-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Leitungssatzes sowie einen solchen elektrischen Leitungssatz, insbesondere für ein Kraftfahrzeug.
-
Bei der Herstellung von Leitersätzen, die zur Verbindung von mehreren Komponenten vorgesehen sind und üblicherweise mehrere Leiter und häufig auch eine verzweigte Leiterstruktur aufweisen, ist häufig eine automatisierte Fertigung angestrebt.
-
In Anwendungsfällen, bei denen ein spezielles Verlegemuster der einzelnen Leiter gefordert ist, ist häufig ein hoher Aufwand erforderlich. Speziell bei Anwendungen im Kraftfahrzeug, insbesondere bei großflächigen, verzweigten Verlegemustern, wie sie beispielsweise bei Türen oder als Zellkontaktierungssysteme bei Batterien eingesetzt werden, ist eine Herstellung mit herkömmlichen einfachen Kabel aufwändig. Aufgrund der Größe solcher Leitungssätze ist der Weg über gedruckte Schaltungen (printed circuit boards, PCB) aus technischer und wirtschaftlicher Sicht häufig nicht sinnvoll.
-
Aus der
DE 10 2012 205 020 A1 sowie der
WO 2020/161047 A1 sind jeweils Zellkontaktierungssysteme für Batterien zu entnehmen, bei denen auf einer Grundplatte stiftförmige Führungselemente angeordnet sind entlang derer die Leiter entsprechend einem vorgesehenen Verlegemuster verlegt werden.
-
Zur Herstellung von kleinen Bauteilen, wie dies beispielsweise bei Plastikkarten, Etiketten oder Transpondern der Fall ist, ist in der
WO 02/056657 A1 ein Verfahren beschrieben, bei dem in eine Klebeschicht einer Tragschicht mithilfe eines Spannrahmens Leiter entsprechend einem gewünschten Verlegemuster eingedrückt werden. Der Spannrahmen weist hierzu mehrere stiftförmige Führungselemente auf, entlang derer die Leiter verlegt sind. Die einzelnen Führungsstifte sind federnd am Spannrahmen gelagert, sodass sie beim Kontakt mit der Tragschicht zurückfedern. Nach dem Einpressen der Leiter in die Klebeschicht und dem Entfernen des Spannrahmens wird eine zweite Tragschicht von oben aufgebracht, sodass die Leiter sandwichartig zwischen den Tragschichten in der Klebeschicht eingebettet sind.
-
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige und einfache Herstellung eines Leitungssatzes, speziell für ein Kraftfahrzeug anzugeben.
-
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Leitungssatzes, bei dem
- - eine Montagevorrichtung bereitgestellt wird, welche einen Träger mit darauf angeordneten und aus einer Trägerebene abstehenden Führungsstiften aufweist,
- - eine Trägerfolie auf den Träger gelegt wird, wobei die Trägerfolie mehrere Durchtrittsöffnungen für jeweils einen Führungsstift aufweist und die Führungsstifte jeweils durch eine jeweilige Durchtrittsöffnung durch die Trägerfolie hindurch geführt werden,
- - mehrere Leiter entsprechend einem gewünschten Verlegemuster auf der Trägerfolie angeordnet werden und hierzu zumindest ein Teil der Leiter um die Führungsstifte herum geführt werden,
- - eine Deckfolie aufgelegt und mit der Trägerfolie laminiert wird, so dass ein Laminatverbund ausgebildet wird, bei dem die Leiter entsprechend dem Verlegemuster zwischen der Deckfolie und der Trägerfolie fixiert sind, und bei dem
- - der Laminatverbund nachfolgend von dem Träger abgenommen und von den Führungsstiften abgezogen wird.
-
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung weiterhin gelöst durch einen elektrischen Leitungssatz, welcher insbesondere mit einem solchen Verfahren hergestellt wurde und welcher einen Laminatverbund mit einer Trägerfolie, mit einer mit der Trägerfolie laminierten Deckfolie sowie mit mehreren zwischen den beiden Folien angeordneten und entsprechend eines gewünschten Verlegemusters gehaltenen Leitern aufweist, wobei zumindest ein Teil der Leiter zumindest eine Biegung aufweist und die Trägerfolie im Bereich einer jeweiligen Biegung eine Durchtrittsöffnung aufweist, an dem der Leiter umfangsseitig bereichsweise entlang läuft.
-
Durch dieses Verfahren ist eine kostengünstige Herstellung eines derartigen Leitungssatzes, speziell eines großflächigen Leitungssatzes insbesondere für die Anwendung im Kraftfahrzeugbereich ermöglicht. Die Montagevorrichtung mit den daran befestigten Führungsstiften dient daher lediglich zur temporären Führung und Halterung während des Aufbaus des Laminatverbundes.
-
Hervorzuheben sind die Durchtrittsöffnungen in der Trägerfolie, die auch im endgefertigten Leitungssatz zu erkennen sind. Wegen der Durchtrittsöffnungen kann die Trägerfolie in einfacher Weise auf die Montagevorrichtung aufgelegt werden, da die Führungsstifte durch die Durchtrittsöffnungen hindurchgeführt werden. Durch die Führungsstifte wird die Trägerfolie ergänzend auch auf der Montagevorrichtung fixiert und ausgerichtet, sodass insgesamt eine möglichst genaue Ausrichtung der einzelnen Leiter auf der Trägerfolie erreicht ist.
-
Aufgrund des speziellen Herstellungsverfahren verläuft der jeweilige Leiter im Bereich seiner Biegung an einer jeweiligen Durchtrittsöffnung umfangsseitig über ein Teilstück entlang. Je nachdem, wie Durchtrittsöffnungen eingebracht sind, verläuft hierbei der Leiter beispielsweise unmittelbar an einem Rand der Durchtrittsöffnung entlang. Alternativ verläuft der Leiter auch ein Teilstück durch die Durchtrittsöffnung hindurch oder ist in radialer Richtung ein Stück weit von dem Rand der Durchtrittsöffnung beabstandet.
-
Sofern vorliegend davon gesprochen wird, dass die beiden Folien miteinander laminiert sind, so wird hierunter verstanden, dass diese stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Hierzu ist beispielsweise vorgesehen, dass zumindest auf einer Folie eine spezielle Klebeschicht aufgebracht ist, mit der die zweite Folie verbunden ist. Für den Laminierprozess ist alternativ oder ergänzend beispielsweise eine Temperaturbehandlung (Erwärmung) oder eine UV-Behandlung vorgesehen, so dass beispielsweise eine spezielle Oberflächenschicht der Folie erweicht und mit der anderen Folie die stoffschlüssige Verbindung eingeht und/ oder ein auf der Folie aufgebrachter Kleber aktiviert wird.
-
Sofern vorliegend von einer Folie gesprochen wird, so wird hierunter ein folienartiges, biegeflexibles Gebilde aus einem isolierenden Material und insbesondere aus Kunststoff verstanden.
-
Bei den Leitern handelt es sich vorzugsweise um blanke, massive Einzeldrähte. Alternativ besteht auch die Möglichkeit, dass es sich um Lackdrähte handelt, bei denen auf den blanken Leiterdraht eine Lackbeschichtung aufgebracht ist. Anstelle von massiven Einzeldrähten kann auch ein Litzendraht eingesetzt sein. Bei den Leitern handelt es sich bevorzugt gerade nicht um herkömmliche Adern, bei denen also der elektrische Leiter mit einem typischerweise aufextrudierten Isolationsmantel umgeben ist.
-
Bevorzugt sind beim Verfahren eine Vielzahl von Führungsstiften vorgesehen und mehrere der Leiter werden vorzugsweise auch mehrfach jeweils um einen Führungsstift herumgeführt. Im endgefertigten Leitungssatz sind daher mehrere Leiter ausgebildet, beispielsweise mehr als 5 oder 10, welche vorzugsweise jeweils mehrere Biegungen aufweisen.
-
Bei einer jeweiligen Biegung wird der Leiter entsprechend einem Radius der Führungsstifte umgebogen, d.h. der Biegeradius entspricht dem Radius der Führungsstifte. Die Biegung erfolgt innerhalb einer Ebene und typischerweise um einen Biegewinkel von zumindest 45° oder auch von zumindest 60° oder von zumindest 90°.
-
In bevorzugter Ausgestaltung werden die Öffnungen erst beim Auflegen der Trägerfolie ausgebildet. Hierzu durchstoßen die Führungsstifte jeweils die Trägerfolie. Die Führungsstifte perforieren daher an ihrer jeweiligen Position die Trägerfolie. Die Führungsstifte sind hierzu vorzugsweise geeignet ausgebildet, und weisen beispielsweise ein spitz zulaufendes Ende nach Art eines Piercing-Stiftes auf.
-
Gemäß einer alternativen Variante, werden die Durchtrittsöffnungen bereits vorab beispielsweise durch Stanzen eingebracht.
-
In zweckdienlicher Weiterbildung weist die Deckfolie ebenfalls Durchtrittsöffnungen für die Führungsstifte auf und diese werden beim Auflegen der Deckfolie ebenfalls durch die Deckfolie hindurchgeführt.
-
Ähnlich wie bei der Trägerfolie erfolgt in einer bevorzugten Ausgestaltung ein Perforieren der Deckfolie mit Hilfe der Führungsstifte. Alternativ hierzu werden die Durchtrittsöffnungen bereits vorab eingebracht.
-
Bei dem endgefertigten Leitungssatz weisen daher die Trägerfolie und die Deckfolie im Bereich einer jeweiligen Biegung eines jeweiligen Leiters Durchtrittsöffnungen auf, die miteinander fluchten.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wird ergänzend auf dem Laminatverbund noch eine Schirmfolie aufgebracht. Dies erfolgt vorzugsweise vor dem Abnehmen des Laminatverbundes von dem Träger. Bei dieser Schirmfolie handelt es sich insbesondere um eine zusätzliche, elektrisch leitende Folie, beispielsweise eine Metallfolie oder eine mit einer Metallschicht versehene Kunststofffolie. Die Schirmfolie wird bevorzugt ebenfalls stoffschlüssig mit einer der beiden Folien, insbesondere der Deckfolie nach Art einer Laminierung verbunden und ist Teil des Laminatverbundes. Die Schirmfolie dient dazu, das durch die Leiter gebildete Verlegemuster zumindest bereichsweise elektromagnetisch abzuschirmen. Hierdurch ist eine gute EMV-Verträglichkeit erreicht.
-
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist die Trägerfolie und insbesondere auch die Deckfolie einen Durchbruch auf, sodass in dem Laminatverbund ein Fenster ausgebildet ist. Im Bereich dieses Fensters und damit der miteinander fluchtenden Durchbrüche der beiden Folien liegen zumindest einige der Leiter frei, sodass sie kontaktiert werden können und im montierten Zustand auch mit einem Anschlusselement kontaktiert sind. Das Fenster bzw. die Durchbrüche bilden daher eine Kontaktierungszone für Leiter aus, die im Bereich des Durchbruches allgemein frei zugänglich sind.
-
Über das Anschlusselement sind die Leiter elektrisch kontaktiert. Das Anschlusselement weist ein oder mehrere Kontaktelemente auf, die beispielsweise als Klemmkontakte, Steckkontakte, Schneid-Klemmkontakte usw. ausgebildet sind. Bevorzugt weist das Anschlusselement ein Isoliergehäuse auf, in dem mehrere solcher Kontaktelemente angeordnet sind. Bevorzugt ist am Anschlusselement ein abgehender Leitungsstrang angebracht, welcher also mit den Leiter kontaktiert ist. Dieser Leitungsstrang führt im montierten Zustand beispielsweise zu einer elektrischen Komponente.
-
Das Anschlusselement ist bevorzugt mit dem Laminatverbund verbunden und damit fester Bestandteil des Leitungssatzes. Beispielsweise ist das Isoliergehäuse zweiteilig ausgebildet und wird klemmend beispielsweise durch Verrasten am Laminatverbund befestigt. Ergänzend oder alternativ ist es stoffschlüssig mit dem Laminatverbund verbunden.
-
Weiterhin ist beispielsweise vorgesehen, dass neben den Leitern zwischen den beiden Folien und damit im Laminatverbund oder alternativ auch an dem Laminatverbund elektrische Bauteile befestigt und mit einem Teil der Leiter elektrisch kontaktiert sind. Bei diesen Komponenten, handelt es sich beispielsweise um Schaltungskomponenten, Prozessoren oder auch um auf einem Träger angebrachte Schaltungen nach Art einer Leiterplatte/gedruckte Schaltung.
-
Der elektrische Leitungssatz ist insbesondere für die Verwendung in einem Fahrzeug vorgesehen und ist im montierten Zustand in einem Fahrzeug eingesetzt.
-
In bevorzugter Ausgestaltung bildet der Leitungssatz ein Trennelement aus, um einen Nassbereich von einem Trockenbereich zu trennen. Speziell wird der Leitungssatz hierzu in bzw. an einem Türmodul angeordnet.
-
Alternativ ist der Leitungssatz lediglich Teil des Türmoduls, ohne ein solches Trennelement auszubilden.
-
Gemäß einer alternativen Anwendung bildet der Leitungssatz ein Zellkontaktierungssystem aus oder ist zumindest Teil eines solchen Zellkontaktierungssystems. Ein solches Zellkontaktierungssystem dient zur elektrischen Kontaktierung der einzelnen Zellen einer Batterie. Bei der Batterie handelt es sich beispielsweise um eine Traktionsbatterie für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug.
-
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher. Diese zeigen in stark vereinfachten Darstellungen:
- 1 eine Querschnittsdarstellung durch einen Leitungssatz bei der Montage gemäß der Schnittlinie I - I in 2,
- 2 eine Aufsicht auf den Leitungssatz gemäß 1,
- 3 eine stark vereinfachte Prinzipskizze einer Kraftfahrzeug-Tür in Schnittansicht sowie
- 4 eine stark vereinfachte Prinzipskizze eines Zellkontaktierungssystems in Aufsicht.
-
Bei der Herstellung eines in 1 und 2 dargestellten elektrischen Leitungssatzes 2 wird zunächst eine Montagevorrichtung 4 bereitgestellt. Diese weist einen vorzugsweise plattenförmigen Träger 6 auf, auf dem Führungsstifte 8 angeordnet sind, die senkrecht nach oben vom Träger 6 abstehen.
-
Im ersten Schritt wird eine Trägerfolie 10 auf die Montagevorrichtung 4 von oben aufgelegt. Dabei werden die einzelnen Führungsstifte 8 durch Durchtrittsöffnungen 12 der Trägerfolie 10 durchgeführt. Bevorzugt werden die Durchtrittsöffnungen 12 durch die Führungsstifte 8 erst ausgebildet. Die Führungsstifte 8 weisen vorzugsweise an ihrem freien Ende eine Piercing-Spitze auf. Alternativ sind die Durchtrittsöffnungen 12 bereits zuvor eingebracht. In diesem Fall weisen diese einen größeren Durchmesser als die typischerweise kreisrunden Führungsstifte 8 auf.
-
Bei der Trägerfolie 10 kann es sich um eine mit einer Klebeschicht versehene Folie handeln.
-
Im nächsten Schritt werden eine Vielzahl von einzelnen Leitern 14, bei denen es sich vorzugsweise um blanke, massive Einzeldrähte handelt, gemäß einem gewünschten Verlegemuster auf der Trägerfolie 10 angeordnet. Wie speziell anhand 2 zu erkennen ist, verlaufen einige der Leiter 14 geradlinig. Einige der Leiter 14 ändern jedoch ihre Errichtung und werden hierzu an den Führungsstifte 8 herum geführt. Diese Leiter 14 weisen jeweils im Bereich der Führungsstifte eine Biegung 16 auf.
-
Die Verlegung der Leiter 14 auf der Trägerfolie 10 erfolgt vorzugsweise automatisiert mit Hilfe eines nicht näher dargestellten Verlegekopfes, welcher die Leiter automatisch um die Führungsstifte herum führt.
-
Nach dem Verlegen der Leiter 14 wird eine Deckfolie 18 aufgelegt. Auch diese weist wiederum Durchtrittsöffnungen 12 auf, die bevorzugt wiederum durch die Führungsstifte 8 ausgebildet werden. Bevorzugt weist auch diese Deckfolie 18 eine Klebeschicht auf. Die beiden Folien 10, 18 werden stoffschlüssig miteinander verbunden, sodass insgesamt ein Laminatverbund 20 ausgebildet ist, bei dem zwischen den beiden Folien 10, 18 die Leiter 14 sandwichartig eingeschlossen sind.
-
Wie weiterhin zu erkennen ist, weisen beide Folien 10, 18 einen im Vergleich zu den Durchtrittsöffnungen 12 deutlich größeren Durchbruch 22 auf, wobei die beiden Durchbrüche 20 fluchtend übereinander liegen und somit eine Art Kontaktierungsfenster bilden. Im Bereich dieser Durchbrüche 20 liegt ein Teil der Leiter 14 frei, sodass diese zugänglich sind und kontaktiert werden können. Die Durchbrüche 20 definieren daher eine Kontaktierungszone.
-
Optional besteht weiterhin die Möglichkeit, dass auf den Laminatverbund 20, speziell auf die Deckfolie 18 eine Schirmfolie 24 zumindest bereichsweise aufgebracht und insbesondere auflaminiert wird, so dass die Schirmfolie 24 ein Teil des Laminatverbundes 20 ist. Diese Schirmfolie 24 dient zur elektrischen und/oder magnetische Abschirmung.
-
Im Ausführungsbeispiel überdeckt die Schirmfolie 24 nur einen Teilbereich, und zwar den Teilbereich der Leiter 14, die geradlinig verlaufen. Alternativ hierzu überdeckt die Schirmfolie 24 das gesamte durch die Leiter 14 gebildete Verlegemuster.
-
Der ausgebildete Laminatverbund 20 wird nachfolgend von der Montagevorrichtung 4 gehoben.
-
Sofern die Durchtrittsöffnungen 12 durch eine Perforierung mittels der Führungsstifte 8 ausgebildet wurden, schließen die Durchtrittsöffnungen 12 sich wieder etwas, sodass beispielsweise ein Teilstück der jeweiligen Folie 10, 18 in radialer Richtung über die Leiter 14 im Bereich der Biegung 16 übersteht, so dass also die Leiter im Bereich der Durchtrittsöffnungen 12 nicht freiliegen.
-
Im Ausführungsbeispiel (linke Bildhälfte) ist dargestellt, dass zumindest ein Teil der Leiter 14 randseitig über die Trägerfolie 10 hinaus stehen, sodass diese am Rand der Trägerfolie 10 zu Kontaktierungszwecken frei liegen. Diese können beispielsweise über ein Anschlusselement 26 kontaktiert werden, welches lediglich gestrichelt angedeutet ist.
-
Insbesondere im Bereich der durch die Durchbrüche 22 gebildeten Kontaktzone ist ebenfalls ein solches Anschlusselement 26 vorgesehen, welches ebenfalls lediglich schematisiert und gestrichelt angedeutet ist. Das Anschlusselement 26 ist dabei insbesondere mit dem Laminatverbund 20 fest verbunden und damit integraler Bestandteil des Leitungssatzes 2. Beispielsweise weist das Anschlusselement 26 ein zweiteiliges Isoliergehäuse auf, wobei zwischen den beiden Gehäuseteilen der Laminatverbund 20 eingeklemmt ist.
-
Der Leitungssatz 2 ist insbesondere als ein großflächiger Leitungssatz 2 ausgebildet, welcher eine Fläche von zumindest 0,25 m2, bevorzugt von zumindest 0,5 m2 oder auch mehr überdeckt. Der Leitungssatz 2 ist speziell für ein Kraftfahrzeug vorgesehen und im montierten Zustand in einem Kraftfahrzeug montiert.
-
3 zeigt eine bevorzugte Anwendung bei einem Kraftfahrzeug. Und zwar ist der Leitungssatz 2 innerhalb einer Fahrzeugtür 28 angeordnet, nämlich als ein Trennelement zwischen einem Nassbereich 30 und einem Trockenbereich 32. Der Leitungssatz 2 ist bevorzugt insbesondere Teil eines Türmoduls 34, auf dem elektrische Komponenten wie beispielsweise Lautsprecher, Stellmotoren (Fensterheber), Steuergeräte usw. angeordnet sind. Der Leitungssatz 2 dient zum Anschluss dieser Komponenten des Türmoduls 34. Zur Fahrgastzelle hin weist die Tür eine Innenverkleidung 36 und nach außen ein Außenblech 38 auf.
-
4 zeigt schließlich eine alternative Ausgestaltung, bei der der Leitungssatz 2 ein Zellkontaktierungssystem 40 für eine Batterie 42, speziell für eine Traktionsbatterie eines elektrisch angetriebenen Fahrzeuges bildet. 4 zeigt eine Aufsicht, bei der der Leitungssatz 2 mit den Leitern 14 und damit das Zellkontaktierungssystem 40 lediglich gestrichelt dargestellt sind.
-
Die Batterie 42 weist allgemein eine Vielzahl von Batteriezellen 44 auf, die untereinander elektrisch leitend verbunden sind. Hierzu dient der Leitungssatz 2. Über die einzelnen Leiter 14 werden die einzelnen Batteriezellen 44 in an sich bekannter Weise elektrisch kontaktiert. Teil des Leitungssatzes 2 ist vorzugsweise weiterhin ein hier nicht näher dargestelltes Steuerelement, beispielsweise ein sogenanntes Batteriemanagementsystem. Zumindest ist ein solches mit dem Leitungssatz 2 verbunden.
-
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 2
- Leitungssatz
- 4
- Montagevorrichtung
- 6
- Träger
- 8
- Führungsstifte
- 10
- Trägerfolie
- 12
- Durchtrittsöffnung
- 14
- Leiter
- 16
- Biegung
- 18
- Deckfolie
- 20
- Laminatverbund
- 22
- Durchbruch
- 24
- Schirmfolie
- 26
- Anschlusselement
- 28
- Fahrzeugtür
- 30
- Nassbereich
- 32
- Trockenbereich
- 34
- Türmodul
- 36
- Innenverkleidung
- 38
- Außenblech
- 40
- Zellkontaktierungssystem
- 42
- Batterie
- 44
- Batteriezellen
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102012205020 A1 [0004]
- WO 2020161047 A1 [0004]
- WO 02056657 A1 [0005]
