DE2515044B2 - Vorrichtung zur elektrischen verbindung einer vielzahl von mit abstand voneinander angeordneten elektrischen leitern - Google Patents

Description

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Die Erfindung befaßt sich mit einer Vorrichtung zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen einer Quelle eines elektrischen Potentials und leitenden Elementen, die durch ein nicht-leitendes Unterlagematerial (Substrat) getragen werden, so daß dieses Unterlagematerial elektrisch erwärmt werden kann. Elektrisch erwärmte, nicht-leitende Unterlagematerialien haben viele Anwendungsmöglichkeiten. Beispiels· weise ist es üblich, ein Glassubstrat, wie z. B. eine Fensterscheibe od. dgl., mit Widerstandsheizelementen zu versehen, die, wenn sie mit einer Quelle eines Potentials verbunden werden, das Unterlagematerial auf eine Temperatur erwärmen, die ausreichend ist, damit Feuchtigkeit nicht daran kondensieren kann. Eine solche Konstruktion wird vielfach bei der Heckscheibe eines Personenkraftwagens verwendet.

Herkömmliche elektrisch beheizte Heckscheiben für Personenkraftwagen umfassen ein Unterlagematerial aus transparentem Glas, auf dem eine Vielzahl von mit Abstand voneinander angeordneten parallelen Widerstandselementen aufgebracht ist. Die entsprechenden Enden solcher Elemente werden mit einer Quelle eines elektrischen Potentials verbunden, während die anderen Enden dieser Elemente geerdet oder in anderer Weise mit einer elektrischen Schaltung verbunden, von der die erwähnte Quelle ein Teil ist. Die übliche Verbindung der Widerstandselemente in der Schaltung umfaßt einen Streifen umsponnenen Drahtes, der an die Widerstandselemente angelötet wird. Eine solche Konstruktion besitzt verschiedene Nachteile. Beispielsweise führt die lokale Erhitzung, die durch das Anlöten des umsponnenen Drahtes an die Widerstandselemente bewirkt wird, oft zu einer Erweichung odes zu einem Springen des Glassubstrates. Außerdem ist es selten, daß alle Drähte des umsponnenen Leiters in leitendem Eingriff mit den Widerstandselementen sein können, was zur Folge hat, daß nicht an alle Widerstandselemente ein im wesentlichen gleichförmiger Strom angelegt werden kann. In diesem Falle sind nicht alle Widerstandselemente in der Lage, das Unterlagematerial in dem notwendigen Ausmaß zu erwärmen, um eine Ansammlung einer gewissen Feuchtigkeit auf diesem Unterlagematerial zu verhindern.

Es gibt einige Fälle, in denen die Ränder des Ur.terlagemateriales vollkommen frei bleiben sollten von elektrischen Einrichtungen, so daß ein Dichtungsstreifen am Rand des Unterlagemateriales angebracht werden kann. In anderen Fällen bestehen jedoch keinerlei Einwände gegenüber einem Vorhandensein von elektrischen Einrichtungen an den Rändern des U nterlagemateriales.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur Verbindung von Leitern, die von einem nicht-leitenden Unterlagemateriai getragen werden, mit einer Quelle eines elektrischen Potentials zu schaffen, wobei die Notwendigkeit der Verwendung von Wärme beim Anbringen der Verbindungsvorrichtung vermieden ist.

Ein weiteres Ziel ist die Schaffung einer Vorrichtung der genannten Art, bei der sich eine verhältnismäßig gleichförmige Stromverteilung unter der Vielzahl der elektrischen Leiter ergibt.

Weiterhin soll durch die Erfindung eine Verbindungsvorrichtung der genannten Art geschaffen werden, die entweder die Randkante des Unterlagemateriales umfaßt oder die auf einer Oberfläche des Unterlagemateriales so angebracht ist, daß die Randkante freigelassen wird.

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur elektrischen Verbindung einer Vielzahl von mit Abstand voneinander angeordneten elektrischen Leitern, die auf einer Seite eines nicht-leitenden Unterlagemateriales getragen werden, an dem ein Anschlußstück angebracht ist, das federnde Abschnitte aufweist und über allen Leitern liegt.

Die Erfindung ist im wesentlichen darin zu sehen, daß zwischen dem Anschlußstück und jedem Leiter ein zusammendrückbares, im zusammengedrückten Zustand elektrisch leitendes Polster zwischengelegt ist, wobei alle Polster durch die federnden Abschnitte der Leiter im zusammengedrückten, leitenden Zustand gehalten werden.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der folgender· Beschreibung zweier in der Zeichnung veranschaulichter Ausführungsbeispiele. Es zeigen

F i g. 1 eine Teil-Aufsicht auf eine Ausführungsform einer erfindungsgemäß konstruierten Vorrichtung;

F i g. 2 eine vergrößerte Schnittansicht entlang der Linie2-2in Fig. 1;

F i g. 3 eine Teil-Aufsicht auf einen Körper, aus dem die in F i g. 1 dargestellte Vorrichtung gebildet wird;

Fig.4 eine Ansicht ähnlich der Fig. 1, jedoch zur Veranschaulichung einer modifizierten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 5 eine vergrößerte Teil-Schnittansicht entlang der Linie 5-5 in F i g. 4;

F i g. 6 eine vergrößerte Teil-Aufsicht auf ein Anschlußstück des zweiten Ausführungsbeispieles.

Die in den Ausführungsbeispielen veranschaulichte, erfindungsgemäß konstruierte Vorrichtung ist für die Verwendung mit einem Unterlagematerial (Substrat) 1, z. B. transparentes Glas, ausgefüh-·, das auf seiner einen Oberfläche eine Vielzahl von mit Abstand voneinander angeordneten, im wesentlichen parallelen Leitern, wie Widerstands-Heizelemente 2, trägt Die Heizelemente 2 können aus einer Anzahl verschiedener Materialien besteheu und durch- eine Anzahl verschiedener Methoden auf dem Unterlagematerial angebracht sein. Beispielsweise können die Widerstands-Heizelemente 2 Silber-Keramik-Streifen umfassen, die durch ein Seidenmasken-Verfahren od. dgl. auf dem Unterlagematerial aufgebracht sind.

Jedes Widerstands-Heizelement 2 endet an jedem Ende in einer vergrößerten Anschlußklemme 3, die der Randkante des Unterlagemateriales benachbart, jedoch mil Abstand davon angeordnet ist. Die Anschlußklemmen 3 sind vorzugsweise aus demselben Material wie die Heizelemente 2 gebildet und in der gleichen Weise auf dem Unterlagematerial angebracht.

Ein gemäß dem in den Fi g. I bis 3 veranschaulichten Ausführungsbeispiel der Erfindung konstruiertes Anschlußstück ist allgemein mit dem Bezugszeichen 4 bezeichnet und aus einem flachen Körper 5 aus federndem, hochleitendem Metall gebildet, z. B. getemperter Beryllium-Kupfer oder einem anderen Material, das einen geringeren Widerstand besitzt als das der Elemente 2 und der Anschlußklemmen 3. Der Körper 5 besitzt eine Art Gratrücken 6, der mit koplanaren Fingern 7 und 8 versehen ist, die sich in entgegengesttzle Richtungen von diesem Rücken aus erstrecken. Die Finger 7 sind mit einem Abstand voneinander angeordnet, der im wesentlichen mit dem Abstand zwischen den Widerstands-Heizelementen 2 übereinstimmt, und sie besitzen eine etwas größere Breite als die Elemente 2. Die Finger 8 sind in gleicher Weise wie die Finger 7 mit Abstand voneinander angeordnet, jedoch versetzt zu den Fingern 7. Der Körper 5 kann durch einen herkömmlichen Stanzprozeß gebildet sein.

Nach der Bildung des Körpers 5 wird der Gratrücken 6 entlang seiner Längsachse und um einen Radius gebogen, der im wesentlichen der halben Dicke des Unterlagemateriales 1 entspricht, so daß sich eine U-förmige Struktur ergibt. Vorzugsweise wird der Gratrücken 6 um wenigstens 180° gebogen, so daß der Abstand zwischen den gegenüberliegenden Oberflächen der Finger 7 und 8 im wesentlichen der Dicke des Unterlagemateriales 1 entspricht, wodurch der Körper 5 ein Ende des Unterlagemateriales 1 umfasrsen kann, indem die Finger 7 und 8 die entgegengesetzten Oberflächen reibungsmäßig erfassen (Reibungseingriff). Jeder Finger besitzt eine solche Länge (in der Richtung weg von Gratrücken 6), daß er über einer der Anschlußklemmen 3 liegt.

Das Verbindungs- bzw. Anschlußstück 4 enthält eine Vielzahl von Puffern oder Polstern 9, die zwischen den Anschlußklemmen 3 und den Fingern 7 angeordnet sind. Jedes Polster umfaßt vorzugsweise einen Körper aus federelastischem, zusammendrückbarem Elastomermaterial, z. B. Silikon-Kautschuk, in dem überall verteilt eine große Menge einzelner elektrisch leitender Teilchen verteilt ist. Diese Teilchen sind vorzugsweise Kupferkugeln mit einem Durchmesser zwischen etwa 0,076 und 0,254 mm, wobei jede Kugel mit einem hochleitenden Edelmetall (z.. B. Silber) beschichtet ist, das, falls es oxydiert, ein elektrisch leitendes Oxyd produziert. Die Polster 9 können hergestellt werden.

indem ein Silikon-Kautschuk-Harz mit einem geeigneten Katalysator gemischt und dann in diese Mischung eine Menge der leitenden Teilchen eingerührt wird. Die zusammengesetzte Substanz wird dann in eine Form mit der Form des gewünschten Polsters eingebracht und ausgehärtet.

Jedes Polster 9 kann ohne Anwendung einer Druckkraft leitend sein oder, wahlweise, kann es nicht-leitend sein, bis es einer vorbestimmten Druckkraft ausgesetzt wird. Wenn normalerweise leitende Polster 9 gewünscht werden, dann sollten die im Elastomerkörper enthaltenen leitenden Teilchen zwischen etwa 75 bis 95 Gew.-% des Polsters bilden und das Polster sollte unter genügendem Druck geformt werden, damit der Eingriff einer ausreichenden Anzahl von Teilchen miteinander gesichert ist, um einen leitenden Weg durch das Polster zu errichten.

Falls ein normalerweise nicht-leitendes Polster gewünscht wird, dann kann die Menge der im Körper enthaltenen Teilchen geringer oder deren Durchmesser kleiner sein (ggf. können beide Fälle zur Anwendung kommen), obwohl die Teilchen nicht weniger als etwa 75 Gew.-% des Polsters bilden sollten, so daß die Errichtung eines leitenden Weges durch das Polster ohne die Notwendigkeit einer übermäßigen Druckkraft auf das Polster sichergestellt ist. Außerdem ist es nicht prforderüch, das Polster unter Kompression zu formen, falls ein normalerweise nicht-leitendes Polster gewünscht wird.

Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 3 ist zwischen jedem Finger 7 und der benachbarten Anschlußklemme 3 ein Polster 7 zwischengelegt. Die Dicke des Polsters 9 ist so gewählt, daß ihre Anwesenheit zwischen dem Unterlagematerial und dem Finger letzteren spannt und ihn vom Untorlagematerial ablenkt. Infolgedessen wirkt die Federkraft des Materials, aus dem der Körper 5 hergestellt ist, ständig so auf die Finger 7 ein, daß eine Druckkraft auf die Polster 9 ausgeübt wird. Diese Kraft ist ausreichend, um das Polster 9 an seinem Platz zwischen dem zugehörigen Finger 7 und dem Unterlagematerial 1 zu halten, wodurch sich die Notwendigkeit erübrigt, die Polster 9 an den Fingern 7 zu befestigen. Weiterhin ist die Dicke jedes Polsters 9 derart, daß die durch den zugehörigen Finger darauf ausgeübte Druckkraft das Polster einer ausreichenden Zusammenpreßkraft unterwirft, damit eine Anzahl leitender Teilchen miteinander in Eingriff kommt und einen leitenden Weg durch das Polster errichtet ohne Rücksicht oarauf, ob das Polster ursprünglich leitend oder nicht-leitend war.

Obwohl es nicht wesentlich ist, daß die Polster 9 an den Fingern 7 befestigt werden, kam es in manchen Fällen wünschenswert sein, es zu tun. In diesem Falle kann jedes Polster entweder vor oder nach dem Umbiegen des Körpers 5 um seinen Gratrücken 6 an seinen zugehörigen Finger angeklebt werden, und zwar durch irgendeinen der bekannten elektrisch leitenden Kleber.

Fig. 1 veranschaulicht in schematischer Weise eine elektrische Schaltung, die eine Quelle eines elektrischen Potentials, z. B. eine Batterie ß, umfaßt, deren eine Anschlußklemme an Erde und deren andere Anschlußklemme an eines der Anschlußstücke 4 über einen Schalter 5 angeschlossen ist. Das andere Anschlußstück 4 ist geerdet. Nach dem Schließen des Schalters S wird ein leitender Weg von der Batterie ß zum Anschlußstück 4 sowie durch die zugehörigen Polster 9 zu den Widerstands-Heizelementen 2 errichtet. Am anderen

Ende des Unterlagemateria'es 1 wird ein leitender Weg von den Elementen 2 durch die zugehörigen Polster 9 zum Anschlußstück 4 und somit zur Erde errichtet.

Die in den F i g. 4 bis 6 veranschaulichte Vorrichtung verwendet das gleiche Unterlagematerial I wie zuvor beschrieben, das ebenfalls mit Widerstands-Heizclementen 2 und Anschlußklemmen 3 versehen ist. Bei dieser Ausführungsform umfassen die Anschlußstücke 10 jedoch einen Streifen 11 aus federndem, leitendem Material, das einen niedrigeren Widerstand als das der Elemente 2 und der Anschlußklemmen 3 besitzt (/. B. getemperter Beryllium-Kupfer), wobei dieser Streifen eine Vielzahl von sich seitlich erstreckenden Fingern 12 aufweist, die entsprechend dem Abstand des leitenden Elementes 2 mit Abstand voneinander angeordnet sind. Die Finger verjüngen sich vorzugsweise in ihrer Form, und zwar in Richtung ihrer freien Enden, wodurch die Flexibilität der freien Enden dieser Finger erhöht wird. Die Streifen 11 sind nach einwärts von den Randkanten des Unterlagemateriales 1 angeordnet und können an die Oberfläche der letzteren durch ein Klebemittel 13 angeklebt sein. Bei diesem Klebemittel sollte es sich um ein solches handeln, das unterschiedliche Ausdehnungsgrößen von Metall und Glas aufnehmen kann, wobei diese unterschiedlichen Ausdehnungsgrößen von den unterschiedlichen Koeffizienten der thermischen Expansion herrühren. Es sind verschiedene Arten von verwendbaren Klebemitteln erhältlich. Beispielsweise stellt die Firma The Dexter Corporation. Pittsburg. Californien/USA, einen geeigneten Acrylkleber her. der unter dem Handelsnamen »HYSOL« verkauft wird. während die Firma 3M Company, Minneapolis. Minnesota/USA, einen geeigneten Kleber herstellt, der unter dem Handelsnamen »SCOTCHWELD« 2216. verkauft

Die Verbindungs- bzw. Anschlußstücke 10 werden aus einem flachen Materia! ausgestanzt, so daß der Streifen 11 und die Finger 12 normalerweise dieselbe Ebene einnehmen.

Jedes Polster 9 besitzt jedoch eine solche Dicke, daß seine Anwesenheit zwischen dem zugehörigen Finger und dem Unterlagematerial 1 den Finger spannt, worauf die Federkraft des Materials, aus dem das Anschlußstück hergestellt ist. so auf die Finger einwirkt, daß eine Druckkraft auf die Polster 9 ausgeübt wird, damit diese an ihrem Platz gehalten werden und damit auf diese eine ausreichende Druckkraft ausgeübt wird, um diese leitend zu machen und sie in diesem Zustand zu halten.

Obwohl die Polster 9 zwischen den Fingern 12 und dem Unterlagematerial angeordnet werden können, nachdem die Anschlußstücke 10 an dem Unterlagematerial angeklebt sind, werden die Polster 9 vorzugsweise an die Finger 12 angeklebt, und zwar durch einen leitenden Kleber, bevor das Unterlagematerial und die Anschlußstocke zusammengesetzt werden.

Durch eine richtige Auswahl der Größe und Menge der in jedem Polster enthaltenen leitenden Teilchen und durch die richtige Auswahl der Druckkraft, der jede« Polster ausgesetzt wird, kann jedes Polster nicht nur al; eine Brücke zwischen dem Anschlußstück 4 oder IO unc den leitenden Heizelementen 2 wirken, sondern auch ah Sicherung oder Stromunterbrecher. Bei den erläuterter Ausführungsformen sind die Spannung der Quelle ß, dei Widerstand der Anschlußstücke 4 oder 10 sowie der Widerstand der leitenden Heizelemente 2 bekannt. B kann außerdem der Widerstand der leitenden Teilchcr ίο bestimmt werden, wobei der Widerstand dem dei Edelmetall-Schicht entspricht. Aul diese Weise könner der normale Strom der Schaltung und die durch die Widerstände erzeugte Wärme errechnet werden.

Die Wärmemenge, der durch die leitenden Teilchen Stand gehalten werden kann, ist direkt proportional zu ihrer Größe und umgekehrt proportional zu ihrem Widerstand. Auf diese Weise sollten Größe und Widerstand der in jedem Polster enthaltenen Teilchen derart sein, daß Wärme aufgenommen wird, die durch

ίο den normalen Strom der Schaltung erzeugt wird, jedoch sollten die Teilchen in ihrer Größe kleiner sein als die Größe, die Wärme aufnehmen würden, welche durch einen Überlaststrom, beispielsweise einen Kurzschluß.

erzeugt wird. Falls die Größe und der Widerstand der Teilchen im Hinblick darauf ausgewählt werden, dann kann jedes Polster 9 als Stromunterbrecher bzw. als Überlastschalter in dem Sinne funktionieren, daß Wärme, die durch einen Übcrlaststrom in einem Übermaß des normalen Stromes erzeugt wird, ein oder mehr der den leitenden Weg durch das Polster bildenden Teilchen zersetzt oder aufbraucht, so daß der leitende Weg unterbrochen wird.

Wenn einmal der leitende Weg durch ein Polster 9

unterbrochen worden ist, dann kann er erneut dadurch errichtet werden, daß das Polster einer Druckkraft ausgesetzt wird, die ausreichend ist, um andere leitende Teilchen in Eingriff miteinander zu bringen und somit erneut einen leitenden Weg durch das Polster zu errichten. Dies ist möglich, da eine große Teilchenmenge im Polster enthalten ist und da nicht alle Teilchen aiii einmal aufgebraucht werden. Die zusammendrückende Kraft, die auf ein Polster durch den zugehörigen federnden Finger ausgeübt wird, kann ausreichend sein um das Wiedererrichten eines leitenden Weges selbsttätig zu bewirken, oder diese Druckkraft kann derart sein, daß ein manuelles Zusammendrücken des Polsters erforderlich ist. Die Kraft, die auf das Polster ausgeübt werderrmuß, um wieder einen leitenden Weg da hindurch zu errichten, ist direkt proportional zur

Größe der Teilchen, zur Fläche des Polsters und zur Dicke und Härte des Polsters. Eine solche Kraft ist

umgekehrt proportional der Menge der im Polster enthaltenen Teilchen. Die Druckkraft, die zur Ausübung auf Polster gleicher Konstruktion entweder für ein automatisches oder manuelles Wiedererrichten eines leitenden Weges erforderlich ist. kann empirisch bestimmt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur elektrischen Verbindung einer Vielzahl von mit Abstand voneinander angeordneten elektrischen Leitern, die auf einer Seite eines nicht-leitenden Unterlagematerials getragen werden, an dem ein Anschlußstück angebracht ist, das federnde Abschnitte aufweist und über allen Leitern liegt, dadurch gekennzeichnet, daß zwisehen dem Anschlußstück (4; 10) und jedem Leiter (2) ein zusammendrückbares, im zusammengedrückten Zustand elektrisch leitendes Polster (9) zwischengelegt ist, wobei alle Polster durch die federnden Abschnitte (7; 12) der Leiter im zusammengedrückten, leitenden Zustand gehalten werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußstück (4; 10) einen Metallstreifen (6; 11) mit Fingern (7; 12) umfaßt, die sich von diesem Anschlußstück aus erstrecken und die federnden Abschnitte bilden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände und die Anzahl der genannten Finger (7; 12) den Abständen und der Anzahl der genannten Leiter (2) entsprechen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Finger sich in ihrer Form verjüngen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß das Anschiußstück ein U-förmiges Element enthält, das einen Rand des erwähnten Unterlagemateriales (1) umfaßt.