ES2629511T3 - Luna con un elemento de conexión eléctrica - Google Patents

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Abstract

Una luna con al menos un elemento de conexión eléctrica, que comprende al menos: - un sustrato (1), - en una zona del sustrato (1), una estructura eléctricamente conductora (2), - en una zona de la estructura eléctricamente conductora (2), un elemento (3) de conexión, en donde el elemento (3) de conexión presenta una zona (11) engarzada a presión alrededor de un cable (5) de conexión y una zona (10) de soldadura y en donde la zona (10) de soldadura está conectada a la estructura eléctricamente conductora (2) mediante una masa (4) de soldadura sin plomo, caracterizada por que el elemento de conexión contiene al menos un acero al cromo.

Description

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Luna con un elemento de conexion electrica
La invencion se refiere a una luna con un elemento de conexion electrica, a un procedimiento economico y no contaminante para su produccion y a su utilizacion.
La invencion se refiere en particular a una luna con un elemento de conexion electrica para vehfculos con estructuras electricamente conductoras como, por ejemplo, conductores de caldeo o conductores de antena. Usualmente, las estructuras electricamente conductoras estan conectadas al sistema electrico de a bordo mediante elementos de conexion electrica soldados. Debido a los diferentes coeficientes de dilatacion termica de los materiales utilizados, se producen tensiones mecanicas durante la produccion y durante el servicio, que someten a las lunas a esfuerzo y pueden provocar la rotura de la luna.
Las soldaduras con contenido en plomo presentan una gran ductilidad, que puede compensar las tensiones mecanicas que se presentan entre el elemento de conexion electrica y la luna mediante una deformacion plastica. Sin embargo, de acuerdo con la directiva de automoviles viejos 2000/53/CE, dentro de la CE han de sustituirse las soldaduras con contenido en plomo por soldaduras sin plomo. La directiva se designa de forma resumida con la abreviatura ELV (End of life vehicles). En este contexto, el objetivo es desterrar de los productos componentes sumamente problematicos en el curso de la diversificacion masiva de electronica desechable. Las sustancias afectadas son el plomo, el mercurio y el cadmio. Esto se refiere, entre otras cosas, a la imposicion de fundentes para soldeo sin plomo en aplicaciones electricas en vidrio y a la introduccion de productos sustitutivos correspondientes.
Se han propuesto una serie de elementos de conexion electrica para el soldeo sin plomo a estructuras electricamente conductoras. A modo de ejemplo, remitimos a los documentos US 20070224842 A1, EP 1942703 A2, WO 2007110610 A1, EP 1488972 A1 y EP 2365730 A1. En cuanto a evitar tensiones termicas, tienen una importancia decisiva, por una parte, la forma del elemento de conexion y, por otra parte, el material del elemento de conexion.
Por la publicacion EP 2 408 260 A1 se conoce una luna que presenta al menos un elemento de conexion electrica y comprende al menos un sustrato, estando dispuesta en una zona del sustrato una estructura electricamente conductora (2), estando dispuesto en una zona de la estructura electricamente conductora un elemento de conexion, que contiene al menos un acero al cromo, y presentando el elemento de conexion una zona engarzada a presion alrededor de un cable de conexion y una zona de soldadura y estando la zona de soldadura conectada a la estructura electricamente conductora mediante una masa de soldadura sin plomo.
El objetivo de la presente invencion es poner a disposicion una luna con un elemento de conexion electrica que resulte adecuado especialmente para soldar mediante masas de soldadura sin plomo, evitandose tensiones mecanicas crfticas en la luna. Ademas debe ponerse a disposicion un procedimiento economico y no contaminante para su produccion.
El objetivo de la presente invencion se logra segun la invencion mediante una luna con al menos un elemento de conexion electrica segun la reivindicacion independiente 1. De las reivindicaciones subordinadas se desprenden realizaciones preferidas.
La luna segun la invencion con al menos un elemento de conexion electrica comprende al menos las siguientes caracterfsticas:
- un sustrato,
- en una zona del sustrato, una estructura electricamente conductora,
- en una zona de la estructura electricamente conductora, un elemento de conexion que contiene al menos un acero al cromo,
presentando el elemento de conexion una zona engarzada a presion alrededor de un cable de conexion y una zona de soldadura y estando la zona de soldadura conectada a la estructura electricamente conductora mediante una masa de soldadura sin plomo.
Segun la invencion, el elemento de conexion electrica esta conectado al cable de conexion mediante un engarce a presion. La union por engarce a presion es facil, economica y rapida de producir y facilmente automatizable. Pueden evitarse pasos de proceso adicionales costosos, por ejemplo el soldeo del elemento de conexion al cable de conexion. Al mismo tiempo se pone a disposicion una union muy estable entre el elemento de conexion y el cable de conexion. El elemento de conexion segun la invencion, con la zona engarzada a presion (el, asf llamado, engarce, o sea la zona deformada por el proceso de engarce) y la zona de soldadura, puede producirse facil y economicamente y permite un establecimiento de contacto electrico de la estructura electricamente conductora que ahorra espacio, puede emplearse con flexibilidad y es estable de forma duradera.
El acero al cromo, especialmente el asf llamado acero al cromo inoxidable, esta disponible economicamente. Los
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elementos de conexion de acero al cromo presentan ademas, en comparacion con muchos elementos de conexion convencionales, por ejemplo de cobre, una gran rigidez, lo que lleva a una estabilidad ventajosa de la union por engarce a presion. El acero al cromo puede conformarse bien en frfo, con lo que es particularmente adecuado para producir uniones por engarce a presion. Ademas, el acero al cromo presenta, en comparacion con muchos elementos de conexion convencionales, por ejemplo los de titanio, una soldabilidad mejorada, que resulta de una mayor conductividad termica.
El cable de conexion esta previsto para conectar electricamente la estructura electricamente conductora a un elemento funcional externo, por ejemplo una alimentacion de corriente o un equipo receptor. Para ello, el cable de conexion esta conducido partiendo del elemento de conexion, en direccion opuesta a la luna, preferiblemente por encima de los bordes laterales de la luna. En principio, el cable de conexion puede ser cualquier cable de conexion conocido por el especialista en la tecnica para el establecimiento de contacto electrico de una estructura electricamente conductora y adecuado para, mediante un engarce a presion, conectarlo al elemento de conexion (tambien denominado contacto de engarce a presion). El cable de conexion puede comprender, ademas de un nucleo electricamente conductor (conductor interior), un recubrimiento aislante, preferiblemente polimerico, estando el recubrimiento aislante preferiblemente retirado en la zona terminal del cable de conexion para hacer posible una conexion electricamente conductora entre el elemento de conexion y el conductor interior.
El nucleo electricamente conductor del cable de conexion puede contener por ejemplo cobre, aluminio y/o plata o aleaciones o mezclas de los mismos. El nucleo electricamente conductor puede estar realizado por ejemplo como un conductor de hilos trenzados o un conductor de alambre macizo. La seccion transversal del nucleo electricamente conductor del cable de conexion depende de la capacidad de conduccion de corriente necesaria para la utilizacion de la luna segun la invencion y puede ser elegida adecuadamente por el especialista en la tecnica. La seccion transversal esta por ejemplo entre 0,3 mm2 y 6 mm2.
El elemento de conexion, que segun la invencion al menos contiene un acero al cromo y preferiblemente esta compuesto de acero al cromo, esta preferiblemente engarzado a presion en la zona terminal del cable de conexion alrededor del nucleo electricamente conductor del cable de conexion, de manera que se crea una conexion electricamente conductora y estable de forma duradera entre el elemento de conexion y el cable de conexion. El engarce a presion se realiza con una herramienta de engarzar adecuada en si conocida por el especialista en la tecnica, por ejemplo unos alicates de engarzar o una prensa de engarzar. La herramienta de engarzar comprende habitualmente dos puntos de accion, por ejemplo las mordazas de unos alicates de engarzar, que se mueven el uno hacia el otro, con lo que se ejerce una presion mecanica sobre el elemento de conexion. De este modo se somete el elemento de conexion a una deformacion plastica y se aplasta el mismo alrededor del elemento de conexion.
En una configuracion preferida del elemento de conexion electrica segun la invencion, la zona de soldadura esta dispuesta en el lado de la zona engarzada a presion opuesto a la direccion en la que el cable de conexion se extiende hacia el elemento funcional externo. El angulo entre la zona de soldadura y la zona engarzada a presion esta preferiblemente entre 120° y 180°, mas preferiblemente entre 150° y 170°. De este modo puede lograrse un establecimiento de contacto electrico de la estructura electricamente conductora que ahorra mucho espacio y es muy estable.
La superficie de la zona de soldadura que mira hacia el sustrato constituye la superficie de contacto entre el elemento de conexion y la estructura electricamente conductora y esta conectada a la estructura electricamente conductora mediante la masa de soldadura. Con esto quiere decirse una conexion mecanica directa entre la zona de soldadura y la estructura electricamente conductora por medio de la masa de soldadura. Esto significa que la masa de soldadura esta dispuesta entre la zona de soldadura y la estructura electricamente conductora y de este modo fija la zona de soldadura en la estructura electricamente conductora de una manera estable duradera.
El elemento de conexion presenta preferiblemente el mismo espesor de material en la zona de soldadura y la zona engarzada a presion. Esto es particularmente ventajoso con vistas a una produccion facil del elemento de conexion, porque el elemento de conexion puede por ejemplo troquelarse a partir de una chapa sencilla. El espesor de material del elemento de conexion esta preferiblemente entre 0,1 mm y 2 mm, mas preferiblemente entre 0,2 y 1 mm y lo mas preferiblemente entre 0,3 mm y 0,5 mm. Dentro de este intervalo para el espesor de material, el elemento de conexion presenta por una parte la conformabilidad en frfo necesaria para el engarce a presion. Por otra parte, dentro de este intervalo para el espesor de material se logra una estabilidad ventajosa de la union por engarce a presion y una conexion electrica ventajosa entre la estructura electricamente conductora y el cable de conexion.
La longitud y la anchura de la zona de soldadura estan preferiblemente entre 1 mm y 10 mm, mas preferiblemente entre 2 mm y 8 mm y lo mas preferiblemente entre 2,5 mm y 5 mm. Esto es particularmente ventajoso con vistas a que el elemento de conexion requiera poco espacio y a un establecimiento eficaz de contacto electrico de la estructura electricamente conductora.
En una configuracion preferida, la zona de soldadura esta configurada plana, de lo que resulta una superficie de contacto plana. Sin embargo, la zona de soldadura puede tambien presentar preferiblemente zonas introducidas mediante estampado o embuticion profunda, por ejemplo depositos de soldadura, distanciadores o elevaciones de contacto. En puntos apartados de las zonas conformadas, la superficie de contacto es preferiblemente plana.
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La forma de la zona de soldadura y de la superficie de contacto puede elegirse de manera correspondiente a las necesidades en cada caso individual y, por ejemplo, tener una configuracion poligonal, rectangular, rectangular con esquinas redondeadas, ovalada, elfptica o circular.
La longitud de la zona engarzada a presion puede ser elegida por el especialista en la tecnica teniendo en cuenta el diametro del cable de conexion y las normas de uso corriente y esta por ejemplo entre 2 mm y 8 mm, o entre 4 mm y 5 mm, y es especialmente de 4,5 mm. Esto es particularmente ventajoso con vistas a que el elemento de conexion requiera poco espacio y a una conexion estable entre el elemento de conexion y el cable de conexion. El engarce esta configurado preferiblemente como engarce abierto. Dado que, en este contexto, el cable de conexion no ha de insertarse en un casquillo terminal de conductor cerrado por todos lados (engarce cerrado), tal conexion por engarce a presion es mas facil de producir y mas facil de automatizar y, por lo tanto, resulta especialmente adecuada para una fabricacion en gran escala. La forma del engarce puede elegirse libremente, por ejemplo como engarce en B o engarce en O.
La zona de soldadura puede estar situada directamente a continuacion de la zona engarzada a presion del elemento de conexion. Sin embargo, entre la zona de soldadura y la zona engarzada a presion puede estar dispuesta tambien una zona de transicion, por ejemplo con una longitud desde 1 mm hasta 5 mm. Mediante una zona de transicion se aumenta la flexibilidad en la configuracion del elemento de conexion.
A continuacion de la zona de soldadura pueden estar situadas, ademas de la zona engarzada a presion, tambien una o varias zonas adicionales. Por ejemplo puede estar dispuesta una zona adicional junto al borde lateral de la zona de soldadura opuesto a la zona engarzada a presion. Tal zona adicional puede estar prevista por ejemplo para unir el elemento de conexion a un soporte. Mediante un soporte comun pueden por ejemplo soldarse a la estructura electricamente conductora varios elementos de conexion segun la invencion en una disposicion relativa definida.
En una configuracion preferida, la luna presenta desde dos hasta seis elementos de conexion electrica segun la invencion. Mediante varios elementos de conexion se puede, por ejemplo, conectar una estructura electricamente conductora configurada como un conductor de caldeo a los dos polos de una alimentacion de corriente externa. Mediante varios elementos de conexion se puede, por ejemplo, establecer contacto con distintas antenas montadas como estructuras electricamente conductoras en el sustrato. Gracias a las pequenas dimensiones y a la reduccion de las tensiones termicas, los elementos de conexion segun la invencion son particularmente adecuados para lunas en las que hayan de disponerse varios elementos de conexion incluso a poca distancia unos de otros. Los elementos de conexion estan dispuestos preferiblemente en una lfnea. La distancia entre elementos de conexion adyacentes esta preferiblemente entre 5 mm y 50 mm, mas preferiblemente entre 10 mm y 20 mm. Esta disposicion es ventajosa por motivos de tecnica de procesos y motivos esteticos. En particular, los elementos de conexion pueden por ejemplo fijarse en esta disposicion relativa antes de soldarlos en un soporte comun. Los bordes laterales de las zonas de soldadura de los distintos elementos de conexion estan dispuestos preferiblemente paralelos unos con respecto a otros y pueden presentar un angulo cualquiera en relacion con la lfnea (imaginaria) sobre la que estan dispuestos los elementos de conexion, preferiblemente desde 5° hasta 90°, mas preferiblemente desde 10° hasta 40°. Las zonas de los distintos elementos de conexion engarzadas a presion estan preferiblemente dispuestas en el mismo lado de la lfnea (imaginaria). Tal disposicion ahorra mucho espacio.
El sustrato presenta un primer coeficiente de dilatacion termica. El elemento de conexion presenta un segundo coeficiente de dilatacion termica. En una configuracion ventajosa de la invencion, la diferencia entre el primer y el segundo coeficiente de dilatacion termica es menor de 5 x 10'6/°C, mas preferiblemente menor de 3 x 10'6/°C. De este modo se reducen las tensiones termicas de la luna y se logra una mejor adherencia.
El sustrato contiene preferiblemente vidrio, mas preferiblemente vidrio plano, vidrio flotado, vidrio de sflice, vidrio al borosilicato y/o vidrio al sodio y a la cal. Sin embargo, el sustrato puede contener tambien polfmeros, preferiblemente polietileno, polipropileno, policarbonato, polimetacrilato de metilo, poliestireno, polibutadieno, polinitrilo, poliester, poliuretano, cloruro de polivinilo, poliacrilato, poliamida, tereftalato de polietileno y/o copolfmeros o mezclas de los mismos. El sustrato es preferiblemente transparente. El sustrato presenta preferiblemente un espesor desde 0,5 mm hasta 25 mm, mas preferiblemente desde 1 mm hasta 10 mm y lo mas preferiblemente desde 1,5 mm hasta 5 mm.
El primer coeficiente de dilatacion termica esta preferiblemente entre 8 x 10'6/°C y 9 x 10'6/°C. El sustrato contiene preferiblemente vidrio, que preferiblemente presenta un coeficiente de dilatacion termica entre 8,3 x 10'6/°C y 9 x 10'6/°C en un intervalo de temperaturas entre 0°C y 300°C.
El segundo coeficiente de dilatacion termica esta preferiblemente entre 9 x 10'6/°C y 13 x 10'6/°C, mas preferiblemente entre 10 x 10'6/°C y 11,5 x 10'6/°C, lo mas preferiblemente entre 10 x 10'6/°C y 11 x 10'6/°C y en particular entre 10 x 10'6/°C y 10,5 x 10'6/°C, en un intervalo de temperaturas entre 0°C y 300°C.
El elemento de conexion segun la invencion contiene preferiblemente un acero al cromo con una proporcion de cromo mayor o igual que un 10,5% en peso. Otros constituyentes de aleacion, como molibdeno, manganeso o niobio, llevan a una resistencia mejorada contra la corrosion o a propiedades mecanicas, como la resistencia a la traccion o la conformabilidad en frfo, modificadas.
El elemento de conexion segun la invencion contiene preferiblemente al menos desde un 66,5% en peso hasta un
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89,5% en peso de hierro, desde un 10,5% en peso hasta un 20% en peso de cromo, desde un 0% en peso hasta un 1% en peso de carbono, desde un 0% en peso hasta un 5% en peso de mquel, desde un 0% en peso hasta un 2% en peso de manganeso, desde un 0% en peso hasta un 2,5% en peso de molibdeno, desde un 0% en peso hasta un 2% en peso de niobio y desde un 0% en peso hasta un 1% en peso de titanio. El elemento de conexion puede contener adicionalmente adiciones de otros elementos, entre ellos vanadio, aluminio y nitrogeno.
El elemento de conexion segun la invencion contiene mas preferiblemente al menos desde un 73% en peso hasta un 89,5% en peso de hierro, desde un 10,5% en peso hasta un 20% en peso de cromo, desde un 0% en peso hasta un 0,5% en peso de carbono, desde un 0% en peso hasta un 2,5% en peso de mquel, desde un 0% en peso hasta un 1% en peso de manganeso, desde un 0% en peso hasta un 1,5% en peso de molibdeno, desde un 0% en peso hasta un 1% en peso de niobio y desde un 0% en peso hasta un 1% en peso de titanio. El elemento de conexion puede contener adicionalmente adiciones de otros elementos, entre ellos vanadio, aluminio y nitrogeno.
El elemento de conexion segun la invencion contiene lo mas preferiblemente al menos desde un 77% en peso hasta un 84% en peso de hierro, desde un 16% en peso hasta un 18,5% en peso de cromo, desde un 0% en peso hasta un 0,1% en peso de carbono, desde un 0% en peso hasta un 1% en peso de manganeso, desde un 0% en peso hasta un 1% en peso de niobio, desde un 0% en peso hasta un 1,5% en peso de molibdeno y desde un 0% en peso hasta un 1% en peso de titanio. El elemento de conexion puede contener adicionalmente adiciones de otros elementos, entre ellos vanadio, aluminio y nitrogeno.
Como aceros al cromo resultan especialmente adecuados los aceros con los numeros de material 1.4016, 1.4113, 1.4509 y 1.4510 segun DIN 10 088-2.
La estructura electricamente conductora segun la invencion presenta preferiblemente un espesor de capa desde 5 pm hasta 40 pm, mas preferiblemente desde 5 pm hasta 20 pm, lo mas preferiblemente desde 8 pm hasta 15 pm y en particular desde 10 pm hasta 12 pm. La estructura electricamente conductora segun la invencion contiene preferiblemente plata, mas preferiblemente partfculas de plata y fritas de vidrio.
El espesor de capa de la masa de soldadura es preferiblemente menor o igual que 6,0 x 10-4 m, mas preferiblemente menor de 3,0 x 10-4 m.
La masa de soldadura segun la invencion no contiene plomo. Esto es particularmente ventajoso con vistas a la compatibilidad con el medio ambiente de la luna con elemento de conexion electrica segun la invencion. En el sentido de la invencion ha de entenderse como masa de soldadura sin plomo una masa de soldadura que, de acuerdo con la directiva de la CE “2002/95/CE para limitar la utilizacion de determinadas sustancias peligrosas en equipos electricos y electronicos”, contiene una proporcion de plomo menor o igual que un 0,1% en peso y preferiblemente no contiene plomo.
Las masas de soldadura sin plomo presentan tipicamente una menor ductilidad que las masas de soldadura con contenido en plomo, de manera que las tensiones mecanicas entre el elemento de conexion y la luna no se compensan igual de bien. Sin embargo, se ha comprobado que mediante el elemento de conexion segun la invencion pueden evitarse tensiones mecanicas cnticas. La masa de soldadura contiene preferiblemente estano y bismuto, indio, cinc, cobre, plata o composiciones de los mismos. La proporcion de estano en la composicion de soldadura segun la invencion es desde un 3% en peso hasta un 99,5% en peso, preferiblemente desde un 10% en peso hasta un 95,5% en peso, mas preferiblemente desde un 15% en peso hasta un 60% en peso. La proporcion de bismuto, indio, cinc, cobre, plata o composiciones de los mismos es, en la composicion de soldadura segun la invencion, desde un 0,5% en peso hasta un 97% en peso, preferiblemente desde un 10% en peso hasta un 67% en peso, pudiendo la proporcion de bismuto, indio, cinc, cobre o plata ser de un 0% en peso. La composicion de soldadura puede contener mquel, germanio, aluminio o fosforo en una proporcion desde un 0% en peso hasta un 5% en peso. La composicion de soldadura segun la invencion contiene lo mas preferiblemente Bi40Sn57Ag3, Sn40Bi57Ag3, Bi59Sn40Ag1, Bi57Sn42Ag1, In97Ag3, Sn95,5Ag3,8Cu0,7, Bi67In33, Bi33In50Sn17,
Sn77,2In20Ag2,8, Sn95Ag4Cu1, Sn99Cu1, Sn96,5Ag3,5, Sn96,5Ag3Cu0,5, Sn97Ag3 o mezclas de los mismos.
En una configuracion ventajosa, la masa de soldadura contiene bismuto. Se ha comprobado que una masa de soldadura con contenido en bismuto lleva a una muy buena adherencia del elemento de conexion segun la invencion a la luna, pudiendo evitarse danos en la luna. La proporcion de bismuto en la composicion de la masa de soldadura es preferiblemente desde un 0,5% en peso hasta un 97% en peso, mas preferiblemente desde un 10% en peso hasta un 67% en peso y lo mas preferiblemente desde un 33% en peso hasta un 67% en peso, en particular desde un 50% en peso hasta un 60% en peso. Ademas de bismuto, la masa de soldadura contiene preferiblemente estano y plata o estano, plata y cobre. En una configuracion especialmente preferida, la masa de soldadura contiene al menos desde un 35% en peso hasta un 69% en peso de bismuto, desde un 30% en peso hasta un 50% en peso de estano, desde un 1% en peso hasta un 10% en peso de plata y desde un 0% en peso hasta un 5% en peso de cobre. En una configuracion muy especialmente preferida, la masa de soldadura contiene al menos desde un 49% en peso hasta un 60% en peso de bismuto, desde un 39% en peso hasta un 42% en peso de estano, desde un 1% en peso hasta un 4% en peso de plata y desde un 0% en peso hasta un 3% en peso de cobre.
En otra configuracion ventajosa, la masa de soldadura contiene desde un 90% en peso hasta un 99,5% en peso de
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estano, preferiblemente desde un 95% en peso hasta un 99% en peso, mas preferiblemente desde un 93% en peso hasta un 98% en peso. Ademas de estano, la masa de soldadura contiene preferiblemente desde un 0,5% en peso hasta un 5% en peso de plata y desde un 0% en peso hasta un 5% en peso de cobre.
La masa de soldadura sale del espacio intermedio entre la zona de soldadura del elemento de conexion y la estructura electricamente conductora con una anchura de salida preferiblemente menor de 1 mm. En una configuracion preferida, la anchura de salida maxima es menor de 0,5 mm y en particular es de aproximadamente 0 mm. Esto es particularmente ventajoso con vistas a la reduccion de tensiones mecanicas en la luna, la adherencia del elemento de conexion y la economizacion de la soldadura. La anchura de salida maxima se define como la distancia entre los bordes exteriores de la zona de soldadura y el punto de desbordamiento de la masa de soldadura en el que el espesor de capa de la masa de soldadura se hace inferior a 50 pm. La anchura de salida maxima se mide tras el proceso de soldeo en la masa de soldadura solidificada. Una anchura de salida maxima deseada se logra mediante una eleccion adecuada del volumen de masa de soldadura y la distancia perpendicular entre el elemento de conexion y la estructura electricamente conductora, lo que puede determinarse mediante sencillos ensayos. La distancia perpendicular entre el elemento de conexion y la estructura electricamente conductora puede preestablecerse mediante una herramienta de proceso correspondiente, por ejemplo una herramienta con un distanciador integrado. La anchura maxima de salida puede tambien ser negativa, o sea estar retrafda en el espacio intermedio formado por la zona de soldadura del elemento de conexion electrica y la estructura electricamente conductora. En una configuracion ventajosa de la luna segun la invencion, la anchura de salida maxima esta retrafda, en el espacio intermedio formado por la zona de soldadura del elemento de conexion electrica y la estructura electricamente conductora, en un menisco concavo. Un menisco concavo se forma por ejemplo aumentando la distancia perpendicular entre el distanciador y la estructura conductora durante el proceso de soldeo, mientras la soldadura aun esta lfquida. La ventaja consiste en la reduccion de las tensiones mecanicas en la luna, especialmente en la zona crftica presente en caso de un gran desbordamiento de la masa de soldadura.
En una configuracion ventajosa de la invencion, la superficie de contacto del elemento de conexion presenta distanciadores, preferiblemente al menos dos distanciadores, mas preferiblemente al menos tres distanciadores. Los distanciadores estan preferiblemente configurados en una pieza con el elemento de conexion, por ejemplo mediante estampado o embuticion profunda. Los distanciadores tienen preferiblemente una anchura desde 0,5 x 10-4 m hasta 10 x 10-4 m y una altura desde 0,5 x 10-4 m hasta 5 x 10-4 m, mas preferiblemente desde 1 x 10-4 m hasta 3 x 10-4 m. Mediante los distanciadores se logra una capa de masa de soldadura homogenea, de espesor uniforme y fundida uniformemente. De este modo es posible reducir tensiones mecanicas entre el elemento de conexion y la luna y mejorar la adherencia del elemento de conexion. Esto resulta ventajoso especialmente en caso de utilizarse masas de soldadura sin plomo, que, debido a su menor ductilidad en comparacion con las masas de soldadura con contenido en plomo, no pueden compensar las tensiones mecanicas igual de bien.
En una configuracion ventajosa de la invencion esta dispuesta, en la superficie de la zona de soldadura del elemento de conexion opuesta al sustrato, al menos una elevacion de contacto que sirve para poner el elemento de conexion en contacto con la herramienta de soldar durante el proceso de soldeo. La elevacion de contacto tiene preferiblemente una forma curvada convexa al menos en la zona del contacto con la herramienta de soldar. La elevacion de contacto tiene preferiblemente una altura desde 0,1 mm hasta 2 mm, mas preferiblemente desde 0,2 mm hasta 1 mm. La longitud y la anchura de la elevacion de contacto estan preferiblemente entre 0,1 y 5 mm, lo mas preferiblemente entre 0,4 mm y 3 mm. Las elevaciones de contacto estan preferiblemente configuradas en una pieza con el elemento de conexion, por ejemplo mediante estampado o embuticion profunda. Para soldar pueden utilizarse electrodos cuyo lado de contacto tenga forma plana. La superficie del electrodo se pone en contacto con la elevacion de contacto. Durante este proceso, la superficie de electrodo esta dispuesta paralelamente a la superficie del sustrato. La zona de contacto entre la superficie del electrodo y la elevacion de contacto constituye el punto de soldeo. La posicion del punto de soldeo esta determinada por el punto de la superficie convexa de la elevacion de contacto que presenta la mayor distancia perpendicular a la superficie del sustrato. La posicion del punto de soldeo es independiente de la posicion del electrodo de soldeo en el elemento de conexion. Esto es particularmente ventajoso con vistas a una reparticion uniforme y reproducible del calor durante el proceso de soldeo. La reparticion del calor durante el proceso de soldeo se determina mediante la posicion, el tamano, la disposicion y la geometrfa de la elevacion de contacto.
El elemento de conexion electrica presenta preferiblemente, al menos en la superficie de contacto que mira hacia la masa de soldadura, un recubrimiento (capa de humectacion) que contiene nfquel, cobre, cinc, estano, plata, oro o aleaciones o capas de los mismos, preferiblemente plata. De este modo se logran una humectacion mejorada del elemento de conexion con la masa de soldadura y una adherencia mejorada del elemento de conexion.
El elemento de conexion segun la invencion esta preferiblemente recubierto con nfquel, estano, cobre y/o plata. El elemento de conexion segun la invencion esta mas preferiblemente provisto de una capa de adhesion, preferiblemente de nfquel y/o cobre, y provisto adicionalmente de una capa soldable, preferiblemente de plata. El elemento de conexion segun la invencion esta lo mas preferiblemente recubierto con 0,1 pm a 0,3 pm de nfquel y/o 3 pm a 20 pm de plata. El elemento de conexion puede niquelarse, estanarse, cobrearse y/o platearse. El nfquel y la plata mejoran la capacidad de conduccion de corriente y la estabilidad a la corrosion del elemento de conexion y la humectacion con la masa de soldadura.
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La forma del elemento de conexion electrica puede formar uno o varios depositos de soldadura en el espacio intermedio del elemento de conexion y la estructura electricamente conductora. Los depositos de soldadura y las propiedades de humectacion de la soldadura en el elemento de conexion impiden que la masa de soldadura salga del espacio intermedio. Los depositos de soldadura pueden estar configurados con forma rectangular, redondeada o poligonal.
El objetivo de la invencion se logra ademas mediante un procedimiento para producir una luna segun la invencion con al menos un elemento de conexion electrica, en donde
a) el elemento de conexion se conecta al cable de conexion mediante un engarce a presion en una zona,
b) la masa de soldadura se aplica en el lado inferior de la zona de soldadura,
c) el elemento de conexion se dispone, con la masa de soldadura, en una zona de una estructura electricamente conductora que esta aplicada en una zona de un sustrato y
d) el elemento de conexion se conecta a la estructura electricamente conductora bajo aporte de energfa.
La masa de soldadura se aplica en el elemento de conexion preferiblemente en forma de plaquitas o gotas aplanadas con un espesor de capa, un volumen, una forma y una disposicion fijas. El espesor de capa de la plaquita de masa de soldadura es preferiblemente de 0,6 mm o menor de 0,6 mm. La forma de la plaquita de masa de soldadura corresponde preferiblemente a la forma de la superficie de contacto. Por ejemplo, si la superficie de contacto esta configurada con forma rectangular, la plaquita de masa de soldadura presenta preferiblemente una forma rectangular.
El aporte de energfa en la conexion electrica del elemento de conexion electrica y la estructura electricamente conductora se realiza preferiblemente con punzon, herramientas de conexion electrica, soldeo blando con soldador de cobre, preferiblemente soldeo por laser, soldeo por chorro de aire caliente, soldeo por induccion, soldeo a resistencia y/o con ultrasonidos.
La estructura electricamente conductora puede aplicarse en el sustrato mediante procedimientos en si conocidos, por ejemplo mediante procedimientos de serigraffa. La aplicacion de la estructura electricamente conductora puede realizarse en el tiempo antes, durante o despues de los pasos de procedimiento (a) y (b).
El elemento de conexion se utiliza preferiblemente en lunas termicas o en lunas con antenas en edificios, en particular en automoviles, ferrocarriles, aviones o vehfculos marftimos. El elemento de conexion sirve para conectar las estructuras conductoras de la luna a sistemas electricos dispuestos fuera de la luna. Los sistemas electricos son amplificadores, unidades de mando o fuentes de alimentacion.
La invencion comprende ademas la utilizacion de la luna segun la invencion en edificios o en medios de traslacion para la circulacion por tierra, por aire o por agua, en particular vehfculos sobre carriles o vehfculos automoviles, preferiblemente como parabrisas, luna trasera, luna lateral y/o luna de techo, en particular como luna termica o luna con funcion de antena.
La invencion se explica mas detalladamente por medio de un dibujo y unos ejemplos de realizacion. El dibujo es una representacion esquematica y no esta a escala. El dibujo no limita la invencion en modo alguno. Muestran:
Figura 1 una vista desde arriba de una primera configuracion de la luna segun la invencion,
Figura 2 una seccion A-A' a traves de la luna segun la Figura 1,
Figura 3 una seccion A-A' a traves de una luna alternativa segun la invencion,
Figura 4 una seccion A-A' a traves de otra luna alternativa segun la invencion,
Figura 5 una seccion A-A' a traves de otra luna alternativa segun la invencion,
Figura 6 una seccion B-B' a traves de otra luna alternativa segun la invencion,
Figura 7 una seccion B-B' a traves de otra luna alternativa segun la invencion,
Figura 8 un diagrama de flujo detallado del procedimiento segun la invencion.
La Figura 1 y la Figura 2 muestran respectivamente un detalle de una luna segun la invencion en la zona del elemento 3 de conexion electrica. La luna comprende un sustrato 1, que es un vidrio de seguridad sencillo compuesto de vidrio de sosa y cal termicamente templado de 3 mm de espesor. El sustrato 1 presenta una anchura de 150 cm y una altura de 80 cm. Sobre el sustrato 1 esta imprimida una estructura electricamente conductora 2 en forma de una estructura de conductores de caldeo. La estructura electricamente conductora 2 contiene partfculas de plata y fritas de vidrio. En la zona marginal de la luna, la estructura electricamente conductora 2 esta ensanchada hasta una anchura de 10 mm y forma una superficie de contacto para un elemento 3 de conexion electrica. El
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elemento 3 de conexion sirve para establecer un contacto electrico de la estructura electricamente conductora 2 con una alimentacion de corriente externa mediante un cable 5 de conexion. El cable 5 de conexion contiene un nucleo electricamente conductor, que esta configurado como un conductor de hilos trenzados de cobre. El cable 5 de conexion contiene ademas un recubrimiento aislante polimerico, no representado, que en la zona terminal esta retirado hasta una longitud de 4,5 mm para hacer posible el establecimiento de un contacto electrico del nucleo electricamente conductor del cable 5 de conexion con el elemento 3 de conexion. En la zona marginal del sustrato 1 se halla ademas una serigraffa de cubrimiento no representada.
El elemento 3 de conexion electrica esta compuesto de acero con el numero de material 1.4509 segun EN 10 088-2 (ThyssenKrupp Nirosta® 4509), con un coeficiente de dilatacion termica de 10,5 x 10-6/°C en un intervalo de temperaturas desde 20°C hasta 300°C. El espesor de material del elemento 3 de conexion es por ejemplo de 0,4 mm. El elemento de conexion presenta una zona 11 con una longitud de por ejemplo 4 mm, que esta engarzada a presion alrededor de la zona terminal del cable 5 de conexion. Para ello, los bordes laterales de la zona 11 engarzada a presion se han doblado alrededor del cable 5 de conexion y se han aplastado con este. El engarce a presion esta dispuesto de manera que las zonas dobladas miran en sentido opuesto al sustrato 1. De este modo puede realizarse un angulo ventajosamente pequeno entre la zona 11 engarzada a presion y el sustrato 1. Sin embargo, en principio tambien es posible la disposicion inversa del engarce a presion.
El elemento 3 de conexion presenta ademas una zona 10 de soldadura plana, en esencia rectangular, que esta conectada a la zona 11 engarzada a presion a traves de una zona 12 de transicion. La zona 10 de soldadura presenta por ejemplo una longitud de 4 mm y una anchura de 2,5 mm. La zona 12 de transicion presenta por ejemplo una longitud de 1 mm. La zona 10 de soldadura esta dispuesta en el lado de la zona 11 engarzada a presion opuesto a la direccion en que se extiende el cable 5 de conexion. El angulo entre la zona 10 de soldadura y la zona 11 engarzada a presion es por ejemplo de 160°. La zona 12 de transicion esta configurada plana, pero como alternativa puede tambien por ejemplo estar configurada curvada y/o acodada.
La superficie de la zona 10 de soldadura que mira hacia el sustrato 1 forma una superficie 8 de contacto entre el elemento 3 de conexion electrica y la estructura electricamente conductora 2. En la zona de la superficie 8 de contacto esta aplicada una masa 4 de soldadura, que provoca una conexion electrica y mecanica duradera entre el elemento 3 de conexion electrica y la estructura electricamente conductora 2. La masa 4 de soldadura contiene un 57% en peso de bismuto, un 40% en peso de estano y un 3% en peso de plata. La masa 4 de soldadura tiene un espesor de 250 pm. Mediante la superficie 8 de contacto, la zona 10 de soldadura esta conectada en toda su superficie a la estructura electricamente conductora 2.
La Figura 3 muestra una seccion transversal a traves de una configuracion alternativa de la luna segun la invencion con el elemento 3 de conexion. La superficie 8 de contacto del elemento 3 de conexion esta provista de una capa 6 de humectacion con contenido en plata, por ejemplo con un espesor de aproximadamente 5 pm. De este modo se mejora la adherencia del elemento 3 de conexion. En otra configuracion puede hallarse entre el elemento 3 de conexion y la capa 6 de humectacion una capa de adhesion, por ejemplo de nfquel y/o cobre.
La Figura 4 muestra una seccion transversal a traves de una configuracion alternativa de la luna segun la invencion con el elemento 3 de conexion. En la superficie 8 de contacto del elemento 3 de conexion estan dispuestos unos distanciadores 7. Por ejemplo, pueden estar dispuestos en la superficie 8 de contacto cuatro distanciadores 7, de los cuales pueden verse dos distanciadores 7 en la seccion representada. Los distanciadores 7 estan estampados en la zona 10 de soldadura del elemento 3 de conexion y por lo tanto configurados en una pieza con el elemento 3 de conexion. Los distanciadores 7 tienen forma de segmentos esfericos y tienen una altura de 2,5 x 10-4 m y una anchura de 5 x 10-4 m. Mediante los distanciadores 7 se favorece la formacion de una capa uniforme de masa 4 de soldadura. Esto es particularmente ventajoso con vistas a la adherencia del elemento 3 de conexion.
La Figura 5 muestra una seccion transversal a traves de una configuracion alternativa de la luna segun la invencion con el elemento 3 de conexion. En la superficie de la zona 10 de soldadura del elemento 3 de conexion opuesta a la superficie 8 de contacto y que mira en sentido opuesto al sustrato 1 esta dispuesta una elevacion 9 de contacto. La elevacion 9 de contacto esta estampada en la zona 10 de soldadura del elemento 3 de conexion y por lo tanto configurada en una pieza con el elemento 3 de conexion. La elevacion 9 de contacto tiene forma de segmento esferico y tiene una altura de 2,5 x 10-4 m y una anchura de 5 x 10-4 m. La elevacion 9 de contacto sirve para poner el elemento 3 de conexion en contacto con la herramienta de soldar durante el proceso de soldeo. Mediante la elevacion 9 de contacto se asegura una reparticion reproducible y definida del calor, independientemente del posicionamiento exacto de la herramienta de soldar.
La Figura 6 muestra una seccion transversal a traves de una configuracion alternativa de la luna segun la invencion con el elemento 3 de conexion. El elemento 3 de conexion electrica contiene, en la superficie 8 de contacto que mira hacia la masa 4 de soldadura, una escotadura con una profundidad de 250 pm que esta estampada en la zona 10 de soldadura y constituye un deposito de soldadura para la masa 4 de soldadura. Es posible impedir por completo que la masa 4 de soldadura se salga del espacio intermedio. De este modo se reducen aun mas las tensiones termicas en la luna.
La Figura 7 muestra una seccion transversal a traves de una configuracion alternativa de la luna segun la invencion
con el elemento 3 de conexion. Ademas de la zona 11 engarzada a presion, la zona 12 de transicion y la zona 10 de soldadura, el elemento 3 de conexion presenta una zona adicional 13 contigua a la zona 10 de soldadura. La zona adicional 13 y la zona 12 de transicion con la zona 11 engarzada a presion estan situadas a continuacion de unos bordes opuestos de la zona 10 de soldadura.
5 La Figura 8 muestra detalladamente un procedimiento segun la invencion para producir una luna con elemento 3 de conexion electrica.
Se fabricaron unas muestras de ensayo con el sustrato 1 (espesor 3 mm, anchura 150 cm y altura 80 cm), la estructura electricamente conductora 2 en forma de una estructura de conductores de caldeo, el elemento 3 de conexion electrica segun la Figura 1 y la masa 4 de soldadura. El elemento 3 de conexion electrica estaba 10 compuesto de acero con el numero de material 1.4509 segun EN 10 088-2, que presenta un coeficiente de dilatacion termica de 10,0 x 10-6/°C en un intervalo de temperaturas desde 20°C hasta 200°C y un coeficiente de dilatacion termica de 10,5 x 10-6/°C en un intervalo de temperaturas desde 20°C hasta 300°C. El sustrato 1 estaba compuesto de vidrio de sosa y cal con un coeficiente de dilatacion termica de 8,30 x 10-6/°C en un intervalo de temperaturas desde 20°C hasta 300°C. La masa 4 de soldadura contenfa Sn40Bi57Ag3 y presentaba un espesor de capa de 15 250 pm. El elemento 3 de conexion se soldo sobre la estructura electricamente conductora 2 a una temperatura de
200°C y durante un tiempo de tratamiento de 2 segundos. No se observaron tensiones mecanicas crfticas en la luna. La conexion de la luna con el elemento 3 de conexion electrica era estable de manera duradera a traves de la estructura electricamente conductora 2. En todas las muestras se observo que, con una diferencia de temperatura de +80°C a -30°C, ningun sustrato 1 presentaba rotura ni danos. Pudo demostrarse que, poco despues del soldeo, 20 las lunas con elemento 3 de conexion soldado eran estables contra una cafda brusca de la temperatura.
En unos ejemplos de comparacion con elementos de conexion que presentaban la misma forma y estaban compuestos de cobre o laton se presentaron tensiones mecanicas claramente mayores y, con una diferencia brusca de temperatura de +80°C a -30°C, se observo que las lunas presentaban en su mayorfa danos poco despues del soldeo. Se ha demostrado que las lunas segun la invencion con sustratos 1 de vidrio y elementos 3 de conexion 25 electrica segun la invencion presentaban una mejor estabilidad contra diferencias bruscas de temperatura. Este resultado era inesperado y sorprendente para el especialista en la tecnica.
Lista de sfmbolos de referenda
(1)
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(6) (7)
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(9)
(10) (11) (12)
40 (13)
A-A'
sustrato
estructura electricamente conductora
elemento de conexion electrica
masa de soldadura
cable de conexion
capa de humectacion
distanciador
superficie de contacto del elemento 3 de conexion con la estructura electricamente conductora 2 elevacion de contacto
zona de soldadura del elemento 3 de conexion zona engarzada a presion del elemento 3 de conexion
zona de transicion entre la zona 11 engarzada a presion y la zona 10 de soldadura zona adicional del elemento 3 de conexion lfnea de seccion

Claims (15)

  1. 5
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    1. Una luna con al menos un elemento de conexion electrica, que comprende al menos:
    - un sustrato (1),
    - en una zona del sustrato (1), una estructura electricamente conductora (2),
    - en una zona de la estructura electricamente conductora (2), un elemento (3) de conexion,
    en donde el elemento (3) de conexion presenta una zona (11) engarzada a presion alrededor de un cable (5) de conexion y una zona (10) de soldadura y en donde la zona (10) de soldadura esta conectada a la estructura electricamente conductora (2) mediante una masa (4) de soldadura sin plomo, caracterizada por que el elemento de conexion contiene al menos un acero al cromo.
  2. 2. Luna segun la reivindicacion 1, en donde el angulo entre la zona (10) de soldadura y la zona (11) engarzada a presion esta entre 120° y 180°, preferiblemente entre 150° y 170°.
  3. 3. Luna segun la reivindicacion 1 o 2, que comprende desde dos hasta seis elementos (3) de conexion, que preferiblemente estan dispuestos en una lfnea, estando la distancia entre elementos de conexion adyacentes entre 5 mm y 50 mm, mas preferiblemente entre 10 mm y 20 mm.
  4. 4. Luna segun una de las reivindicaciones 1 a 3, en donde el espesor de material del elemento (3) de conexion esta entre 0,1 mm y 2 mm, mas preferiblemente entre 0,2 mm y 1 mm, lo mas preferiblemente entre 0,3 mm y 0,5 mm.
  5. 5. Luna segun una de las reivindicaciones 1 a 4, en donde la diferencia entre el coeficiente de dilatacion termica del sustrato (1) y el coeficiente de dilatacion termica del elemento (3) de conexion es menor de 5 x 10"6/°C.
  6. 6. Luna segun una de las reivindicaciones 1 a 5, en donde el elemento (3) de conexion contiene al menos desde un 66,5% en peso hasta un 89,5% en peso de hierro, desde un 10,5% en peso hasta un 20% en peso de cromo, desde un 0% en peso hasta un 1% en peso de carbono, desde un 0% en peso hasta un 5% en peso de nfquel, desde un 0% en peso hasta un 2% en peso de manganeso, desde un 0% en peso hasta un 2,5% en peso de molibdeno, desde un 0% en peso hasta un 2% en peso de niobio y desde un 0% en peso hasta un 1% en peso de titanio.
  7. 7. Luna segun la reivindicacion 6, en donde el elemento (3) de conexion contiene al menos desde un 77% en peso hasta un 84% en peso de hierro, desde un 16% en peso hasta un 18,5% en peso de cromo, desde un 0% en peso hasta un 0,1% en peso de carbono, desde un 0% en peso hasta un 1% en peso de manganeso, desde un 0% en peso hasta un 1% en peso de niobio, desde un 0% en peso hasta un 1,5% en peso de molibdeno y desde un 0% en peso hasta un 1% en peso de titanio.
  8. 8. Luna segun una de las reivindicaciones 1 a 7, en donde el sustrato (1) contiene vidrio, preferiblemente vidrio plano, vidrio flotado, vidrio de sflice, vidrio al borosilicato y/o vidrio al sodio y a la cal.
  9. 9. Luna segun una de las reivindicaciones 1 a 8, en donde la estructura electricamente conductora (2) presenta al menos plata, preferiblemente partfculas de plata y fritas de vidrio, y presenta un espesor de capa desde 5 pm hasta 40 pm.
  10. 10. Luna segun una de las reivindicaciones 1 a 9, en donde el espesor de capa de la masa (4) de soldadura es menor o igual que 6,0 x 10"4 m.
  11. 11. Luna segun una de las reivindicaciones 1 a 10, en donde la masa (4) de soldadura contiene estano y bismuto, indio, cinc, cobre, plata o composiciones de los mismos.
  12. 12. Luna segun la reivindicacion 11, en donde la masa (4) de soldadura contiene desde un 35% en peso hasta un 69% en peso de bismuto, desde un 30% en peso hasta un 50% en peso de estano, desde un 1% en peso hasta un 10% en peso de plata y desde un 0% en peso hasta un 5% en peso de cobre o en donde la masa (4) de soldadura contiene desde un 90% en peso hasta un 99,5% en peso de estano, desde un 0,5% en peso hasta un 5% en peso de plata y desde un 0% en peso hasta un 5% en peso de cobre.
  13. 13. Luna segun una de las reivindicaciones 1 a 12, en donde el elemento (3) de conexion presenta al menos una capa (6) de humectacion, que contiene nfquel, estano, cobre y/o plata.
  14. 14. Procedimiento para producir una luna con al menos un elemento de conexion electrica segun una de las reivindicaciones 1 a 13, en donde
    a) el elemento (3) de conexion se conecta al cable (5) de conexion mediante un engarce a presion en una zona (11),
    b)
    la masa (4) de soldadura se aplica en el lado inferior de la zona (10) de soldadura;
    c) el elemento (3) de conexion se dispone, con la masa (4) de soldadura, en una zona de una estructura electricamente conductora (2) que esta aplicada en una zona de un sustrato (1) y
    d) el elemento (3) de conexion se conecta a la estructura electricamente conductora (2) bajo aporte
    5 de energfa.
  15. 15. Utilizacion de una luna con al menos un elemento de conexion electrica segun una de las reivindicaciones 1 a 13 en edificios o en medios de traslacion para la circulacion por tierra, por aire o por agua, en particular en vehfculos sobre carriles o vehfculos automoviles, preferiblemente como parabrisas, luna trasera, luna lateral y/o luna de techo, en particular como luna termica o luna con funcion de antena.
    10
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