ES2231449T5 - Cristal con terminal electrico. - Google Patents

Abstract

Un cristal (1) provisto de un circuito eléctrico (2) que incluye un substrato eléctricamente conductor (4) y un terminal (5, 30) para hacer conexión eléctrica con él, comprendiendo el cristal una hoja (3) de plancha de material de acristalamiento que lleva el circuito eléctrico, en el que el terminal se fija al substrato mediante adhesivo (8) y suelda (21), de manera que el adhesivo soporta la carga mecánica sobre el terminal y la suelda proporciona la conexión eléctrica entre el terminal y el substrato.

Description

Cristal con terminal eléctrico.

La presente invención se refiere a un cristal provisto de un circuito eléctrico que incluye un substrato eléctricamente conductor y un terminal para hacer conexión eléctrica con él. En particular, el circuito puede ser un elemento calefactor para deshelar o desempañar el cristal, un circuito de antena. El cristal puede ser para una ventana de vehículo, o una ventana para un aparato o un edificio; en el caso de un vehículo puede ser un parabrisas o una luna trasera.

Son conocidas diversas técnicas para hacer conexión eléctrica con un terminal. Por ejemplo, es conocido por la GB-A-2 223 385 soldar un terminal a una barra de distribución o un colector de corriente Alternativamente, la EP-A-410 766 describe un dispositivo eléctrico que comprende un substrato que soporta una pista calefactora de tipo pelicular hecha de tinta polimérica conductora. Un elemento conector se une al substrato por medio de un adhesivo y la pista calefactora recubre por lo menos una porción extrema del elemento conector para proporcionar un contacto eléctrico entre ellos.

Es también conocido por la EP 278 611 A1 emplear un adhesivo eléctricamente conductor para unir una barra de distribución a una capa conductora formada sobre un substrato, que puede utilizarse como ventana. Además, en la GB 1 393 887, se describe el uso de limaduras de acero para hacer contacto eléctrico a través de un revestimiento adhesivo en el contexto de un circuito calefactor para lunas traseras.

DE 195 36 131 C1 describe un terminal para uso con un circuito de calentamiento y una antena de diversidad dispuesta en una hoja de cristal. El terminal incluye una base flexible que tiene conductores eléctricos incrustados en ella.

No obstante, la FR 2 519 477 enseña que los adhesivos eléctricamente conductores tienen diversas desventajas, por ejemplo, no son suficientemente duraderos en las condiciones a las que está sometida típicamente una ventana de vehículo, y son caros. En lugar de ellos, la FR 2 519 477 sugiere que es preferible emplear un adhesivo no conductor para mantener un terminal adecuadamente configurado en contacto íntimo con un substrato eléctricamente conductor de manera que se asegure la continuidad eléctrica.

Desgraciadamente, la invención de la FR 2 519 477 no carece tampoco de desventajas; se ha observado que la inevitable desadaptación de los coeficientes de dilatación térmica del vidrio, del metal y del adhesivo provoca un debilitamiento de la unión del adhesivo hasta el punto de que el contacto eléctrico se ve afectado adversamente. En consecuencia, la soldadura sigue siendo una técnica ampliamente utilizada para fijar terminales eléctricos a cristales, aunque la resistencia de las uniones obtenidas no siempre es satisfactoria, y hay una creciente preocupación medioambiental acerca de los metales, como el plomo, que se utilizan corrientemente en las sueldas. Además, la propia operación de soldadura está inclinada a producir tensiones térmicas en el vidrio, lo que a veces conduce
a daños.

Sería deseable mejorar la fijación de terminales eléctricos a cristales, evitando las desventajas antes descritas.

Según la presente invención se facilita un cristal según la reivindicación 1.

El establecimiento de una conexión eléctrica segura y fiable entre el terminal y el substrato permite que los adhesivos sustituyan a la suelda sin problemas concomitantes de continuidad eléctrica. Los adhesivos modernos son capaces de ofrecer muchas ventajas sobre la suelda. Pueden ser flexibles en estado solidificado o endurecido y, por lo tanto, absorber tensiones generadas en, o ejercidas sobre, el terminal. Hay adhesivos disponibles que no necesitan calentarse con el fin de formar una unión, o que sólo necesitan calentarse a una temperatura modesta, y que sin embargo proporcionan una fuerte unión. Además, es posible habitualmente disponer la operación de fabricación de manera que el adhesivo se caliente inmediatamente antes de que se ponga en contacto con el cristal, evitando con ello la necesidad de calentar directamente el cristal. Se dispone ahora de adhesivos eléctricamente conductores duraderos, permitiendo así que el adhesivo cumpla tanto las funciones mecánicas como las eléctricas de una junta soldada convencional. En general, esos adhesivos contienen polvo metálico finamente disperso para hacerlos conductores. Siempre que la corriente eléctrica que vaya a pasar por él no sea grande, el adhesivo constituye una conexión eléctrica suficiente. Otra ventaja importante es que hay disponibles adhesivos adecuados que tienen menos riesgos para la salud y la seguridad y menos impacto medioambiental adverso que las sueldas utilizadas tradicionalmente.

De manera ventajosa, especialmente en la industria de la automoción, la base puede ser de un diseño normalizado de aplicabilidad general, mientras que la parte de conector puede adaptarse a los requisitos específicos de un cristal, vehículo o fabricante de vehículos determinado. Es decir, la base es preferentemente utilizable con una diversidad de diseños diferentes de la parte de conector.

Los medios de conexión eléctrica entre el terminal y el substrato pueden incluir, por ejemplo, el uso de un adhesivo eléctricamente conductor y/o una conexión soldada. En aplicaciones con corriente elevada, una junta soldada directamente entre el terminal y el substrato es preferible como medio adicional de conexión eléctrica con el fin de obtener una conexión de poca resistencia. En esta situación la suelda complementa al adhesivo, ya que este último soporta la carga y los esfuerzos mecánicos, dejando que la suelda proporcione, o mejore, la continuidad eléctrica sin comprometerse. Esto posibilita, por ejemplo, utilizar sueldas que sean menos agresivas desde el punto de vista del medio ambiente, incluso si hay alguna pérdida de resistencia de la unión.

La invención también proporciona un método según la reivindicación 6.

También pueden hacerse mejoras en el tipo y método de aplicación del adhesivo.

Preferentemente el adhesivo se proporciona en forma de una tableta no pegajosa que se pone en contacto con el terminal. El uso de una forma de adhesivo no pegajoso (es decir que no se adhiere) es ventajoso porque se facilita considerablemente la manipulación del adhesivo.

Es preferible también preformar el adhesivo para adaptarlo a la parte del terminal con la que esté en contacto la tableta. Esto aumenta el área del terminal que se une y, por lo tanto, la resistencia de la unión, reduciendo al mismo tiempo la probabilidad de que se escape el adhesivo por debajo del terminal y se haga visible, lo que es probable que sea antiestético. También da lugar a menos desperdicios y por lo tanto a una reducción de costes.

De manera ventajosa el adhesivo se aplica previamente al terminal, por ej., los terminales pueden suministrase con el adhesivo ya aplicado a la parte necesaria del terminal.

Opcionalmente el adhesivo puede calentarse para activarlo o endurecerlo. El término "activar" un adhesivo se utiliza para referirse a cualquier proceso que inicie el proceso de unión, por ej., uno que haga adherente a un adhesivo anteriormente no pegajoso, o uno que inicie el proceso de endurecimiento. La activación puede implicar fundir el adhesivo (por lo menos en su superficie), iniciando una reacción química dependiente del calor, o retirando o destruyendo una barrera que separa dos reactivos. El grado de calentamiento de un adhesivo es frecuentemente menor que el que se requiere para la suelda y, con respecto a calentar para la activación, el adhesivo no precisa estar necesariamente en contacto con el cristal en el momento de calentar.

En esta especificación se utiliza el término "suelda" para designar una aleación fusible de metales. El término "adhesivo" se utiliza para designar una sustancia empleada para unir entre sí otras sustancias, pero no incluye una suelda como tal. Un adhesivo puede ser completamente no metálico o puede contener un componente metálico.

La invención se describirá ahora más por medio de las siguientes realizaciones específicas, que se dan a manera de ilustración y no de limitación, y con referencia a los dibujos adjuntos en los que:

la figura 1 es una vista en perspectiva de una parte de un cristal que incluye un circuito eléctrico y tiene un terminal fijado;

la figura 2 es una vista en perspectiva de un terminal que comprende porciones separadas de base y de conector;

la figura 3(a)-(c) son vistas en perspectiva de tabletas preformadas de adhesivo.

La figura 1 ilustra un cristal 1 que incluye un circuito eléctrico 2. En este caso el circuito eléctrico es un circuito calefactor resistivo estampado sobre una hoja 3 de material de acristalamiento con una tinta conductora. Esos circuitos se utilizan para deshelar y desempañar, por ej., en vehículos y, como son bien conocidos, no necesitan describirse más. Otros circuitos calefactores igualmente conocidos comprenden hilos finos o un revestimiento electroconductor delgado sobre la hoja. Alternativamente, el circuito puede ser un circuito de antena, que también es bien conocido.

La hoja 3 del material de acristalamiento puede ser una plancha de vidrio, que puede recocerse o templarse, o una hoja compuesta constituida por dos o más capas de vidrio (u otro material de acristalamiento) laminadas conjuntamente. En el caso de un cristal de automoción, el vidrio debe ser vidrio de seguridad, es decir vidrio templado o laminado. Hay materiales de acristalamiento alternativos al vidrio que incluyen diversos plásticos como, por ejemplo, policarbonatos.

Fijado al cristal, o más precisamente a un substrato eléctricamente conductor 4 que forma parte del circuito eléctrico 2, hay un terminal 5. La realización del terminal 5 que se muestra en la figura 1 comprende una parte de base 6 y una parte superior (según se ilustra) o de conector 7, que están adaptadas para acoplarse mutuamente, como se explicará en más detalle más adelante en relación con la figura 2. La parte de base 6 se fija al cristal 1 mediante un adhesivo 8, que también se explicará con más detalle más adelante. El terminal puede estar en contacto físico o íntimo con el substrato, pero esto no es necesario ya que se proporciona un medio alternativo de conexión eléctrica, como se describe más adelante.

En esta realización el substrato eléctricamente conductor 4 constituye una barra de distribución que suministra corriente a elementos calefactores del circuito eléctrico 2. El substrato puede estar compuesto por una plancha metálica delgada, como una lámina, o puede estar hecho de una tinta que se aplica a la hoja (por ej., mediante estampado con estarcido), se seca y se caldea para proporcionar una vía conductora duradera. Por ejemplo, en la fabricación de lunas traseras calentadas eléctricamente para vehículos se utilizan ampliamente tintas que contienen plata.

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El terminal 5 incluye un conector de pala 9, al que puede fijarse un conductor eléctrico (que no se muestra) de manera convencional mediante un conector hembra correspondiente. Son posibles muchas variaciones del tipo y realización del conector; por ejemplo, puede ser acodado, o estar doblado de otra manera, para facilitar el acceso o mejorar su aspecto estético. Pueden utilizarse también formas alternativas de conector, por ej., el tipo de borna de presión. El terminal se fabrica de plancha metálica delgada; en particular, la plancha de cobre, preferentemente estañada para evitar la oxidación, es un material adecuado.

La figura 2 muestra más detalles del terminal 5. Como ya se ha mencionado, el terminal 5 comprende una parte de base 6 y una parte de conector 7, que están adaptadas para acoplarse mutuamente entre ellas. Por ejemplo, la parte de base 6 puede estar provista de lengüetas 20, que se doblan alrededor de la parte de conector 7, por ej., alrededor de la pala 9.

Ya se ha mencionado que es conveniente que los terminales se suministren con el adhesivo previamente aplicado, especialmente en una forma no pegajosa. La tableta de adhesivo (que comprende en general componentes premezclados) se aprieta contra la superficie del terminal con el calor justo suficiente para hacer que se adhiera a la superficie. Cuando el terminal tiene dos (o más) partes como en las figuras 1 y 2, es especialmente conveniente que la parte de base 6 sea de un diseño universal estándar, con el adhesivo aplicado previamente a ella. Esto significa que sólo necesita comprarse un diseño de la parte de base, que se utiliza entonces con una parte de conector que se adapta al cristal de vehículo determinado que se está fabricando. La parte de base puede fijarse primero al cristal o primero al conector, lo que sea más conveniente. En la figura 2 se aplica una tableta de adhesivo 8 a la parte de base 6 del terminal, como se indica con la flecha A. Después, se fija la parte de base a la parte de conector 7 por medio de las lengüetas 20, según se indica con la flecha B. Finalmente se fija el terminal al cristal como se describirá a continuación.

El adhesivo puede ser eléctricamente conductor, en cuyo caso puede no ser necesaria ninguna otra conexión eléctrica. Sin embargo, si el adhesivo es no conductor, o si el circuito eléctrico tiene un requisito de alta potencia, se necesitará un medio de conexión eléctrica entre el terminal y el circuito eléctrico. Esto puede proporcionarse de manera conveniente mediante una junta soldada entre el terminal y el substrato eléctricamente conductor. En la figura 2 la aplicación de la suelda se representa en forma de diagrama con las flechas C y la suelda 21. Para una antena, que naturalmente sólo produce una corriente muy pequeña, el uso de un adhesivo conductor puede proporcionar a menudo suficiente conexión eléctrica.

Las figuras 3(a)-(c) muestran tabletas conformadas 50, 51, 52 de adhesivo, estando la tableta previamente conformada para adaptarse a la forma del terminal. La conformación previa reduce los desperdicios, mejora la conformidad a la superficie del terminal y mejora el control de flujo durante la aplicación de adhesivo. Se obtiene así una unión más fuerte y más limpia, y puede usarse esta técnica con cualquier realización de terminal.

En la figura 3(a) se muestra un bloque en forma de T 50 de adhesivo, que es adecuado para utilizar en la parte en forma de T correspondiente del terminal (es decir, donde se cruzan los brazos de la "T", siendo un brazo la pala). La figura 5(b) muestra un bloque rectangular delgado 51 de adhesivo y la figura 5(c) muestra una tableta cilíndrica delgada 52 de adhesivo.

Hay muchos adhesivos adecuados para fijar terminales a cristales. Los poliuretanos son una clase adecuada de adhesivos, incluyendo poliuretano endurecido con humedad (por ej., Betaseal HV3, disponible en Gurit-Essex AG de Freienbach, Alemania), poliuretano endurecido con humedad/calor (por ej., Sika 360 HC disponible en Sika AG de Suiza), poliuretano fundido caliente reactivo (por ej., PUR-FECT 310 disponible en National Starch & Chemical Company de Bridgewater, New Jersey, EE.UU., un miembro del Grupo ICI), poliuretano de dos componentes y otros compuestos a base de poliuretano (como Techbond PUR disponible en A. Raybond SARL de 68300 Saint-Louis, Francia). Otra clase adecuada de adhesivo es la de compuestos de base epoxídica, por ej., Techbond EPO de Raybond. También son adecuadas las cintas adhesivas estructurales (por ej., 3M 9214 disponible en la Minnesota Mining and Manufacturing Company de St. Paul, Minnesota, EE.UU). Los adhesivos conductores adecuados contienen partículas metálicas finamente dispersas en cantidad suficiente para permitir el paso de la densidad de corriente requerida.

Los adhesivos no pegajosos preferidos en forma de tableta están disponibles en A. Raybond SARL tanto en compuestos epoxídicos como de poliuretano (Techbond EPO y PUR), y las partes de base del terminal pueden suministrarse con el adhesivo previamente aplicado. En un compuesto a base de poliuretano como Techbond PUR, los reactivos poliol e isocianato se mezclan previamente en relación estequiométrica, pero el isocianato se "cierra en el extremo" o microencapsula para evitar el contacto con el poliol. El adhesivo es sólido a temperatura ambiente. La aplicación de calor activa el adhesivo destruyendo, por ej., fundiendo, la membrana de cerramiento o encapsulamiento y permitiendo que el componente isocianato establezca contacto con el poliol circundante de manera que empiece la reacción de endurecimiento. El método de uso de estos adhesivos es como sigue.

Se proporciona una hoja de vidrio que lleva un circuito eléctrico y se limpia con un producto de limpieza como Betaseal VP-04 604 de Gurit-Essex; se proporciona también un terminal, o parte de base de un terminal, con adhesivo no pegajoso aplicado previamente. Se coloca el terminal sobre la hoja y se calienta rápidamente a una temperatura dentro de la gama de 100º-140ºC. Técnicas de calentamiento rápido adecuadas incluyen lámparas de infrarrojos, chorros de aire caliente, calentamiento inductivo o calentamiento dieléctrico por radiofrecuencia. El calor activa el adhesivo y se aprieta el terminal en su posición sobre la hoja. Durante el período de enfriamiento inicial el terminal debe mantenerse en su sitio hasta que la temperatura se haya reducido a un valor en la región de 60º-80ºC. Entonces puede moverse la hoja pero la unión no desarrolla toda su resistencia hasta que se haya completado la post-polimerización, que puede exigir hasta 20 minutos a temperatura ambiente. Adviértase que la hoja no necesita calentarse directamente, reduciendo así las tensiones térmicas.

Como se ha mencionado antes, en muchos casos será necesario hacer una conexión eléctrica separada entre el terminal y el circuito, y un método preferido implica la soldadura. En este caso, el calor de soldar puede utilizarse también ventajosamente para activar el adhesivo y eliminar una operación separada. Los puntos del cuerpo del terminal a los que se aplica la suelda deben estar próximos a los de aplicación del adhesivo. Una herramienta de soldadura (que puede automatizarse, por ej. controlarse por robot) se utiliza entonces para soldar el terminal en su sitio, y simultáneamente calentar el adhesivo para activarlo. La herramienta de soldadura puede ser una que haga contacto con la pieza de trabajo o puede utilizarse una técnica de soldadura con aire caliente. En general, la soldadura exige una temperatura más alta que la activación del adhesivo, de manera que la temperatura alcanzada puede estar regida por consideraciones de soldadura. No obstante, una de las ventajas de la invención es que la unión mecánica es proporcionada por el adhesivo, de manera que la suelda proporciona únicamente una conexión eléctrica. En consecuencia, pueden utilizarse sueldas que tengan una temperatura de fusión más baja que las utilizadas en la técnica anterior, donde se aplican consideraciones tanto mecánicas como eléctricas.

En la práctica, se activan ciertos tipos de adhesivos fundiéndolos y, por lo tanto, el calor utilizado para fundir la suelda preferiblemente funde también el adhesivo. Por consiguiente, es ventajoso seleccionar un adhesivo y una suelda que tengan temperaturas de fusión similares. De manera adecuada, el adhesivo y la suelda tienen temperaturas de fusión que difieren como máximo 20ºC, preferentemente 10ºC, más preferentemente 5ºC entre sí.

Claims (12)

1. Un cristal (1) provisto de un circuito eléctrico (2) incluyendo un sustrato eléctricamente conductor (4) y un terminal (5, 30) para hacer conexión eléctrica con él, incluyendo el cristal una hoja (3) de material de hoja de cristal que soporta el circuito eléctrico, donde el terminal está unido al sustrato por adhesivo (8) y suelda (21), de tal manera que: el adhesivo soporte la carga mecánica en el terminal y la suelda realice la conexión eléctrica entre el terminal y el sustrato, incluyendo el terminal (5, 30) partes de base y conexión separadas (6, 7), que están adaptadas para enganchar mutuamente, y la parte de base (6) del terminal está unida al sustrato por adhesivo, caracterizado porque las partes de base (6) y conector (7) están formadas de chapa metálica fina.

2. Un cristal según la reivindicación 1, donde el adhesivo (8) es uno que se active o cure por calor.

3. Un cristal según cualquier reivindicación precedente, donde el adhesivo (8) es eléctricamente conductor.

4. Un cristal como el reivindicado en cualquier reivindicación precedente, donde el adhesivo (8) y la suelda tienen puntos de fusión dentro de 20ºC, preferiblemente 10ºC, muy preferiblemente 5ºC uno de otro.

5. Un cristal según cualquier reivindicación precedente, caracterizado porque el sustrato eléctricamente conductor (4) se hace de una tinta que se aplica al cristal, se seca, y quema para proporcionar un recorrido conductor duradero.

6. Un método de hacer un cristal (1) provisto de un circuito eléctrico (2) incluyendo un sustrato eléctricamente conductor (4) y un terminal (5, 30) para hacer conexión eléctrica con él, incluyendo los pasos de:

proporcionar una hoja (3) de material de hoja de cristal que soporta el circuito eléctrico y el sustrato, y unir el terminal al sustrato con adhesivo (8) y suelda (21), de tal manera que el adhesivo soporte la carga mecánica en el terminal y la suelda realice la conexión eléctrica entre el terminal y el sustrato, incluyendo el terminal (5, 30) partes de base y conexión separadas (6, 7), que están adaptadas para enganchar mutuamente, y la parte de base (6) del terminal está unida al sustrato por adhesivo, caracterizado porque las partes de base (6) y conector (7) están formadas de chapa metálica fina.

7. Un método según la reivindicación 6, donde el adhesivo (8) está dispuesto en forma de una tableta no pegajosa que se coloca en contacto con el terminal (5, 30).

8. Un método según la reivindicación 7, donde la tableta está preconformada para casar con la parte del terminal (5, 30) con la que la tableta está en contacto.

9. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, donde el adhesivo (8) se preaplica al terminal (5, 30).

10. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 9, donde el adhesivo (8) se calienta para activarlo o curarlo.

11. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 10, donde el calor de suelda también activa o cura el adhesivo (8).

12. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 11, donde el sustrato eléctricamente conductor (4) se hace de una tinta que se aplica al cristal, se seca y quema para proporcionar un recorrido conductor duradero.