DE10016214A1 - Elektrische Kontaktierung von Material aus Kohlefasern - Google Patents

Abstract

Zur Herstellung einer mechanisch zuverlässigen und elektrisch optimal leitenden Verbindung zwischen einem flächigen Material (1), das ganz oder teilweise auf Kohlefasern besteht, und einem metallischen Kontaktband (3) wird ein Verfahren vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man DOLLAR A - am Kontaktband (2) durch Einschneiden und Umbiegen eine Vielzahl kleiner, aus der Ebene des Kontaktbandes (2) etwa senkrecht vorstehender Kontaktzungen (3) ausbildet, DOLLAR A - Kontaktband (2) und flächiges Material (1) derart zusammenbringt, daß die Kontaktzungen (3) das flächige Material (1) durchdringen, und DOLLAR A - schließlich die aus dem flächigen Material (1) vorstehenden Kontaktzungen (3) umbiegt und auf der dem Kontaktband (2) abgewandten Seite an das flächige Material (1) andrückt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen einem flächigen Material, das ganz oder teilweise aus Kohlefasern besteht und einem metallischen Kontaktband.

Das ganz oder teilweise aus Kohlefasern bestehende flächige Material ist vorzugsweise ein Vlies oder Filz aus Kohlefaserabschnitten, die ggf. unter Verwendung von Bindemitteln zu einem mehr oder minder flexiblen papierähnlichen Produkt miteinander verbunden sind. Das flächige Material kann aber auch aus einem textilartigen Stoff bestehen, bei dem Kohlefaserfäden zu einem Strick- oder Webstoff verarbeitet sind. In Betracht kommen ferner unidirektionale Gelege bestehend aus einzelnen Fäden oder Filamente sowie Fäden, Streifen oder Bordüren, die nach einem der vorstehend genannten Verfahren hergestellt sind.

Flächige Materialien, die ganz oder teilweise aus Kohlefasern bestehen, werden vielfach zur Umwandlung elektrischer Energie in fühlbare Wärme, beispielsweise als Heizelement für Innenteile von Kraftfahrzeugen benutzt, mit denen die Insassen permanent in Kontakt sind, insbesondere für Sitzflächen und Rückenlehnen von Kraftfahrzeugsitzen sowie für Lenkradummantelungen. Für diese Anwendungsfälle kommt es darauf an, daß das vorhandene Kohlefasermaterial möglichst vollständig als ohmscher Widerstand benutzt wird, um die erforderliche Heizleistung mit kleinstmöglichem Materialaufwand realisieren zu können. Dieses Ziel kann nur bei optimalem elektrischen Kontakt zwischen dem flächigen Material und den elektrischen Zuleitungen erreicht werden, die für diese Zwecke überwiegend als metallische Bänder ausgebildet sind.

Eine vielfach angewandte Methode besteht darin, auf das flächige Material eine Schicht aus elektrisch gut leitendem, vorzugsweise mit Silber angereichertem Kleber aufzutragen und das metallische Kontaktband anzudrücken. In der Regel ist noch eine Wärmezufuhr erforderlich, um das Aushärten des Klebers zu beschleunigen. Für eine Massenfertigung ist dieses Verfahren zu teuer und zu zeitaufwendig.

Bei einem anderen bekannten Verfahren, bei dem es um die kontinuierliche Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen einem Kontaktband und den Rändern einer langgestreckten Bahn aus flächigem Material geht, hat man das metallische Kontaktband um die Ränder der Bahn herumgefaltet und wie zuvor beschrieben, unter Verwendung eines warmaushärtenden Klebers mit den Rändern der Materialbahn verbunden. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß dieses Verfahren für die Weiterverarbeitung nicht geeignet ist, wenn die Materialbahn mehrfach auf- und abgespult werden muß. An den Faltkanten können leicht Knick- und Bruchstellen auftreten, die einer gleichmäßigen Stromverteilung entgegenstehen.

Bekannt sind auch Elektro-Leitklebebänder. Dabei handelt es sich um ein metallisches Kontaktband, das mit einem selbstklebenden, sehr niederohmigen Acetatkleber beschichtet ist. Der Nachteil derartiger selbstklebender Bänder besteht darin, daß hier nur die außenliegenden Filamente des flächigen Materials kontaktiert werden und daß an der Kontaktstelle kein dauerhafter Anpreßdruck besteht. Nach diesem Verfahren hergestellte Kontaktierungen sind im praktischen Einsatz nur dann als funktionssicher anzusehen, wenn sie horizontal liegen und mit einer statischen Mindestaufliegelast beschwert werden.

Es besteht somit die Aufgabe, ein Verfahren der eingangs genannten Art vorzuschlagen, das die vorgenannten Nachteile nicht aufweist. Mit dem Verfahren soll flächiges Material, das ganz oder teilweise aus Kohlefasern besteht und als Widerstandsheizelement benutzt wird, mechanisch dauerhaft und elektrisch optimal leitend mit einem metallischen Kontakthand so verbunden werden, daß das eingebrachte Kohlefasermaterial möglichst vollständig und gleichmäßig als Stromleiter bzw. ohmscher Widerstand genutzt werden kann. Außerdem sollen Stromspitzen und daraus resultierende örtliche Überhitzung vermieden werden. Die elektrisch leitende Verbindung darf die Flexibilität des flächigen Materials nicht einschränken und muß den statischen und dynamischen Belastungen, denen das Heizelement bei bestimmungsgemäßem Gebrauch unterworfen wird, standhalten. Schließlich soll das gesuchte Verfahren möglichst kostengünstig und kontinuierlich durchführbar sein.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren der eingangs genannten Art vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man

• - am Kontaktband durch Einschneiden und Umbiegen eine Vielzahl kleiner, aus der Ebene des Kontaktbandes etwa senkrecht vorstehender Kontaktzungen ausbildet,
• - Kontaktband und flächiges Material derart zusammenbringt, daß die Kontaktzungen das flächige Material durchdringen, und
• - schließlich die aus dem flächigen Material vorstehenden Kontaktzungen umbiegt und auf der dem Kontaktband abgewandten Seite an das flächige Material andrückt.

Gemäß einer Alternative des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, daß man

• - das Kontaktband auf das flächige Material auflegt,
• - durch im wesentlichen übereinstimmende Einschnitte im Kontaktband und im flächigen Material eine Vielzahl gleichförmiger Kontaktzungen ausbildet und
• - schließlich die aus dem Kontaktband und flächigem Material bestehenden Kontaktzungen um 180° umbiegt und auf der dem Kontaktband abgewandten Seite an das flächige Material andrückt.

Gemäß einer weiteren Variante des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, daß man

• - auf beide Seiten des flächigen Materials ein Kontaktband auflegt,
• - durch im wesentlichen übereinstimmende Einschnitte in beiden Kontaktbändern und im flächigen Material eine Vielzahl, gleichförmiger Kontaktzungen ausbildet, und
• - schließlich die aus den beiden Kontaktbändern und dem dazwischenliegenden flächigen Material bestehenden Kontaktzungen um 180° umbiegt und an eines der beiden außenliegenden Kontaktbänder andrückt.

Andere vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind in den Ansprüchen 4 bis 18 beschrieben. Weitere Einzelheiten werden anhand der in den Fig. 1 bis 9 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines Kontaktbereiches in Ansicht und Schnitt,

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform eines Kontaktbereiches in Ansicht und Schnitt,

Fig. 3 bis 6 verschiedene "Schnittmuster" für die Ausgestaltung der Kontaktzungen,

Fig. 7 einen Kontaktbereich mit Schutzschicht im Schnitt,

Fig. 8 einen Abschnitt einer Bahn aus flächigem Material mit durchgehenden randseitigen Kontaktbändern,

Fig. 9 einen Abschnitt des flächigen Materials mit segmentartig aufgebrachten Kontaktbändern.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedankens sind das im wesentlichen aus Kohlefasern bestehende flächige Material mit 1, das metallische Kontaktband mit 2 und die um etwa 90° ausgeklappten Kontaktzungen mit 3 bezeichnet. Nach dem Herausklappen der Kontaktzungen 3 entstehen im Kontaktband entsprechende Leerstellen 3', die im vorliegenden Fall die Form eines gleichseitigen Dreiecks aufweisen. Die zu den Schnittlinien A-A und B-B gehörenden Schnittdarstellungen zeigen einen Zwischenschritt bei der Herstellung der elektrisch leitenden Verbindung zwischen flächigem Material 1 und Kontaktband 2. Die Kontaktzungen 3 sind durch das vliesähnliche flächige Material 1 durchgesteckt und noch nicht umgebogen worden. Im nächsten Arbeitsschritt werden die Kontaktzungen in die gleiche Richtung noch einmal um etwa 90° umgebogen, so daß sie rückseitig am flächigen Material und im wesentlichen parallel zum Kontaktband 2 anliegen. Dabei hat man es in der Hand, das flächige Material 1 mehr oder weniger zusammenzupressen, um die notwendige mechanische Festigkeit der Verbindung herzustellen.

Fig. 2 zeigt eine Alternative zum Verfahren gemäß Fig. 1. Das flächige Material ist mit 4, das metallische Kontaktband mit 5 und die Kontaktzungen sind mit 6 bezeichnet. Größe und Anordnung der Kontaktzungen 6 und dementsprechend der Leerstellen 6' im Kontaktband 5 entsprechen denen in Fig. 1. Bei dem Verfahren gemäß Fig. 2 wird jedoch zunächst das Kontaktband 5 auf das flächige Material 4 aufgelegt und es werden dann die erforderlichen Schnitte zur Herstellung der Kontaktzungen 6 ausgeführt, so daß nicht nur das Kontaktband 5, sondern auch das flächige Material 4 durchtrennt wird. Aus der zur Schnittlinie B-B gehörenden Schnittdarstellung des Verbindungsbereichs ergibt sich, daß die Kontaktzungen 6 um insgesamt etwa 180° umgebogen sind und daß das flächige Material 4 im Bereich der Kontaktzungen 6 auf etwa die halbe Dicke zusammengepreßt ist. Auch hier richtet sich das Zusammenpressen des flächigen Materials 4 nach der geforderten mechanischen Festigkeit.

In den Fig. 3 bis 6 sind einige mögliche Anordnungsformen der Kontaktzungen dargestellt. Zur Vereinfachung wurde auf die Darstellung des flächigen Materials verzichtet. Gezeigt werden die Umrissformen der Kontaktzungen 3, 6, die im ersten Verfahrensschritt entstehen, bei dem entweder nur das Kontaktband 2 gemäß Fig. 1 oder aber das Kontaktband 5 zusammen mit dem flächigen Material 4 gemäß Fig. 2 eingeschnitten wird. Mit 7 ist in allen Fällen die Biegekante bezeichnet. In den Fig. 3 bis 5 besitzen die Kontaktbänder 2, 5 je zwei Reihen 10, 11 von Kontaktzungen 3, 6, deren Fläche jeweils von der Biegelinie 7 und von den beiden Schnittkanten 8 und 9 begrenzt ist. In Fig. 3 verlaufen die Biegelinien 7 parallel zur Längsrichtung des Kontaktbandes 2, 5 und die Schnittlinien 8, 9 sind so geführt, daß alle Kontaktzungen 3, 6 gleichsinnig von oben nach unten umgebogen werden müssen. Von dieser Ausführungsform unterscheidet sich Fig. 4 dadurch, daß die obere Reihe 10 der Kontaktzungen 3, 6 von oben nach unten umgebogen werden muß, während die untere Reihe 11 der Kontaktzungen 3, 6 gegensinnig von unten nach oben umgebogen wird. In diesem Fall zeigen die Spitzen der umgebogenen Kontaktzungen 3, 6 alle zur Mittellinie des Kontaktbandes hin, während bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 und 2 die Spitzen der umgebogenen Kontaktzungen 3, 6 zum Rand des Kontaktbandes 2, 5 zeigen.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 sind in beiden Reihen 10, 11 wiederum Kontaktzungen 3, 6 in Form eines gleichzeitigen Dreiecks vorgesehen, wobei hier jedoch die Biegelinien 7 schräg zur Längsachse des Kontaktbandes 2, 5 angestellt sind.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 6 schließlich sind insgesamt fünf Reihen von Kontaktzungen 3, 6 vorgesehen, die gleichmäßig über die Breite des Kontaktbandes 2, 5 verteilt sind. Die Kontaktzungen 3, 6 haben die Form eines gleichseitigen Dreiecks mit quer zur Längsrichtung des Kontaktbandes 2, 5 verlaufenden Biegelinien 7. Der Erfindungsgedanke ist keineswegs auf die hier dargestellten Formen der Kontaktzungen beschränkt. Es können vielmehr auch halbkreisförmige, rechteckige oder anderweitig gestaltete Kontaktzungen benutzt werden. Wichtig ist in jedem Fall lediglich eine gerade Biegekante, weil anders das Umbiegen um letztlich jeweils etwa 180° nicht durchführbar ist.

Im Hinblick auf die in aller Regel quer zur Längsrichtung des Kontaktbandes 2, 5 erfolgende Stromabfuhr ist in allen Fällen vorgesehen, daß der Längsabstand 15 (vgl. Fig. 3 und Fig. 6) zwischen den Kontaktzungen 3, 6 einer Reihe 10 kleiner ist als die Längserstreckung 16 der Kontaktzungen 3, 6 der anderen Reihe(n) 11 bzw. 11 bis 14. Auf diese Weise wird eine Überlappung erreicht, so daß kein quer zur Längsrichtung des metallischen Kontaktbandes verlaufender Strang des flächigen Materials 1, 4 von der Kontaktierung und Stromübertragung ausgenommen bleibt.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform gemäß Fig. 2, bei der der Kontaktbereich mit einer Schutzschicht 17 abgedeckt ist. Eine derartige Schutzschicht kann ein- oder beidseitig aufgebracht werden, um den Kontaktbereich elektrisch gegen die Umgebung zu isolieren, um bei der Weiterverarbeitung eine Verletzungsgefahr durch die umgebogenen Spitzen der Kontaktzungen zu vermeiden und/oder um den durch die Einschnitte geschwächten Bereich mechanisch zu stabilisieren.

Liegt das flächige Material als langgestreckte Bahn vor, so kann das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhafterweise zur kontinuierlichen Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen dem flächigen Material 1, 4 und den Kontaktbändern 2, 5 benutzt werden, wie gemäß Fig. 8 durchgehend randseitig am flächigen Material 1, 4 angebracht werden. Das Verfahren ist selbstverständlich auch dann anwendbar, wenn ein zugeschnittenes Paßstück 19 gemäß Fig. 9 segmentweise mit Abschnitten 18 des metallischen Kontaktbandes versehen werden soll.

Claims (19)

1. Verfahren zur Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen einem flächigen Material (1), das ganz oder teilweise aus Kohlefasern besteht, und einem metallischen Kontaktband (2), dadurch gekennzeichnet, daß man

• - am Kontaktband (2) durch Einschneiden und Umbiegen eine Vielzahl kleiner, aus der Ebene des Kontaktbandes (2) etwa senkrecht vorstehender Kontaktzungen (3) ausbildet,
• - Kontaktband (2) und flächiges Material (1) derart zusammenbringt, daß die Kontaktzungen (3) das flächige Material (1) durchdringen, und
• - schließlich die aus dem flächigen Material (1) vorstehenden Kontaktzungen (3) umbiegt und auf der dem Kontaktband (2) abgewandten Seite an das flächige Material (1) andrückt.

2. Verfahren zur Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen einem flächigen Material (1), das ganz oder teilweise aus Kohlefasern besteht, und einem metallischen Kontaktband (2), dadurch gekennzeichnet, daß man

• - das Kontaktband (5) auf das flächige Material (4) auflegt,
• - durch im wesentlichen übereinstimmende Einschnitte im Kontaktband (5) und im flächigen Material (4) eine Vielzahl gleichförmiger Kontaktzungen (6) ausbildet und
• - schließlich die aus dem Kontaktband (5) und flächigem Material (4) bestehenden Kontaktzungen (6) um 180° umbiegt und auf der dem Kontaktband (5) abgewandten Seite an das flächige Material (4) andrückt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man

- auf beide Seiten des flächigen Materials (4) ein Kontaktband (5) auflegt,

• - durch im wesentlichen übereinstimmende Einschnitte in beiden Kontaktbändern (5) und im flächigen Material (4) eine Vielzahl gleichförmiger Kontaktzungen (6) ausbildet, und
• - schließlich die aus den beiden Kontaktbändern (5) und dem dazwischenliegenden flächigen Material (4) bestehenden Kontaktzungen (6) um 180° umbiegt und an eines der beiden außenliegenden Kontaktbänder (5) andrückt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, jedoch mit der Maßgabe, daß man die Kontaktzungen (6) alternierend nach vorn und hinten um 180° umbiegt und je zur Hälfte an eines der beiden außenliegenden Kontaktbänder (5) andrückt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktzungen (3, 6) von einer geraden Biegekante (7) und einer Schnittkante (8, 9) begrenzt sind und eine dreieckige, hauptkreisförmige oder rechteckige Form aufweisen.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Kontaktzungen (3, 6) mit der Form eines Dreiecks mit zwei gleichlangen Schnittkanten (8, 9) ausgebildet werden.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß man Kontaktzungen (3, 6) ausbildet, deren Biegekanten (7) parallel zur Längserstreckung des Kontaktbandes (2, 5) angeordnet sind.

8. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß man Kontaktzungen (3, 6) ausbildet, deren Biegekanten (7) quer zur Längserstreckung des Kontaktbandes (2, 5) angeordnet sind.

9. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß man Kontaktzungen (3, 6) ausbildet, deren Biegekanten (7) unter einem bestimmten Winkel schräg zur Längserstreckung des Kontaktbandes (2, 5) angeordnet sind.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß man alle Kontaktzungen (3, 6) gleichsinnig oder je zur Hälfte gleich- und gegensinnig umbiegt und andrückt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktband (2, 5) zwei oder mehr nebeneinanderliegende Reihen (10-14) von Kontaktzungen (3, 6) aufweist, die in Längsrichtung des Kontaktbandes (2, 5) gleichmäßig beabstandet und versetzt zu den Kontaktzungen (3, 6) der anderen Reihe(n) (10-14) angeordnet sind.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Längsabstand (15) zwischen den Kontaktzungen (3, 6) einer Reihe (10) kleiner ist als die Längserstreckung (16) der Kontaktzungen (3, 6) der anderen Reihe(n) (11-14) (Überlappung).

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kontaktband (2, 5) und dem flächigen Material (1, 4) ein elektrisch leitender Kleber angeordnet wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein- oder beidseitig eine zumindest den Bereich der Kontaktzungen (3, 6) abdeckende Schutzschicht (17) aufgebracht wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein- oder beidseitig eine über das Kontaktband (2, 5) vorstehende Schutzschicht (17) aus elektrisch isolierendem Material aufgeklebt wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß segmentweise Abschnitte (18) des Kontaktbandes (2, 5) auf zugeschnittene Paßstücke (19) des flächigen Materials (1, 4) aufgebracht werden.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktbänder (2, 5) längs der Ränder eines Bandes aus flächigem Material (1, 4) aufgebracht werden.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß ein Band aus flächigem Material (1, 4) kontinuierlich mit Kontaktbändern (2, 5) ausgestattet wird.