DE10207589A1

DE10207589A1 - Verfahren zum Erzeugen einer Leiterbahn auf einem Trägerbauteil sowie Trägerbauteil

Info

Publication number: DE10207589A1
Application number: DE2002107589
Authority: DE
Inventors: Knuth Goetz; Gerhard Reichinger; Franz Zahradnik
Original assignee: Leoni AG
Current assignee: Leoni AG
Priority date: 2002-02-22
Filing date: 2002-02-22
Publication date: 2003-10-16
Also published as: AU2003221487A1; DE10390587D2; EP1478551A1; WO2003070524A1

Abstract

Bei dem Verfahren zum Erzeugen einer Leiterbahn (10) wird diese auf einem Trägerbauteil (4) durch ein strahlgebundenes thermisch-kinetisches Auftragsverfahren direkt aufgetragen, ohne dass das Trägerbauteil (4) vorbehandelt werden muss. Dadurch ist ein sehr flexibles und kostengünstiges Herstellen eines Formbauteils (2A-2F) mit einem integriertem Leiterbahnmuster möglich. Insbesondere im Kraftfahrzeug-Bereich können spezielle Kundenwünsche zeitnah und problemlos durch ein geändertes Leiterbahnlayout verwirklicht werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen einer Leiterbahn auf einem Trägerbauteil, insbesondere auf einem Kraftfahrzeug-Trägerbauteil, sowie ein nach dem Verfahren hergestelltes Trägerbauteil.
Im Kraftfahrzeug-Bereich, insbesondere im Pkw-Bereich, wird eine möglichst kurze Wiederbeschaffungsdauer, also eine möglichst kurze Zeitspanne zwischen der Bestellung eines Endkunden und der Auslieferung eines Kraftfahrzeugs vom Produktionsort, angestrebt. Hierzu ist es notwendig, dass die zum Produktionsort zugelieferten Komponenten einen hohen Vorfertigungsgrad aufweisen. Auf Seiten der Zulieferer bedeutet dies, dass innerhalb kürzester Zeit unterschiedlich konfigurierte Bauteile mit einer hohen Integrationsdichte, also mit unterschiedlichen Funktionen, hergestellt werden müssen.
Im Bordnetz-Bereich für die Kraftfahrzeug-Elektrik werden heute üblicherweise mehrere elektrische Leiter zu einem vorgefertigten Kabelsatz zusammengefügt.
Aus der WO 99/61282 ist zu entnehmen, einen Kabelsatz unmittelbar in ein Türmodul zu integrieren, so dass die in der Tür angeordneten elektrischen Komponenten nur noch durch ein Anstecken mit dem restlichen Bordnetz verbunden werden müssen. Damit ist eine aufwändige Installation des Kabelsatzes im Türbereich beim Einbau der Tür an die Karosserie vermieden. Zur Verlegung des Kabelsatzes im Türmodul weist dieses eingearbeitete Nuten auf, in denen die einzelnen Leiter des Kabelsatzes verlegt werden. Dies hat den Nachteil, dass die Nuten vergleichsweise aufwendig in das Türmodul eingearbeitet werden müssen, und dass Änderungen am Verlauf des Kabelsatzes auch Änderungen an den Nuten erfordern. Wegen der großen Modellvielfalt im Kraftfahrzeug-Bereich im Hinblick auf die elektrischen Ausstattungsvarianten führt dies dazu, dass auf besondere Kundenwünsche nur wenig flexibel reagiert werden kann bzw. dass ein großer Aufwand zur Realisierung derartiger Kundenwünsche notwendig ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein flexibles und kostengünstiges Verfahren zur Erzeugung einer Leiterbahn auf einem Trägerbauteil zu ermöglichen.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Danach ist vorgesehen, auf ein Trägerbauteil eine Leiterbahn direkt durch ein strahlgebundenes thermisch-kinetisches Auftrags- oder Spritzverfahren aufzubringen.
Leiterbahn im vorliegenden Sinne ist dabei insbesondere eine Leiterbahn eines Kabelsatzes eines Bordnetzes im Kraftfahrzeug-Bereich. Das Trägerbauteil ist beispielsweise ein Formbauteil oder ein Teil eines Formbauteils, wobei das Formbauteil eine beliebige Kraftfahrzeug-Komponente sein kann, die zur Verlegung eines Kabelsatzes oder zur Anordnung von elektrischen Komponenten vorgesehen ist. Das Formbauteil ist beispielsweise eine Tür, ein Türmodul, ein Halbzeug (Blech) oder auch der Armaturenbereich. Das Trägerbauteil kann aus beliebigem Material, beispielsweise Metall oder Kunststoff sein.
Das Verfahren ist nicht auf den KfZ-Bereich beschränkt, sondern allgemein für das Erzeugen einer Leiterbahn auf Bauteilen aus den verschiedensten technischen Gebieten geeignet. Neben der Anwendung für ein Bordnetz bietet sich das Verfahren insbesondere auch zur Erzeugen einer Leiterbahn bei elektrischen Haushaltsgeräten und bei elektrischen Spielzeugen an.
Unter strahlgebundenen thermisch-kinetischen Auftragsverfahren werden allgemein derartige Auftragsverfahren verstanden, bei denen ein Teilchenstrom, nämlich das aufzubringende Material, insbesondere Kupferpartikel, mit kinetischer Energie und nach Wärmezufuhr auf das Trägerbauteil gerichtet wird. Ein derartiges Verfahren wird allgemein auch als thermisches Spritzen bezeichnet, wie es in der DIN 32530 aufgeführt ist. Für ein möglichst zielgerichtetes Aufbringen können Blenden, elektromagnetische Felder oder so genannte ummantelte Strömungen vorgesehen sein. Der Begriff thermisch ist dabei dahingehend zu verstehen, dass die Teilchen des Teilchenstroms insbesondere erweichen, anschmelzen oder schmelzen, oder dass sie zumindest so weit erwärmt werden, dass sie eine thermische Veränderung der Oberfläche des Trägerbauteils hervorrufen. Die thermische Veränderung kann in einer Reduzierung der Oberflächenhärte, einem Erweichen oder einem Anschmelzen der Oberfläche bestehen. Der Begriff kinetisch ist dahingehend zu verstehen, dass der Impuls der Teilchen ausreichend hoch ist, so dass sie beim Auftreffen auf die Oberfläche in diese - gegebenfalls zuvor erweichte Oberfläche - zumindest teilweise eingepresst werden.
Dieses Verfahren ermöglicht in vorteilhafter Weise, die Leiterbahn direkt, also unmittelbar durch das Aufspritzen von leitfähigem Material zu erzeugen, ohne dass eine Vorbehandlung oder der Einsatz von chemischen Mitteln notwendig ist.
Durch dieses neuartige Verfahren lässt sich auf beliebig ausgebildeten und beliebig geformten Trägerbauteilen flexibel je nach der gewünschten Anforderung das gewünschte Leiterbahnmuster unmittelbar auf dem Trägerbauteil erzeugen. Ein manuelles Verlegen von einzelnen Kabeln oder Kabelsträngen ist nicht erforderlich. Vielmehr kann ein hoher Automatisierungsgrad erreicht werden. Durch das Verfahren kann prinzipiell das gesamte Bordnetz eines Kraftfahrzeugs schnell, flexibel und kostengünstig ausgebildet werden, so dass ein kabelfreies Bordnetz erhalten werden kann. Durch die unmittelbare Integration auf dem Trägerbauteil ohne abstehende Teile ist die aufgebrachte Leiterbahn zudem gut vor mechanischen Beschädigungen, beispielsweise durch Marderbiss, geschützt.
Ein wesentlicher Vorteil in der Ausbildung der Leiterbahnstruktur mit Hilfe des thermisch-kinetischen Auftragsverfahrens, insbesondere des besteht in der hohen Flexibilität, da mit dem Spritzprozess beliebige Leiterbahnstrukturen auch auf komplexen Formbauteilen erzeugt werden können. Zudem kann die Leiterbahnstruktur zügig erzeugt werden. Weiterhin hat der Spritzprozess den Vorteil, dass eine selektive und insbesondere chemiefreie Behandlung des Trägerbauteils möglich ist. Für die selektive Behandlung wird der Strahl vorzugsweise durch Blenden, elektromagnetische Strahlen oder durch ummantelte Strömungen zielgerichtet geführt. Für ein möglichst schnelles Erzeugen einer komplexen Leiterbahnstruktur werden vorzugsweise mehrere Werkzeug- oder Spritzköpfe gleichzeitig nebeneinander in einer Rasteranordnung betrieben.
Als Auftragsverfahren eignet sich insbesondere das so genannte Flammspritzen. Bei diesem Spritzverfahren wird das aufzubringende Leiterbahnmaterial, insbesondere Kupfer, während des Spritzprozesses zumindest teilweise aufgeschmolzen. Aufgrund des Wärmeeintrags schmilzt die Oberfläche des Trägerbauteils vorzugsweise zumindest teilweise an, so dass sich die Keimschicht und das Leiterbahnmaterial innig und vorzugsweise stoffschlüssig verbinden. Die Schichtdicke der Leiterbahn kann durch geeignete Wahl der Spritzparameter oder auch durch mehrmaliges Überstreichen im Hinblick auf eine ausreichend hohe elektrische Leitfähigkeit entsprechend dick eingestellt werden. Mit dem Flammspritzen ist ein sehr schnelles und wirtschaftliches Auftragen der Leiterbahn mit vergleichsweise geringem technischen Aufwand möglich.
Neben dem Flammspritzen eignet sich auch das so genannte Kaltgasspritzen. Dieses Verfahren ist auch unter dem Begriff Strahlplattieren bekannt. Bei dem Verfahren prallen Teilchen mit sehr hoher kinetischer Energie auf das Trägerbauteil auf. Die Teilchen werden dabei teilweise bis auf Schallgeschwindigkeit oder darüber beschleunigt. Der Durchmesser der Teilchen, beispielsweise Kupferpartikel, liegt beispielsweise im Bereich zwischen 10 und 100 µm. Mit dem Kaltgasspritzen ist ein Masseauftrag mit einer hohen Rate möglich. Aufgrund der hohen kinetischen Energie sind vergleichsweise niedrige Temperaturen ausreichend, so dass die Temperaturbelastung des Trägerbauteils sowie des Spritzwerkstoffs, also der Teilchen, gering ist. Insgesamt ist eine hohe Spritzrate und ein hoher Auftragungswirkungsgrad möglich und dicke Schichten aufbringbar.
Bei dem Auftragsverfahren werden die Teilchen üblicherweise von einem Trägergas mitgetragen, welches bevorzugt ein Inertgas wie Stickstoff ist. Hierdurch ist die Gefahr einer unerwünschten Oxidation der Teilchen gering gehalten, so dass die erzeugte Leiterbahn eine gute Leitfähigkeit aufweist.
Zweckdienlicherweise werden dem Teilchenstrahl neben leitfähigen Teilchen zusätzlich nicht leitfähige Verunreinigungen, insbesondere Silizium, beigemischt. Durch diese Verunreinigungen, die bevorzugt im Bereich 0,01-1,6 Gew.-% liegen, wird ohne Veränderung der mechanischen Eigenschaften die Leitfähigkeit der erzeugten Leiterbahnen günstig beeinflusst.
Bevorzugt ist die Leiterbahn in einem Teilabschnitt mit dem Trägerbauteil nicht haftend verbunden. Dabei sind insbesondere eine Vielzahl derartiger Teilabschnitte vorgesehen, wobei die Leiterbahn die einzelnen Teilabschnitte überbrückt. Die Anordnung von Teilabschnitten ohne oder mit nur sehr geringer Haftung dient zum Toleranzausgleich. Dadurch können beispielsweise durch Temperatur bedingte unterschiedliche Ausdehnungen zwischen dem Trägerbauteil und der Leiterbahn kompensiert werden, ohne dass die Leiterbahn zu starken mechanischen Spannungen ausgesezt ist. Für die Erzeugung dieser Teilbereiche wird beispielsweise die Oberfläche des Trägerbauteils derart vorbehandelt, dass nur in gewünschten Abschnitten die Leiterbahn haften bleibt. Das Muster der Haftbereiche kann dabei periodisch sein und beispielsweise Schraffurcharakter haben.
Vorzugsweise wird die Leiterbahn zumindest teilweise auf einer Ausgleichsschicht aufgebracht, die mit dem Trägerbauteil schwimmend - also nur lose verbunden ist. Die schwimmende Lagerung der Ausgleichsschicht mit der darauf angebrachten Leiterbahn dient zum Toleranzausgleich bei Auftreten von Schub- oder Scherspannungen im Trägerbauteil oder auch in einem Übergangsbereich zwischen zwei Trägerbauteilen. Durch die schwimmende Lagerung der Ausgleichsschicht auf dem Trägerbauteil werden eventuell auftretende Spannungen nicht oder in einem nur geringen Maße auf die Leiterbahn übertragen, so dass diese nur gering belastet ist und unbeschädigt bleibt. Die Ausgleichsschicht ist beispielsweise gebildet durch einen geeigneten Kautschuklack, der sich nach dem Vernetzen vom Trägerbauteil ablöst. Angrenzend an die Ausgleichsschicht ist die Leiterbahn auf eine fest mit dem Trägerbauteil verbunden Schicht, beispielsweise eine Epoxidharzschicht, oder auch unmittelbar auf dem Trägerbauteil angebracht.
Zur Verbesserung der Leitfähigkeit ist gemäß einer vorteilhaften Variante vorgesehen, die Materialstruktur der bereits aufgebrachten Leiterbahn zu verändern. Hierzu wird die Leiterbahn beispielsweise thermisch, insbesondere mit dem Laser, oder auch druckbehandelt.
Zweckdienlicherweise wird auf die aufgebrachte Leiterbahn eine weitere Beschichtung aufgetragen. Diese dient wahlweise oder in Kombination zur Erhöhung der Leitfähigkeit oder als Schutzschicht gegen Korrosion und/oder als Isolationsschutzschicht. Als Korrosionsschutzschicht wird beispielsweise ein PU-Material oder auch Kautschuk auf die Leiterbahn aufgebracht. Die Leiterbahn selbst kann aber bereits auch selber aus einem korrosionsbeständigen Material, beispielsweise einer Zinn-Bronze-Legierung bestehen. Dies hat dann den Vorteil, dass die Leiterbahn unmittelbar an beliebigen Positionen kontaktierbar ist.
Zweckdienlicherweise wird insbesondere nach dem Aufbringen des leitfähigen Materials überschüssig aufgebrachtes Material und/oder Verunreinigungen durch einen Reinigungsprozess entfernt. Hierzu wird das Trägerbauteil beispielsweise mit einer Flüssigkeit oder auch mit Druckluft in einem Spülprozess behandelt. Alternativ hierzu bieten sich mechanische Reinigungsverfahren wie Bürsten oder auch eine Laserbehandlung an.
Um eine sichere und dauerhafte Verbindung der Leiterbahn mit dem Trägerbauteil zu erreichen, wird die Haftung der Leiterbahn durch einen geeigneten Fixierprozess erhöht.
Um eine möglichst hohe Funktionsdichte zu erzielen, wird die Leiterbahn oder werden mehrere Leiterbahnen derart aufgebracht, dass ein elektrisches Funktionsbauteil erzeugt wird. Dies ist beispielsweise ein Kondensator, eine Spule oder auch ein Widerstand. Hierzu werden die Leiterbahnen geeignet geometrisch ausgebildet. Beispielsweise wird zur Einstellung eines bestimmten Widerstands der Leiterbahnquerschnitt variiert. Zur Ausbildung eines Kondensators mit einer geeigneten Kapazität wird eine entsprechende Kondensatorfläche durch die Leiterbahn oder durch einen bestimmten Teilbereich der Leiterbahn vorgegeben, und zur Erzeugung einer Spule wird die Leiterbahn geeignet geführt. Die Leiterbahnen können alternativ auch als Abschirmung ausgebildet sein. Das Funktionsbauteil ist bevorzugt weiterhin als ein sicherheitsrelevanter Sensor ausgebildet. Beispielsweise werden Kapazitätsänderungen eines durch die Leiterbahnen gebildeten Kondensators im Bereich eines Karosserie-Außenblechs als Indiz für eine Verformung herangezogen und es wird die Auslösung eines Airbags initiiert.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung werden mehrere Leiterbahnen in Schichten übereinander angeordnet. Hierdurch wird einerseits der Platzbedarf in der Fläche gering gehalten und gleichzeitig lassen sich elektrische Funktionsbauteile, wie beispielsweise Kondensatoren verwirklichen.
Bei komplexen Leiterbahnmustern ist dabei darauf zu achten, dass insbesondere durch eine geeignete Führung der Leiterbahnen, also durch geometrische Maßnahmen, die Gefahr von Lichtbögen vermieden wird. Die Gefahr des Auftretens von Lichtbögen ist insbesondere bei so genannten 42 V-Bordnetzen im Kraftfahrzeugbereich gegeben. Hierbei sind bevorzugt insbesondere folgende Maßnahmen vorgesehen:

- Die Leiterbahnen weisen speziell in kritischen Bereichen einen genügenden Abstand zueinander auf. Sie werden also insbesondere in Bereichen mit hoher Lichtbogenneigung, beispielsweise in Kontaktbereichen, mit einem weiten Rastermaß und in ungefährdeten Bereichen mit einem engen Rastermaß erzeugt.
- Zwischen Leiterbahnen mit Potentialunterschieden wird zumindest eine zusätzliche Leiterbahn angeordnet, die als Sensor beispielsweise für das Auftreten einer erhöhten Temperatur und damit eines Lichtbogens dient.
- Die zwischen Leiterbahnen mit Potentialunterschieden angeordnete Leiterbahn ist Teil eines Abschaltkreises, so dass bei Auftreten eines Lichtbogens die betroffenen Leiterbahnen von der Spannungsversorgung getrennt werden können.
- Bei einem dreidimensionalen Multilayeraufbau, bei dem mehrere Leiterbahnen übereinander angeordnet werden, wird nicht nur flächig sondern auch räumlich ein geeignetes Rastermaß für die Leiterbahnen vorgesehen. Dies geschieht insbesondere durch eine gegeneinander versetzte Anordnung der Leiterbahnen, so dass die Leiterbahn der oberen Ebene über einem Isolationsstreifen zwischen zwei Leiterbahnen der darunter liegenden Ebene angeordnet ist.
- Kontaktstellen werden vorzugsweise in Zickzack- oder Sägezahnanordnung vorgesehen, so dass die Kriechstrecke zwischen den Kontaktstellen möglichst groß und gleichzeitig das Raster der Kontaktstellen (Anschlussraster) möglichst klein gehalten wird.

Um eine einfache Verbindung der Leiterbahn des Formbauteils mit dem übrigen Bordnetz, beispielsweise über eine Steckverbindung zu ermöglichen, ist gemäß einer bevorzugten Weiterbildung vorgesehen, dass die Leiterbahn nicht vollständig mit dem Trägerbauteil verbunden ist, sondern in einem Terennbereich von diesem abtrennbar oder abhebbar ist. Dies wird vorzugsweise dadurch erreicht, dass unter der Leiterbahn ein Trennelement oder eine Trennschicht aufgebracht ist. Um die teilweise Abtrennbarkeit zu ermöglichen ist weiterhin bevorzugt vorgesehen, unterschiedliche Oberflächenmaterialien nebeneinander im Leiterbahnbereich anzuordnen, wobei eines der Oberflächenmaterialien sich - beispielsweise nach geeigneter Behandlung - vom Trägerbauteil abnehmen lässt. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung wird vor dem Aufbringen der Leiterbahn an das Trägerbauteil eine Verlängerung angelegt, auf die sich die Leiterbahn erstreckt, so dass eine Art Kabelschwanz ausgebildet wird. Dieser Kabelschwanz dient beispielsweise zur Durchführung des Kabelsatzes aus dem Türbereich zur übrigen Karosserie des Kraftfahrzeugs.
Für eine einfache elektrische Kontaktierung eines Anschlussleiters wird vorzugsweise dieser mit einem Leiterende auf den Bereich der Leiterbahnstruktur gelegt und durch das anschließende Aufbringen der Leiterbahn mit dieser elektrisch leitend verbunden. Dabei wird zwischen dem Anschlussleiter und der Leiterbahn eine unmittelbare stoffliche Verbindung geschaffen, da der Anschlussleiter mit der Leiterbahn "beschichtet" wird. Ein nachfolgender Lötvorgang ist nicht notwendig. Bei einem ausreichenden Wärmeeintrag durch den Teilchenstrahl braucht das Ende des Anschlussleiters nicht abisoliert zu sein. Die Isolation wird vielmehr beim Aufbringen der Leiterbahn zerstört.
Für eine sichere Kontaktierung werden dabei die Leiterenden der Anschlussleiter für möglichst große Verbindungs- und Kontaktflächen geeignet geformt. Dies erfolgt beispielsweise durch Abschrägen, durch Ausbilden einer Schalbenschwanz- einer Dreiecks- oder einer Zickzackform. Die Leiterenden sind dabei zweckdienlicherweise angefasst oder geschäftet. Alternativ oder zusätzlich werden die Leiterenden bevorzugt mit Ausnehmungen oder Löchern, z. B. durch Ausstanzen, versehen. Generell besteht die Möglichkeit, mit dem Auftragsverfahren für die Leiterbahnen zwei herkömmliche Leiter miteinander zu kontaktieren, deren Leiterenden hierzu vorzugsweise geeignet geformt sind.
Zur Erzeugung eines Kontaktsteckers ist vorzugsweise vorgesehen, dass auf das Trägerbauteil ein Steckerformteil aufgebracht wird, das anschließend zumindest teilweise mit einem Teilstück der Leiterbahn überzogen oder beschichtet wird. Das Steckerformteil ist als ein Einlegeteil aus Metall oder Kunststoff ausgestaltet, welches beispielsweise die Kontur eines Steckerstifts oder einer Steckerbuchse aufweist. Diese Kontur ist mit der Leiterbahn überzogen. Zur Kontaktierung der Leiterbahn braucht dann nur noch ein entsprechend ausgestalteter Gegenstecker auf diesen Kontaktstecker aufgebracht werden.
Allgemein lassen sich auf diese Weise Stecksysteme verwirklichen, bei denen die Form, Orientierung und das Rastermaß der einzelnen Kontaktstecker durch entsprechende Gestaltung des Steckerformteils nahezu beliebig gewählt werden können. Dadurch lassen sich insbesondere auch verwechslungssichere und/oder selbstverriegelnde Anschlüsse sowie Kodierungen verwirklichen.
Die unmittelbare Kontaktierung der Leiterbahn bei ihrem Auftragen bietet sich auch bei der Kontaktierung von Bauelement- oder Schaltungsträgern untereinander oder zur Kontaktierung von Anschlüssen zu elektrischen Geräten, wie beispielsweise Motoren, Lautsprecher und dergleichen an. Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass die Leiterbahn mit dem Schaltungsträger, beispielsweise eine Leiterplatte, oder einem Schaltungsträgerverbund kontaktiert wird. Hierzu wird in den Schaltungsträger bzw. in den Schaltungsträgerverbund ein Kontaktelement, beispielsweise ein Kontaktstift eingebracht und die Leiterbahn wird mit diesem Kontaktstift kontaktiert. Beim Schaltungsträgerverbund werden die einzelnen Schaltungsträger über den Kontaktstift miteinander kontaktiert. Der Kontaktstift ist dabei entweder durchgehend leitfähig ausgebildet oder weist isolierte Bereiche auf und kann auch nach Art einer Buchse ausgebildet sein. Anstelle des Konaktstifts kann auch eine Kontaktbuchse oder es können Kontaktplatten verwendet werden, die gegeneinander gepresst werden.
Alternativ zur Kontaktierung beim Auftragen der Leiterbahn kann die Kontaktierung mit dem Kontaktstift auch durch ein Anpressen gegen die erzeugte Leiterbahn oder durch Ausbildung eines Schneidklemmkontakts oder sonstiger Kontakte erreicht werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung wird ein elektrisches Bauelement durch die mit dem strahlgebundenen Auftragsverfahren erzeugte Leiterbahn kontaktiert. Das Bauelement ist dabei beispielsweise auf einer Leiterplatte angeordnet. Durch diese Maßnahme können die heute üblicherweise eingesetzten Löt- oder Leitklebeprozesse zur Kontaktierung von Bauelementen ersetzt werden.
Vorzugsweise wird mit dem strahlgebundenen Auftragsverfahren die Leiterbahnstruktur eines Schaltungsträgers zumindest teilweise erzeugt. Hierdurch ist eine zur herkömmlichen Leiterplattenfertigung alternative Möglichkeit zur Konfektionierung von Leiterplatten gegeben. Mit dem Auftragsverfahren kann beispielsweise in einfacher Weise eine bereits bestehende Leiterplatte modifiziert werden. Diese Modifikation kann in einer Ergänzung mit weiteren Leiterbahnen oder in einer Abscheidung von leitfähigem Material auf einer bereits bestehenden Leiterbahn zur Erhöhung ihrer Leitfähigkeit liegen.
Im Kraftfahrzeugbereich besteht oftmals die Notwendigkeit, eine elektrische Leitung durch ein Bauteil, beispielsweise ein Türblech, hindurchzuführen, um die Leitung von der Tür in den Fahrgastinnenraum oder in den Motorraum zu einer Steuereinheit zu führen. Für eine einfache Durchführung der Leiterbahnen ist zweckdienlicherweise vorgesehen, dass durch das Bauteil ein Kontaktelement geführt ist und dass die Leiterbahn beidseitig mit dem Kontaktelement kontaktiert wird. Die Leiterbahn wird dabei zweckdienlicherweise wiederum unmittelbar beim Auftragen stoffschlüssig mit dem Kontaktelement kontaktiert.
Da das Bauteil oftmals einen Nass- von einem Trockenbereich trennt, wird das Kontaktelement in zweckdienlicher Weise dichtend durch das Bauteil geführt. Das Kontaktelement wird hierzu beispielsweise als Metallniet ausgeführt und in ein nicht leitendes Bauteil dichtend eingepresst. Durch diese Maßnahme entfällt die Notwendigkeit der Anordnung einer Tülle, wie sie herkömmlich bei Leitungsdurchführungen durch derartige Bauteile vorgesehen sind. Ist das Bauteil leitfähig und insbesondere metallisch, so ist das Kontaktelement vorzugsweise mit einer Isolationsschicht oder beispielsweise einer Gummitülle umgeben.
Um auch bei Formteilen mit komplexer Geometrie ein einfaches Aufbringen der Leiterbahn zu ermöglichen, ist in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung vorgesehen, zunächst die Leiterbahn auf das Trägerbauteil aufzubringen und dieses anschließend durch einen Umformprozess, beispielsweise durch Tiefziehen, in die gewünschte Endform des Formbauteils überzuführen. Das Trägerbauteil ist also vorzugsweise als ein Halbzeug ausgebildet, welches entweder vollständig planar oder bereits vorkonturiert ausgebildet ist. Durch das Aufbringen der Leiterbahn vor einem Umformprozess kann das beschriebene Verfahren in einfacher Weise beispielsweise auch im Kotflügelbereich oder in anderen Bereichen mit engen Radien angewandt werden.
Zweckdienlicherweise wird dabei die Leiterbahn im Umformbereich des Trägerbauteils derart dimensioniert, dass die Leiterbahn nach dem Umformen die gewünschten elektrischen Eigenschaften aufweist. Beispielsweise wird die Leiterbahn im Umformbereich mit einer größeren Dicke als im restlichen Bereich aufgebracht. Damit wird beim Umformen, beispielsweise beim Tiefziehen, ein Reißen der Leiterbahn verhindert und eine ausreichende Leiterbahnstärke bei der Endform gewährleistet. Je nach Anwendungsfall wird die Schichtdicke zweckdienlich ausgelegt. Im Kraftfahrzeug-Bereich werden Schichtdicken typischerweise zwischen 20 µm und 1 mm aufgetragen.
In einer zweckdienlichen Ausgestaltung wird die Leiterbahn auf der Oberfläche eines strangartigen Formbauteils, wie beispielsweise ein elektrisches Kabel, ein Schlauch oder ein Rohr aufgebracht. Dadurch bieten sich viele Gestaltungsmöglichkeiten für üblich strangartige Formbauteile an, und diese Formbauteile können mit einer zusätzlichen Funktion versehen werden. Beispielsweise wird die Außenoberfläche eines elektrischen Kabels, insbesondere ein umschäumtes Kabel vollständig mit der Leiterbahn beschichtet, so dass durch die Leiterbahn eine Abschirmung gegeben ist. Hierbei wird die Beschichtung vorzugsweise durch mehrere nebeneinander angeordnete Spritzdüsen aufgetragen.
Alternativ hierzu ist vorzugsweise die Ausbildung von mehreren parallel nebeneinander geführten diskreten Leiterbahnen vorgesehen. Diese können auch an der Innenoberfläche eines Schlauchs oder eines Rohres angeordnet werden. Hierzu wird beispielsweise beim Extrusionsvorgang eines Kunststoffschlauches mit einer geeigneten Spritzdüse die Leiterbahn auf der Innenoberfläche aufgetragen. Die Anordnung von Leiterbahnen auf der Innenoberfläche eines Rohres bietet sich beispielsweise bei Leerrohren für die Hausinstallationstechnik an, so dass über die Leiterbahn des Leerrohrs zugleich auch eine elektrische Verbindung geschaffen ist.
Für ein wirtschaftliches und kostengünstiges Herstellen des Formbauteils mit der integrierten Leiterbahn ist es allgemein von Vorteil, den Materialbedarf möglichst gering zu halten. Dies wird insbesondere durch folgende Maßnahmen erreicht:

- Das Rastermaß der Keimschichten für mehrere Leiterbahnen wird eng gewählt, um das Verhältnis der Fläche der Leiterbahnen zu der beim Spritzvorgang überstrichenen Fläche groß zu wählen.
- Die Leiterbahnen werden breit und niedrig ausgestaltet.
- Die Leiterbahnen werden vorzugsweise in Korridoren zusammengefasst, deren Breite im Wesentlichen der Breite des Strahls beim Spritzprozess entspricht, bzw. die Breite des Strahls wird an die Breite des Korridors angepasst. Hierzu wird beispielsweise zum Zweck der Fokussierung der Teilchenstrahl durch einen Umhüllungsstrahl gebündelt. Diese Maßnahme dient zugleich zur Schalldämmung
- Sofern für den Spritzvorgang mehrere Düsen oder Spritzköpfe eingesetzt werden, sind diese in geeigneter Weise angeordnet und insbesondere einzeln zu- und abschaltbar.
- Überschüssig aufgebrachtes Material, insbesondere Kupferpulver, wird durch einen Reinigungsprozess entfernt und zur Wiederverwertung einer Aufbereitung zugeführt.
- Um den unerwünschten Oxidanteil im Kupfer gering zu halten, wird die Umgebung beim Spritzprozess, beispielsweise ein Umhüllungsstrahl oder ein Transportstrahl, durch ein inertes Gas wie Stickstoff gebildet.

Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Trägerbauteil, auf das eine Leiterbahn, mit dem beschriebenen Verfahren aufgebracht und mit dem Trägerbauteil integral verbunden ist. Die im Hinblick auf das Verfahren aufgeführten Vorteile und bevorzugten Ausgestaltungen sind sinngemäß auch auf das Trägerbauteil zu übertragen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen jeweils in schematischen Darstellungen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung des Auftragsverfahrens zum Aufbringen einer Leiterbahn auf ein Trägerbauteil,
Fig. 2 eine stark vereinfachte Darstellung eines Mehrschichtaufbaus eines Formbauteils nach Art einer Explosionsdarstellung,
Fig. 3 ein Formbauteil mit integrierten Leiterbahnen in einem Mehrschichtaufbau,
Fig. 4A eine Aufsicht auf ein Formbauteil mit einer Anzahl von integrierten Leiterbahnen und mit zwei integrierten Kontaktsteckern,
Fig. 4B eine Schnittansicht durch das Formbauteil nach Fig. 4A gemäß der Schnittlinie 4B-4B,
Fig. 5 eine vergrößerte Darstellung eines Kontaktbereichs eines Anschlussleiters
Fig. 6A eine ausschnittsweise Schnittdarstellung durch ein Formbauteil mit integrierter Leiterbahn vor einem Umformprozess,
Fig. 6B das Formbauteil nach Fig. 9A nach einem Umformprozess,
Fig. 7 eine stark vereinfachte Darstellung einer Kraftfahrzeug-Tür als Formbauteil
Fig. 8 eine schematische Darstellung mehrerer parallel betriebener Werkzeugköpfe eines Spritzverfahrens,
Fig. 9 einen aus zwei Schaltungsträgern bestehender Schaltungsträgerverbund, die über Kontaktstifte miteinander kontaktiert sind,
Fig. 10 ein Bauteil mit durchgeführten Kontaktelementen, die beidseitig von Leiterbahnen kontaktiert sind,
Fig. 11 zwei aneinander angrenzende Formbauteile mit einer Ausgleichsschicht, die den Stoßbereich der beiden Formbauteile überdeckt, und
Fig. 12 eine Prinzipdarstellung zur Aufbringung von diskreten Leiterbahnen auf den Außenmantel eines als Schlauch ausgebildeten Formbauteils.
In den Figuren sind gleich wirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Anhand der Fig. 1 wird das Prinzip der unmittelbaren Erzeugung einer Leiterbahn 10 auf einem Trägerbauteil 4 durch das Flammspritzen erläutert. Das Trägerbauteil 4 weist eine Oberflächenschicht 5 auf, die je nach dem Material des Trägerbauteils 4 entweder unmittelbar die Oberfläche des Trägerbauteils 4 ist oder in einem extra Verfahrensschritt als eigenständige Oberflächenschicht aufgebracht wurde. Beispielsweise ist die Oberflächenschicht 5 eine isolierende Lackschicht.
Auf die Oberfläche des Trägerbauteils 4 wird die Leiterbahn 10 unmittelbar aufgetragen. Unmittelbar bedeutet hierbei, dass keine vorbereiteneden Maßnahmen erforderlich sind, und dass mit dem Flammspritzen direkt die Leiterbahn 10 erzeugt wird. Dabei wird in einer Düse 98 eines Spritzkopfes das aufzutragende Material, insbesondere Kupfer, erhitzt und zumindest teilweise an- oder aufgeschmolzen. Das Kupfer wird dem Spritzkopf dabei insbesondere als Pulver zugeführt, dessen Korngröße einen weiten Bereich von etwa 5 µm bis in den mm- Bereich überstreichen kann. Die Geschwindigkeit der Teilchen liegt im Bereich von m/s und kann - insbesondere beim Kaltgasspritzen - Schallgeschwindigkeit erreichen. Die Teilchen werden dabei als ein von einem inerten Trägergas getragener Teilchenstrahl 82 auf das Trägerbauteil 4 aufgespritzt. Zur Fokussierung des Teilchenstrahls 82 ist eine Blende 98A vorgesehen. Zur Erzeugung der Leiterbahn 10 wird der Spritzkopf relativ zum Trägerbauteil 4 verschoben, wobei hohe Verfahrgeschwindigkeiten im Bereich von einigen m/s (z. B. etwa 2-10 m/s) und darüber erreichbar sind. Sowohl durch die Kinetik als auch durch die Wärme der Teilchen erfolgt eine Wechselwirkung der aufgespritzen Teilchen mit der Oberflächenschicht 5 dahingehend, dass die Teilchen sicher haftend auf der Oberfläche verbleiben.
Das Flammspritzen hat den wesentlichen Vorteil, dass mit ihm ein sehr schnelles und insbesondere automatisierbares Auftragen einer komplexen Leiterbahnstruktur auf dem Trägerbauteil 4 ermöglicht ist. Überraschenderweise sind für eine sichere und dauerhafte Haftung der Leiterbahn 10 auf dem Trägerbauteil 4 keine vorbereitende Maßnahmen erforderlich. Bei Bedarf kann jedoch die Oberfläche beispielsweise durch Wärmeeintrag vorbehandelt werden, so dass die Oberflächenschicht 5 etwas erweicht wird und die über das Flammspritzen aufgebrachten Teilchen besser haften bleiben. Insgesamt kann durch dieses Verfahren ein aufwändiges manuelles Verlegen von einzelnen Kabeln bei einem Kraftfahrzeug-Bordnetz ersetzt werden. Zudem kann das Trägerbauteil 4 nahezu beliebige Ausgestaltungen aufweisen.
In Fig. 2 ist ein lediglich quadratischer Ausschnitt aus einem Formbauteil 2A mit einem Mehrschichtaufbau dargestellt. Bei diesem Formbauteil 2A ist vorgesehen, dass auf das Trägerbauteil 4 in alternierender Reihenfolge Isolationsschichten 6 und leitfähige Ebenen 8 aufeinanderfolgen, wobei zwei Isolationsschichten 6A, 6B mit einem diskreten Leiterbahnmuster mit Leiterbahnen 10 vorgesehen sind, die Leiterbahnen (10) sind mit dem Flammspritzen aufgebracht. Prinzipiell können mit dem Flammspritzen auch die leitfähigen Ebenen 8 ausgebildet werden. Der Mehrschichtaufbau wird oben durch eine Schutzschicht 12 abgeschlossen.
Die leitfähigen Ebenen 8 sind großflächig und ohne Vorzugsrichtung ausgebildet. Die leitfähigen Ebenen 8 stellen beispielsweise flächendeckend eine Energieversorgung bereit, indem sie auf unterschiedlichen Potentialen liegen, wobei die Potentiale an beliebigen Positionen der Ebenen abgegriffen werden können.
Nach Fig. 2 weist das Trägerbauteil 4 einen Trennbereich 14 auf, in dem die darüberliegende Ebene nicht haftet. In diesem Trennbereich 14 ist ein teilweises Abheben des auf das Trägerbauteil 4 aufgebrachten mehrschichtigen Aufbaus möglich. Ein Teilbereich 16 des mehrschichtigen Aufbaus ist also lose und nicht fest mit dem Trägerbauteil 4 verbunden. Dieser lose Teilbereich 16 ist durch eine nach oben abgebogene Ecke der einzelnen auf das Trägerbauteil 4 aufgebrachten Schichten dargestellt. Der lose Teilbereich 16 eignet sich in besonderer Weise beispielsweise zur Kontaktierung mit einem Stecker, da sich der Teilbereich 16 einfach in den Stecker einführen lässt. Zur Erzeugung des losen Teilbereichs 16 ist auf dem Trennbereich 14 beispielsweise eine Trennschicht aufgebracht. Deren Eigenschaften sind so gewählt, dass die darüberliegende Ebene 6 nicht haften kann. Alternativ zur Trennschicht wird auf den Trennbereich ein Trennteil lose aufgelegt, wobei die nachfolgende Schicht auf dem Trennteil haftet. In gleicher Weise können auch beim Erzeugen der Leiterbahn 10 Bereiche vorgesehen sein, in denen die Leiterbahn 10 nicht mit dem Trägerbauteil 4 haftend verbunden ist. Diese nichthaftenden Teilabschnitte werden in diesem Fall von der Leiterbahn 10 überbrückt und dienen zum Toleranzausgleich bei mechanischen Spannungen beispielsweise aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen Leiterbahn 10 und Trägerbauteil 4.
Das Formbauteil 2B gemäß Fig. 3 weist einen Mehrschichtaufbau auf, bei dem diskrete Leiterbahnen 10 mehrschichtig übereinander angeordnet sind. Durch den Mehrschichtaufbau wird ein dreidimensionales Leiterbahnmuster erzeugt. Dabei können verschiedene der einzelnen Leiterbahnen 10 durch Querverbindungen 30 miteinander verbunden werden, um auch komplexe Verdrahtungsmuster zu realisieren. Dieser mehrschichtige Aufbau ist insgesamt umgeben von einer Schutzschicht 12. Diese dient vorzugsweise sowohl zu Isolations- als auch zu Korrosionsschutzzwecken. Vorzugsweise ist dies eine Schicht aus PU-Material.
Anhand der Fig. 4A und 4B ist die Ausbildung eines Kontaktsteckers 56 dargestellt, mit dem sich die am Formbauteil 2 integrierten Leiterbahnen 10 über eine Steckverbindung beispielsweise mit einem herkömmlichen Kabel kontaktieren lassen. Wie insbesondere der Fig. 4B zu entnehmen ist, wird zunächst auf dem Trägerbauteil 4 beispielsweise mittels einer Klebschicht 50 ein Steckerformteil 52 aufgebracht. Anschließend werden die Leiterbahnen 10 erzeugt, die über das Trägerbauteil 4 sowie über das Steckerformteil 52 gezogen werden. Dabei kann ein Mehrschichtaufbau vorgesehen sein. Das Steckerformteil 52 ist im Ausführungsbeispiel im Querschnitt gesehen U-förmig ausgebildet und weist zwei langgestreckte Stege 54 auf, deren Länge sich über mehrere der Leiterbahnen 10 erstreckt, wie aus Fig. 4A zu entnehmen ist. Durch das Überziehen des Steckerformteils 52 mit den Leiterbahnen 10 wird am Ort dieses Steckerformteils 52 der Kontaktstecker 56 ausgebildet. An den erhabenen Positionen dieses Kontaktsteckers 56 lassen sich in einfacher Weise mit Hilfe eines komplementär zum Kontaktstecker 56 ausgebildeten Anschlusssteckers Anschlussleitungen an die einzelnen Leiterbahnen 10 anschließen. Zugleich besteht die Möglichkeit, einen derartigen Anschlussstecker als einen Funktionsstecker auszuführen, welcher über die reine Kontaktierungsfunktion weitere Funktionen übernimmt. So kann ein derartiger Funktionsstecker beispielsweise bestimmte Leiterbahnen 10 des Leiterbahnmusters miteinander verknüpfen, um im Kraftfahrzeug bestimmte elektrische Funktionen freizuschalten oder zu blockieren.
Eine besonders einfache Kontaktierungsmöglichkeit für einen Anschlussleiter 58 ist in Fig. 5 dargestellt. Zur Kontaktierung des Anschlussleiters 58 wird dieser einfach auf das Trägerbauteil 4 aufgelegt und anschließend wird er von der Leiterbahn 10 überzogen. Dadurch erfolgt eine unmittelbare stoffliche Verbindung der Leiterbahn 10 mit Leiterenden 62 des Anschlussleiters. Um eine sichere Kontaktierung zu gewährleisten werden die Leiterenden 62 bevorzugt geeignet geformt, um eine möglichst große Kontaktfläche bereitzustellen. Hierzu sind die Leiterenden 62 beispielsweise mit Ausnehmungen, Fenstern versehen oder sind angefast oder weisen ein besonderes Profil, wie beispielsweise ein Schwalbenschwanzprofil auf.
Im Kraftfahrzeug-Bereich weisen die Formbauteile 2 oftmals eine komplexe Geometrie mit einer für einen Beschichtungsprozess nur schwer zugänglichen Oberfläche auf. Gemäß einer anhand der Fig. 6A und 6B erläuterten Ausgestaltung wird daher auf ein vorzugsweise ebenes, planes Trägerbauteil 4 die Leiterbahn 10, ein gesamtes Leiterbahnmuster oder auch ein kompletter Schichtaufbau aufgebracht. Das Trägerbauteil 4 kann alternativ hierzu auch bereits vorgeformt sein. Das Formbauteil 2C wird anschließend durch einen Umformvorgang in die gewünschte Endform überführt, wie dies in Fig. 6B schematisch illustriert ist. Beim Aufbringen der Leiterbahn 10 auf das zunächst plane Trägerbauteil 4 wird die Leiterbahn 10 in einem Umformbereich 64 derart dimensioniert, dass sie nach dem Umformen die gewünschten elektrischen Eigenschaften aufweist. Nach dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 6A und 6B wird dies dadurch erreicht, dass die Leiterbahn 10 vor dem Umformen im Umformbereich 64 dicker ausgeführt ist als in den benachbarten Bereichen. Die Dicke im Umformbereich 64 ist dabei derart bemessen, dass eine homogene und gleichbleibende Dicke der Leiterbahn 10 nach dem Umformen erreicht ist, wie dies in Fig. 6B veranschaulicht ist.
In Fig. 7 ist der Anwendungsfall einer Kraftfahrzeug-Tür 66 als Formbauteil 2D dargestellt. Mit dieser Tür 66 ist ein Kabelsatz 68 integral verbunden. Der Kabelsatz 68 umfasst eine Anzahl von einzelnen Leiterbahnen 10, über die einzelne elektrische Komponenten 70 angeschlossen sind. Diese elektrischen Komponenten sind beispielsweise ein Motor für einen elektrischen Fensterheber, ein Lautsprecher oder eine Vorrichtung für eine Zentralverriegelung. Weiterhin ist ein Steuergerät 72 angeordnet. Vom Steuergerät 72 werden die einzelnen Komponenten 70 angesteuert. Die einzelnen Leiterbahnen 10 des Kabelsatzes 68 sind beispielsweise unmittelbar mit einem mit einer Isolationsschicht versehenen Karosserieblech der Türe 66 verbunden. Alternativ hierzu kann der Kabelsatz 68 auch in einem sogenannten Türmodul 74 integriert sein, welches als solches mit der Tür 66 verbunden ist. Ein derartiges Türmodul 74 stellt ein Formbauteil dar und ist in Fig. 10 gestrichelt dargestellt.
Eine der dargestellten Leiterbahnen 10 weist einen verjüngten Zwischenabschnitt 76 auf, in dem die Querschnittsfläche der Leiterbahn 10 verringert ist. Dieser Zwischenabschnitt 76 bildet dadurch ein elektrisches Funktionsbauteil im Sinne eines Widerstands. Derartige Funktionsbauteile lassen sich aufgrund des Herstellungsverfahrens in einfacher Weise verwirklichen. Wie gezeigt kann beispielsweise durch Variation der Leiterbahnbreite der gewünschte Widerstand genau eingestellt werden. Daneben können die Leiterbahnen 10 auch als Antennen, Kondensatoren, oder Spulen ausgebildet sein.
Für einen einfachen Anschluss des Kabelsatzes 68 an das übrige Bordnetz im Kraftfahrzeug ist ein Kabelschwanz 78 vorgesehen, der über das Formbauteil 2D übersteht. Beim Herstellen dieses Kabelschwanzes 78 wird an das Formbauteil 2D eine punktiert dargestellte Verlängerung 80 angelegt und auf diese anschließend die Leiterbahnen 10 aufgebracht, so dass die Leiterbahnen 10 sich vom Formteil 2D auf die Verlängerung 80 erstrecken. Der Kabelschwanz 78 stellt neben der Variante mit dem Trennbereich 14 (Fig. 2) eine weitere Alternative zur Ausbildung eines losen Teilbereichs 16 dar.
Durch die unmittelbare Integration der Leiterbahn 10 auf der Oberfläche des Trägerbauteils 4 ist die Leiterbahn 10 mechanisch fest und mit einer sehr geringen Aufbauhöhe mit dem Trägerbauteil 4 verbunden. Durch die geringe Aufbauhöhe ist es möglich, die Leiterbahn 10 auch um Kanten eines Blechs unterhalb einer Dichtung hindurchzuführen. Dies ist beispielsweise bei einem so genannten Türmodulträger von Interesse, auf dem mehrere elektrische Komponenten wie Fensterheber, Lautsprecher usw. integriert sind. Die Leiterbahn 10 kann hierbei nämlich um eine Kante unter einer Dichtung, die einen äußeren Nassbereich von einem inneren Trockenbereich abdichtet, geführt werden. Damit entfällt die Notwendigkeit, aufwändig abzudichtende Kabeldurchführungen vom Nass- in den Trockenbereich vorzusehen.
Durch die mechanisch feste Verbindung mit dem Trägerbauteil 4 ist weiterhin auch eine gewisse Diebstahlsicherung gewährleistet, da beispielsweise das Kurzschließen zweiter loser Leiter nicht möglich ist. Zur zusätzlichen Absicherung kann die Leiterbahn 10 unter Zwischenschaltung einer Isolationsschicht zusätzlich durch eine insbesondere leitfähige und geerdete Sperrschicht überzogen sein.
Nach Fig. 8 sind für das Erzeugen der Leiterbahnen 10 mehrere Werkzeugköpfe 97 in einem Raster nebeneinander angeordnet, die in Vorschubrichtung 100verschoben werden. Jedem der Werkzeugköpfe ist eine Blende 98A zugeordnet. Die Werkzeugköpfe 97 werden gleichzeitig betrieben, wobei jeder einzeln zu- oder abschaltbar ist. Durch die Anordnung in einem Raster lassen sich sehr schnell mehrere Leiterbahnen 10 und komplexe Leiterbahnstrukturen erzeugen.
Gemäß Fig. 9 sind zwei einen Schaltungsträgerverbund bildende Schaltungsträger 102 in einer Explosionsdarstellung dargestellt, auf denen über eine Leiterbahnstruktur 103 verbundene Bauelemente 99 angeordnet sind. Die beiden Schaltungsträger 102 sind über Kontaktstifte 104 durchkontaktiert, also miteinander elektrisch verbunden. Die Schaltungsträger 102 sind beispielsweise als Leiterplatten oder allgemein als gedruckte Leiterbahnmuster ausgebildet. Zur Kontaktierung der Schaltungsträger 102 mit einer Leiterbahn 10 (in Fig. 13 nicht dargestellt) werden die Kontaktstifte 104 herangezogen, d. h. die Leiterbahn 10 wird an die Kontaktstifte 104 geführt. Insbesondere wird hierbei der Kontakt unmittelbar beim Erzeugen der Leiterbahn ausgebildet. Hierbei erfolgt eine unmittelbare stoffliche Verbindung zwischen der Leiterbahn 10 und den Kontaktstiften 104. In gleicher Art und Weise können auch Kontakte zu elektrischen Bauteilen, wie beispielsweise Motoren oder Lautsprechern, hergestellt werden.
Alternativ zu der herkömmlichen Kontaktierung der Bauelemente 99 auf dem Schaltungsträger 102 (Leiterplatte), beispielsweise durch Löten, lassen sich die Bauelemente 99 in vorteilhafterweise auch mit dem Flammspritzen schnell und einfach kontaktieren. Hierzu wird die durch das Flammspritzen erzeugte Leiterbahn 10 über entsprechende Kontaktfüße der Bauelemente gezogen. Neben der Kontaktierung der Bauelemente 99 kann zudem auch die komplette Leiterbahnstruktur 103 mit dem Flammspritzen auf dem Schaltungsträger 102 erzeugt werden.
Im Kraftfahrzeugbereich ist oftmals die Durchführung einer elektrischen Leitung von einem Nassbereich 106 zu einem Trockenbereich 108 durch ein Bauteil 110 erforderlich (Fig. 10). Das Bauteil 110 ist beispielsweise ein Türblech oder eine Türinnenverkleidung. Die Durchführung der Leitung durch das Bauteil 110 muss gegenüber Feuchtigkeit dicht sein. Herkömmlich werden hierzu Gummitüllen vorgesehen, durch deren Hohlraum einzelne Drahtleitungen geführt sind. Gemäß Fig. 10 ist vorgesehen, dass durch das Bauteil 110 ein Kontaktelement 112A, B dichtend hindurchgeführt ist. In Fig. 10 sind dabei zwei alternative Ausgestaltungen eines Kontaktelements 112A, B dargestellt. Das in der unteren Bildhälfte dargestellte Kontaktelement 112A ist als ein Vollniet ausgebildet, der unmittelbar durch das Bauteil 110 hindurchgeführt ist. Demgegenüber ist das Kontaktelement 112B zum Bauteil 110 noch einmal speziell beispielsweise mit einer Isolier- oder Gummihülse 114 abgedichtet. Das Kontaktelement 112B ist dabei durch die Gummihülse 114 hindurchgeführt. Die Gummihülse 114 ist insbesondere dann erforderlich, wenn das Bauteil 110 selbst leitfähig ist, so dass das Kontaktelement 1128 zum Bauteil 110 hin isoliert sein muss. Beidseitig an den Kontaktelementen 112A, B sind jeweils Leiterbahnen 10 unmittelbar kontaktiert, so dass eine elektrische Verbindung vom Nassbereich 106 in den Trockenbereich 108 gegeben ist.
Nach Fig. 11 ist eine Leiterbahn 10 über den Stoßbereich zweier aneinander angrenzender Formbauteile 2F geführt. Im Stoßbereich der beiden Formbauteile 2E ist die Leiterbahn 10 auf einer Ausgleichsschicht 116 aufgebracht, die auf den beiden Formbauteilen 2E jeweils nur schwimmend gelagert ist, also auf diesen nur lose aufliegt. Im Anschluss an die Ausgleichsschicht 116 ist die Leiterbahn 10 fest mit den jeweiligen Formbauteilen 2E verbunden. Tritt zwischen den 3 beiden Formbauteilen 2E eine Schubspannung in Querrichtung 118 beispielsweise aufgrund von mechanischen oder thermischen Beanspruchungen auf, so wird diese Schubspannung von der insbesondere flexibel ausgebildeten Ausgleichsschicht 116 aufgenommen und nicht auf die Leiterbahn 10 übertragen. Die Ausgleichsschicht 116 ist insbesondere ein Kautschuklack, der durch entsprechende anschließende Behandlung, insbesondere Vernetzung, von den Trägerbauteilen 4 der jeweiligen Formbauteile 2E abgelöst ist.
Die Leiterbahn 10 kann auch auf strangförmigen nicht-flächigen Formbauteilen 2F aufgetragen sein. Nach Fig. 16 ist als Trägerbauteil für das Aufbringen der Leiterbahn 10 ein Schlauch 120 vorgesehen. Auf der Außenseite des Schlauchs 120 werden insgesamt drei Leiterbahnen 10 durch ein Spritzverfahren aufgetragen. Hierzu sind um den Schlauch 120 herum in 120°-Abständen Düsen 98 angeordnet, aus denen der Teilchenstrahl 82 austritt. Der Schlauch ist beispielsweise der Außenmantel eines herkömmlichen Kabels, insbesondere eines umschäumten Kabels.
Anstelle der diskreten Ausbildung der Leiterbahnen 10 besteht auch die Möglichkeit, mit dem Spritzverfahren einen kontinuierlichen leitfähigen Überzug über den Schlauch 120 auszubilden. Auch besteht die Möglichkeit, eine derartige Leiterbahn 10 an der Innenoberfläche des Schlauchs 120 anzubringen. In diesem Fall wird unmittelbar beim Extrusionsprozess des insbesondere aus Kunststoff ausgebildeten Schlauches 120 die Leiterbahn 10 aufgetragen. Dabei ist das Mundstück des Extrusionswerkzeugs entsprechend ausgebildet und weist insbesondere eine zentral angeordnete Düse auf, die in das Innere des Schlauches hineinreicht. Bezugszeichenliste 2A-2F Formbauteil
4 Trägerbauteil
5 Oberflächenschicht
5A Haftbereich
6, 6A, 6B Isolationsschicht
8 leitfähige Ebene
10 Leiterbahn
12 Schutzschicht
14 Trennbereich
16 Teilbereich
30 Querverbindung
50 Klebschicht
52 Steckerformteil
54 Stege
56 Kontaktstecker
58 Anschlussleiter
60 Kontaktfläche
62 Leiterende
64 Umformbereich
66 Tür
68 Kabelsatz
70 elektrische Komponente
72 Steuergerät
74 Türmodul
76 Zwischenabschnitt
78 Kabelschwanz
80 Verlängerung
82 Teilchenstrahl
97 Werkzeugkopf
98 Düse
98A Blende
99 Bauelement
100 Vorschubrichtung
103 Leiterbahnstruktur
102 Schaltungsträger
104 Kontaktstift
106 Nassbereich
108 Trockenbereich
110 Bauteil
112A, B Kontaktelement
114 Gummihülse
116 Ausgleichsschicht
118 Querrichtung
120 Schlauch

Claims

1. Verfahren zum Erzeugen einer Leiterbahn (10) auf einem Trägerbauteil (4), wobei die Leiterbahn (10) auf dem Trägerbauteil (4) mit einem strahlgebundenen thermisch-kinetischen Auftragsverfahren direkt erzeugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Leiterbahn (10) mit dem Flammspritzen erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem als ein Trägergas für einen Teilchenstrahl (82) bei dem Auftragsverfahren ein Inertgas verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem dem Teilchenstrahl (82)neben leitfähigen Teilchen zusätzlich nicht leitfähige Verunreinigungen, insbesondere Silizium, beigemischt werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Leiterbahn (10) in einem Teilabschnitt mit dem Trägerbauteil (4) nicht haftend verbunden ist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Leiterbahn (10) teilweise auf einer Ausgleichsschicht (116) aufgebracht wird, die mit dem Trägerbauteil (4) schwimmend verbunden ist.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Materialstruktur der aufgebrachten Leiterbahn (10) verändert wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die aufgebrachte Leiterbahn (10) mit einer Beschichtung zur Erhöhung der Leitfähigkeit und/oder mit einer Schutzschicht (12) versehen wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Leiterbahn (10) oder mehrere Leiterbahnen (10) derart aufgebracht wird bzw. werden, dass ein elektrisches Funktionsbauteil (76) geschaffen ist.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem mehrere zueinander isolierte Leiterbahnen (10) in Schichten übereinander angeordnet werden.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Leiterbahn (10) teilweise vom Trägerbauteil (4) abtrennbar aufgebracht wird.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem an das Trägerbauteil (4) eine Verlängerung (80) angelegt wird und die Leiterbahn (10) vom Trägerbauteil (4) auf die Verlängerung (80) erstreckend zur Ausbildung eines Kabelschwanzes (78) aufgebracht wird.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zur Kontaktierung eines Anschlussleiters (58) dieser mit einem Leiterende (62) auf das Trägerbauteil (4) gelegt und durch das anschließende Aufbringen der Leiterbahn (10) mit dieser elektrisch leitend verbunden wird.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem auf das Trägerbauteil (4) ein Steckerformteil (52) aufgebracht wird, das anschließend zumindest teilweise mit einem Teilstück der Leiterbahn (10) überzogen wird, wodurch ein Kontaktstecker (56) erzeugt wird.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Leiterbahn (10) mit einem Schaltungsträger (104) oder einem Schaltungsträgerverbund kontaktiert wird, indem in den Schaltungsträger (102) bzw. Schaltungsträgerverbund ein Kontaktelement (104) eingebracht wird, und die Leiterbahn (10) mit dem Kontaktelement (104) kontaktiert wird.

16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein elektrisches Bauelement (99) durch die mit dem strahlgebundenen Auftragsverfahren erzeugte Leiterbahn (10) kontaktiert wird.

17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Trägerbauteil (4) ein Schaltungsträger (104) ist und die auf dem Schaltungsträger (104) aufgebrachte Leiterbahnstruktur (103) zumindest teilweise mit dem strahlgebundenen Auftragsverfahren erzeugt wurde.

18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Trägerbauteil (4) nach dem Aufbringen der Leiterbahn (10) durch einen Umformprozess in die gewünschte Endform gebracht wird.

19. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem die Leiterbahn (10) in einem Umformbereich (64) des Trägerbauteils (4) derart dimensioniert wird, dass die Leiterbahn (10) nach dem Umformen des Trägerbauteils (4) die gewünschten elektrischen Eigenschaften aufweist.

20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem auf ein herkömmliches Bauteil (2F,120), wie ein Schlauch, ein Kabel, ein Rohr, ein Kabelkanal. eine Leiterplatte oder ein umschäumter Kabelsatz die Leiterbahn (10) aufgebracht wird.

21. Trägerbauteil (4), auf das eine Leiterbahn (10) mit dem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche unmittelbar aufgebracht ist.