DE102017001097A1

DE102017001097A1 - Elektrisch leitfähige Folie

Info

Publication number: DE102017001097A1
Application number: DE102017001097.8A
Authority: DE
Inventors: Martin Schätzle
Original assignee: Gentherm GmbH
Current assignee: Gentherm GmbH
Priority date: 2017-02-07
Filing date: 2017-02-07
Publication date: 2018-08-09
Also published as: JP7041771B2; CN114069161B; US20220287173A1; US20210204400A1; JP2021132035A; US11388814B2; US20200053873A1; US12177967B2; CN110268800B; CN114069161A; KR102188975B1; US11751327B2; WO2018145682A1; JP2020508538A; KR20190097194A; CN110268800A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrisch leitfähige Folie (10), mit einer elektrisch nicht leitfähigen Trägerschicht (12), und einer elektrisch leitfähigen Metallschicht (14), welche eine durch Materialabtrag erzeugte Struktur aufweist und an einer ersten Seite zumindest abschnittsweise mit der Trägerschicht (12) verbunden ist, wobei die Struktur der Metallschicht (14) eine oder mehrere Leiterbahnen (20) aufweist, welche zumindest einen gebogenen Abschnitt (22) aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrisch leitfähige Folie mit einer elektrisch nicht leitfähigen Trägerschicht und einer elektrisch leitfähigen Metallschicht, welche eine durch Materialabtrag erzeugte Struktur aufweist und an einer ersten Seite zumindest abschnittsweise mit der Trägerschicht verbunden ist.
Ferner betrifft die Erfindung eine elektrische Heizeinrichtung mit einer oder mehreren elektrisch leitfähigen Folien, einen Zellspannungsabnehmer und eine Zellkontaktierungseinheit für eine Batterie, insbesondere für eine Fahrzeugbatterie, mit einer oder mehreren elektrisch leitfähigen Folien.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren für eine elektrisch leitfähige Folie, mit den Schritten: Bereitstellen einer Folie, welche zumindest eine elektrisch nicht leitfähige Trägerschicht und eine elektrisch leitfähige Metallschicht aufweist, und Erzeugen einer Struktur der Metallschicht mittels eines materialabtragenden, insbesondere spanenden Fertigungsverfahrens.
Die zunehmende Elektrifizierung moderner Fahrzeuge führt zu einem gesteigerten Bedarf an elektrisch leitfähigen Strukturen, welche platzsparend und/oder optisch unauffällig in unterschiedliche Fahrzeugkomponenten integriert werden können.
Beispielsweise besteht ein hoher Bedarf an flachen und elastischen Heizeinrichtungen, welche beispielsweise in einen Fahrzeugsitz, einem Lenkrad oder in andere Berührungsflächen innerhalb eines Fahrzeugs integriert werden können.
Neben solchen komfortorientierten Anwendungsbereichen werden flache und elektrische leitfähige Strukturen auch für den Antriebsstrang von Elektro- und Hybridfahrzeugen benötigt, beispielsweise um eine platzsparende Kontaktierung von Elementarzellen einer Fahrzeugbatterie umsetzen oder um deren individuelle Spannung messen zu können.
Elektrisch leitfähige Folien nehmen einerseits lediglich einen geringen Bauraum in Anspruch und verfügen andererseits über eine ausreichende Verformbarkeit, sodass deren Verwendung im Komfortbereich und im Bereich des elektrischen Antriebs von Fahrzeugen in Frage kommt.
Die bekannten elektrisch leitfähigen Folien und andere elektrisch leitfähige Objekte, wie beispielsweise Flachbandkabel, eigenen sich jedoch nicht in ausreichendem Maße für eine Vielzahl von Anwendungen. Insbesondere weisen die bekannten elektrisch leitfähigen Folien eine zu geringe mechanische Belastbarkeit und/oder Verformbarkeit auf. Flachbandkabeln mangelt es an einem elektrisch leitfähigen Strukturmuster, sodass diese in vielen Anwendungsbereichen nicht einsetzbar sind. Darüber hinaus ist die Herstellung oftmals aufwändig und kostspielig.
Außerdem werden im Stand der Technik regelmäßig Herstellungsverfahren eingesetzt, bei welchen gesundheitsschädliche oder sogar giftige Substanzen erzeugt werden. Insbesondere das Ätzen von elektrisch leitfähigen Strukturen bringt regelmäßig diese Nachteile mit sich.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht somit darin, eine elektrisch leitfähige Struktur bereitzustellen, welche universell einsetzbar ist und trotzdem die genannten Nachteile zumindest teilweise überwindet.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine elektrisch leitfähige Folie der eingangs genannten Art, wobei die Struktur der Metallschicht eine oder mehrere Leiterbahnen aufweist, welche zumindest einen gebogenen Abschnitt aufweisen.
Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunutze, dass eine mehrschichtige Folie durch Materialabtrag, beispielsweise durch ein spanabtragendes Fertigungsverfahren, beliebig strukturiert werden kann, sodass elektrisch leitfähige Folien für unterschiedliche Einsatzbereiche herstellbar sind. Dadurch, dass eine oder mehrere Leiterbahnen zumindest einen gebogenen Abschnitt aufweisen, können komplexe elektrisch leitfähige Strukturmuster erzeugt werden. Somit ist die elektrisch leitfähige Folie wesentlich universeller einsetzbar als beispielsweise Flachkabel. Im Sinne der Erfindung ist unter einem gebogenen Abschnitt einer Leiterbahn ein Leiterbahnabschnitt zu verstehen, welcher innerhalb der Metallschicht eine Richtungsänderung aufweist. Eine solche Richtungsänderung kann beispielsweise vorliegen, wenn die Leiterbahn einen Eckabschnitt umfasst, welcher zwei geradlinige Leiterbahnabschnitte miteinander verbindet. Insbesondere, wenn die elektrisch leitfähige Folie innerhalb einer Zellkontaktierungseinheit für eine Batterie eingesetzt wird, ist dies vorteilhaft. Dadurch, dass die Struktur der Metallschicht spanabtragend erzeugt worden ist, wird außerdem die Notwendigkeit überwunden, gesundheitsschädliche Substanzen zum Ätzen der Strukturierung einzusetzen.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrisch leitfähigen Folie weist eine elektrisch nicht leitfähige Deckschicht auf, welche eine durch Materialabtrag erzeugte Struktur aufweist, wobei die Metallschicht an einer zweiten Seite zumindest abschnittsweise mit der Deckschicht verbunden ist. Die Trägerschicht ist vorzugsweise elastisch verformbar ausgebildet und erlaubt somit die Realisierung einer verformbaren Folie, welche über eine komplexe elektrisch leitfähige Struktur verfügt. Die Deckschicht dient vorzugsweise als mechanischer Überlastschutz, welcher verhindert, dass die elektrisch leitfähige Struktur der Metallschicht aufgrund der elastischen Verformbarkeit beschädigt oder zerstört wird.
In einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrisch leitfähigen Folie weist die Trägerschicht eine Schichtstärke in einem Bereich von 0,024 Millimeter bis 0,2 Millimeter, die Metallschicht eine Schichtstärke in einem Bereich von 0,009 Millimeter bis 0,030 Millimeter und/oder die Deckschicht eine Schichtstärke in einem Bereich von 0,024 Millimeter bis 0,2 Millimeter auf.
Die erfindungsgemäße elektrisch leitfähige Folie wird ferner dadurch vorteilhaft weitergebildet, dass die durch Materialabtrag erzeugte Struktur der Deckschicht abschnittsweise oder vollständig mit der durch Materialabtrag erzeugten Struktur der Metallschicht übereinstimmt. In dem Bereich oder in den Bereichen, in welchen die Struktur der Deckschicht und die Struktur der Metallschicht übereinstimmen, weisen die Metallschicht und die Deckschicht die gleiche Kontur auf. Insbesondere, wenn die elektrisch leitfähige Folie für eine elektrische Heizeinrichtung eingesetzt wird, ist dies vorteilhaft. Ferner kann sich die durch Materialabtrag erzeugte Struktur der Deckschicht abschnittsweise oder vollständig von der durch Materialabtrag erzeugten Struktur der Metallschicht unterscheiden.
In einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrisch leitfähigen Folie weist das Material, aus welchem die Trägerschicht ausgebildet ist, einen geringeren Elastizitätsmodul auf, als das Material, aus welchem die Deckschicht ausgebildet ist. Dadurch, dass das Material, aus welchem die Trägerschicht ausgebildet ist, einen geringeren Elastizitätsmodul aufweist, als das Material, aus welchem die Deckschicht ausgebildet ist, wird bei einer Zugbeanspruchung der elektrisch leitfähigen Folie ein Großteil Kräfte von der Deckschicht aufgenommen und eine übermäßige Streckung beziehungsweise Längung der elektrisch leitfähigen Folie vermieden. Dadurch, dass eine übermäßige Streckung beziehungsweise Längung der elektrisch leitfähigen Folie verhindert wird, wird das Beschädigungs- und Ausfallrisiko der elektrisch leitfähigen Folie bei Zugbeanspruchung erheblich gesenkt.
Bevorzugt ist außerdem eine erfindungsgemäße elektrisch leitfähige Folie, bei welcher die Differenz zwischen dem Elastizitätsmodul des Materials, aus welchem die Trägerschicht ausgebildet ist, und dem Elastizitätsmodul des Materials, aus welchem die Deckschicht ausgebildet ist, zumindest 20 Megapascal beträgt. Eine Differenz von 20 Megapascal ist in einer Vielzahl von Anwendungsbereichen bereits ausreichend, um einerseits eine ausreichende elastische Verformbarkeit der elektrisch leitfähigen Folie gewährleisten zu können und andererseits einen geeigneten Schutz vor einer übermäßigen Zugbeanspruchung der elektrisch leitfähigen Folie zu realisieren.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrisch leitfähigen Folie ist die Trägerschicht aus einem thermoplastischen Elastomer, insbesondere einem thermoplastischen Polyurethan ausgebildet. Thermoplastische Elastomere können geschweißt werden und erlauben somit das Erzeugen einer widerstandsfähigen und, falls für den speziellen Einsatzzweck notwendig, wasserdichten Verbindung. Alternativ kann die Trägerschicht auch aus einem thermoplastischen Copolyamid, einem thermoplastischen Polyesterelastomer, einem thermoplastischen Copolyester, einem thermoplastischen Elastomer auf Olefinbasis, einem Styrol-Blockcopolymer, einem thermoplastischen Vulkanisat oder einem vernetzten thermoplastischen Elastomer auf Olefinbasis ausgebildet sein.
In einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen elektrisch leitfähigen Folie weist das Material, aus welchem die Trägerschicht ausgebildet ist, einen Elastizitätsmodul in dem Bereich von 10 bis 100 Megapascal auf. Ein Elastizitätsmodul in dem Bereich von 10 bis 100 Megapascal erlaubt eine ausreichende elastische Verformung, um die elektrisch leitfähige Folie beispielsweise als elektrische Heizeinrichtung für gebogene beziehungsweise gekrümmte Berührungsflächen im Fahrzeuginnenraum einzusetzen. Darüber hinaus kann die elektrisch leitfähige Folie jedoch auch als elektrische Heizeinrichtung für elektrische Komponenten des Antriebsstrangs mit einer gebogenen beziehungsweise gekrümmten Grundform eingesetzt werden.
Außerdem ist eine erfindungsgemäße elektrisch leitfähige Folie vorteilhaft, bei welcher die Trägerschicht und/oder die Deckschicht aus einem thermoplastischen Kunststoff, insbesondere aus Polyethylennaphthalat oder Polyethylenterephthalat ausgebildet ist. Polyethylennaphthalat weist eine hohe Wärmeformbeständigkeit auf, sodass die elektrisch leitfähige Folie auch bei hohen Temperaturen und/oder als Bestandteil einer elektrischen Heizeinrichtung eingesetzt werden kann. Polyethylenterephthalat weist eine hohe Bruchfestigkeit und ein gutes Verschleißverhalten auf. Somit wird beim Einsatz Polyethylenterephthalat das Beschädigungsrisiko verringert und eine elektrisch leitfähige Folie mit einer vergleichsweise langen Lebensdauer bereitgestellt.
Bevorzugt ist darüber hinaus eine erfindungsgemäße elektrisch leitfähige Folie, bei welcher das Material, aus welchem die Trägerschicht und/oder die Deckschicht ausgebildet ist, einen Elastizitätsmodul in dem Bereich von 120 bis 1200 Megapascal aufweist. Ein Elastizitätsmodul in dem Bereich von 120 bis 1200 Megapascal gewährleistet eine ausreichende Steifigkeit, um eine gegenüber mechanischer Zugbelastung widerstandfähige elektrisch leitfähige Folie bereitzustellen. Wenn das Material, aus welchem die Deckschicht ausgebildet ist, einen Elastizitätsmodul in dem Bereich von 120 bis 1200 Megapascal aufweist, kann außerdem ein äußerst präziser Materialabtrag von der Deckschicht während der Herstellung erfolgen, sodass komplexe Strukturmuster mit geringen Toleranzen in der Deckschicht herstellbar sind.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrisch leitfähigen Folie ist die elektrisch leitfähige Metallschicht aus Kupfer, einer Kupferlegierung, Aluminium, CCA (copper cladded aluminium) und/oder einer Aluminiumlegierung ausgebildet. Kupfer und Aluminium weisen eine hohe elektrische Leitfähigkeit auf und eigenen sich aus diesem Grund besonders für die Verwendung als Metallschicht der elektrisch leitfähigen Folie. Außerdem erlauben Kupfer und Aluminium eine präzise materialabtragende, insbesondere spanende, Bearbeitung, wodurch komplexe Strukturmuster und/oder feingliedrige Leiterbahnen mit geringen Toleranzen in der Metallschicht herstellbar sind. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die elektrisch leitfähige Metallschicht aus kupferkaschiertem Aluminium ausgebildet. Kupferkaschiertes Aluminium ist kostengünstiger als reines Kupfer, da Aluminium kostengünstiger als Kupfer ist. Leiter aus kupferkaschiertem Aluminium sind außerdem bei gleicher elektrischer Leitfähigkeit trotz der erforderlichen höheren Querschnittsfläche leichter als Vollkupferleiter.
Die erfindungsgemäße elektrisch leitfähige Folie weist in einer Ausführungsform eine elektrisch nicht leitfähige Stützschicht auf, welche mit der Metallschicht oder der, der Metallschicht gegenüberliegenden Seite der Trägerschicht verbunden ist. Wenn die elektrisch leitfähige Folie keine Deckschicht aufweist, kann die elektrisch leitfähige Folie somit dreilagig ausgebildet sein. Wenn die elektrisch leitfähige Folie eine Deckschicht aufweist, kann die elektrisch leitfähige Folie somit vierlagig ausgebildet sein. Die Stützschicht wird während des Herstellungsprozesses temporär mit der elektrisch leitfähigen Folie verbunden, um während des Materialabtrags, insbesondere während der spanabtragenden Bearbeitung, eines ausreichende Steifigkeit der elektrisch leitfähigen Folie zu gewährleisten. Die Verbindung zwischen der Trägerschicht oder der Metallschicht und der Stützschicht ist vorzugsweise mechanisch oder chemisch lösbar ausgebildet. Insbesondere ist die Haftwirkung zwischen der Trägerschicht oder der Metallschicht und der Stützschicht geringer als die Haftwirkung zwischen den übrigen Schichten der elektrisch leitfähigen Folie.
In einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrisch leitfähigen Folie weist die Stützschicht eine Schichtstärke in einem Bereich von 0,024 Millimeter bis 0,2 Millimeter auf.
Bevorzugt ist auch eine erfindungsgemäße elektrisch leitfähige Folie, bei welcher die Stützschicht aus einem thermoplastischen Elastomer, insbesondere einem thermoplastischen Polyurethan ausgebildet ist. Thermoplastische Elastomere können geschweißt werden und erlauben somit das Erzeugen einer widerstandsfähigen Verbindung. Alternativ kann die Stützschicht auch aus einem thermoplastischen Copolyamid, einem thermoplastischen Polyesterelastomer, einem thermoplastischen Copolyester, einem thermoplastischen Elastomer auf Olefinbasis, einem Styrol-Blockcopolymer, einem thermoplastischen Vulkanisat oder einem vernetzten thermoplastischen Elastomer auf Olefinbasis ausgebildet sein.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der elektrisch leitfähigen Folie erlaubt die Haftung der Stützschicht an der Trägerschicht oder der Metallschicht eine beschädigungsfreie Ablösung der Stützschicht von der Trägerschicht oder der Metallschicht. Die Haftwirkung zwischen der Stützschicht und der Trägerschicht oder der Metallschicht kann beispielsweise durch mechanisches Einwirken überwunden werden. Alternativ oder zusätzlich können chemische Prozesse die Ablösung der Stützschicht von der Trägerschicht oder der Metallschicht herbeiführen oder zumindest fördern.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ferner durch eine elektrische Heizeinrichtung der eingangs genannten Art gelöst, wobei die eine oder die mehreren elektrisch leitfähigen Folien nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet sind. Hinsichtlich der Vorteile und Modifikationen der erfindungsgemäßen elektrischen Heizeinrichtung wird auf die Vorteile und Modifikationen der erfindungsgemäßen elektrisch leitfähigen Folie verwiesen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der elektrischen Heizeinrichtung ist zumindest eine Leiterbahn der Metallschicht einer elektrisch leitfähigen Folie als Heizleiter ausgebildet und/oder verläuft abschnittsweise mäanderförmig. Durch die mäanderförmige Ausbildung eines Heizleiters kann eine hohe Heizwirkung erzielt werden. Dadurch, dass die Metallschicht eine komplexe Musterstruktur aufweisen kann, erlaubt die elektrisch leitfähige Folie die Umsetzung einer solchen Mäanderstruktur.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ferner durch eine Zellkontaktierungseinheit und einen Zellspannungsabnehmer der eingangs genannten Art gelöst, wobei die eine oder die mehreren elektrisch leitfähigen Folien nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet sind. Hinsichtlich der Vorteile und Modifikationen der erfindungsgemäßen Zellkontaktierungseinheit wird auf die Vorteile und Modifikationen der erfindungsgemäßen elektrisch leitfähigen Folie verwiesen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zellkontaktierungseinheit weist zumindest eine elektrisch leitfähige Folie Kontaktierungsabschnitte auf, welche dazu eingerichtet sind, mit Kontaktpolen von Elementarzellen elektrisch leitfähig verbunden zu werden. Die elektrisch leitfähige Folie ist somit vorzugsweise Bestandteil eines Zellspannungsabnehmersystems. Wenn eine elektrisch leitfähige Folie als Bestandteil eines Zellspannungsabnehmersystems oder einer Zellkontaktierungseinheit Verwendung findet, ist es besonders bevorzugt, dass die elektrisch leitfähige Folie an der den Elementarzellen zugewandten Seite eine Schutzfolie aufweist, wobei das Vorhandensein einer solchen Schutzfolie nicht zwingend notwendig ist.
Die elektrisch leitfähige Folie kann außerdem in Flachfolienantennen eingesetzt werden.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ferner durch ein Herstellungsverfahren der eingangs genannten Art gelöst, wobei beim Erzeugen der Struktur der Metallschicht eine oder mehrere Leiterbahnen erzeugt werden, welche zumindest einen gebogenen Abschnitt aufweisen. Hinsichtlich der Vorteile und Modifikationen des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens wird auf die Vorteile und Modifikationen der erfindungsgemäßen elektrisch leitfähigen Folie verwiesen. Vorzugsweise wird mittels des Herstellungsverfahrens eine elektrisch leitfähige Folie nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen hergestellt.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens weist die bereitgestellte Folie eine elektrisch nicht leitfähige Deckschicht auf und das Herstellungsverfahren umfasst das Erzeugen einer Struktur der Deckschicht mittels eines materialabtragenden, insbesondere spanenden Fertigungsverfahrens. Das Erzeugen der Struktur der Deckschicht mittels eines materialabtragenden, insbesondere spanenden Fertigungsverfahrens kann außerdem das Erzeugen von Materialerhöhungen in der Deckschicht mittels einer Prägewalze und/oder das Abtragen der Materialerhöhungen mittels eines Fräsrades umfassen.
Darüber hinaus ist ein erfindungsgemäßes Herstellungsverfahren bevorzugt, bei welchem das Erzeugen der Struktur der Metallschicht und das Erzeugen der Struktur der Deckschicht gleichzeitig erfolgt und/oder die erzeugte Struktur der Deckschicht abschnittsweise oder vollständig mit der erzeugten Struktur der Metallschicht übereinstimmt. Vorzugsweise erzeugt eine Prägewalze ausreichend hervorstehende Materialerhöhungen in der Metallschicht und der Deckschicht, dass die von der Prägewalze erzeugten Materialerhöhungen in der Metallschicht und der Deckschicht gleichzeitig von dem Fräsrad abgetragen werden. Durch das Einsetzen einer Prägewalze, deren Prägeabschnitte unterschiedliche Höhen aufweisen, können durch das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren auch elektrisch leitfähige Folien erzeugt werden, deren unterschiedliche Schichten voneinander abweichende Strukturmuster aufweisen.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert und beschrieben. Dabei zeigen:

1 die Herstellung einer erfindungsgemäßen elektrisch leitfähigen Folie in einer schematischen Darstellung;
2 die Herstellung einer erfindungsgemäßen elektrisch leitfähigen Folie in einer schematischen Darstellung;
3 die Herstellung einer erfindungsgemäßen elektrisch leitfähigen Folie in einer schematischen Darstellung;
4 die Herstellung einer erfindungsgemäßen elektrisch leitfähigen Folie in einer schematischen Darstellung;
5 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen elektrischen Heizeinrichtung in einer schematischen Darstellung;
6 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Zellkontaktierungseinheit in einer schematischen Darstellung; und
7 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens in einem Blockdiagramm.

1 zeigt auf der linken Seite eine elektrisch leitfähige Folie 10, welche eine elektrisch nicht leitfähige Trägerschicht 12 und eine elektrisch leitfähige Metallschicht 14 aufweist.
Die Trägerschicht 12 ist aus einem Material ausgebildet, welches einen Elastizitätsmodul in dem Bereich von 120 bis 1200 Megapascal aufweist. Beispielsweise kann die Trägerschicht 12 aus Polyethylennaphthalat oder Polyethylenterephthalat ausgebildet sein.
Die Metallschicht 14 ist aus Kupfer und Aluminium, beispielsweise aus kupferkaschiertem Aluminium, ausgebildet und an einer ersten Seite mit der Trägerschicht 12 verbunden.
Die rechte Seite der 1 zeigt die auf der linken Seite der 1 dargestellte Folie 10, nachdem ein Materialabtrag von der Metallschicht 14 stattgefunden hat. Die erzeugte Struktur der Metallschicht 14 weist eine Leiterbahn 20 auf, welche einen gebogenen Abschnitt (verdeckt) aufweist. 2 zeigt auf der linken Seite eine elektrisch leitfähige Folie 10, welche eine elektrisch nicht leitfähige Trägerschicht 12, eine elektrisch leitfähige Metallschicht 14 und eine elektrisch nicht leitfähige Deckschicht 16 aufweist.
Die Trägerschicht 12 ist aus einem Material ausgebildet, welches einen Elastizitätsmodul in dem Bereich von 120 bis 1200 Megapascal aufweist. Beispielsweise kann die Trägerschicht 12 aus Polyethylennaphthalat oder Polyethylenterephthalat ausgebildet sein.
Die Metallschicht 14 ist aus Kupfer und Aluminium, beispielsweise aus kupferkaschiertem Aluminium, ausgebildet und an einer ersten Seite mit der Trägerschicht 12 und an einer zweiten Seite mit der Deckschicht 16 verbunden.
Die Deckschicht 16 ist aus einem Material ausgebildet, welches einen Elastizitätsmodul in dem Bereich von 120 bis 1200 Megapascal aufweist. Beispielsweise kann die Deckschicht 16 aus Polyethylennaphthalat oder Polyethylenterephthalat ausgebildet sein.
Die rechte Seite der 2 zeigt die auf der linken Seite der 2 dargestellte Folie 10, nachdem ein Materialabtrag von der Metallschicht 14 und der Deckschicht 16 stattgefunden hat. Die erzeugte Struktur der Metallschicht 14 unterscheidet sich dabei von der erzeugten Struktur der Deckschicht 16.
3 zeigt auf der linken Seite eine elektrisch leitfähige Folie 10, welche eine elektrisch nicht leitfähige Trägerschicht 12, eine elektrisch leitfähige Metallschicht 14, eine elektrisch nicht leitfähige Deckschicht 16 und eine elektrisch nicht leitfähige Stützschicht 18 aufweist.
Die Trägerschicht 12 ist aus einem Material ausgebildet, welches einen Elastizitätsmodul in dem Bereich von 10 bis 100 Megapascal aufweist. Beispielsweise kann die Trägerschicht 12 aus einem thermoplastischen Elastomer, wie etwa einem thermoplastischen Polyurethan ausgebildet sein.
Die Metallschicht 14 ist aus Kupfer und Aluminium, beispielsweise aus kupferkaschiertem Aluminium, ausgebildet und an einer ersten Seite mit der Trägerschicht 12 und an einer zweiten Seite mit der Deckschicht 16 verbunden.
Die Deckschicht 16 ist aus einem Material ausgebildet, welches einen Elastizitätsmodul in dem Bereich von 120 bis 1200 Megapascal aufweist. Beispielsweise kann die Deckschicht 16 aus Polyethylennaphthalat oder Polyethylenterephthalat ausgebildet sein. Somit weist das das Material, aus welchem die Trägerschicht 12 ausgebildet ist, einen geringeren Elastizitätsmodul auf, als das Material, aus welchem die Deckschicht 16 ausgebildet ist. Außerdem beträgt die Differenz zwischen dem Elastizitätsmodul des Materials, aus welchem die Trägerschicht 12 ausgebildet ist, und dem Elastizitätsmodul des Materials, aus welchem die Deckschicht 16 ausgebildet ist, mehr als 20 Megapascal.
Die Stützschicht 18 ist aus einem Material ausgebildet, welches einen Elastizitätsmodul in dem Bereich von 120 bis 1200 Megapascal aufweist. Beispielsweise kann die Stützschicht 18 aus Polyethylennaphthalat oder Polyethylenterephthalat ausgebildet sein, wobei die Materialstärke der Stützschicht 18 höher ist, als die jeweilige Materialstärke der übrigen Schichten 12, 14, 16. Ferner ist die Stützschicht 18 mit der, der Metallschicht 14 gegenüberliegenden Seite der Trägerschicht 12 verbunden, wobei die Haftung der Stützschicht 18 an der Trägerschicht 12 eine beschädigungsfreie Ablösung der Stützschicht 18 von der Trägerschicht 12 erlaubt.
Die rechte Seite der 3 zeigt die auf der linken Seite der 3 dargestellte Folie 10, nachdem einerseits ein Materialabtrag von der Metallschicht 14 und der Deckschicht 16 und andererseits eine Ablösung der Stützschicht 18 von der Trägerschicht 12 stattgefunden hat. Die erzeugte Struktur der Metallschicht 14 unterscheidet sich dabei von der erzeugten Struktur der Deckschicht 16. Jedoch ist es auch vorstellbar, dass der Materialabtrag derart erfolgt, dass die erzeugte Struktur der Deckschicht 16 abschnittsweise oder vollständig mit der erzeugten Struktur der Metallschicht 14 übereinstimmt.
4 zeigt auf der linken Seite eine elektrisch leitfähige Folie 10, welche eine elektrisch nicht leitfähige Trägerschicht 12, eine elektrisch leitfähige Metallschicht 14 und eine elektrisch nicht leitfähige Stützschicht 18 aufweist.
Die Trägerschicht 12 ist aus einem Material ausgebildet, welches einen Elastizitätsmodul in dem Bereich von 120 bis 1200 Megapascal aufweist. Beispielsweise kann die Trägerschicht 12 aus Polyethylennaphthalat oder Polyethylenterephthalat ausgebildet sein.
Die Metallschicht 14 ist aus Kupfer und Aluminium, beispielsweise aus kupferkaschiertem Aluminium, ausgebildet und an einer ersten Seite mit der Trägerschicht 12 verbunden.
Die Stützschicht 18 ist aus einem Material ausgebildet, welches einen Elastizitätsmodul in dem Bereich von 120 bis 1200 Megapascal aufweist. Beispielsweise kann die Stützschicht 18 aus Polyethylennaphthalat oder Polyethylenterephthalat ausgebildet sein, wobei die Materialstärke der Stützschicht 18 höher ist, als die jeweilige Materialstärke der übrigen Schichten 12, 14. Ferner ist die Stützschicht 18 mit der Metallschicht 14 verbunden, wobei die Haftung der Stützschicht 18 an der Metallschicht 14 eine beschädigungsfreie Ablösung der Stützschicht 18 von der Metallschicht 14 erlaubt.
Die rechte Seite der 4 zeigt die auf der linken Seite der 4 dargestellte Folie 10, nachdem einerseits ein Materialabtrag von der Metallschicht 14 und der Trägerschicht 12 und andererseits eine Ablösung der Stützschicht 18 von der, der Metallschicht 14 stattgefunden hat. Die erzeugte Struktur der Metallschicht 14 und die erzeugte Struktur der Trägerschicht 12 stimmen miteinander überein.
5 zeigt eine elektrische Heizeinrichtung 100 mit einer elektrisch leitfähigen Folie 10. Die elektrisch leitfähige Folie 10 weist eine elektrisch nicht leitfähige Trägerschicht 12 und eine elektrisch leitfähige Metallschicht 14 auf.
Die Metallschicht 14 umfasst eine durch Materialabtrag erzeugte Struktur und ist an einer ersten Seite mit der Trägerschicht 12 verbunden. Die Struktur der Metallschicht 14 weist eine als Heizleiter ausgebildete Leiterbahn 20 auf, welche in den Abschnitten 24a-24e mäanderförmig verläuft und somit eine Vielzahl von gebogenen Abschnitten 22 umfasst. An den Enden des Heizleiters ist jeweils ein Kontaktabschnitt 26a, 26b angeordnet, wobei der Heizleiter der Heizeinrichtung 100 über die Kontaktierungsabschnitte 26a, 26b mit elektrischer Energie versorgbar ist.
6 zeigt eine Zellkontaktierungseinheit 200 für eine Batterie, nämlich für eine Fahrzeugbatterie. Die Zellkontaktierungseinheit 200 weist eine elektrisch leitfähige Folie 10 auf, welche eine elektrisch nicht leitfähige Trägerschicht 12 und eine elektrisch leitfähige Metallschicht 14 umfasst.
Die Metallschicht 14 weist eine durch Materialabtrag erzeugte Struktur auf, wobei die Struktur der Metallschicht 14 mehrere Leiterbahnen 20 umfasst, welche eine Vielzahl von gebogenen Abschnitten 22 aufweisen.
Die elektrisch leitfähige Folie 10 umfasst außerdem Kontaktierungsabschnitte 26a-26d, welche mit Kontaktpolen 204a-204d von Elementarzellen 202a-202d elektrisch leitfähig verbunden sind.
7 zeigt ein Herstellungsverfahren für eine elektrisch leitfähige Folie 10. Das Herstellungsverfahren wird eingeleitet durch den folgenden Schritt:

300) Bereitstellen einer Folie 10, welche eine elektrisch nicht leitfähige Trägerschicht 12, eine elektrisch leitfähige Metallschicht 14 und eine elektrisch nicht leitfähige Deckschicht 16 aufweist.

Nachdem die Folie 10 bereitgestellt wurde, können die folgenden Schritte ausgeführt werden:

302) Erzeugen einer Struktur der Metallschicht 14 mittels eines spanenden Fertigungsverfahrens; und
308) Erzeugen einer Struktur der Deckschicht 16 mittels eines spanenden Fertigu ngsverfahrens.

Beim Erzeugen der Struktur der Metallschicht 14 werden mehrere Leiterbahnen 20 erzeugt, wobei das Erzeugen der Struktur der Metallschicht 14 mittels eines spanenden Fertigungsverfahrens die folgenden zwei Schritte umfasst:

304) Erzeugen von Materialerhöhungen in der Metallschicht 14 mittels einer Prägewalze; und
306) Abtragen der Materialerhöhungen in der Metallschicht 14 mittels eines Fräsrades.

Das Erzeugen der Struktur der Deckschicht 16 mittels eines spanenden Fertigungsverfahrens umfasst analog die folgenden zwei Schritte:

310) Erzeugen von Materialerhöhungen in der Deckschicht 16 mittels der Prägewalze; und
312) Abtragen der Materialerhöhungen in der Deckschicht 16 mittels des Fräsrades.

Das Erzeugen der Struktur der Metallschicht 14 und das Erzeugen der Struktur der Deckschicht 16 erfolgt gleichzeitig, nämlich dadurch, dass die Prägewalze ausreichend hervorstehende Materialerhöhungen in der Metallschicht 14 und der Deckschicht 16 erzeugt, dass die von der Prägewalze erzeugten Materialerhöhungen in der Metallschicht 14 und der Deckschicht 16 gleichzeitig von dem Fräsrad abgetragen werden können. Hierdurch stimmt die erzeugte Struktur der Deckschicht 16 mit der erzeugten Struktur der Metallschicht 14 überein. Alternativ ist es jedoch durch das Einsetzen einer Prägewalze, deren Prägeabschnitte unterschiedliche Höhen aufweisen, auch möglich, elektrisch leitfähige Folien 10 zu erzeugen, deren unterschiedliche Schichten voneinander abweichende Strukturmuster aufweisen.Vorzugsweise betrifft die Erfindung ein Heizelement mit

- elastisch und / oder plastisch verformbarem Träger,
- einer auf dem Träger angeordneten Leiterbahn, und
- einer Deckschicht,
- ◯ deren Grundfläche mit der Grundfläche der Leiterbahn deckungsgleich ist, und
- ◯ deren Zugfestigkeit mindestens doppelt so hoch ist, wie die der Leiterbahn.

Vorzugsweise betrifft die Erfindung außerdem einen Verbindungsleiter mit

- mit mindestens einer spanend abgetragenen elektrisch nichtleitenden Nicht-Leiter-Zone und
- mindestens einer Leiterbahn, die innerhalb der Leiterebene einen zumindest abschnittsweise gebogenen Verlauf aufweist.

Bezugszeichenliste

10: elektrisch leitfähige Folie
12: Trägerschicht
14: Metallschicht
16: Deckschicht
18: Stützschicht
20: Leiterbahn
22: gebogene Abschnitte
24a-24e: mäanderförmige Abschnitte
26a-26d: Kontaktierungsabschnitte
100: elektrische Heizeinrichtung
200: Zellkontaktierungseinheit
202a-202d: Elementarzellen
204a-204d: Kontaktpole
300-312: Verfahrensschritte

Claims

Elektrisch leitfähige Folie (10), mit - einer elektrisch nicht leitfähigen Trägerschicht (12); und - einer elektrisch leitfähigen Metallschicht (14), welche eine durch Materialabtrag erzeugte Struktur aufweist und an einer ersten Seite zumindest abschnittsweise mit der Trägerschicht (12) verbunden ist.
Elektrisch leitfähige Folie (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur der Metallschicht (14) eine oder mehrere Leiterbahnen (20) aufweist, welche zumindest einen gebogenen Abschnitt (22) aufweisen.
Elektrisch leitfähige Folie (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine elektrisch nicht leitfähige Deckschicht (16), welche eine durch Materialabtrag erzeugte Struktur aufweist, wobei die Metallschicht (14) an einer zweiten Seite zumindest abschnittsweise mit der Deckschicht (16) verbunden ist.
Elektrisch leitfähige Folie (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die durch Materialabtrag erzeugte Struktur der Deckschicht (16) abschnittsweise oder vollständig mit der durch Materialabtrag erzeugten Struktur der Metallschicht (14) übereinstimmt.
Elektrisch leitfähige Folie (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material, aus welchem die Trägerschicht (12) ausgebildet ist, einen geringeren Elastizitätsmodul aufweist, als das Material, aus welchem die Deckschicht (16) ausgebildet ist.
Elektrisch leitfähige Folie (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz zwischen dem Elastizitätsmodul des Materials, aus welchem die Trägerschicht (12) ausgebildet ist, und dem Elastizitätsmodul des Materials, aus welchem die Deckschicht (16) ausgebildet ist, zumindest 20 Megapascal beträgt.
Elektrisch leitfähige Folie (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht (12) aus einem thermoplastischen Elastomer, insbesondere einem thermoplastischen Polyurethan ausgebildet ist.
Elektrisch leitfähige Folie (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material, aus welchem die Trägerschicht (12) ausgebildet ist, einen Elastizitätsmodul in dem Bereich von 10 bis 100 Megapascal aufweist.
Elektrisch leitfähige Folie (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht (12) und/oder die Deckschicht (16) aus einem thermoplastischen Kunststoff, insbesondere aus Polyethylennaphthalat oder Polyethylenterephthalat ausgebildet ist.
Elektrisch leitfähige Folie (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material, aus welchem die Trägerschicht (12) und/oder die Deckschicht (16) ausgebildet ist, einen Elastizitätsmodul in dem Bereich von 120 bis 1200 Megapascal aufweist.
Elektrisch leitfähige Folie (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähige Metallschicht (14) aus Kupfer, einer Kupferlegierung, Aluminium und/oder einer Aluminiumlegierung ausgebildet ist.
Elektrisch leitfähige Folie (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine elektrisch nicht leitfähige Stützschicht (18), welche mit der Metallschicht (14) oder der, der Metallschicht (14) gegenüberliegenden Seite der Trägerschicht (12) verbunden ist.
Elektrisch leitfähige Folie (10) einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützschicht (18) aus einem thermoplastischen Elastomer, insbesondere einem thermoplastischen Polyurethan ausgebildet ist.
Elektrisch leitfähige Folie (10) einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftung der Stützschicht (18) an der Trägerschicht (12) oder der Metallschicht (14) eine beschädigungsfreie Ablösung der Stützschicht (18) von der Trägerschicht (12) oder der Metallschicht (14) erlaubt.
Elektrische Heizeinrichtung (100), mit - einer oder mehreren elektrisch leitfähigen Folien (10); dadurch gekennzeichnet, dass die eine oder die mehreren elektrisch leitfähigen Folien (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche ausgebildet sind.
Elektrische Heizeinrichtung (100) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Leiterbahn (20) der Metallschicht (14) einer elektrisch leitfähigen Folie (10) als Heizleiter ausgebildet ist und/oder abschnittsweise mäanderförmig verläuft.
Zellkontaktierungseinheit (200) für eine Batterie, insbesondere für eine Fahrzeugbatterie, mit - einer oder mehreren elektrisch leitfähigen Folien (10); dadurch gekennzeichnet, dass die eine oder die mehreren elektrisch leitfähigen Folien (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 ausgebildet sind.
Zellkontaktierungseinheit (200) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine elektrisch leitfähige Folie (10) Kontaktierungsabschnitte (26a-26d) aufweist, welche dazu eingerichtet sind, mit Kontaktpolen (204a-204d) von Elementarzellen (202a-202d) elektrisch leitfähig verbunden zu werden.
Zellspannungsabnehmer für eine Batterie, insbesondere für eine Fahrzeugbatterie, mit - einer oder mehreren elektrisch leitfähigen Folien (10); dadurch gekennzeichnet, dass die eine oder die mehreren elektrisch leitfähigen Folien (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 ausgebildet sind.
Zellspannungsabnehmer nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine elektrisch leitfähige Folie (10) Kontaktierungsabschnitte (26a-26d) aufweist, welche dazu eingerichtet sind, mit Kontaktpolen (204a-204d) von Elementarzellen (202a-202d) elektrisch leitfähig verbunden zu werden.
Herstellungsverfahren für eine elektrisch leitfähige Folie (10), insbesondere eine elektrisch leitfähige Folie (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, mit den Schritten: - Bereitstellen einer Folie (10), welche zumindest eine elektrisch nicht leitfähige Trägerschicht (12) und eine elektrisch leitfähige Metallschicht (14) aufweist; und - Erzeugen einer Struktur der Metallschicht (14) mittels eines materialabtragenden, insbesondere spanenden Fertigungsverfahrens; dadurch gekennzeichnet, dass beim Erzeugen der Struktur der Metallschicht (14) eine oder mehrere Leiterbahnen (20) erzeugt werden, welche zumindest einen gebogenen Abschnitt (22) aufweisen.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 21, wobei die bereitgestellte Folie (10) eine elektrisch nicht leitfähige Deckschicht (16) aufweist, gekennzeichnet durch den Schritt: - Erzeugen einer Struktur der Deckschicht (16) mittels eines materialabtragenden, insbesondere spanenden Fertigungsverfahrens.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Erzeugen der Struktur der Metallschicht (14) und das Erzeugen der Struktur der Deckschicht (16) gleichzeitig erfolgt und/oder die erzeugte Struktur der Deckschicht (16) abschnittsweise oder vollständig mit der erzeugten Struktur der Metallschicht (14) übereinstimmt.