DE10048680C1 - Elektrische Stromschiene,deren Verwendung und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Abstract

Eine elektrische Leiterstruktur nach Art einer Stromschiene für kleine bis mittlere Stromstücken läßt sich erfindungsgemäß außerordentlich preisgünstig und in der Querschnittsgeometrie vielseitig im Mehrkomponenten-Extrusionsprozeß herstellen, indem - in einem einzigen Arbeitsgang - aus nicht metallisierbarem Kunststoff ein Trägerkörper und in diesem in Längsnuten eingefaßt verlaufende Leiterstränge aus metallisierbarem Kunststoff extrudiert werden; woraufhin im Zuge einer anschließenden Galvanisierung zwangsläufig die freiliegenden Oberflächen der Leiterstränge für eine Stromleitung metallisiert werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Stromschiene, eine spezielle Verwendungsmöglichkeit und ein Verfahren zu ihrer Herstellung.

Die im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale sind aus der DE 43 08 735 C1 bekannt. Die dortige Stromschiene enthält eine mechanisch und elektrisch abge­ schirmte Leiterbahn, längs der ein Schleifkontakt zum ungestörten Abgriff von Daten trotz elektromagnetisch störverseuchter Umgebung verlagerbar ist. Dafür ist ein Metallband oberflächig zugänglich in den Längskanal eines extrudierten Kunststofftandes eingebettet, in das über seine gesamte Länge und Breite ein als elektrische Abschirmung dienendes Metallgeflecht eingeschmolzen ist. Dieses so bestückte Kunststoffband wird um das dann innen liegende Metallband zu einer c-Konfiguration gebogen, die radial in ein C-förmiges Trägerprofil aus Kunststoff eingesprengt wird. Darin spreizt die c-Konfiguration zwar ela­ stisch etwas auf; aber ihre Längsränder bilden Dichtlippen zum Schließen des radialen c- Schlitzes, längs derer die Längsränder des Metallgeflechtes einander berühren, wenn sie nicht gerade lokal durch den hier zum Metallband hin radial eingreifenden Schleifkontakt gespreizt werden. Das Trägerprofil, das im Innern die c-Konfiguration des mit dem Me­ tallband bestückten Kunststoffbandes aufnimmt, kann außen mit längsverlaufenden Rippen ausgestaltet sein, deren Stirnkanten mit im Querschnitt E-förmigen Kappen als Stromlei­ tungen für eine parallele Energieversorgung bestückt sind.

Zum Bereitstellen von elektrischer Energie handelsübliche Stromschiene bestehen aber gewöhnlich aus einem im Querschnitt U-förmigen Trägerkörper, auf dessen Joch innenseitig, also zwischen den seitlich aufragenden Schenkeln, kontaktierbare Leiter in Form von profilierten Metallschienen oder massiven Drähten blank (also ohne Isolation) in Nuten eingesenkt oder auf dem Joch zwischen voneinander distanzierten Zapfen oder durchlau­ fenden Rippen gehaltert sind. Solche Leiter können aufgrund ihres Querschnittes erhebli­ che Stromstärken zu Adaptern führen, die wahlfrei und wieder demontierbar unter ohm­ scher Kontaktierung zu den Leitern kraft- oder formschlüssig längs des Trägerkörpers be­ festigbar sind, um etwa Lichtquellen oder Versorgungsanschlüsse zu speisen. Allerdings ist das Einbringen und Ablängen der massiven Leiter fertigungstechnisch recht aufwendig. Oft bedarf es auch solch großen Querschnittes der Leiter gar nicht, etwa in Signal- oder Datennetzen; aber das Ausstatten der vorgefertigten Trägerkörper-Profile mit später zu­ verlässig zu kontaktierenden dünnen Drähten ist noch arbeitsaufwendiger.

In Erkenntnis dieser Gegebenheiten liegt vorliegender Erfindung die technische Problem­ stellung zugrunde, elektrische Leiterstrukturen für Strom-Schienen zu schaffen, die günsti­ ger fertigbar und insbesondere auch nicht auf die herkömmlichen Arten von Stromschienen beschränkt sondern universeller einsetzbar sind.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die in den Hauptansprüchen angegebenen Merkmalskombinationen gelöst. Danach besteht eine solche als Stromschiene einsetzbare Leiterstruktur aus einer Extrusionsstruktur von miteinander kombinierten nichtmetallisier­ baren und metallisierbaren Kunststoffprofilen, die in einem gemeinsamen Extrusionsvorgang unmittelbar als nichtmetallisierbare Trägerkörper mit darin eingelassenen metallisier­ baren Leitersträngen erstellt werden. Die hier sogenannten Leiterstränge sind also zunächst noch keine elektrischen Leiter; das werden sie aber durch Metallisierung ihrer in der Ober­ fläche des Trägerkörpers freiliegenden Stirnflächen. In der Gestaltung der Querschnitts­ geometrie ist große Freizügigkeit gegeben. So können die Leiterstränge etwa Längsrippen auf einem vom nichtmetallisierbaren Trägerkörper ummantelten Kern sein, der mit diesen Rippen die Ummantelung im Querschnitt sternförmig bis in die Ebene derer Außenmantel­ fläche durchdringt. Auch kann der Leiterstrang-Kern aus konstruktiven Gründen bzw. zur Material- oder Gewichtsersparnis hohl sein und dadurch zusätzlich auf seiner Innenmantel­ fläche eine Metallisierung aufnehmen. Diese wiederum kann dadurch in Umfangsrichtung zu gegeneinander isolierten, streifenförmig parallel zur Kernachse verlaufenden Leitern unterteilt sein, daß der Trägerkörper, also die nichtmetallisierbare Ummantelung auch rip­ penförmig bis zur Innenmantelfläche des hohlen Kernes vordringt.

Für das Metallisieren der freiliegenden Oberflächen der Leiterstränge kann vorteilhaft die so kombinierte Extrusionsstruktur unabgelängt einer Bandgalvanikbehandlung unterzogen werden, während z. B. Meterware in herkömmlicher Weise am Stück galvanisiert wird. Beim Galvanisieren schlägt sich nur längs der in ihrer nichtmetallisierbaren, also elektrisch isolierenden Umgebung frei zugänglichen Oberflächen der Leiterstränge eine elektrisch leitende Metallisierung nieder, die dann die elektrisch leitende Struktur darstellt.

Eine Leiterstruktur, die als Stromschiene für kleine bis mittlere Stromstärken geeignet ist, läßt sich erfindungsgemäß also außerordentlich preisgünstig herstellen, indem - in einem einzigen Mehrkomponenten-Extrusionsarbeitsgang - aus nicht metallisierbarem, elektrisch isolierendem thermoplastischem Kunststoff ein Trägerkörper und in diesem eingefaßt ver­ laufende Leiterstränge aus dagegen metallisierbarem Thermoplast extrudiert werden; wor­ aufhin im Zuge einer Galvanisierung zwangsläufig nur die in der isolierenden Umgebung des Trägerkörpers freiliegenden und deshalb etwa mittels Adaptern ohmsch kontaktierba­ ren Oberflächen der Leiterstränge für eine Stromleitung selektiv metallisiert werden.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird außer auf die weiteren Ansprüche auch auf nachstehende Beschreibung von in der Zeichnung nicht ganz maßstabsgerecht auf das We­ sentliche abstrahiert im Querschnitt skizzierten bevorzugten Ausführungsbeispielen zur erfindungsgemäßen Lösung verwiesen. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 in abgebrochener Ansicht eine komplett mitsamt zweier Leiterstränge einstückig extrudierte Stromschiene in der klassischen trogförmigen Ausgestaltung gegen ihr Querschnitts-Stirnende,

Fig. 2 einen vom Trägerkörper ummantelt extrudierten Leiterstrang-Kern von ovalem Querschnitt mit die Ummantelung im Querschnitt sternförmig radial durchdringen­ den Längsrippen als in diesem Beispiel fünfpolig außen kontaktierbare Stromschiene und

Fig. 3 in Weiterbildung und Abwandlung gegenüber Fig. 2 eine hohlprismatische, integrale Trägerstruktur aus mehreren längsverlaufenden Außen- und Innenleitern auf mehre­ ren parallelen Leitersträngen zwischen mehreren schalenförmigen Trägerkörpern.

Die in Fig. 1 dargestellte Leiterstruktur weist das herkömmliche, im Querschnitt etwa U-förmige oder trogförmige Profil des elektrisch isolierenden Trägerkörpers 12 einer Stromschiene 11 auf. In dessem Inneren, auf dem die Seitenwände 13 verbindenden Joch 14, sind in Längsrichtung der Schiene 11 zueinander parallel verlaufende Nuten 15 ausge­ bildet, die in das Joch 14 eingelassen oder wie skizziert zwischen darauf extrudierten Längsrippen 16 eingefaßt sein können. Während der bevorzugt einteilig extrudierte Trä­ gerkörper 12 aus thermoplastischem Kunststoff, etwa "Polyamid 12", einem Flüssigkri­ stallpolymer (LCP) oder einem Polybutylenterephtalat (PBT) besteht, deren Oberflächen praktisch nicht galvanisch metallisierbar sind, sind die Nuten 15 im Zuge des einheitlichen Extrudiervorganges mit Leitersträngen 17 aus einem Kunststoff wie "Polyamid 6" mit Glasfasern oder einem modifizierten LCP gefüllt, deren Oberflächen leicht metallisierbar sind. Der Galvanisierung unterziehbar sind deshalb nur die zwischen den Rippen 16 längs­ verlaufend zugänglichen, freien Stirnflächen, auf die allein (aber nicht auch auf die Außen­ flächen des Trägerkörpers 12) sich bei der an den Extrusionsprozeß anschließenden galva­ nischen Behandlung der Stromschiene 11 eine Metallisierung 18 lückenlos niederschlägt. Die wirkt dann als durchlaufender, mechanisch kontaktierbarer elektrischer Leiter in der isolierenden Umgebung des mit Montagehilfsmitteln wie Laschen, Rasthaken oder Boh­ rungen (nicht gezeichnet) ausgestatteten Trägerkörpers 12.

Der Erfindungsgegenstand ist aber nicht auf eine Weiterbildung der herkömmlichen Stromschiene gattungsgemäßer Art beschränkt, er umfaßt auch jede andere Art von Leiter­ strukturen in Form von aus mehreren Materialien gleichzeitig extrudierten Konstruktion­ steilen wie Trägern oder Strömungsrohren, wenn nur für selektive Metallisierung wenigstens eine der Extrusionskomponenten eine gut metallisierbare Oberfläche in der isolieren­ den Umgebung wenigstens eines anderen Extrusionsmateriales aufweist. So können im Rahmen vorliegender Erfindung auch etwa konstruktive Träger beliebiger Querschnitts­ form mit nicht mehr extern zu applizierenden sondern nun im Zuge des Fertigungsprozes­ ses schon integrierten Leitungsführungen für den Fahrzeug- und Apparatebau erstellt wer­ den. Beispiele dafür sind in Fig. 2 und Fig. 3 angegeben.

Fig. 2 zeigt einen im Querschnitt etwa ovalen Kern 19, der bis auf die Stirnflächen von im Querschnitt kurz sternförmig abstehenden Rippen 20 vom Trägerkörper 12 ummantelt ist. Die Metallisierungen 18 auf den freiliegenden Rippen-Stirnflächen stellen dann (hier oben zwei und unten drei) von außen kontaktierbare elektrische Leiter dar.

Wenn dieser Kern 19, ähnlich wie in Fig. 3 dargestellt, hohl ist, dann kann er nicht nur als Träger etwa einer Tragwerkskonstruktion sondern auch als Leitung für ein Fluid dienen, das z. B. - etwa zur unterschiedlichen Klimatisierung unterschiedlicher Raumbereiche - elektrisch ferngesteuert lokal verzweigt und gedrosselt werden kann. Die dafür im Zuge des Verlaufes dieser Rohrleitungen an ihren Abzweigungen einzusetzenden elektromecha­ nischen Stellelemente (wie Klappen und Ventile) können dann selektiv über Kontaktierung zu den integrierten Metallisierungen 18 erfolgen, ohne dafür individuelle Steuerleitungen oder umlaufende Busleitungen zusätzlich installieren zu müssen. Solch eine Steuerung ist weitestgehend störungs- und manipulationssicher, insoweit ähnlich den in Fig. 3 berück­ sichtigten Gegebenheiten nur längs der Innenmantelflächen der Hohlkerne 19 (also der Rohrleitungen für in diesem Fall elektrisch nichtleitende Fluide wie Heizungsluftströme) verlaufende Metallisierungen 18 für die elektrische Fernsteuerung herangezogen werden.

Dementsprechend sind in Fig. 3 beispielsweise mehrere prismatisch berandete schalenför­ mige Trägerkörper 12 vorgesehen, zwischen denen und innerhalb derer sich ihrerseits schalenförmige prismatische Leiterstränge 17 erstrecken. Die insgesamt als hohler Kern 19 wirkenden schalenförmigen Leiterstränge 17 sind hier mit den Trägerkörpern 12 im Extru­ sionsprozeß gleich zu einem rohrleitungsförmigen Hohlträger verbunden. Der führt infolge der für die Metallisierung zugänglichen Oberflächenstreifen der Leiterstränge 17 im darge­ stellten Beispiel letztlich zwei hohlzylinderabschnittförmige Innenleiter und längs der Au­ ßenkanten sechs regelmäßig prismenabschnittförmige Außenleiter. Die Leiterstruktur und deren einzelnen Leiterstränge können abweichend von der Darstellung in Fig. 3 aber auch beliebig unsymmetrische Querschnitte aufweisen, etwa infolge Anformens einer mitlaufenden Dichtlippe oder eines durchgehenden Montageprofiles längs des Trägerkörpers bzw. für eine spezielle, unsymmetrische Leiterstrang-Querschnittsverteilung, die nur von einem entsprechend unsymmetrischen Adapter aus Funktionsgründen nur in dieser vorge­ gebenen Orientierung kontaktiert werden kann (nicht zeichnerisch dargestellt).

Im Rahmen von Weiterbildungen zur erfindungsgemäßen Lösung kann darüberhinaus auch eine Materialpaarung Einsatz finden, die nicht nur bezüglich der elektrotechnischen An­ forderungen hinsichtlich einerseits der Isolationseigenschaften und andererseits der Lei­ tungseigenschaften optimiert ist, sondern zusätzlich oder statt dessen andere, wie dekorati­ ve Anforderungen erfüllt. Bezüglich dieser letztgenannten Alternative kann z. B. ein Trä­ gerkörper 12 aus relativ weichem Material (wie ABS) als Gummiprofil dienen, das in ei­ nem Arbeitsgang mit einem metallisierbaren, etwa zur Zierleiste für eine Kraftfahrzeugka­ rosserie verchrombaren Strang aus dagegen hartem Material (wie TPE) extrudiert wird. Dementsprechend läßt sich eine erfindungsgemäße Leiterstruktur der oben beschriebenen Arten auch gleich mit längsverlaufenden, direkt angeformt extrudierten Dichtlippen als Dreifach-Koextrudat erstellen.

Claims (16)

1. Extrusions-Stromschiene (11) mit in Nuten (15) in einem aus Isolierstoff bestehenden Trägerkörper (12) verlaufenden elektrischen Leitersträngen (17), dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie ein einteiliger Extrusionsgegenstand aus wenigstens einem Träger­ körper (12) und wenigstens einem Leiterstrang (17) mit Metallisierung (18) auf der freiliegenden Stirnfläche eines Extrusionsprofiles ist, das in den Trägerkörper (12) aus nichtmetallisierbarem Material eingebettet ist.

2. Stromschiene nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Leiterstränge (17) in Nuten hinein extrudiert sind, die im Joch (14) zwischen den Seitenwänden (13) des Trägerkörpers (12) verlaufen.

3. Stromschiene nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Leiterstränge (17) in Nuten hinein extrudiert sind, die zwischen Längsrippen (16) auf dem Joch (14) zwi­ schen den Seitenwänden (13) des trogförmigen Trägerkörpers (12) verlaufen.

4. Stromschiene nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Leiterstränge (17) in Nuten hinein extrudiert sind, die längs Erzeugender eines prismatischen Trägerkörpers (12) verlaufen.

5. Stromschiene nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper (12) hohl ist.

6. Stromschiene nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper (12) einen Kern (19) ummantelt, der die Leiterstränge (17) als längsver­ laufende Rippen (20) trägt.

7. Stromschiene nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (19) und die Leiterstränge (17) einteilig aus dem selben Material bestehen.

8. Stromschiene nach einem der beiden vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kern (19) hohl ist.

9. Stromschiene nach einem der beiden vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der hohle Kern (19) auf seiner Innenmantelfläche wenigstens eine Metal­ lisierung (18) aufweist.

10. Stromschiene nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein einen hohlen Kern (19) ummantelnder prismatischer Trägerkörper (12) rippenför­ mig längs Erzeugenden der Innenmantelfläche des hohlen Kernes (19) verläuft.

11. Stromschiene nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Außenmantelfläche des Trägerkörpers (12) verlaufende Leiterstränge (17) hin­ sichtlich des visuellen Erscheinungsbildes ihrer Metallisierung (18) von der Oberfläche des Trägerkörpers (12) abgesetzt sind.

12. Stromschiene nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Dreifach-Koextrudat auch mit einem nichtmetallisierbaren weichen, als Dicht­ lippe wirkenden Material längs ihres Trägerkörpers (12) extrudiert ist.

13. Verwendung einer Stromschiene nach einem der Ansprüche 8 bis 10 als in einen Fluid-Strömungskanal integrierten Leiter für die Steuerung von Drosseln, Ventilen und dergleichen Strömungs-Stellelementen.

14. Verfahren zum Herstellen einer Stromschiene nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Extrusions-Arbeitsgang ein Trägerkörper aus nicht metallisierbarem und zugleich, in diesen eingelassen, wenigstens ein Lei­ terstrang aus metallisierbarem elektrisch isolierendem Kunststoff erzeugt und dann die im Trägerkörper freiliegende Oberfläche des Leiterstranges metallisiert wird.

15. Verfahren nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß längs des Trägerkörpers eine Dichtlippe aus weichem nichtmetallisierbarem Material extrudiert wird.

16. Verfahren nach einem der beiden vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der einteilige Mehrkomponenten-Extrusionskörper unabgelängt einer Bandgalvani­ sierung ausgesetzt wird.