab und können im fertigen Verbundkörper an ihrer unteren Seite elektrisch und stromtragfähig kontaktiert werden. Analog zu den vorangehenden Ausführungsbeispielen erfolgt in darauffolgenden Schritten das Aufkaschieren eines elektrisch leitenden Papiergefüges 4, das mit Leiterbahnen 3, z.B. Kupferstreifen, versehen ist. Das Aufkaschieren erfolgt so, dass die Leiterbahnen 3 und die Leiterelemente 11 miteinander in Kontakt sind. Schließlich erfolgt das Aufbringen einer Dekorlage 5, im Beispiel ein Dekorpapier.
Die Figuren 11 und 12 veranschaulichen ein sechstes Ausführungsbeispiel eines erfindungs gemäßen Verbundkörpers, das unter die in der obigen Beschreibung erläuterte Variante 3 fällt. Gemäß der Figur 11 wird die Trägerplatte 1 für die Aufnahme T-förmiger Leiterelemente 12 sowohl durch Fräsen als auch durch Bereitstellen von Bohrungen vorbereitet. Die Figur 12 zeigt eine entlang der gestrichelten Linie Z-Z' der Figur 11 aufgenommene Querschnittansicht. Die T-förmigen Leiterelemente weisen einen schienenförmigen Abschnitt 121 und senkrecht dazu einen zylindrischen Abschnitt 122 auf. Zweckmäßigerweise werden zur Herstellung der Leiterelemente Gewindeschweißbolzen auf die Metallschienen aufgeschweißt. Die Trägerplatte 1 besitzt Bohrungen, die passend zu den Gewindeschweißbolzen 122 angeordnet sind. Der Durchmesser der Bohrungen ist zweckmäßigerweise größer als der Nenndurchmesser der Bolzen 122 und die Tiefe der Bohrungen ist mit Vorteil länger als die Länge der Bolzen 122, um Fertigungstole- ranzen und Materialspannungen abzuwenden. Das Leiterelement 12 schließt bündig mit der Trägerplatte 1 ab. Die linienförmigen Vertiefungen, insbesondere Fräslinien, verlaufen auf der mit dem elektrisch leitenden Papiergefüge 4 zu beschichtenden Seite der Trägerplatte 1 passgenau parallel mit den in einem weiterenVerfahrensschritt aufzubringenden Leiterbahnen 3 des elektrisch leitenden Papiergefüges 4. Auf die mit den Leiterelementen 12 versehene Trägerplatte 1 wird das mit den Leiterbahnen 3, z.B. Kupferstreifen, versehene elektrisch leitende Papiergefüge 4 aufgebracht, im Beispiel durch Aufkaschieren, sodass die Leiterbahnen 3 und die Leiterelemente 12 miteinander in elektrischem, stromtragfähigem Kontakt sind. Anschließend erfolgt das Aufbringen der Dekorlage 5.
Die Figur 13 veranschaulicht ein siebtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verbundkörpers, das an das anhand der Figuren 1 und 2 beschriebene erste Ausführungsbeispiel angelehnt ist. Gemäß der Figur 13 ist das elektrisch leitende Papiergefüge 4 so mit Leiterbahnen 3, z.B. Kupferstreifen, versehen, dass die Leiterbahnen 3 in dem Papiergefüge 4 eingebettet sind, wobei die Einbettung so erfolgt, dass die Leiterbahnen 3 von einer Seite frei zugänglich sind.
Die Figur 14 veranschaulicht ein achtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verbundkörpers, das an das anhand der Figuren 1 und 2 beschriebene erste Ausführungsbeispiel angelehnt ist. Gemäß der Figur 14 ist das elektrisch leitende Papiergefüge 4 so mit Leiterbahnen 3, z.B. Kupferstreifen, versehen, dass die Leiterbahnen 3 in dem Papiergefüge 4 vollständig eingebettet sind. Die Leiterelemente 24 weisen an ihrer Oberseite nadelförmige Fortsätze 241 auf, über die die Leiterbahnen 3 und die Leiterelemente 24 miteinander in elektrischem Kontakt sind. Gemäß einem zeichnerisch nicht dargestellten neunten Ausführungsbeispiel, das eine Zwischenstellung zwischen den beiden in den Figuren 13 und 14 veranschaulichten siebten bzw. achten Ausführungsbeispielen einnimmt, erfolgt die Einbettung der Leiterbahn 3 in dem Papiergefüge 4 so, dass die Leiterbahn 3 in bestimmten Bereichen des elektrisch leitenden Papiergefüges 4 vollständig eingebettet ist (siehe die in der Figur 14 gezeigte Einbettung) und in bestimmten Bereichen des elektrisch leitenden Papiergefüges 4 so eingebettet ist, dass die Leiterbahn 3 von einer Seite frei zugänglich und mit dem Leiterelement 2 elektrisch kontaktierbar ist (siehe die in der Figur 13 gezeigte Einbettung). Die im neunten Ausführungsbeispiel beschriebene partiell freiliegende Leiterbahn 3 ähnelt einem auf dem technischen Gebiet der Banknoten bekannten Fenstersicherheitsfaden, der in bestimmten Bereichen im Papier vollständig eingebettet ist und in bestimmten Fensterbereichen an der Oberfläche des Papiers hervortritt. Beispielsweise zeigt die Figur 1 der EP 3 034 315 Al eine Banknote mit einem Fenstersicherheitsfaden. Die Herstellung kann z.B. mittels einer Rundsiebpapiermaschine erfolgen. Alternativ können die partiell freiliegenden Bereiche z.B. durch Entfernen des Papiers in den Fensterbereichen erzeugt werden.
In den obigen Ausführungsbeispielen sind auf dem elektrisch leitenden Papiergefüge 4 zwei Leiterbahnen 3 aufgebracht. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es grundsätzlich ausreichend, wenn auf dem elektrisch leitenden Papiergefüge 4 lediglich eine Leiterbahn 3 aufgebracht ist.
Des Weiteren können die vorangehenden Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden. Beispielsweise kann das in der Figur 10 gezeigte Leiterelement 11 in den Bereichen 112 mit den in der Figur 12 gezeigten Gewindeschweißbolzen 122 versehen sein, um auf diese Weise ein Leiterelement in Form von zwei miteinander verbundenen T-förmigen Leiterelementen zu bilden.

Claims

22 P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verbundkörper, umfassend eine Aussparungen aufweisende Trägerplatte mit einer oberen Hauptfläche und einer unteren Hauptfläche und ein an die obere Hauptfläche der Trägerplatte angrenzendes elektrisch leitendes Papiergefüge, wobei das elektrisch leitende Papiergefüge zumindest eine der oberen Hauptfläche der Trägerplatte zugewandte Leiterbahn aufweist, wobei in den Aussparungen der Trägerplatte Leiterelemente so eingebracht sind, dass die Leiterelemente bündig mit der oberen Hauptfläche der Trägerplatte abschließen, die Leiterelemente mit der zumindest einen Leiterbahn des elektrisch leitenden Papiergefüges in elektrischem Kontakt stehen und die Leiterelemente von der unteren Hauptfläche der Trägerplatte her mit einer Stromquelle kontaktierbar sind.
2. Verbundkörper nach Anspruch 1, wobei das elektrisch leitende Papiergefüge zumindest zwei der oberen Hauptfläche der Trägerplatte zugewandte Leiterbahnen aufweist, wobei in den Aussparungen der Trägerplatte Leiterelemente so eingebracht sind, dass die Leiterelemente bündig mit der oberen Hauptfläche der Trägerplatte abschließen, die Leiterelemente mit den zumindest zwei Leiterbahnen des elektrisch leitenden Papiergefüges in elektrischem Kontakt stehen und die Leiterelemente von der unteren Hauptfläche der Trägerplatte her mit einer Stromquelle kontaktierbar sind.
3. Verbundkörper nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Aussparungen der Trägerplatte in Form von Bohrungen vorliegen und die in die Bohrungen eingebrachten Leiterelemente in Form von Bolzen, Schrauben oder Senknieten vorliegen.
4. Verbundkörper nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Aussparungen der Trägerplate in Form von linienförmigen Vertiefungen, vorzugsweise Fräslinien, vorliegen und die in die linienförmigen Vertiefungen eingebrachten Leiterelemente in Form von Metallstreifen oder Metallschienen vorliegen, wobei die in Form von linienförmigen Vertiefungen vorliegenden Aussparungen gegebenenfalls jeweils eine zusätzliche Bohrung aufweisen, die daran angepasst ist, dass das jeweilige in die linienförmige Vertiefung eingebrachte Leiterelement von der unteren Hauptfläche der Trägerplate her mit einer Stromquelle kontaktierbar ist.
5. Verbundkörper nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Aussparungen der Trägerplate jeweils in Form einer Kombination aus einer Bohrung und einer linienförmigen Vertiefung, vorzugsweise eine Fräslinie, vorliegen, wobei die Bohrung im Bereich der linienförmigen Vertiefung gebildet ist und die Leiterelemente T-förmig in Form eines in der linienförmigen Vertiefung eingebrachten Teilstücks und zumindest einem senkrecht dazu angeordneten, in der Bohrung eingebrachten Teilstück vorliegen.
6. Verbundkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Kontaktierung der Leiterelemente von der unteren Hauptfläche der Trägerplate her mit einer Stromquelle mitels eines Steckverbinders oder mittels einer Schraube in Verbindung mit einem Kabelschuh erfolgt, wobei das jeweilige Leiterelement vorzugsweise eine Bohrung oder ein Innengewinde aufweist.
7. Verbundkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das elektrisch leitende Papiergefüge auf der Seite, die der Trägerplatte entgegengesetzt ist, eine Dekorlage aufweist.
8. Verbundkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Trägerplate ein Verbundwerkstoff, z.B. eine Spanplate, Sperrholz, eine miteldichte (Holz-)Faserplate bzw. MDF-Platte, eine Grobspanplate bzw. OSB-Plate oder eine kunststoffbasierte, insbesondere thermoplastische, Trägerplate ist.
9. Verbundkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das elektrisch leitende Papiergefüge auf cellulosehaltigen Faserstoffen und elektrisch leitfähigen Fasern basiert.
10. Verwendung des Verbundkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 9 als Heizelement, als Element für die elektromagnetische Abschirmung, als Element zur Versorgung anderer elektrischer Verbraucher wie z.B. LEDs, als Element für die Ableitung elektrostatischer Ladungen oder als Element für die Signalweiterleitung bzw. Signaldetektion.
11. Verfahren zur Kontaktierung eines elektrisch leitenden Papiergefüges mit einer Stromquelle, umfassend
- den Schritt des Bereitstellens einer Aussparungen aufweisenden Trägerplatte mit einer oberen Hauptfläche und einer unteren Hauptfläche;
- den Schritt des Einbringens von Leiterelementen in die Aussparungen der Trägerplate auf solche Weise, dass die Leiterelemente bündig mit der oberen Hauptfläche der Trägerplate abschließen,
- den Schritt des Bereitstellens eines elektrisch leitenden Papiergefüges, das auf einer Hauptfläche zumindest eine Leiterbahn, vorzugsweise zumindest zwei Leiterbahnen, aufweist;
- den Schritt des Zusammenfügens der Trägerplate und des elektrisch leitenden Papiergefüges zu einem Verbundkörper auf solche Weise, dass das elektrisch leitende Papiergefüge an die obere Hauptfläche der Trägerplate angrenzt, die Leiterelemente der Trägerplate mit der zumindest einen Lei- 25 terbahn, vorzugsweise mit den zumindest zwei Leiterbahnen, des elektrisch leitenden Papiergefüges in elektrischem Kontakt stehen und die Leiterelemente der Trägerplatte von der unteren Hauptfläche der Trägerplatte her mit einer Stromquelle kontaktierbar sind; und - den Schritt des Kontaktierens der Leiterelemente der Trägerplatte von der unteren Hauptfläche der Trägerplatte her mit einer Stromquelle.
12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Verbundkörper gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 definiert ist.
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