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