AT526502B1

AT526502B1 - Verformbarer Gegenstand

Info

Publication number: AT526502B1
Application number: ATA50219/2023A
Authority: AT
Inventors: Koeppe Robert
Original assignee: Sendance Gmbh
Priority date: 2023-03-23
Filing date: 2023-03-23
Publication date: 2024-04-15
Also published as: AT526502A4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Gegenstand umfassend einen Körper (1), wobei an zumindest einer Oberfläche des Körpers (1) zumindest eine Platine (3) und mit dieser verbundene Leiterbahnen (4) vorliegen, wobei der Körper (1) verformbar ist und zumindest die besagte Oberfläche des Körpers (1) porös ist, wobei die Leiterbahnen (4) dehnbar sind und wobei zumindest die Leiterbahnen (4) durch ein Elastomer (2) überdeckt sind, wobei sich das Elastomer (2) in die Poren der Oberfläche des Körpers (1) erstreckt.

Description

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen verformbaren Gegenstand, welcher einen Körper aus verformbarem und porösem Material umfasst, welcher mit elektronischen Komponenten versehen ist.

[0002] Aufgabe der Erfindung ist es, einen Gegenstand zu schaffen, welcher mit elektronischen Komponenten versehen ist, wobei der Gegenstand verformbar sein soll, wobei eine Beschädigung der elektronischen Komponenten oder ein Ablösen dieser bei Verformung des Gegenstands verhindert werden soll.

[0003] Zur Lösung der Aufgabe wird ein Gegenstand nach Anspruch 1 vorgeschlagen.

[0004] In einer Ausführungsvariante wird ein Gegenstand vorgeschlagen, umfassend einen Körper, wobei an zumindest einer Oberfläche des Körpers zumindest eine Platine und mit dieser verbundene Leiterbahnen vorliegen, wobei der Körper verformbar ist und zumindest die besagte Oberfläche des Körpers porös ist, wobei die Leiterbahnen dehnbar sind und wobei zumindest die Leiterbahnen durch ein Elastomer überdeckt sind, wobei sich das Elastomer in die Poren der Oberfläche des Körpers erstreckt. Bevorzugt wird, dass das Elastomer auch die Platine oder jede von mehreren Platinen zumindest teilweise überdeckt.

[0005] Bevorzugt wird, dass die Oberfläche des Körpers, an welcher die Leiterbahnen und die Platinen vorliegen, am Grund einer Vertiefung des Körpers liegt, wobei die Vertiefung vollständig mit dem Elastomer gefüllt ist.

[0006] In einer Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die Oberfläche des Körpers, an welcher die Leiterbahnen und die zumindest eine Platine vorliegen, vollständig mit dem Elastomer überdeckt ist. In einer Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass an zumindest einer Platine ein elektronisches Element oder eine Kontaktfläche vorliegt, wobei eine Fläche des elektronischen Elements oder die Kontaktfläche bündig mit der Oberfläche des Elastomers liegt.

[0007] In einer Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass an zumindest einer Platine ein elektronisches Element vorliegt, wobei im Bereich des elektronischen Elements anstelle des Elastomers ein zum Elastomer unterschiedlicher Kunststoff vorliegt, welcher sich bis an die Oberfläche des Elastomers erstreckt.

[0008] Bevorzugt wird, dass die Leiterbahnen als Kabel oder Drähte vorliegen, welche einen gewundenen, mäanderförmigen oder geknickten Verlauf aufweisen.

[0009] Bevorzugt wird, dass der Körper dehnbar und elastisch ist.

[0010] In einer Ausführungsvariante wird ein Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes vorgeschlagen, umfassend einen Körper, welcher verformbar ist und zumindest eine poröse Oberfläche besitzt, wobei

in einem ersten Schritt an der porösen Oberfläche des Körpers zumindest eine Platine und mit dieser verbundene dehnbare Leiterbahnen platziert werden,

wobei in einem zweiten Schritt zumindest die Leiterbahnen mit einem ersten Material übergossen werden, welches erste Material in die Poren der Oberfläche des Körpers eindringt und welches zumindest die Leiterbahnen vollständig überdeckt,

wobei in einem dritten Schritt das erste Material zu einem Elastomer ausgehärtet wird.

[0011] Bevorzugt wird, dass im ersten Schritt mehrere Platinen an der porösen Oberfläche des Körpers platziert werden, welche Platinen zumindest untereinander durch die dehnbaren Leiterbahnen verbunden sind, wobei an jeder Platine zumindest ein elektronisches Element vorliegt und wobei im zweiten Schritt die dehnbare Leiterbahnen vollständig und die Platinen zumindest teilweise übergossen werden.

[0012] Bevorzugt wird, dass die Oberfläche des Körpers an welcher die Leiterbahnen und die zumindest eine Platine vorliegen am Grund einer Vertiefung des Körpers liegt, wobei der Körper bereits ursprünglich mit dieser Vertiefung hergestellt wird oder vor dem ersten Schritt mit dieser Vertiefung versehen wird.

[0013] Bevorzugt wird, dass zusätzlich zum Vergießen mit dem ersten Material ein Vergießen mit einem zweiten Material erfolgt, wobei das zweite Material im Bereich zumindest eines elektronischen Elements erfolgt, welches auf einer Platine vorliegt, wobei das zweite Material zu einem Kunststoff aushärtet, welcher unterschiedliche Eigenschaften aufweist als das Elastomer.

[0014] Bevorzugt wird, dass das Vergießen mit der ersten Vergussmasse in einem Ausmaß erfolgt, dass die Oberfläche des Elastomers bündig liegt mit einer oder mehrerer der folgenden Oberflächen: eine Oberfläche des Körpers, welche gegenüber der Oberfläche des Körpers, an welcher die Leiterbahnen und die zumindest eine Platine vorliegt, erhaben liegt; eine Oberfläche einer Kontaktfläche, welche erhaben an einer Platine vorliegt; eine Oberfläche eines elektronischen Elements, welche erhaben an einer Platine vorliegt; eine Oberfläche eines Kunststoffs, welcher durch Vergießen mit einem zweiten Material im Bereich eines elektronischen Elements an einer Platine gebildet wird.

[0015] Das Material des Körpers ist porös, was bedeutet, dass dieses eine Oberflächenstruktur aufweist, in welche eine im flüssigen Zustand aufgebrachte Vergussmasse oder Beschichtung eindringen kann.

[0016] Dadurch wird ein guter Halt der aufgetragenen Schicht am porösen Körper erreicht.

[0017] Bevorzugt weist das Material des Körpers Poren mit einer durchschnittlichen Porengröße von mindestens 25 um auf, besonders bevorzugt mindestens 100 um, insbesondere mindestens 250 um.

[0018] Der poröse Körper ist verformbar. [0019] Der poröse Körper kann dehnbar sein. [0020] Der poröse Körper kann elastisch sein.

[0021] Der poröse Körper weist bevorzugt eine flächige Form auf, also eine Länge und Breite, welche jeweils ein Vielfaches der Dicke des Körpers sind.

[0022] Als Ebene des Körpers kann insbesondere jene Oberfläche angesehen werden, an welcher die elektronischen Komponenten und die dehnbaren Leiterbahnen vorliegen. Die elektronischen Komponenten und die dehnbaren Leiterbahnen können auch an einer gekrümmten Oberfläche des Körpers vorliegen.

[0023] Als verformbar ist hierin eine Verformung des Körpers quer zur Ebene, oder quer zu jener Fläche an der die elektronischen Komponenten vorliegen, zu verstehen. Beispielsweise das Biegen oder Falten des Körpers, oder ein Eindrücken des Materials des Körpers. Als dehnbar ist eine Verformbarkeit in Längsrichtung oder Querrichtung des Körpers zu verstehen, welche mit einer Maßänderung in der Ebene des Körpers einhergeht, insbesondere mit einer Maßänderung der Fläche an der die elektronischen Komponenten vorliegen. Als dehnbar ist hierin also insbesondere ein Körper zu verstehen, dessen Länge oder Breite durch eine Zugkraft verlängerbar ist. Unter elastisch ist zu verstehen, dass der Körper nach Wegnahme der Zugkraft, oder einer Druckkraft wieder zu seiner ursprünglichen Ausdehnung zurückkehrt.

[0024] Das Material des Körpers kann insbesondere ein Textil, ein offenporiger Schaumstoff, Filz, raues Leder oder eine 3d gedruckte Lattice-Struktur (dreidimensionales Gitter) sein.

[0025] In einer Ausführungsvariante umfasst die Erfindung einen Körper aus einem Material, welches verformbar und porös ist (Textil, offenporiger Schaumstoff, Filz, raues Leder, 3d gedruckte Lattice-Struktur), auf dessen Oberfläche dünne Platinen mit elektronischen Funktionalitäten vorliegen, welche durch dehnbare Leiterbahnen verbunden sind, wobei die dünnen Platinen und die dehnbaren Leiterbahnen an der Oberfläche des Körpers fixiert sind,

indem sie in einer ausgehärteten Schicht eines Elastomers (z.B. Silikon, Polyurethan) einschlossen sind, wobei eine Vorstufe des Elastomers in flüssiger Form aufgebracht wurde und am Körper aushärtete,

wobei ein Teil des Elastomers in den Poren des Materials des Körpers eingedrungen ist und damit eine mechanisch feste Verbindung vorliegt.

[0026] An den dünnen Platinen können Sensoren, Indikatoren und/oder Aktuatoren vorliegen, wobei an den einzelnen Platinen jeweils eine oder mehrere der genannten elektronischen Komponenten vorliegen kann.

[0027] In einer Ausführungsvariante liegen die dehnbaren Leiterbahnen als mäandrierende Kabel vor.

[0028] Die dehnbaren Leiterbahnen können ohne Isoliermaterial vorliegen. Die dehnbaren Leiterbahnen können mehrere einzelne parallel verlaufende Kabel umfassen, die jeweils einen eigenen isolierenden Mantel aufweisen. Mehrere Leiterbahnen können gemeinsam in einem elastischen Isoliermaterial vorliegen, welches die mehreren elektrischen Leiterbahnen voneinander und bevorzugt auch nach außen elektrisch isoliert. Die elektrischen Leiterbahnen können aber auch unisoliert an der Oberfläche eines als dehnbares Band vorliegenden Substrats vorliegen. Die elektrischen Leiterbahnen können selbst aus elastischem leitfähigem Material bestehen. Die elektrischen Leiterbahnen können aber auch so angeordnet sein, dass diese aufgrund eines gewundenen oder gefalteten Verlaufs auseinandergezogen werden können. Die Leiterbahnen können auf ein dehnbares Substrat aufgedruckt vorliegen. Die Leiterbahnen können als Drähte oder Litzenkabel vorliegen. Die Leiterbahnen können als elastische leitfähige Fasern vorliegen, beispielsweise indem ein metallischer Draht um eine elastische Faser gewickelt ist. Die Leiterbahnen können jeweils eine Isolierung aufweisen und an einem dehnbaren Substrat befestigt sein.

[0029] Das Elastomer ist verformbar, dehnbar und elastisch. [0030] Beim Elastomer kann es sich beispielsweise um Silikon oder Polyurethan handeln. [0031] Das Elastomer bedeckt die dünnen Platinen und die Leiterbahnen bevorzugt vollständig.

[0032] Beim Material der Leiterbahnen handelt es sich bevorzugt um ein leitfähiges Metall, insbesondere Aluminium, Kupfer, Silber oder Gold, wobei Kupfer besonders bevorzugt wird. Zudem können Carbon Black und leitfähige Polymere verwendet werden.

[0033] In einer Ausführungsvariante ragen Sensorflächen, Kontaktflächen, Anzeigeflächen, Anzeigeelemente oder Aktoren aus dem Elastomer hervor oder liegen bündig mit der Oberfläche des Elastomers vor.

[0034] Der Gegenstand kann als durch das Elastomer gummiertes Textil vorliegen, wobei in der Gummierung Leiterbahnen und Platinen eingebettet sind.

[0035] In einer bevorzugten Ausführungsvariante liegen in der Oberfläche des Gegenstands Vertiefungen vor, wobei in diesen Vertiefungen die Platinen und dehnbaren Leiterbahnen eingelegt werden, wobei die Vertiefungen komplett mit flüssiger Vorstufe des Elastomers aufgefüllt werden, so dass die Oberfläche wieder durchgängig ist und die Platinen und Leiterbahnen umschlossen sind.

[0036] Der Körper kann bereits mit den Vertiefungen hergestellt werden, z.B. wenn es sich um einen 3D-Druckkörper handelt, oder der Körper in einer Gussform, beispielsweise aus Schaumstoff, hergestellt wird. Die Vertiefungen können auch durch einen zusätzlichen Arbeitsschritt im Körper gefertigt werden, beispielsweise durch Schneiden, Fräsen oder durch Laserabtragung.

[0037] Bevorzugt sind das e-Modul von Körper und Elastomer aufeinander abgestimmt. Die Abweichung der beiden E-Module beträgt bevorzugt weniger als 10 %. Der Körper und das Elastomer weisen in einer Variante das dasselbe E-Modul auf.

[0038] In einer Variante befindet sich auf zumindest einer Platine ein Drucksensor, Feuchtesensor, Dehnungssensor, Temperatursensor oder chemischer Sensor oder eine Kombination mehrere dieser Sensoren.

[0039] In einer Variante befindet sich auf zumindest einer Platine eine LED, ein Aktuator oder eine Elektrode, um Stromstöße zu senden, oder eine Kombination mehrere dieser Elemente.

[0040] In einer Variante wird der Gegenstand am menschlichen Körper getragen, beispielsweise als Kleidungsstück, Einlegesohle, Stirnband. In einer Variante ist der Gegenstand ein Polster,

Kissen, Sitzkissen oder eine Matratze.

[0041] In einer Variante werden zumindest zwei unterschiedliche Materialen zum Eingießen der Komponenten verwendet, wobei ein erstes Material zum Elastomer aushärtet und im Bereich über zumindest einer Platine ein zweites Material zum Eingießen verwendet wird, welches zweites Material unterschiedlich zum ersten Material ist, sodass dieses zu einem Kunststoff mit anderen Eigenschaften als das Elastomer aushärtet.

[0042] Bevorzugt wird dabei über einem Sensor einer Platine eine Schicht des zweiten Materials anstelle des ersten Materials des Elastomers eingebracht, welches zweites Material zu einem Kunststoff aushärtet der eine bessere Übertragung des Messsignals des Sensors erlaubt. In einer Ausführungsvariante wird über einem Drucksensor ein zweites Material aufgebracht, welches zu einem Kunststoff mit höherer Härte als der Härte des Elastomers aushärtet. In einer Ausführungsvariante liegt über einem Feuchtesensor oder pH-Sensor oder chemischen Sensor ein luft- oder wasserdurchlässiger Kunststoff vor, welcher aus dem zweiten Material gebildet ist. Im Fall eines Lichtsensors oder eines Anzeigeelements wie einer oder mehrerer LEDs kann ein aus dem zweiten Material gebildeter Kunststoff vorliegen, welcher durchsichtiger ist als das Elastomer.

[0043] Das Elastomer kann opak vorliegen.

[0044] Das Elastomer kann durchsichtig oder durchscheinend vorliegen. [0045] Das Elastomer liegt bevorzugt flüssigkeitsdicht vor.

[0046] Das Elastomer liegt bevorzugt luftdicht vor.

[0047] Die Platinen können ein Netz bilden, umfassend mehrere Einzelplatinen, welche an Knotenpunkten des Netzes vorliegen und durch die dehnbaren Leiterbahnen miteinander verbunden sind.

[0048] Das Netz umfasst in einer Ausführungsvariante mehrere Einzelplatinen und mehrere dehnbare Verbindungselemente, welche jeweils zumindest eine Leiterbahn umfassen, wobei die Einzelplatinen zur Ausbildung einer zweidimensionalen Gitterstruktur mit den dehnbaren Verbindungselementen verbunden sind.

[0049] Als Körper ist insbesondere ein physikalischer Körper (physical body or physical object) zu verstehen.

[0050] Der Körper weist bevorzugt eine in zwei Dimensionen gekrümmte Oberfläche auf. Der Körper ist bevorzugt ein Gegenstand oder ein Teil eines Gegenstandes und nicht der Körper oder ein Körperteil eines Menschen oder Tieres.

[0051] Das Trägermaterial der Platinen kann in einer Variante ein in zwei Dimensionen dehnbares Material sein. In einer anderen Variante ist das Trägermaterial nicht dehnbar.

[0052] Der Körper ist bevorzugt verformbar (intrinsisch weich oder thermoplastisch).

[0053] Die Platinen umfasst in einer Ausführungsvariante ein nichtleitfähiges Trägermaterial, auf welchem zumindest eine Leiterbahn vorliegt. Die Leiterbahn ist aus leitfähigem Material gebildet, welches auf das Trägermaterial aufgebracht ist.

[0054] Die Platinen umfassen in einer Ausführungsvariante ein nichtleitfähiges Trägermaterial, welches durch die Vorstufe des Elastomers und/oder das zweite Material, welches einen unterschiedlichen Kunststoff bildet, durchdringbar ist. Das Trägermaterial liegt bevorzugt als dünne flächige Schicht, beispielsweise in Form eines Blattes oder eines Streifens, vor. Als durchdringbares Trägermaterial ist ein Trägermaterial zu verstehen, welches Öffnungen aufweist, welche sich von einer Seite des Trägermaterials zur anderen erstrecken. Beim durchdringbaren Trägermaterial kann es sich um eine Folie, ein Gewebe, ein Vlies, eine Fasermatte oder einen offenzelligen Schaumstoff oder Schwamm handeln. Das Material kann zunächst als dichte Schicht hergestellt werden und danach durch Perforationen zu einem durchdringbaren Trägermaterial gemacht werden. Beispielsweise kann eine Folie durch Perforation zu einem durchdringbaren Trägermaterial gemacht werden. Das durchdringbare Trägermaterial kann insbesondere aus Papier,

Stoff, Glasfasern, mineralischen Fasern oder nicht-leitfähigem Kunststoff gebildet sein.

[0055] Bevorzugt ist das Trägermaterial der Platinen maximal 2000 um dick, besonders bevorzugt maximal 500 um, insbesondere maximal 50 um.

[0056] Bevorzugt weist das Trägermaterial eine durchschnittliche Porengröße von mindestens 1 um auf, besonders bevorzugt mindestens 10 um, insbesondere mindestens 100 um.

[0057] Die Platinen können aber auch nicht-porös vorliegen.

[0058] Bevorzugt weisen die Platinen eine Fläche im Bereich von 1 bis 100 mm? auf. Bevorzugt beträgt die maximale Erstreckung (Länge oder Durchmesser) der Platine in der Ebene der Oberfläche des Körpers maximal 10 mm. Bevorzugt beträgt die minimale Erstreckung (Breite oder Durchmesser) der Platine in der Ebene der Oberfläche des Körpers mindestens 0,5 mm.

[0059] Bevorzugt beträgt die Schichtdicke des Elastomers zwischen 0,2 und 2 mm. [0060] Bevorzugt beträgt die Höhe der Leiterbahnen zwischen 20 und 500 um. [0061] Bevorzugt beträgt die Breite einer Leiterbahn zwischen 20 und 500 um.

[0062] Bevorzugt beträgt die Breite, welche mehrere parallel verlaufende Leiterbahnen auf der Oberfläche des Körpers einnehmen, zwischen 0,2 und 2 mm.

[0063] Bevorzugt beträgt die Dicke des porösen Körpers zwischen 1 und 100 mm.

[0064] In einer Ausführungsvariante überdeckt das Elastomer nur einen Teilbereich des Körpers, wobei das Elastomer nur in einem Bereich der Oberfläche des Körpers angrenzend an die Leiterbahnen und bevorzugt einen weiteren Bereich der Oberfläche des Körpers angrenzend an die Platinen vorliegt.

[0065] Dadurch wird erreicht, dass die nicht vom Elastomer überdeckte Oberfläche des Körpers ihre Eigenschaften beibehält. Die nicht vom Elastomer überdeckte Oberfläche des Körpers kann insbesondere einen besseren Halt für das Befestigen einer weiteren Schicht bieten, im Vergleich zum Elastomer.

[0066] In einer Ausführungsvariante wird über dem Elastomer eine weitere Schicht aufgebracht. Die weitere Schicht kann beispielsweise ein Festkörper sein und auf den Körper aufgeklebt werden. Die weitere Schicht kann eine Deckschicht, insbesondere aus Stoff oder Leder, sein.

[0067] In einer Ausführungsvariante wird die weitere Schicht aufgebracht, während das Elastomer noch flüssig ist.

[0068] Die weitere Schicht kann beispielsweise ein Festkörper sein und auf den Körper aufgeklebt werden.

[0069] Die weitere Schicht kann porös sein, oder zumindest eine poröse Oberfläche aufweisen, welche dem Elastomer zugewandt liegt.

[0070] In einer Ausführungsvariante wird eine auf das noch nicht vollständig ausgehärtete Elastomer aufgelegte weitere Schicht, insbesondere in Form einer porösen weiteren Schicht, durch das vollständig ausgehärtete Elastomer fixiert. Ein Beispiel hierfür ist eine Einlegesohle aus Schaumstoff als poröser Körper, auf die üblicherweise noch eine weitere Schicht in Form einer Deckschicht aus Stoff geklebt wird.

[0071] Die Erfindung wird anhand von Zeichnungen veranschaulicht:

[0072] Fig. 1: Veranschaulicht schematisch eine erste Ausführungsvariante eines beispielhaften Gegenstands.

[0073] Fig. 2: Veranschaulicht schematisch eine zweite Ausführungsvariante eines beispielhaften Gegenstands.

[0074] Fig. 3: Veranschaulicht schematisch eine dritte Ausführungsvariante eines beispielhaften Gegenstands.

[0075] Fig. 4: Veranschaulicht schematisch eine vierte Ausführungsvariante eines beispielhaften Gegenstands.

[0076] Fig. 5: Veranschaulicht schematisch die vierte Ausführungsvariante eines beispielhaften Gegenstands in einer alternativen Darstellung.

[0077] Fig. 6: Veranschaulicht schematisch eine fünfte Ausführungsvariante eines beispielhaften Gegenstands.

[0078] Fig. 7: Veranschaulicht schematisch eine sechste Ausführungsvariante eines beispielhaften Gegenstands.

[0079] Fig. 8: Veranschaulicht eine Variante, bei welcher eine Vertiefung an die Form der Leiterbahnen und Platinen angepasst ist.

[0080] Fig. 9: Veranschaulicht eine Variante, bei welcher das Elastomer nur einen Teilbereich der Oberfläche überdeckt.

[0081] Fig. 10: Veranschaulicht eine Variante, bei welcher eine weitere Schicht über dem Elastomer vorliegt.

[0082] Die in den Figuren gezeigten Ausführungsformen zeigen lediglich mögliche Ausführungsformen, wobei an dieser Stelle bemerkt sei, dass die Erfindung nicht auf diese speziell dargestellten Ausführungsvarianten derselben eingeschränkt ist, sondern auch Kombinationen der einzelnen Ausführungsvarianten untereinander und eine Kombination einer Ausführungsform mit der oben angeführten allgemeinen Beschreibung möglich sind. Diese weiteren möglichen Kombinationen müssen nicht explizit erwähnt sein, da diese weiteren möglichen Kombinationen aufgrund der Lehre zum technischen Handeln durch die gegenständliche Erfindung im Können des auf diesem technischen Gebiet tätigen Fachmannes liegen.

[0083] In den Figuren sind die dehnbaren Leiterbahnen 4 als gewunden verlaufende Leiter dargestellt, was eine bevorzugte aber nicht zwingende Ausführungsvariante ist. Die dargestellten Leiterbahnen 4 verlaufen in einem gewundenen oder geknickten Verlauf, sodass die einzelnen Abschnitte der Leiterbahnen 4 quer bzw. nicht parallel zu deren Längsrichtung verlaufen. Bei Längenänderung der Leiterbahnen 4 ändert sich der Winkel der einzelnen Abschnitte der Leiterbahnen 4 zur Längsrichtung, nicht aber der Querschnitt und die Länge der Leiterbahnen 4. Dadurch bleibt der elektrische Widerstand der Leiterbahnen 4 bei Längenänderung konstant.

[0084] In den Figuren sind unterschiedliche Ausführungsvarianten veranschaulicht, mit der Gemeinsamkeit, dass diese einen porösen Körper 1 umfassen, an welchem zumindest eine Platine 3 und zumindest eine Leiterbahn 4 vorliegt, welche Platine 3 und Leiterbahn 4 in einem Elastomer 2 vorliegen, welches Elastomer 2 durch Vergießen einer Vorstufe des Elastomers in Form eines ersten flüssigen Materials aushärtete. Das flüssige Material dringt dabei in die Poren des Körpers 1 ein, um einen guten mechanischen Halt zu erreichen.

[0085] Wie dargestellt, sind bevorzugt mehrere Platinen 3 im Elastomer 2 eingebettet. Die Leiterbahnen 4 verbinden die Platinen 3 untereinander.

[0086] Zusätzlich können Leiterbahnen 4 vorhanden sein, welche von einer Platine 3 an die AuBenseite des Körpers 1 oder des Elastomers 2 verlaufen. Die Leiterbahnen 4 können auch wie dargestellt an eine Außenkante führen, welche zwischen dem Körper 1 und dem Elastomer 2 vorliegt. Im Elastomer 2 kann auch eine Schnittstelle vorliegen, beispielsweise in Form einer Buchse oder eines Steckers, welcher durch Leiterbahnen 4 kontaktiert ist. In einer Ausführungsvariante liegen am Gegenstand eine Buchse und ein Stecker vor.

[0087] Im Körper 1 oder im Elastomer 2 oder außerhalb des Körpers 1 kann eine zentrale Elektronik vorliegen (nicht dargestellt), welche über die Leiterbahnen 4 mit ICs (integrated circuits, deutsch: integrierter Schaltkreis) auf allen Platinen 3 kommunizieren kann. Die ICs auf den Platinen 3 sind bevorzugt eine Kombination aus Sensoren, Aktoren, Anzeigeelementen, ADCs, DACs, analogen Signalverarbeitungselementen und Mikrocontrollern, welche insgesamt an der Position der Platinen 3 Mess-, Regel- und/oder Anzeigefunktionen übernehmen können, welche von der

zentralen Elektronik gesteuert bzw. ausgelesen werden. An der zentralen Elektronik kann optional eine Schnittstelle vorliegen. Die Schnittstelle kann eine Energie- und/oder Datenübertragung mit der zentralen Elektronik bereitstellen. Die Energie- und/oder Datenübertragung kann kontaktlos erfolgen, sodass die Schnittstelle vollständig im Körper 1 und/oder dem Elastomer 2 eingeschlossen sein kann. Die Schnittstelle kann in Form einer Buchse vorliegen, um Energie und/oder Daten kabelgebunden übertragen zu können. Die zentrale Elektronik kann einen Akku oder einen anderen Energiespeicher umfassen. Die zentrale Elektronik kann optional in eine Vertiefung des Körpers 1 eingesetzt sein, oder im Material des Körpers 1 eingeschlossen sein. Die zentrale Elektronik kann bereits beim Druckprozess in einem im 3D-Druck hergestellten Körper 1 integriert werden.

[0088] An der jeweiligen Platine 3 ist zumindest ein elektronisches Element 5 angeordnet, insbesondere in Form eines Sensors, Aktuators oder eines Anzeigeelements.

[0089] In den Figuren ist der Körper 1 der Einfachheit halber als flächiges bzw. plattenförmiges Element dargestellt. Der Körper 1 kann eine davon abweichende Form aufweisen. Die Oberfläche des Körpers 1, an welcher die Platinen 3 und Leiterbahnen 4 vorliegen, kann auch einen gekrümmten Verlauf aufweisen. Die Platinen 3 können auch auf unterschiedlichen Ebenen des Körpers 1 vorliegen als die Leiterbahnen 4. Mehrere Platinen 3 können auch auf unterschiedlichen Ebenen zueinander vorliegen. Unebenheiten, Krümmungen oder eine Struktur des Körpers 1 können beim Vergießen ausgeglichen werden, sodass das Elastomer 2 ein ebene, glatte Fläche bildet.

[0090] Das Elastomer 2 ist in den Fig. 1-4 transparent dargestellt, damit die darunter verborgenen Komponenten in den Figuren sichtbar sind. Das tatsächliche Elastomer 2 kann transparent, durchscheinend oder opak bzw. blickdicht vorliegen.

[0091] In Folge wird auf die Unterschiede der Ausführungsvarianten eingegangen.

[0092] Wie in Fig 1 veranschaulicht ist, können die Platinen 3 und Leiterbahnen 4 auf einer durchgehenden Oberfläche des Körpers 1 aufgelegt werden und nachfolgend durch das erste Material, das zur Bildung des Elastomers 2 dient, übergossen und dadurch am Körper 1 fixiert werden. Die Oberfläche des Körpers 1, an welcher die Platinen 3 und Leiterbahnen 4 vorliegen, wird bevorzugt vollständig vom Elastomer 2 bedeckt. Dazu kann der Körper 1 in einer Gussform platziert werden und mit dem Elastomer übergossen werden.

[0093] Wie in Fig 1 veranschaulicht ist, können die Platinen 3 und Leiterbahnen 4 in einer Vertiefung 6 des Körpers 1 vorliegen. Bevorzugt ist die Vertiefung 6 flächenmäßig größer ausgeführt als die in der Vertiefung vorliegende Schaltung aus Platinen 3 und Leiterbahnen 4. Bevorzugt weisen die Platinen 3 und die Leiterbahnen 4 allseits einen Abstand zu den Flanken der Vertiefung 6 auf. Die Flanken der Vertiefung 6 sind in einer Ausführungsvariante schräg nach außen und zur Mitte der Vertiefung 6 hin ausgerichtet. Die Flanken der Vertiefung 6 können auch Hinterschneidungen aufweisen. Die Flanken der Vertiefung 6 können porös vorliegen. Wie in Fig 2 veranschaulicht ist, können die Platinen 3 und Leiterbahnen 4 auf einer durchgehenden Oberfläche der Vertiefung 6 des Körpers 1 aufgelegt werden und nachfolgend durch das erste Material, das zur Bildung des Elastomers 2 dient, übergossen und dadurch am Körper 1 fixiert werden. In Fig. 2 ist das Elastomer 2 auf den Bereich der Vertiefung 6 beschränkt. Die Oberfläche des Elastomers 2 liegt dabei bevorzugt bündig mit der die Vertiefung 6 umgebenden Oberfläche des Körpers 1.

[0094] Die Ausführungsvariante der Fig. 3 unterscheidet sich davon, dass das Elastomer 2 den Bereich der Vertiefung 6 und die die Vertiefung umgebende Oberfläche des Körpers 1 überdeckt.

[0095] Die Vertiefung 6 ist in den Fig. 2 und 3 an einer Seite offen dargestellt. Die Vertiefung 6 kann aber vorteilhaft an allen Seiten eine Flanke aufweisen, also von der Oberfläche des Körpers 1 allseits umschlossen sein. In diesem Fall kann die Vertiefung 6 selbst als Gussform dienen.

[0096] In den Fig. 4-6 ist das Vergießen mit zueinander unterschiedlichen Materialien veranschaulicht, wobei dies natürlich auch bei Varianten mit Vertiefung 6 ausführbar ist.

[0097] An der Stelle zumindest eines elektronischen Elements 5 zumindest einer Platine 3 ist dabei ein Kunststoff 7 vorhanden, welcher sich vom Elastomer 2 durch zumindest eine Eigenschaft unterscheidet. Dies kann dadurch erfolgen, dass zuerst ein Vergießen an der Platine 3 erfolgt, beispielsweise indem die noch nicht am Körper 1 platzierte Platine 3 in einer Form platziert wird oder eine beidseitig offene Form auf der Platine 3 platziert wird (vor oder nachdem diese am Körper 1 platziert wurde). Danach wird diese Form mit der zweiten Vergussmasse gefüllt und nach dem zumindest teilweisen Aushärten zum Kunststoff 7 entfernt. Danach kann das VergieBen mit dem ersten Vergussmaterial zur Bildung des Elastomers 2 erfolgen.

[0098] Dies kann aber auch dadurch erfolgen, dass zuerst ein Vergießen des Elastomers 2 erfolgt, wobei an der Platine 3 ein Schutzkörper, z.b. als beidseitig offene Form platziert wird, welcher einen Raum für das zweite Vergussmaterial freihält. Nachdem das Elastomer 2 zumindest teilweise ausgehärtet wurde, kann der Schutzkörper entfernt werden und der verbleibende Raum mit dem zweite Vergussmaterial gefüllt werden.

[0099] Der Raum für das zweite Vergussmaterial kann kleiner als die Fläche der Platine 3, gleich der Fläche der Platine 3 oder größer als die Platine 3 sein. Die Platine 3 kann porös oder mit zumindest einer Öffnung versehen sein, sodass die zweite Vergussmasse die Platine 3 durchdringen kann, um sich mit dem darunterliegenden porösen Material des Körpers 1 verbinden zu können. In Fig. 4 sind das Elastomer 2 und der Kunststoff 7 transparent dargestellt. In Fig. 5 ist das Elastomer 2 opak und der Kunststoff 7 ist transparent. Dies ist bevorzugt, wenn es sich bei den elektronischen Elementen 5 um optische Bauteile handelt.

[00100] Fig. 6 zeigt diese Ausführungsvariante in Schnittansicht. Wie dargestellt, können die Platinen 3 und deren elektronischen Elementen 5 vollständig vom Elastomer 2 und dem Kunststoff 7 überdeckt sein. Wie in Fig. 6 zudem veranschaulicht ist, können zueinander unterschiedliche zweite Vergussmassen Anwendung finden, sodass an einer ersten Platine 3 ein erster Kunststoff 7 vorliegt und an einer anderen Platine 3 ein zweiter Kunststoff 8, welche sich zumindest in einer Eigenschaft voneinander unterscheiden. Zudem ist es auch möglich, dass an einer Platine 3 mehrere zueinander unterschiedliche Kunststoffe 7, 8 vorliegen, welche zueinander unterschiedliche elektronische Elemente 5 überdecken. Die zumindest eine Eigenschaft des Kunststoffs 7, 8 ist bevorzugt in Abhängigkeit der Art des elektronischen Elements 5 gewählt.

[00101] In Fig. 7 ist noch eine Ausführungsvariante veranschaulicht, bei welcher zumindest ein elektronisches Element 5 an zumindest einer Platine 3 bündig mit der Oberfläche des Elastomers 2 abschließt. Beispielsweise kann aber auch eine Elektrode oder eine andere elektrisch leitende Kontaktfläche an der Platine 3 vorliegen, welche bündig mit der Oberfläche des Elastomers 2 liegt.

[00102] In Fig. 7 ist zudem noch eine Ausführungsvariante veranschaulicht, bei welcher zumindest ein elektronisches Elemente 5 an zumindest einer Platine 3 über die Oberfläche des Elastomers 2 hinausragt. Beispielsweise kann aber auch eine Elektrode oder eine andere elektrisch leitende Kontaktfläche an der Platine 3 vorliegen, welche über die Oberfläche des Elastomers 2 hinausragt.

[00103] Auch eine zusätzliche Schnittstelle kann so angeordnet sein, dass diese ringsum vom Elastomer 2 umschlossen ist, wobei die Anschlusspins, Anschlussdrähte, eine Buchse oder ein Stecker der Schnittstelle senkrecht aus dem Elastomer hervorragen. Die Schnittstelle kann auch in Form einer Übertragungsspule auf der Oberfläche des Körpers 1 vorliegen und vom Elastomer 2 überdeckt sein.

[00104] In Fig. 7 ist noch eine Ausführungsvariante veranschaulicht, bei welcher ein elektronisches Element 5 oder ein anderes Bauteil, welches auf einer Platine 3 vorliegt und aus der Oberfläche des Elastomers 2 emporragt, oder bündig mit dieser liegt, mit einem verbreiterten Bereich 9 ausgeführt ist, welcher verbreiterte Bereich 9 vom Elastomer 2 überdeckt ist. Dadurch kann das elektronische Element 5 oder das andere Bauteil (zb. eine Schnittstelle) auch im Elastomer 2 verankert werden. Der verbreiterten Bereich 9 ist in einer Ausführungsvariante porös bzw. mit Öffnungen versehen und von der Vergussmasse des Elastomers 2 und/oder eines Kunststoffs 7,

8 durchdringbar.

[00105] In den Ausführungsvarianten der Fig. 8 und 9 überdeckt das Elastomer 2 nur einen Teilbereich des Körpers 1, wobei das Elastomer 2 nur in einem Bereich der Oberfläche des Körpers 1 angrenzend an die Leiterbahnen 4 und bevorzugt einen weiteren Bereich der Oberfläche des Körpers 1 angrenzend an die Platinen 3 vorliegt.

[00106] In der Variante der Fig. 8 ist dazu die Vertiefung 6 entsprechend der Form der von den Leiterbahnen 4 und Platinen 3 eingenommenen Fläche geformt. Die Vertiefung 6 ist im Bereich der Leiterbahnen 4 bevorzugt schmäler als im Bereich der Platinen 3. Der Abstand der Nutflanken der Vertiefung 6 zu den Leiterbahnen 4 und den Platinen 3 beträgt bevorzugt zwischen 0,5 und 5 mm.

[00107] In der Variante der Fig. 9 liegen die Leiterbahnen 4 und Platinen 3 auf einer kontinuierlichen Oberfläche des Körpers 1 vor, wobei nur ein Teilbereich dieser kontinuierlichen Oberfläche vom Elastomer 2 bedeckt ist. Dies kann durch Verwendung einer beidseitig offenen Gussform mit geschlossener Umfangswand erreicht werden. Bevorzugt ist die Fläche des Elastomers 2 entsprechend der Form der von den Leiterbahnen 4 und Platinen 3 eingenommenen Fläche geformt. Die Fläche des Elastomers 2 ist im Bereich der Leiterbahnen 4 bevorzugt schmäler als im Bereich der Platinen 3. Der Abstand der Ränder des Elastomers 2 zu den Leiterbahnen 4 und den Platinen 3 beträgt bevorzugt zwischen 0,5 und 5 mm.

[00108] In der Ausführungsvariante der Fig. 10 ist über dem Elastomer 2 eine weitere Schicht 10 aufgebracht. Die weitere Schicht 10 kann beispielsweise ein Festkörper sein und auf das Elastomer 2 und/oder den Körper 1 aufgeklebt werden. Die weitere Schicht 10 kann eine Deckschicht, insbesondere aus Stoff oder Leder, sein.

[00109] In einer Ausführungsvariante wird die weitere Schicht 10 aufgebracht, während das Elastomer noch flüssig ist. Die weitere Schicht 10 kann beispielsweise ein Festkörper sein und auf den Körper aufgeklebt werden.

[00110] Die weitere Schicht 10 kann porös sein, oder zumindest eine poröse Oberfläche aufweisen, welche dem Elastomer 2 zugewandt liegt.

[00111] Die weitere Schicht 10 kann bei jeder der Ausführungsvarianten der Fig. 1 bis 9 aufgebracht werden. Bevorzugt jedoch erfolgt dies bei einer der Ausführungsvarianten gemäß Fig. 2, 8 oder 9. In diesem Fall kann die weitere Schicht 10 direkt mit den freiliegenden Bereichen des Körpers 1 verbunden werden. Bei der Variante der Fig. 9 kann die weitere Schicht 10 eine Vertiefung in Form der vom Elastomer 2 bedeckten Fläche aufweisen.

[00112] Die weitere Schicht 10 wird bevorzugt in Form eines Festkörpers aufgebracht. Weniger bevorzugt kann die weitere Schicht 10 ebenfalls als aushärtende Vergussmasse aufgebracht werden.

[00113] Die weitere Schicht 10 kann in Bereichen, an welchen elektronische Elemente 5 an den Platinen 3 vorliegen, Vertiefungen oder Öffnungen aufweisen, oder in diesem Bereich ein anderes Material aufweisen als in den übrigen Bereichen der weiteren Schicht 10. Ein zum Elastomer 2 und zum Material der weiteren Schicht 10 unterschiedlicher Kunststoff 7, 8 kann in einer Öffnung der Schicht 10 vorliegen. Der Kunststoff 7, 8 kann sich beispielsweise durch die weitere Schicht 10 und das Elastomer 2 erstrecken, beispielsweise indem ein aushärtendes Material, welches den Kunststoff 7, 8 bildet in eine korrespondierende Öffnung des Elastomers 2 und der weiteren Schicht 10 gegossen wird.

Claims

Patentansprüche

1. Gegenstand umfassend einen Körper (1), wobei an zumindest einer Oberfläche des Körpers (1) zumindest eine Platine (3) und mit dieser verbundene Leiterbahnen (4) vorliegen, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (1) verformbar ist und zumindest die besagte Oberfläche des Körpers (1) porös ist, wobei die Leiterbahnen (4) dehnbar sind und wobei zumindest die Leiterbahnen (4) durch ein Elastomer (2) überdeckt sind, wobei sich das Elastomer (2) in die Poren der Oberfläche des Körpers (1) erstreckt.

2. Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomer (2) auch die Platine (3) oder jede von mehreren Platinen (3) zumindest teilweise überdeckt.

3. Gegenstand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Körpers (1), an welcher die Leiterbahnen (4) und die zumindest eine Platine vorliegen am Grund einer Vertiefung (6) des Körpers (1) liegt, wobei die Vertiefung (6) vollständig mit dem Elastomer (2) gefüllt ist.

4. Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Körpers (1), an welcher die Leiterbahnen (4) und die Platinen (3) vorliegen, vollständig mit dem Elastomer (2) überdeckt ist.

5. Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Körpers (1), an welcher die Leiterbahnen (4) und die Platinen (3) vorliegen, nur teilweise mit dem Elastomer (2) überdeckt ist.

6. Gegenstand nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomer (2) die Leiterbahnen (4) überdeckt und einen an die Leiterbahnen (4) angrenzenden Teilbereich der Oberfläche des Körpers (1).

7. Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an zumindest einer Platine (3) ein elektronisches Element (5) oder eine Kontaktfläche vorliegt, wobei eine Fläche des elektronischen Elements (5) oder die Kontaktfläche bündig mit der Oberfläche des Elastomers (2) liegt.

8. Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass an zumindest einer Platine (3) ein elektronisches Element (5) vorliegt, wobei im Bereich des elektronischen Elements (5) anstelle des Elastomers (2) ein zum Elastomer (2) unterschiedlicher Kunststoff (7, 8) vorliegt, welcher sich bis an die Oberfläche des Elastomers (2) erstreckt.

9. Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen (4) als Kabel oder Drähte vorliegen, welche einen gewundenen, mäanderförmigen oder geknickten Verlauf aufweisen.

10. Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (1) dehnbar und elastisch ist.

11. Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes, umfassend einen Körper (1), welcher verformbar ist und zumindest eine poröse Oberfläche besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt an der porösen Oberfläche des Körpers (1) zumindest eine Platine (3) und mit dieser verbundene dehnbare Leiterbahnen (4) platziert werden, wobei in einem zweiten Schritt zumindest die Leiterbahnen (4) mit einem ersten Material übergossen werden, welches erste Material in die Poren der Oberfläche des Körpers (1) eindringt und welches zumindest die Leiterbahnen (4) vollständig überdeckt, wobei in einem dritten Schritt das erste Material zu einem Elastomer (2) ausgehärtet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Schritt mehrere Platinen (3) an der porösen Oberfläche des Körpers (1) platziert werden, welche Platinen (3) zumindest untereinander durch die dehnbaren Leiterbahnen (4) verbunden sind, wobei an jeder Platine (3) zumindest ein elektronisches Element (5) vorliegt und wobei im zweiten Schritt die dehnbaren Leiterbahnen (4) vollständig und die Platinen (3) zumindest teilweise übergossen werden.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Körpers (1), an welcher die Leiterbahnen (4) und die zumindest eine Platine (3) vorliegen, am Grund einer Vertiefung (6) des Körpers (1) liegt, wobei der Körper (1) bereits ursprünglich mit dieser Vertiefung (6) hergestellt wird oder vor dem ersten Schritt mit dieser Vertiefung (6) versehen wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zum Vergießen mit dem ersten Material ein Vergießen mit einem zweiten Material erfolgt, wobei das zweite Material im Bereich zumindest eines elektronischen Elements (5) erfolgt, welches auf einer Platine (3) vorliegt, wobei das zweite Material zu einem Kunststoff (7, 8) aushärtet, welcher unterschiedliche Eigenschaften aufweist als das Elastomer (2).

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Vergießen mit der ersten Vergussmasse in einem Ausmaß erfolgt, dass die Oberfläche des Elastomers (2) bündig liegt mit einer oder mehrerer der folgenden Oberflächen: eine Oberfläche des Körpers (1), welche gegenüber der Oberfläche des Körpers (1), an welcher die Leiterbahnen (4) und die zumindest eine Platine (3) vorliegt, erhaben liegt; eine Oberfläche einer Kontaktfläche, welche erhaben an einer Platine (3) vorliegt; eine Oberfläche eines elektronischen Elements (5), welche erhaben an einer Platine (3) vorliegt; eine Oberfläche eines Kunststoffs (7, 8), welcher durch Vergießen mit einem zweiten Material im Bereich eines elektronischen Elements (5) an einer Platine (3) gebildet wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen