Die Erfindung betrifft das Isolieren der elektrischen Verbindungen mehrerer Flachleiterkabel,
unabhängig von ihrem Aufbau bzw. ihrer Herstellung: Laminiert, extrudiert, versiegelt
oder auch auf andere Weise hergestellt.
Aus verschiedenen Gründen, hauptsächlich wegen ihrer automatisierten Handhabbarkeit,
werden in der Industrie, insbesondere im Automobilbau, zunehmend Flachleiterkabel, sogenannte
FFC's, verwendet. Die vorliegende Erfindung betrifft die FFC's, bei denen einzelne,
parallel zueinander und in einer gemeinsamen Ebene geführte Leiterbahnen durch
isolierendes Material voneinander und nach außen elektrisch isoliert sind. Beispielsweise
werden extrudierte FFC so hergestellt, dass einzelne Leiterbahnen in speziellen Spritzgußanlagen
von einem elektrisch isolierenden Extrudat umhüllt werden, das die einzelnen
Leiterbahnen gegeneinander und gegenüber der Umgebung elektrisch isoliert und mechanisch
hält.
Zur Bildung von sogenannten Kabelbäumen werden die Leiter der einzelnen FFC's nach
dem Entfernen der Isolierschichte direkt, d.h. ohne Zwischenkabel oder Stecker, miteinander
verlötet, verschweißt, gecrimpt, geklebt, oder auf andere elektrisch leitende Weise miteinander
verbunden, gegebenenfalls in mehreren Schichten, somit unter Einbeziehen von
mehr als zwei FFC's. Die Verbindungsstelle wird schließlich durch Isoliergut, nämlich
durch Umwickeln mit einer elektrisch isolierenden Folie, die selbstklebend sein kann, oder
nach dem Aufbringen von Klebstoff aufgewickelt wird, wiederum isoliert. Derartige Verbindungsstellen
nennt man wegen der rasterförmigen Anordnung der einzelnen Verbindungen
in Draufsicht allgemein "Matrizen".
Zusätzlich zu der elektrischen Isolierung als Hauptfunktion soll das Isoliergut weitere Anforderungen
wie zum Beispiel das Aufnehmen von mechanischen Belastungen (Zug, Torsion,
Schälen, Vibration), das Abdichten gegen Wasser, die Hydrolysebeständigkeit, die
Schwerentflammbarkeit erfüllen und eine gute Verarbeitbarkeit ermöglichen, all dies bei
möglichst niedrigen Kosten und möglichst automatisierbarer Aufbringung. Von besonderer
Bedeutung sind auch die Eigenschaften hinsichtlich der Recycelbarkeit des Isoliergutes.
In nahezu allen genannten Belangen sind die im Stand der Technik verwendeten Folien
weit weg vom angestrebten Ziel: Ihre Handhabung ist kompliziert und nicht zu automatisieren,
die Übertragung mechanischer Belastungen ist schlecht, die Dichtheit ist unbefriedigend
und die Recyclingeigenschaften sind völlig ungenügend.
Es besteht somit ein großer Bedarf an einer besseren Isolierung für die eingangs genannten
Matrizen und es ist das Ziel der Erfindung, solche Matrizen zu schaffen, die insbesondere
automatisch hergestellt werden können, bei denen das Isoliergut gleichermaßen wie die
FFC zu recyclen sind, die mechanischen Beanspruchungen gut übertragen und ertragen
und bei denen die Dichtheit zuverlässig gegeben ist.
Erfindungsgemäß werden diese Ziele dadurch erreicht, dass die Matrizen mit einem ähnlichen,
bevorzugt dem gleichen Material wie das Isoliergut isoliert werden, das als Isolationsmaterial
bei ihrer Herstellung im Zuge der Extrusion eingesetzt wurde. Dieses Material
wird "Versiegelungswerkstoff" genannt.
In einer ersten Variante der Erfindung wird der Versiegelungswerkstoff in aufgeschmolzener
Form flüssig bzw. dickflüssig innerhalb einer Form um die Matrix gebracht und durch
anschließende Temperatur- und Druckeinwirkung in der Form mit dem Isolierwerkstoff
der FFC's verbunden und ausgehärtet. Das Isolierwerkzeug weist dabei bevorzugt zwei
Stempelflächen auf, deren Form der jeweils zu isolierenden Matrix angepaßt ist.
Bei einer anderen Variante der Erfindung wird der Versiegelungswerkstoff in Folienform
gebracht, in einem, bevorzugt aber in zwei Teilen um die Matrix gelegt und miteinander
und mit dem Isolierwerkstoff im Bereich der Matrix durch Temperatur- und Druckeinwirkung
flächig verschweißt.
Ein besonderer Vorteil beider Varianten besteht darin, dass der Versiegelungswerkstoff
und der Isolierwerkstoff der FFC in ihren Eigenschaften gleich oder zumindest so ähnlich
sind, dass sie sich nicht nur bestmöglich, sondern ohne Hilfe eines Klebstoffes, Haftvermittlers,
od.dergl. verbinden.
Die hier dargestellte Möglichkeit der Matrixisolation erzeugt Isolationen, die hervorragende
Eigenschaften (hoher Isolationswiderstand, Aufnahme hoher mechanischer Kräfte, wasserdicht
und hydrolysebeständig, um nur einige zu nennen) besitzen. Die Verarbeitungsprozesse
für die hier beschriebene Isolationsmöglichkeit lassen sich gut für eine Serienproduktion
automatisiert umsetzen. Der eingesetzte Versiegelungswerkstoff ist gegenüber
Werkstoffen, die mit warmvernetzenden Klebern beschichtet sind (Laminaten), sowohl
ökonomisch gesehen, als auch ökologisch gesehen, wesentlich günstiger.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen
die Fig. 1 bis 5 die schrittweise Abfolge der ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens
und die Fig. 6 bis 9 die schrittweise Abfolge der zweiten Variante der Erfindung.
Wie aus Fig. 1 hervorgeht, werden die bereits miteinander verbundenen FFC 2 und 3, deren
Verbindungsstellen mit 4 bezeichnet sind und die gemeinsam eine Rohmatrix 1 bilden,
passend zwischen zwei Stempelteilen, einem oberen Stempel 5 und einem unteren Stempel
6 positioniert.
Sodann wird, wie in Fig. 2 schematisch gezeigt, durch eine Abgabevorrichtung für Versiegelungsmaterial
dieses Versiegelungsmaterial in flüssiger bzw. pastöser Form auf den unteren
Stempel 6 im Bereich von dessen Kontakt mit der Rohmatrix 1 aufgebracht, diese
aufgebrachte Menge ist schematisch mit 8 angedeutet. Wie bereits oben ausgeführt, ist der
verwendete Versiegelungswerkstoff entweder der gleiche Werkstoff, wie das Isolationsmaterial,
mit dem in den FFC's 2 und 3 die Leiter umhüllt sind, oder es handelte sich um
einen ähnlichen Werkstoff, der mit diesem Isolationsmaterial leicht, gut und dauerhaft verbindbar
ist und sich so für das Umspritzen der Rohmatrix eignet.
In Fig. 3 ist das Aufbringen des Versiegelungswerkstoffes auf die Rohmatrix 1 dargestellt,
dadurch erhält man eine ausreichende Menge an Versiegelungswerkstoff, um die Form um
die Rohmatrix 1 herum auszufüllen und so zuverlässig zu einer allseitigen Isolierung der
Rohmatrix 1 zu kommen.
Es ist selbstverständlich möglich, die in Fig. 2 und 3 dargestellten Schritte in ihrer Reihenfolge
zu vertauschen oder auch diese Schritte simultan vorzunehmen, indem man einen
eigenen Spender für jede der beiden Aufbringungsstellen wählt.
In Fig. 4 ist die Situation bei geschlossener Form dargestellt, durch Anwenden von Druck
und Temperatur erfolgt das Verbinden des Versiegelungswerkstoffes mit dem Isoliermaterial
der FFC und das Aushärten des Versiegelungswerkstoffes.
Die Fig. 5 zeigt die Situation nach erfolgter Aushärtung, wenn die Stempel, entweder
gleichzeitig oder nacheinander, auseinander bewegt werden. Dargestellt ist die Situation,
bei der der obere Stempel 5 mit der zugehörigen oberen Hälfte der Form abgehoben ist, die
fertige Matrix 1' aber noch am unteren Stempel 6 liegt. Es kann sodann entweder die Matrix
1' angehoben oder der Stempel 6 abgesenkt werden, um die fertige Matrix entnehmen
und weiter behandeln zu können.
Auf ähnliche Weise erfolgt im Zuge der Herstellung einer erfindungsgemäßen Matrix gemäß
der zweiten Variante der Erfindung die Abfolge der Darstellung gemäß den Fig. 6 bis
9, wobei zur besseren Vergleichbarkeit einander entsprechende Elemente mit den gleichen
Bezugszeichen wie bei der ersten Variante der Erfindung, aber einer vorgestellten Ziffer
"1" bezeichnet wurden, während gleiche Teile das gleiche Bezugszeichen erhielten.
In Fig. 6 erkennt man die beiden Stempel 15 und 16, die gegebenenfalls an ihren Stempelflächen,
die zueinander gerichtet sind, eine Kontur aufweisen können oder elastisch ausgebildet
sein können, um sich der Kontur der Matrix besser anpassen zu können. Auf den
beiden Stempelflächen ist das Versiegelungsmaterial in Form von Folien 18, 19 angeordnet.
Dies kann durch Anlegen eines Vakuums oder durch Verwenden eines schwachen
Klebstoffes sichergestellt werden.
Wie aus Fig. 7 hervorgeht, wird die Rohmatrix sodann, passend positioniert, zwischen die
beiden Stempel 15, 16 gebracht und es werden die Stempel 15, 16, wie in Fig. 8 gezeigt,
geschlossen. Sodann wird durch Anwenden von Druck und Temperatur die Verbindung
zwischen den Folien 18, 19 und der Oberfläche der Rohmatrix 1 gebildet und es werden
die Folien 18, 19, sofern dies nicht bereits vor der Verbindung der Fall war, auch passend
ausgehärtet. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn, was bei dieser Variante bevorzugt
wird, die Folienteile in Form sogenannter Prepregs vorliegen, wie dies auf dem Gebiet der
Kunststofftechnologie dem Fachmann geläufig ist.
Die Fig. 9 zeigt die wiederum geöffneten Stempel 15, 16 nach der Fertigstellung der Matrix
1, analog zur Fig. 5 bei der ersten Variante der Erfindung.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt,
sondern kann verschiedentlich verändert und abgewandelt werden. So ist es insbesondere
möglich, die Bewegung der beiden Stempel zueinander bei jeder der beiden
Varianten anders zu gestalten als im dargestellten Ausführungsbeispiel, es können sich
beide Stempel bewegen oder nur einer der Stempel, es kann diese Bewegung entweder,
wie dargestellt, eine Linearbewegung oder, wie in der Automatisierung auch üblich, eine
Schwenk- bzw. Klapp-, Roll- oder Drehbewegung sein, dies ist vom Fachmann auf dem
Gebiet der Kunststoffverarbeitung in Kenntnis der Erfindung und in Kenntnis der ihm zur
Verfügung stehenden Geräte bzw. der Nachbarstationen leicht auswählbar.
So ist es auch möglich, in Abwandlungen der dargestellten Beispiele, die Form der Isolation
zu ändern (z.B. rund, dreieckig, rechteckig) und es kann je nach Anwendungsfall die
Lage der Isolation auf der Matrix anders sein als dargestellt.
Es wurden bei der obigen Beschreibung auch all die notwendigen Sensoren, die das Öffnen
und Schließen der Stempel, das richtige Einlegen der Rohmatrix, das Erreichen und Halten
der notwendigen Temperatur bzw. des notwendigen Druckes überwachen, ebensowenig
beschrieben bzw. in der Zeichnung dargestellt, wie die Heiz- und Preßvorrichtungen und
überhaupt all die Vorrichtungen Sensoren, Steuerungen, die nicht direkt mit der Erfindung,
sondern mit ihrer handwerklichen Durchführung zu tun haben. All diese Dinge sind in
Kenntnis der Erfindung für den Fachmann auf dem Gebiet der Kunststoffverarbeitung und
insbesondere des Spritzgießens leicht bestimmbar und aus den Vorrichtungen des Standes
der Technik auswählbar.
Einige Kunststoffe, die als Isolationsmaterialien (Granulat) für die erste Variante der Erfindung
verwendet werden können, sind: Polyamid (PA), Polyvinylchlorid (PVC), Themoplastisches
Polyurethan (TPU), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polytetrafluorethen
(PTFE), Polycarbonat ( PC ) Ethylen und Tetrafluorethylen (ETFE), Polyethylenterephthalat
(PET).
Einige Isolationsmaterialien (in Form von Folien), die für die zweite Variante der Erfindung
verwendet werden können, sind: Warmvernetzende Folien auf Basis von Thermoplastisches
Polyurethan (TPU), Polyethylenterephthalat (PET), Polyethylennaphthalat (PEN),
Polyimid (PI), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyvinylchlorid (PVC), Polycarbonat
(PC), Polytetrafluorethen (PTFE), Ethylen und Tetrafluorethylen (ETFE), mit Einfach-
oder Sandwich-Aufbau (Doppeltschicht oder Mehrlagenverbund), mit oder ohne Haft-
bzw. Kleberbeschichtung.