ES2628329T5 - Luna con un elemento de conexión eléctrica - Google Patents

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Description

DESCRIPCIÓN
Luna con un elemento de conexión eléctrica
La invención se refiere a una luna con un elemento de conexión eléctrica, un método económico y ecológico para su producción y su uso.
La invención se refiere en particular a una luna con un elemento de conexión eléctrica para vehículos de motor con estructuras eléctricamente conductoras tales como, por ejemplo, conductores de calefacción o conductores de antena. Las estructuras eléctricamente conductoras suelen estar conectadas al sistema eléctrico de a bordo a través de elementos de conexión eléctrica soldados. Debido a los diferentes coeficientes de expansión térmica de los materiales utilizados, se producen tensiones mecánicas durante la fabricación y el funcionamiento, que tensan las lunas y pueden provocar la rotura de la luna.
Las soldaduras que contienen plomo tienen una alta ductilidad, que puede compensar las tensiones mecánicas que se producen entre el elemento de conexión eléctrica y la luna mediante deformación plástica. Sin embargo, debido a la directiva de vehículos al final de su vida útil 2000/53/EC, las soldaduras que contienen plomo deben ser reemplazadas por soldaduras sin plomo dentro de la CE. La directiva se denomina, en resumen, con el acrónimo ELV (vehículos al final de su vida útil). El objetivo es prohibir los componentes extremadamente problemáticos de los productos resultantes de la expansión masiva de la electrónica desechable. Las sustancias en cuestión son plomo, mercurio y cadmio. Esto se refiere, entre otras cosas, a la implementación de la soldadura sin plomo en aplicaciones eléctricas sobre vidrio y la introducción de los productos de reemplazo correspondientes.
Se han propuesto varios elementos de conexión eléctrica para soldadura sin plomo con estructuras eléctricamente conductoras. Se hace referencia como ejemplo a los documentos US 20070224842 A1, EP 1942703 A2, WO 2007110610 A1, EP 1488972 A1 y EP 2365730 A1 . La forma del elemento de conexión, por un lado, y el material del elemento de conexión, por otro lado, son de importancia decisiva para evitar tensiones térmicas.
El documento DE 10046489 C1 muestra una disposición en la que se suelda una pista conductora eléctrica a un área de conexión. El documento EP 2299544 A1 muestra una disposición en la que un conductor está conectado con una pieza de conexión plana por medio de un recalcado. Solo la parte de conexión plana está conectada a un área de conexión. El documento DE 102010018860 A1 muestra una disposición en la que un recalcado está conectado a un área de conexión sin una conexión soldada.
El documento WO 2012/007303 A1 divulga un disco con al menos un elemento de conexión eléctrica, con una estructura eléctricamente conductora en una región de un sustrato, un elemento de conexión en una región de la estructura eléctricamente conductora, en el que el elemento de conexión tiene una región recalcada alrededor de un cable de conexión, en el que la región recalcada del elemento de conexión está conectado directamente a la estructura eléctricamente conductora a través de una masa de soldadura. Este documento no proporciona ninguna información sobre el tipo u orientación del recalcado y no divulga un elemento de conexión que contenga un acero que contenga cromo.
El documento WO 2012/152543 A1 es como EP 2708091 A1 Estado de la técnica según el artículo 54 (3) EPC, y también describe un disco con al menos un elemento de conexión eléctrica, con una estructura eléctricamente conductora en una región de un sustrato, un elemento de conexión que contiene al menos un acero que contiene cromo en una región de la estructura eléctricamente conductora en el que el elemento de conexión tiene un área recalcada alrededor de un cable de conexión, estando la región recalcada del elemento de conexión directamente conectada a la estructura eléctricamente conductora a través de una masa de soldadura. Este documento no proporciona ninguna información sobre el tipo u orientación del recalcado.
El objeto de la presente invención es proporcionar un disco con un elemento de conexión eléctrica que sea particularmente adecuado para soldar utilizando compuestos de soldadura sin plomo, evitándose tensiones mecánicas críticas en la luna. Además, debe proporcionarse un método económico y ecológico para su producción.
El objeto de la presente invención se consigue según la invención mediante una luna con al menos un elemento de conexión eléctrica según la reivindicación 1 independiente. Las realizaciones preferidas surgen de las reivindicaciones subordinadas.
La luna según la invención con al menos un elemento de conexión eléctrica comprende al menos las siguientes características:
• un sustrato,
• una estructura eléctricamente conductora en una región del sustrato,
• en una región de la estructura eléctricamente conductora, un elemento de conexión que contiene al menos un acero que contiene cromo,
en el que el elemento de conexión tiene un área recalcada alrededor de un cable de conexión y en el que la región recalcada del elemento de conexión está conectada a la estructura eléctricamente conductora mediante una masa de soldadura.
Según la invención, el elemento de conexión eléctrica se conecta al cable de conexión mediante recalcado. La conexión de recalcado es simple, económica y rápida de producir y se puede automatizar fácilmente. Se pueden evitar pasos de proceso adicionales complejos, por ejemplo, soldar o soldar el elemento de conexión al cable de conexión. Al mismo tiempo, se proporciona una conexión muy estable entre el elemento de conexión y el cable de conexión. Dado que la región recalcada del elemento de conexión (el llamado recalcado, es decir, el área deformada por el proceso de recalcado) está soldada directamente a la estructura eléctricamente conductora, y no, por ejemplo, una sección del elemento de conexión conectado a la conexión de recalcado, el elemento de conexión se puede diseñar con dimensiones ventajosamente pequeñas, por medio del cual se reduce el requisito de espacio del contacto eléctrico. Además, cuando los cables de conexión están sometidos a una tensión mecánica, en particular una tracción sobre el cable de conexión, el elemento de conexión provoca sólo un brazo muy pequeño o sin palanca, lo que conduce a una estabilidad ventajosa de la conexión de soldadura. El elemento de conexión recalcado también puede tener un grosor de material que sea significativamente menor que el grosor de material de los elementos de conexión convencionales. Como resultado, se reducen las tensiones mecánicas, por un lado, y son posibles temperaturas de proceso inferiores durante la soldadura, por otro lado, por lo que se reduce el riesgo de rotura y se acorta el tiempo de proceso.
El acero que contiene cromo, en particular el denominado “acero inoxidable” o “acero resistente a la corrosión”, se encuentran disponibles de forma económica. Los elementos de conexión hechos de acero que contiene cromo también tienen un alto grado de rigidez en comparación con muchos elementos de conexión convencionales, por ejemplo hechos de cobre, lo que conduce a una estabilidad ventajosa de la conexión recalcada. El acero que contiene cromo es fácil de conformar en frío, lo que lo hace particularmente adecuado para hacer conexiones recalcadas. Además, el acero que contiene cromo tiene una capacidad de soldadura mejorada debido a una conductividad térmica más alta en comparación con muchos elementos de conexión convencionales, por ejemplo los hechos de titanio.
El cable de conexión está destinado a conectar eléctricamente la estructura eléctricamente conductora a un elemento funcional externo, por ejemplo, un suministro de potencia o un dispositivo receptor. Para ello, el cable de conexión, partiendo del elemento de conexión, se conduce preferiblemente desde la luna más allá de los bordes laterales de la luna . El cable de conexión puede ser, en principio, cualquier cable de conexión conocido por el experto en la materia para hacer contacto eléctrico con una estructura eléctricamente conductora y que sea adecuado para ser conectado al elemento de conexión (también llamado contacto recalcado) por recalcado. Además de un alma eléctricamente conductora (conductor interior), el cable de conexión puede comprender una funda aislante, preferiblemente polimérica, la funda aislante se retira preferiblemente en la región final del cable de conexión para permitir una conexión eléctricamente conductora entre el elemento de conexión y el conductor interior.
El alma eléctricamente conductora del cable de conexión puede contener, por ejemplo, cobre, aluminio y/o plata o aleaciones o mezclas de los mismos. El alma eléctricamente conductora está configurado preferiblemente como un conductor de alambre trenzado, pero también puede estar configurado, por ejemplo, como un conductor de alambre macizo. La sección transversal del alma eléctricamente conductora del cable de conexión depende de la capacidad de transporte de corriente requerida para el uso de la luna según la invención y puede ser seleccionada adecuadamente por un experto en la técnica. La sección transversal es, por ejemplo, 0,3 mm2 hasta 6 mm2.
El elemento de conexión, que según la invención contiene al menos un acero que contiene cromo y preferiblemente consiste en acero que contiene cromo, se recalca preferiblemente en la zona final del cable de conexión alrededor del alma eléctricamente conductora del cable de conexión, de modo que se cree una conexión eléctricamente conductora estable permanentemente entre el elemento de conexión y el cable de conexión. El recalcado tiene lugar con una herramienta de recalcado adecuada conocida per se por el experto en la técnica, por ejemplo, alicates de recalcado o una prensa de recalcado. La herramienta de recalcado comprende habitualmente dos puntos activos, por ejemplo las mordazas de los alicates de recalcado, que se guían una con otra, como resultado de lo cual se ejerce una presión mecánica sobre el elemento de conexión. De este modo, el elemento de conexión se deforma plásticamente y se aprieta alrededor del elemento de conexión.
El espesor de material del elemento de conexión asciende preferentemente a 0,1 mm a 2 mm, de forma especialmente preferente de 0,2 mm a 1 mm, muy especialmente preferente a 0,3 mm a 0,5 mm. En esta zona para el espesor del material, el elemento de conexión tiene, por un lado, la conformabilidad en frío necesaria para el recalcado. Por otra parte, en esta zona se consiguen una estabilidad ventajosa de la conexión recalcada y una conexión eléctrica ventajosa entre la estructura eléctricamente conductora y el cable de conexión para el espesor del material.
Según la invención, el elemento de conexión tiene una zona recalcada alrededor del cable de conexión. Sin embargo, el elemento de conexión no tiene que tener otras regiones además de la región recalcada, pero puede consistir en la región recalcada.
En una forma de realización ventajosa, el elemento de conexión se recalca en toda su longitud alrededor del alma eléctricamente conductora del cable de conexión. A continuación, el elemento de conexión se configura globalmente como un recalcado y consta únicamente de la región recalcada según la invención, lo que es ventajoso en términos de ahorro de material. Sin embargo, además de la sección recalcada alrededor del alma eléctricamente conductora (el llamado recalcado de alambre o recalcado de alambre), el elemento de conexión puede tener una o más secciones adicionales. Una sección adicional de este tipo se puede recalcar, por ejemplo, alrededor de la funda aislante del cable de conexión (recalcado de aislamiento), como resultado de lo cual se puede lograr una conexión estable entre el elemento de conexión y el cable de conexión. El elemento de conexión también puede tener secciones finales cortas, por ejemplo, que no se ven afectadas por el recalcado.
Según la invención, la zona recalcada del elemento de conexión está conectada a la estructura eléctricamente conductora a través de la masa de soldadura. Lo que se quiere decir aquí es una conexión mecánica directa entre la zona recalcada del elemento de conexión y la estructura eléctricamente conductora a través del material de soldadura. Esto significa que el material de soldadura está dispuesto entre el recalcado y la estructura eléctricamente conductora y, por lo tanto, fija el recalcado de una manera permanentemente estable sobre la estructura eléctricamente conductora. Preferiblemente, toda la zona recalcada del elemento de conexión está conectada a la estructura eléctricamente conductora mediante el material de soldadura. Esto significa que el material de soldadura se dispone a lo largo de toda la longitud del recalcado entre el recalcado y la estructura eléctricamente conductora. De esta forma se consigue una adhesión especialmente estable del elemento de conexión a la estructura eléctricamente conductora. Sin embargo, en principio, el material de soldadura también se puede disponer solo entre una sección del recalcado y la estructura eléctricamente conductora.
El material de soldadura conecta la región recalcada del elemento de conexión a la estructura eléctricamente conductora del sustrato. Según la invención, el material de soldadura no está en contacto directo con el alma eléctricamente conductora del cable de conexión.
El elemento de conexión está diseñado como un recalcado abierto o cerrado. En el caso de un recalcado abierto, el elemento de conexión se proporciona como una placa pequeña, plana o precurvada para formar una garra de recalcado. A continuación, los bordes laterales del elemento de conexión se doblan alrededor del cable de conexión. En el caso de un recalcado cerrado, el elemento de conexión está diseñado como un manguito completamente cerrado (casquillo terminal de alambre) en el que se inserta el cable de conexión y que luego se deforma por recalcado.
Las conexiones de recalcado pueden tener una multitud de formas en sección transversal perpendicular a la dirección de extensión del cable de conexión. La forma del recalcado está determinada por la elección de la herramienta de recalcado. Un recalcado cerrado puede, por ejemplo, tener una sección transversal ovalada (recalcado ovalado) o poligonal (por ejemplo, recalcado cuadrado, recalcado hexagonal o recalcado trapezoidal). Uno de los puntos activos de la herramienta de recalcado también puede generar una estructura de recalcado característica, estando dispuesta típicamente la estructura recalcad opuesta a la denominada base de recalcado . La forma del recalcado generalmente recibe su nombre según la estructura característica del recalcado. Los expertos en la técnica conocen formas para un recalcado cerrado, por ejemplo como recalcados en W o recalcados con mandril. En el caso de un recalcado abierto, los dos bordes laterales del elemento de conexión doblados alrededor del cable de conexión se recalcan entre sí y con el cable de conexión con una estructura de recalcado característica. Las formas para un recalcado abierto son conocidas por el experto en la técnica, por ejemplo, como recalcados en B (o recalcados en F), recalcados en OVL) o recalcados en O.
Según la invención, el recalcado está configurado como recalcado abierto. Dado que, en este caso, el cable de conexión no tiene que insertarse en un casquillo terminal de alambre que está cerrado por todos lados, dicha conexión de recalcado es más fácil de producir y más fácil de automatizar y, por lo tanto, es particularmente adecuada para la producción en masa.
Según la invención, el recalcado está configurado como recalcado en B. El conductor interior del cable de conexión está configurado preferentemente como un conductor de alambre cableado. Debido a la simetría de la forma del contacto, los hilos individuales del conductor de alambre cableado se desvían uniformemente a ambos lados del interior del contacto, lo que conduce a una estabilidad y estanqueidad al gas ventajosas del contacto de recalcado.
El ancho de recalcado puede ser elegido adecuadamente por un experto en la técnica, teniendo en cuenta el diámetro del cable de conexión y los estándares actuales, y es, por ejemplo, de 1 mm a 5 mm o de 2 mm a 3 mm, en particular de 2,5 mm. Esto es particularmente ventajoso en lo que respecta a la pequeña necesidad de espacio del elemento de conexión y una conexión estable entre el elemento de conexión y el cable de conexión.
La longitud del recalcado puede ser seleccionada adecuadamente por un experto en la materia teniendo en cuenta el diámetro del cable de conexión y los estándares actuales y es, por ejemplo, de 2 mm a 8 mm o de 4 mm a 5 mm, en particular de 4,3 mm a 4,7 mm, muy particularmente preferido 4,5 mm. Esto es particularmente ventajoso en lo que respecta a la pequeña necesidad de espacio del elemento de conexión y una conexión estable entre el elemento de conexión y el cable de conexión.
La altura del recalcado depende del diámetro del cable de conexión y un especialista puede seleccionarla adecuadamente teniendo en cuenta las normas vigentes.
El sustrato tiene un primer coeficiente de expansión térmica. El elemento de conexión tiene un segundo coeficiente de expansión térmica. En una realización ventajosa de la invención, la diferencia entre el primer y el segundo coeficiente de expansión es inferior a 5 x 10-6/°C, con especial preferencia menos de 3 x 10-6/°C. Debido a esto, se reducen las tensiones térmicas en la luna y se logra una mejor adhesión.
El sustrato contiene preferiblemente vidrio, particularmente de preferencia vidrio plano, vidrio flotado, vidrio de cuarzo, vidrio de borosilicato y/o vidrio de soda-cal. Sin embargo, el sustrato también puede contener polímeros, preferiblemente polietileno, polipropileno, policarbonato, polimetilmetacrilato, poliestireno, polibutadieno, polinitrilo, poliéster, poliuretano, cloruro de polivinilo, poliacrilato, poliamida, polietilentereftalato y/o copolímeros o mezclas de los mismos. El sustrato es preferiblemente transparente. El sustrato tiene preferentemente un espesor de 0,5 mm a 25 mm, de forma especialmente preferente de 1 mm a 10 mm y muy especialmente preferente de 1,5 mm a 5 mm.
El primer coeficiente de expansión térmica es preferiblemente de 8 x 10-6/°C hasta 9 x 10-6/°C. El sustrato contiene preferiblemente vidrio, que preferiblemente tiene un coeficiente de expansión térmica de 8,3 x 10-6/°C hasta 9 x 10-6/°C en un rango de temperatura de 0°C a 300°C.
El segundo coeficiente de expansión térmica es preferiblemente de 9 x 10-6/°C hasta 13 x 10-6/°C, con especial preferencia de 10 x 10-6/°C hasta 11,5 x 10-6/°C, de forma muy especialmente preferente de 10 x 10-6/°C hasta 11 x 10-6/°C y especialmente de 10 x 10-6/°C hasta 10,5 x 10-6/°C en un rango de temperatura de 0°C a 300°C.
El elemento de conexión según la invención contiene preferiblemente un acero que contiene cromo con un contenido de cromo superior o igual al 10,5% en peso. Otros componentes de la aleación, como el molibdeno, el manganeso o el niobio, dan como resultado una resistencia a la corrosión mejorada o propiedades mecánicas alteradas, como la resistencia a la tracción o la conformabilidad en frío.
El elemento de conexión según la invención contiene preferiblemente al menos 66,5% en peso a 89,5% en peso de hierro, 10,5% en peso a 20% en peso de cromo y 0% en peso a 1% en peso de carbono, 0% en peso a 5% en peso de níquel, 0% en peso a 2% en peso de manganeso, 0% en peso a 2,5% en peso de molibdeno, 0% en peso a 2% en peso % de niobio y 0% en peso a 1% en peso de titanio. El elemento de conexión también puede contener mezclas de otros elementos, incluidos vanadio, aluminio y nitrógeno.
El elemento de conexión según la invención contiene de forma especialmente preferente al menos 73% en peso hasta 89,5% en peso de hierro, 10,5% en peso hasta 20% en peso de cromo, 0% en peso hasta 0,5% en peso de carbono, 0% en peso a 2.5% en peso de níquel, 0% en peso a 1% en peso de manganeso, 0% en peso a 1.5% en peso de molibdeno, 0% en peso hasta 1% en peso de niobio y 0% en peso hasta 1% en peso de titanio. El elemento de conexión también puede contener mezclas de otros elementos, incluidos vanadio, aluminio y nitrógeno.
El elemento de conexión según la invención contiene de forma muy especialmente preferente al menos 77% en peso hasta 84% en peso de hierro, 16% en peso hasta 18,5% en peso de cromo y 0% en peso hasta 0,1% en peso de carbono, 0% en peso a 1% en peso de manganeso, 0% en peso a 1% en peso de niobio, 0% en peso a 1,5% en peso de molibdeno y 0% en peso a 1% en peso % de titanio. El elemento de conexión también puede contener mezclas de otros elementos, incluidos vanadio, aluminio y nitrógeno.
Los aceros que contienen cromo especialmente adecuados son los aceros con números de material 1.4016, 1.4113, 1.4509 y 1.4510 según EN 10088-2.
La estructura eléctricamente conductora según la invención presenta preferentemente un espesor de capa de 5 gm a 40 gm, de forma especialmente preferente de 5 gm a 20 gm, muy especialmente preferente de 8 gm a 15 gm y en particular de 10 gm a 12 gm. La estructura eléctricamente conductora según la invención contiene preferiblemente plata, con especial preferencia partículas de plata y fritas de vidrio.
El espesor de capa del material de soldadura es preferiblemente menor o igual a 6,0 x 10-4 m, con especial preferencia menos de 3,0 x 10-4 m.
El material de soldadura preferiblemente no contiene plomo. Esto es especialmente ventajoso con respecto al impacto medioambiental de la luna según la invención con un elemento de conexión eléctrica. En el contexto de la invención, se entiende por “material de soldadura sin plomo” un material de soldadura que, de acuerdo con la Directiva CE "2002/95/CE para la restricción del uso de determinadas sustancias peligrosas en equipos eléctricos y electrónicos", tiene una proporción menor o igual a 0,1% en peso de plomo, preferiblemente sin plomo.
Los materiales de soldadura sin plomo suelen tener una ductilidad más baja que los materiales de soldadura que contienen plomo, por lo que las tensiones mecánicas entre el elemento de conexión y la luna tampoco se pueden compensar. Sin embargo, se ha demostrado que las tensiones mecánicas críticas pueden evitarse claramente mediante el elemento de conexión según la invención. El material de soldadura contiene según la invención preferiblemente estaño y bismuto, indio, zinc, cobre, plata o composiciones de los mismos. La proporción de estaño en la composición de soldadura según la invención es del 3% en peso al 99,5% en peso, preferiblemente del 10% en peso al 95,5% en peso, de manera particularmente preferida del 15% en peso al 60% % en peso. La proporción de bismuto, indio, zinc, cobre, plata o composiciones de los mismos en la composición de soldadura según la invención es del 0,5% en peso al 97% en peso, preferiblemente del 10% en peso al 67% en peso, con lo que la proporción de bismuto, indio, zinc, cobre o plata puede ser del 0% en peso. La composición de soldadura según la invención puede contener níquel, germanio, aluminio o fósforo en una proporción del 0% en peso al 5% en peso. La composición de soldadura según la invención contiene de forma muy especialmente preferente Bi40Sn57Ag3, Sn40Bi57Ag3, Bi59Sn40Ag1, Bi57Sn42Ag1, In97Ag3, Sn95.5Ag3.8Cu0,7, Bi67In33, Bi33In50Sn17, Sn77.2In20Ag2.8, Sn95Ag4Cu1, Sn99Cu1, Sn96.5Ag3.5, Sn96.5Ag3Cu0,5, Sn97Ag3 o mezclas de los mismos.
En una forma de realización ventajosa, el material de soldadura contiene bismuto. Se ha demostrado que un material de soldadura que contiene bismuto conduce a una adherencia particularmente buena del elemento de conexión según la invención con la luna, por medio de la cual se pueden evitar daños en la luna. La proporción de bismuto en la masa de soldadura es preferentemente de un 0,5% en peso a un 97% en peso, de forma especialmente preferente de un 10% en peso a un 67% en peso y muy especialmente preferente de un 33% en peso a un 67% en peso, en particular del 50% en peso al 60% en peso. Además de bismuto, el material de soldadura contiene preferiblemente estaño y plata o estaño, plata y cobre. En una forma de realización particularmente preferida, el material de soldadura contiene al menos 35% en peso hasta 69% en peso de bismuto, 30% en peso hasta 50% en peso de estaño, 1% en peso hasta 10% en peso de plata y 0% en peso a 5% en peso de cobre. En una forma de realización muy especialmente preferida, la masa de soldadura contiene al menos 49% en peso hasta 60% en peso de bismuto, 39% en peso hasta 42% en peso de estaño, 1% en peso hasta 4% en peso de plata y 0 % en peso a 3% en peso de cobre.
En otra forma de realización ventajosa, el material de soldadura contiene de 90% en peso a 99,5% en peso de estaño, preferentemente de 95% en peso a 99% en peso, de forma especialmente preferente de 93% en peso a 98% en peso. - Además de estaño, el material de soldadura contiene preferiblemente de 0,5% en peso a 5% en peso de plata y de 0% en peso a 5% en peso de cobre.
El material de soldadura emerge con un ancho de salida preferiblemente menor de 1 mm desde el espacio intermedio entre el elemento de conexión y la estructura eléctricamente conductora. En una realización preferida, la anchura máxima de salida es inferior a 0,5 mm y en particular de aproximadamente 0 mm. Esto es particularmente ventajoso con respecto a la reducción de las tensiones mecánicas en la luna, la adhesión del elemento de conexión y la reducción en la cantidad de soldadura. El ancho de salida máximo se define como la distancia entre los bordes exteriores del elemento de conexión y el punto donde se cruza el material de soldadura, en el que el material de soldadura cae por debajo de un espesor de capa de 50 gm. El ancho de salida máximo se mide en el material de soldadura solidificada después del proceso de soldadura. Un ancho de salida máximo deseado se logra mediante una elección adecuada del volumen de material de soldadura y la distancia vertical entre el elemento de conexión y la estructura eléctricamente conductora, que se puede determinar mediante experimentos simples. La distancia vertical entre el elemento de conexión y la estructura eléctricamente conductora se puede predefinir mediante una herramienta de proceso correspondiente, por ejemplo una herramienta con un espaciador integrado. La anchura máxima de salida también puede ser negativa, es decir retirada al espacio intermedio formado por el elemento de conexión eléctrica y la estructura eléctricamente conductora. En una realización ventajosa de la luna según la invención, la anchura máxima de salida hacia el espacio intermedio formado por el elemento de conexión eléctrica y la estructura eléctricamente conductora se retrae en un menisco cóncavo. Un menisco cóncavo se crea, por ejemplo, aumentando la distancia vertical entre el espaciador y la estructura conductora durante el proceso de soldadura mientras la soldadura aún es líquida. La ventaja radica en la reducción de las tensiones mecánicas en la luna, especialmente en la región crítica presente con un gran cruce de material de soldadura.
En una realización ventajosa de la invención, el elemento de conexión presenta espaciadores, preferiblemente al menos dos espaciadores, de manera especialmente preferida al menos tres espaciadores. Los espaciadores están dispuestos en la superficie de contacto entre el elemento de conexión y el material de soldadura y preferiblemente están formados en una sola pieza con el elemento de conexión, por ejemplo mediante estampado o embutición profunda. Los espaciadores tienen preferiblemente un ancho de 0.5 x 10-4 m a 10 x 10-4 m y una altura de 0,5 x 10­ 4 m a 5 x 10-4 m, con especial preferencia de 1 x 10-4 m a 3 x 10-4 m. Por medio de los espaciadores se logra una capa homogénea, uniformemente gruesa y uniformemente fundida del material de soldadura. Como resultado, se pueden reducir las tensiones mecánicas entre el elemento de conexión y la luna y se puede mejorar la adhesión del elemento de conexión. Esto es particularmente ventajoso cuando se utilizan materiales de soldadura sin plomo que, debido a su menor ductilidad, son menos capaces de compensar las tensiones mecánicas en comparación con los materiales de soldadura que contienen plomo.
En una realización ventajosa de la invención, en el lado del elemento de conexión que mira hacia fuera del sustrato, se disponen una o más protuberancias de contacto, que se utilizan para hacer contacto entre el elemento de conexión y las herramientas de soldadura durante el proceso de soldadura. Cada protuberancia de contacto se forma preferiblemente con una curvatura convexa al menos en la región de contacto con la herramienta de soldadura. Las protuberancias de contacto tienen preferiblemente una altura de 0,1 mm a 2 mm, con especial preferencia de 0,2 mm a 1 mm. La longitud y la anchura de las protuberancias de contacto está comprendida preferentemente entre 0,1 y 5 mm, muy particularmente preferentemente entre 0,4 mm y 3 mm. Las protuberancias de contacto se forman preferiblemente en una sola pieza con el elemento de conexión, por ejemplo mediante estampación o embutición profunda. Para soldar, se pueden usar electrodos, cuyo lado de contacto es plano. La superficie del electrodo se pone en contacto con la protuberancia de contacto. Para ello, la superficie del electrodo está dispuesta paralela a la superficie del sustrato. La región de contacto entre la superficie del electrodo y la protuberancia de contacto forma el punto de soldadura. La posición del punto de soldadura está determinada por el punto en la superficie convexa de la protuberancia de contacto que tiene la mayor distancia vertical desde la superficie del sustrato. La posición del punto de soldadura es independiente de la posición del electrodo de soldadura en el elemento de conexión. Esto es particularmente ventajoso con respecto a una distribución de calor uniforme y reproducible durante el proceso de soldadura. La distribución de calor durante el proceso de soldadura está determinada por la posición, el tamaño, la disposición y la geometría de la protuberancia de contacto.
El elemento de conexión eléctrica tiene preferiblemente, al menos en la superficie enfrentada con el material de soldadura, un revestimiento que contiene cobre, zinc, estaño, plata, oro o aleaciones o capas de los mismos, preferiblemente plata. Como resultado, se logra una humectación mejorada del elemento de conexión con el material de soldadura y una adhesión mejorada del elemento de conexión.
El elemento de conexión según la invención se recubre preferiblemente con níquel, estaño, cobre y/o plata. El elemento de conexión según la invención está provisto de forma especialmente preferente de una capa favorecedora de la adhesión, hecha preferentemente de níquel y/o cobre, y adicionalmente de una capa soldable, hecha preferentemente de plata. El elemento de conexión según la invención se recubre de forma muy especialmente preferente con 0,1 gm a 0,3 gm de níquel y/o 3 gm a 20 gm de plata. El elemento de conexión puede revestirse con níquel, estaño, cobra y/o plata. El níquel y la plata mejoran la capacidad de conducción de corriente y la estabilidad frente a la corrosión del elemento de conexión y la humectación con el material de soldadura.
La forma del elemento de conexión eléctrica puede formar uno o una pluralidad de depósitos de soldadura en el espacio intermedio del elemento de conexión y la estructura eléctricamente conductora. Los depósitos de soldadura y las propiedades de humectación de la soldadura en el elemento de conexión evitan que el material de soldadura se escape del espacio intermedio. Los depósitos de soldadura pueden tener un diseño rectangular, redondeado o poligonal.
La invención incluye además el uso de la luna según la invención en edificios o en medios de transporte para el tráfico por tierra, aire o agua, en particular en vehículos ferroviarios o vehículos a motor, preferiblemente como parabrisas, ventana trasera, ventana lateral y/ o techo de vidrio, en particular como una luna calentable o como una luna con una función de antena.
La invención se explica con más detalle con referencia a los dibujos y ejemplos de realización Los dibujos son representaciones esquemáticas y no es fiel a escala. Los dibujos no restringen la invención de ninguna manera. Estos representan:
La figura 1, una vista en perspectiva de una primera realización de la luna según la invención, la figura 2, una sección transversal A-A 'a través de la luna según la Figura 1,
la figura 3, una sección transversal B-B' a través de la luna según la Figura 1,
la figura 4, una sección transversal A-A' a través de una luna alternativa según la invención,
la figura 5, una sección transversal A-A 'a través de una luna alternativa adicional según la invención, la figura 6, una sección transversal A-A' a través de una luna alternativa adicional según la invención, la figura 7, una sección transversal B-B' a través de una luna adicional que no es parte de la invención, la figura 8, una sección transversal B-B 'a través de una luna adicional que no es parte de la invención, la figura 8a, una sección transversal B-B' a través de una luna adicional que no es parte de la invención, la figura 9, una sección transversal B-B' a través de otros elementos de conexión alternativos que no forman parte de la invención,
la figura 10, un diagrama de flujo detallado de un método para fabricar la luna según la invención.
La figura 1, la figura 2 y la figura 3 muestran cada uno un detalle de una luna según la invención en la región del elemento de conexión eléctrica 3. La luna comprende un sustrato 1 que es un vidrio de seguridad de luna único pretensado térmicamente de 3 mm de espesor de vidrio de soda-cal. El sustrato 1 tiene una anchura de 150 cm y una altura de 80 cm. Una estructura eléctricamente conductora 2 en forma de estructura conductora de calor está impresa sobre el sustrato 1. La estructura eléctricamente conductora 2 contiene partículas de plata y fritas de vidrio. En la región del borde de la luna, la estructura eléctricamente conductora 2 se ensancha a un ancho de 10 mm y forma una superficie de contacto para el elemento de conexión eléctrica 3. En la región del borde del sustrato 1 también hay una serigrafía de cubierta (no mostrada). En la región de la superficie de contacto 8 entre el elemento de conexión eléctrica 3 y la estructura eléctricamente conductora 2, se aplica el material de soldadura 4, que crea una conexión eléctrica y mecánica permanente entre el elemento de conexión eléctrica 3 y la estructura eléctricamente conductora 2. El material de soldadura 4 contiene 57% en peso de bismuto, 40% en peso de estaño y 3% en peso de plata. El material de soldadura 4 tiene un espesor de 250 gm.
El elemento de conexión eléctrica 3 está fabricado de acero con número de material 1.4509 según EN 10 088-2 (ThyssenKrupp Nirosta® 4509) con un coeficiente de expansión térmica de 10,5 x 10-6/°C en el rango de temperatura de 20°C a 300°C. El elemento de conexión 3 se recalca en toda su longitud alrededor de la región final de un cable de conexión 5. Por lo tanto, el elemento de conexión 3 está configurado en general como un recalcado. El cable de conexión 5 contiene un alma eléctricamente conductora que está diseñado como un conductor de alambre trenzado convencional. El cable de conexión 5 también contiene una funda aislante polimérica, no mostrada, que se retira en la región final para permitir que el alma eléctricamente conductora del cable de conexión 5 entre en contacto eléctricamente con el elemento de conexión 3. La longitud de la región pelada supera la longitud L del recalcado, por ejemplo, de 0,5 mm a 3 mm, para garantizar la capacidad de flexión del cable de conexión 5.
El elemento de conexión 3 está diseñado como un recalcado abierto. Para este propósito, se dotó al elemento de conexión 3 de una placa con un grosor de material de 0,4 mm, por ejemplo, durante la fabricación de la luna, que se dobló alrededor del cable de conexión 5 mediante una herramienta de recalcado y se conectó de manera permanente y estable al cable de conexión 5 apretando (recalcando). La longitud del elemento de conexión 3 corresponde a la longitud L del recalcado (longitud del recalcado) y es de aproximadamente 4,5 mm, la anchura del elemento de conexión 3 (ancho de recalcado B) es de aproximadamente 2,5 mm.
El elemento de conexión 3 tiene la forma de un recalcado en B. Los bordes laterales del elemento de conexión 3 se doblan alrededor del cable de conexión 5 y se hunden en el alma eléctricamente conductora del cable de conexión 5 "perforando" la herramienta de recalcado, desviándose los hilos de alambre (no mostrados individualmente) del cable de conexión 5 uniformemente en ambos lados hacia el interior del contacto. La característica forma de recalcado muestra dos estructuras redondeadas de perfil que se parecen a la letra "B". La forma de recalcado característica está dispuesta en la parte superior del elemento de conexión 3 que mira hacia fuera del sustrato 1. La superficie de contacto 8 entre el elemento de conexión 3 y el material de soldadura 4 está dispuesta opuesta a la forma característica de recalcado (es decir, en la base de recalcado). De esta manera se consigue una humectación ventajosa del elemento de conexión 3 con el material de soldadura 4.
En la realización mostrada, la base de recalcado tiene una sección plana que constituye la parte esencial de la superficie de contacto 8. Sin embargo, la base de recalcado también puede tener un diseño general plano o curvado. La base de recalcado puede ser lisa como se muestra. Sin embargo, la base de recalcado también puede tener rebabas, como es habitual en la técnica de recalcado. Las rebabas se forman preferiblemente de forma simétrica en las regiones del borde lateral de la base de recalcado.
La figura 4 muestra una sección transversal a lo largo de A-A 'a través de una realización alternativa de la luna según la invención con el elemento de conexión 3 configurado como un recalcado en B. El elemento de conexión 3 está provisto de una capa humectante 6 que contiene plata en la superficie enfrentada al material de soldadura 4, por ejemplo con un espesor de aproximadamente 5 gm. Esto mejora la adherencia del elemento de conexión 3. En otra realización, entre el elemento de conexión 3 y la capa humectante 6 se puede colocar una capa favorecedora de la adhesión hecha, por ejemplo de níquel y/o cobre.
La figura 5 muestra una sección transversal a lo largo de A-A' a través de una realización alternativa de la luna según la invención con el elemento de conexión 3 configurado como recalcado en B. Los espaciadores 7 están dispuestos en la base del recalcado en el lado del elemento de conexión 3 orientado hacia el sustrato 1. Por ejemplo, se pueden disponer cuatro espaciadores 7 en la superficie de contacto 8, de los cuales dos espaciadores 7 pueden verse en la sección mostrada. Los espaciadores 7 están estampados en el elemento de conexión 3 y, por lo tanto, están formados en una sola pieza con el elemento de conexión 3. Los espaciadores tienen forma de segmentos esféricos y tienen una altura de 2,5 x 10-4 m y un ancho de 5 x 10-4 m. Por medio de los espaciadores 7 se promueve la formación de una capa uniforme del material de soldadura 4. Esto es particularmente ventajoso con respecto a la adhesión del elemento de conexión 3.
La figura 6 muestra una sección transversal a lo largo de AA' a través de una forma de realización alternativa de la luna según la invención con el elemento de conexión 3 diseñado como un recalcado B. El elemento de conexión eléctrica 3 contiene en la superficie de la base del recalcado que está orientado hacia el material de soldadura 4 un rebajo con una profundidad de 250 gm que forma un depósito de soldadura para el material de soldadura 4. Se puede evitar completamente que el material de soldadura 4 se escape del espacio intermedio. Esto reduce aún más las tensiones térmicas en la luna. El depósito de soldadura también se puede grabar en el elemento de conexión 3.
La figura 7 muestra una sección transversal a lo largo de B-B' a través de una realización alternativa del disco que no forma parte de la invención. El elemento de conexión 3 está diseñado como un recalcado cerrado. El elemento de conexión 3 se proporcionó como un manguito completamente cerrado (casquillo de extremo de alambre) en el que se insertó la región del extremo pelado del cable de conexión 5. A continuación, el elemento de conexión 3 se conectó de forma permanente y estable al cable de conexión 5 apretando (recalcando ) a la manera de un recalcado ovalado.
La figura 8 muestra una sección transversal a lo largo de B-B' a través de una realización alternativa de la luna que no forma parte de la invención. El elemento de conexión 3 está configurado como recalcado en B abierto como en la figura 3. A diferencia de la realización de la figura 3, el elemento de conexión 3 está dispuesto en la luna de tal manera que la base de recalcado se aleja del sustrato 1 y la estructura de recalcado característica se enfrenta al sustrato 1 y está conectada a la estructura eléctricamente conductora 2 a través del material de soldadura 4. Una ventaja de esta disposición del elemento de conexión 3 es que las regiones redondeadas de la estructura de recalcado característica pueden servir como espaciadores, con lo que se logra una distancia definida entre el elemento de conexión 3 y la estructura eléctricamente conductora 2 de una manera sencilla. También se ha demostrado que las regiones redondeadas conducen a una distribución ventajosa del material de soldadura 4 (formación de un filete de soldadura ventajoso).
La figura 8a muestra una sección transversal a través de una realización alternativa de la luna con el elemento de conexión 3, que no forma parte de la invención. El elemento de conexión 3 está diseñado como un recalcado en B abierto, mirando hacia fuera de la base del recalcado hacia fuera del sustrato 1. Se puede ver una protuberancia de contacto 9 en la base del recalcado. La protuberancia de contacto 9 está estampada en la base de recalcado y, por tanto, está formada en una sola pieza con el elemento de conexión 3. La protuberancia de contacto 9 tiene forma de segmento esférico y tiene una altura de 2,5 x 10-4 m y un ancho de 5 x 10-4 m. La protuberancia de contacto 9 sirve para hacer contacto entre el elemento de conexión 3 y la herramienta de soldadura durante el proceso de soldadura. Por medio de la protuberancia de contacto 9 se asegura una distribución de calor definida y reproducible independientemente del posicionamiento exacto de la herramienta de soldadura.
La figura 9 muestra una sección transversal a través de dos realizaciones adicionales a modo de ejemplo del elemento de conexión 3 con el cable de conexión 5, que no forman parte de la invención. Cada uno de los elementos de conexión 3 está diseñado como un recalcado abierto. En la parte (a), el elemento de conexión 3 tiene la forma de un denominado recalcado OVL. Los bordes laterales del elemento de conexión 3 doblados alrededor del cable de conexión 5 se superponen entre sí. En la parte (b), el elemento de conexión 3 tiene la forma de un denominado recalcado en O. Los bordes laterales del elemento de conexión 3 doblados alrededor del cable de conexión 5 se conducen enrasados entre sí.
La figura 10 muestra en detalle un método para producir una luna según la invención con un elemento de conexión eléctrica 3.
Las muestras de ensayo se realizaron con el sustrato 1 (espesor 3 mm, ancho 150 cm y altura 80 cm), la estructura eléctricamente conductora 2 en forma de estructura conductora de calentamiento, el elemento de conexión eléctrica 3 según la figura 1 y el material de soldadura 4. El elemento de conexión 3 se hizo de acero del número de material 1.4509 según EN 10088-2, que tiene un coeficiente de expansión térmica de 10,0 x 10-6/°C en el rango de temperatura de 20°C a 200°C y un coeficiente de expansión térmica de 10,5 x 10-6/°C en el rango de temperatura de 20°C a 300 ° C. El sustrato 1 consistió en vidrio de soda-cal con un coeficiente de expansión térmica de 8,30 x 10-6/°C en el rango de temperatura de 20°C a 300°C. La masa de soldadura 4 contenía Sn40Bi57Ag3 y tenía un espesor de capa de 250 gm. El elemento de conexión 3 se soldó sobre la estructura eléctricamente conductora 2 a una temperatura de 200°C y un tiempo de tratamiento de 2 segundos. No se observaron tensiones mecánicas críticas en la luna. La conexión entre la luna y el elemento de conexión eléctrica 3 era estable de forma permanente a través de la estructura eléctricamente conductora 2. En el caso de todas las muestras, con una diferencia de temperatura de 80°C a -30°C, fue posible observar que ningún sustrato 1 se rompió ni mostró ningún daño. Se pudo demostrar que poco después de la soldadura, las lunas con el elemento de conexión soldado 3 eran estables frente a una caída brusca de temperatura.
En ejemplos comparativos con elementos de conexión que tenían la misma forma y estaban hechos de cobre o latón, se produjeron tensiones mecánicas significativamente mayores y con una diferencia repentina de temperatura de 80°C a -30°C se observó que la luna se dañó principalmente poco después de la soldadura. exhibido. Se ha demostrado que las lunas según la invención con sustratos de vidrio 1 y elementos de conexión eléctrica 3 según la invención tenían una mejor estabilidad frente a diferencias bruscas de temperatura. Este resultado fue inesperado y sorprendente para el experto en la materia.
Lista de símbolos de referencia
(1) sustrato
(2) estructura eléctricamente conductora
(3) elemento de conexión eléctrica
(4) material de soldadura
(5) cable de conexión
(6) capa humectante
(7) espaciador
(8) superficie de contacto del elemento de conexión 3 con la estructura eléctricamente conductora 2 (9) protuberancia de contacto
H altura de recalcado
B ancho de recalcado
L longitud de recalcado
A-A' línea de corte
B-B' línea de corte

Claims (14)

REIVINDICACIONES
1. Luna con al menos un elemento de conexión eléctrica, que comprende al menos:
- un sustrato (1),
- en una región del sustrato (1), una estructura eléctricamente conductora (2),
- en una región de la estructura eléctricamente conductora (2), un elemento de conexión (3) que comprende al menos un acero que contiene cromo,
en el que el elemento de conexión (3) tiene una región recalcada alrededor de un cable de conexión (5), en el que la región recalcada del elemento de conexión (3) está conectada directamente a la estructura eléctricamente conductora (2) a través de un material de soldadura (4), en el que el material de soldadura (4) no está en contacto directo con un alma eléctricamente conductora del cable de conexión (5), en el que el elemento de conexión (3) está configurado como un recalcado abierto, en el que el elemento de conexión (3) tiene la forma de un recalcado en B, en el que la forma de recalcado presenta, de perfil, dos estructuras redondeadas que se asemejan a la letra "B", en el que la forma de recalcado está dispuesta en la parte superior del elemento de conexión (3) mirando hacia fuera del sustrato (1), y en el que la superficie de contacto (8) entre el elemento de conexión (3) y el material de soldadura (4) está dispuesta opuesta a la forma de recalcado.
2. Luna según la reivindicación 1, en el que el cable de conexión (5) incluye un conductor de alambre cableado. 3. Luna según la reivindicación 1 o 2, en el que el espesor de material del elemento de conexión (3) es de 0,1 mm a 2 mm, preferentemente de 0,2 mm a 1 mm, de forma especialmente preferente de 0,
3 mm a 0,5 mm.
4. Luna según una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la diferencia entre el coeficiente de expansión térmica del sustrato (1) y el coeficiente de expansión térmica del elemento de conexión (3) es inferior a 5 x 10-6/°C.
5. Luna según una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el elemento de conexión (3) contiene al menos 66,5% en peso a 89,5% en peso de hierro, 10,5% en peso a 20% en peso de cromo, 0% en peso a 1% en peso de carbono, 0% en peso a 5% en peso de níquel, 0% en peso a 2% en peso de manganeso, 0% en peso a 2,5% en peso de molibdeno, 0% en peso a 2% en peso de niobio y 0% en peso a 1% en peso de titanio.
6. Luna según la reivindicación 5, en el que el elemento de conexión (3) contiene al menos 77% en peso a 84% en peso de hierro, 16% en peso a 18,5% en peso de cromo, 0% en peso a 0,1% en peso de carbono, 0% en peso a 1% en peso de manganeso, 0% en peso a 1% en peso de niobio, 0% en peso a 1,5% en peso de molibdeno y 0% en peso a 1% en peso de titanio.
7. Luna según una de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el sustrato (1) contiene vidrio, preferiblemente vidrio plano, vidrio flotado, vidrio de cuarzo, vidrio de borosilicato y/o vidrio de sosa-cal.
8. Luna según una de las reivindicaciones 1 a 7, en el que la estructura eléctricamente conductora (2) contiene al menos plata, preferiblemente partículas de plata y fritas de vidrio y tiene un espesor de capa de 5 pm a 40pm.
9. Luna según una de las reivindicaciones 1 a 8, en el que el espesor de capa del material de soldadura (4) es menor o igual a 6,0 x 10-4 m.
10. Luna según una de las reivindicaciones 1 a 9, en el que el material de soldadura (4) no contiene plomo y contiene preferiblemente estaño y bismuto, indio, zinc, cobre, plata o composiciones de los mismos.
11. Luna según la reivindicación 10, en el que el material de soldadura (4) contiene 35% en peso a 69% en peso de bismuto, 30% en peso a 50% en peso de estaño, 1 % en peso a 10% en peso % de plata y 0% en peso a 5% en peso de cobre.
12. Luna según la reivindicación 10, en el que el material de soldadura (4) contiene 90% en peso a 99,5% en peso de estaño, 0,5% en peso a 5% en peso de plata y 0% en peso a 5% en peso de cobre.
13. Luna según una de las reivindicaciones 1 a 12, en el que el elemento de conexión (3) está revestido con níquel, estaño, cobre y/o plata.
14. Utilización de una luna con al menos un elemento de conexión eléctrica según una de las reivindicaciones 1 a 13, en edificios o en medios de transporte para desplazamientos por tierra, aire o agua, en particular en vehículos ferroviarios o vehículos a motor, preferiblemente como un parabrisas, ventana trasera, una ventana lateral y/o un techo de vidrio, en particular como luna calefactable o como luna con una función de antena.
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