DE102005034085A1

DE102005034085A1 - Verfahren zum Aufbringen von elektrischen Leiterstrukturen auf ein Zielbauteil aus Kunststoff

Info

Publication number: DE102005034085A1
Application number: DE102005034085A
Authority: DE
Inventors: Markus Pfletschinger; Bernd Schwarz; Jan Krüger; Ingmar Petersen
Original assignee: Hirschmann Car Communication GmbH
Current assignee: Hirschmann Car Communication GmbH
Priority date: 2005-07-21
Filing date: 2005-07-21
Publication date: 2007-02-01
Also published as: US20100215977A1; WO2007009513A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen von elektrischen Leiterstrukturen (1) in oder auf ein Zielbauteil (10) aus Kunststoff, wobei erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass ein Trägermedium, auf oder in dem die Leiterstrukturen (1) dauerhaft angeordnet sind, in ein Formteil (3, 8) eingelegt wird und das Formteil (3, 8) mit einem formbaren Kunststoffmaterial aufgefüllt wird, wobei nach dem Ausformen des Kunststoffmaterials das Zielbauteil (9) mit den Leiterstrukturen (1) dem Formteil (3, 8) entnommen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen von elektrischen Leiterstrukturen auf ein Zielbauteil aus Kunststoff gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruchs 1.

Es ist bekannt, Zielbauteile aus Kunststoff herzustellen. So ist es bei Fahrzeugen zum Beispiel bekannt, flächige Bauteile, wie Motorhauben, Dächer, Kofferraumdeckel und dergleichen aus Kunststoff aus Gewichtsreduzierungsgründen herzustellen. Ebenso können Anbauteile, wie Kotflügel, Türen, Stoßfänger und dergleichen von Fahrzeugen aus Kunststoff hergestellt werden. Neben der Gewichtsreduzierung haben diese Bauteile aus Kunststoff den Vorteil, dass sie gegenüber Bauteilen aus Stahl nicht rosten können.

Bei solchen Bauteilen von Fahrzeugen ist es darüber hinaus bekannt, auch elektrisch leitende Strukturen (Leiterstrukturen) ein- oder aufzubringen, die der Übertragung von Energie oder Signalen dienen. Dabei werden bisher bekannte Verfahren zur Aufbringung der Leiterstrukturen angewendet, bei denen zunächst das Zielbauteil hergestellt wird, so dass es seine endgültige Form erreicht. Erst danach werden die Leiterstrukturen aufgebracht, zum Beispiel durch Einklipsen von Drähten oder Stanzbiegeteilen. Diese Verfahren der nachträglichen Aufbringung der Leiterstrukturen ist aber nachteilig, da ein aufwändiger Abstimmungsprozess zwischen dem Material der Leiterstruktur und dem Zielmaterial erforderlich ist und die im anschließenden Betrieb des Fahrzeuges erforderliche Haltbarkeit der Leiterstrukturen auf dem Zielbauteil nicht gewährleistet ist. Außerdem ist in nachteiliger Weise ein aufwändiger Motageprozess erforderlich. Ferner gibt es große Probleme beim nachträglichen Aufbringen der Leiterstrukturen auf das Zielbauteil, da dieses im Regelfall komplex, zum Beispiel gewölbt, gebogen oder dergleichen, ist. Daraus resultiert, dass die nachträgliche Aufbringung von Leiterstrukturen, wenn sie überhaupt möglich ist, dann doch sehr aufwändig ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Aufbringen von elektrischen Leiterstrukturen auf ein Zielbauteil aus Kunststoff bereitzustellen, das einfach zu realisieren ist und das die eingangs geschilderten Nachteile vermeidet. Außerdem soll ein nach dem Verfahren hergestelltes Zielbauteil mit elektrischen Leiterstrukturen zur Verfügung stehen.

Diese Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass ein Trägermedium, auf oder in den die Leiterstrukturen dauerhaft angeordnet sind, in ein Formteil eingelegt werden und das Formteil mit einem formbaren Kunststoffmaterial aufgefüllt wird, wobei nach dem Ausformen des Kunststoffmaterials das Zielbauteil mit den Leiterstrukturen dem Formteil entnommen wird.

In Weiterbildung der Erfindung wird das Trägermedium so in das Formteil eingelegt, dass es vollständig von dem Kunststoffmaterial umgeben wird und somit innerhalb des Zielbauteiles angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass damit auch die Leiterstrukturen vollständig von dem Material des Zielbauteiles umgeben und damit geschützt angeordnet in diesem sind. Eine solche Ausführung bietet sich dann an, wenn die Leiterstrukturen der Strom- und/oder Signalübertragung dienen und die Leiterstrukturen, z. B. im Randbereich oder an sonstiger Stelle von der Oberfläche des Zielbauteiles her zugänglich gemacht werden. Gleiches gilt für den Fall, dass die Leiterstrukturen als Antennenstrukturen verwendet werden, die dem Empfangen und/oder Senden hochfrequenter Signale dienen. Diese sind dann. in dem Zielbauteil des Fahrzeuges geschützt angeordnet. Dabei ist es nicht erforderlich, dass als Kunststoffmaterial ein durchsichtiges Material verwendet wird, sondern es kann entsprechend der Farbe des Einbauortes des Zielbauteiles eingefärbt sein. Wird jedoch ein durchsichtiges Kunststoffmaterial verwendet, bietet es sich an, dass die Leiterstrukturen Antennenstrukturen oder auch Heizleiterstrukturen sein können, wenn das Zielbauteil eine Scheibe des Fahrzeuges ist.

In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung wird das Trägermedium so in das Formteil eingelegt, dass es zumindest teilweise eine Oberfläche des Zielbauteiles bildet. Das bedeutet, dass das Trägermedium, welches im Zielbauteil nicht mehr entfernbar ist, selber eine Teiloberfläche des Zielbauteiles bildet, wobei zwischen der Oberfläche des Zielbauteiles, die in Richtung des Trägermediums gewandt ist, und dem Trägermedium selber sich die Leiterstrukturen geschützt angeordnet befinden. Eine solche Bauweise bietet sich zum Beispiel dann an, wenn am Einbauort des Zielbauteiles dieses von seinen verschiedenen Seiten her unterschiedlichen Anforderungen unterliegt. Als Beispiel hierfür ist ein Fahrzeugdach zu nennen, wo das in das Formteil einzufüllende Kunststoffmaterial so gewählt wird, dass es den Anforderungen des äußeren Kunststoffdaches genügt, während das Trägermedium beispielsweise das Material für einen Dachhimmel des Innenraums des Fahrzeuges ist. Somit können in besonders vorteilhafter Weise die Leiterstrukturen, zum Beispiel für die Energieübertragung oder als Antennenstrukturen, zwischen Fahrzeugdach und Dachhimmel angeordnet werden und ein solches Fahrzeugdach in Sandwichbauweise in einem Schritt hergestellt werden.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung liegen die Leiterstrukturen nach Herstellung des Zielbauteiles an dessen Oberfläche zumindest teilweise frei. Das heißt, dass das Trägermedium so in das Formteil eingelegt wird, dass die Leiterstrukturen zumindest teilweise, insbesondere vollständig, nicht mit dem einzufüllenden Kunststoffmaterial umgeben werden. Nach der Entnahme des fertigen Zielbauteiles aus dem Formteil liegen dann die Leiterstrukturen zumindest teilweise, insbesondere vollständig, an dessen Oberfläche frei und können einer weiteren Verarbeitung unterzogen werden. Hier können sie dann mit elektrischen oder elektronischen Bauteilen zur Realisierung der Funktionen eines elektronischen Gerätes oder dessen Teilfunktionen versehen werden, genauso wie mit Mitteln, die eine Steckverbindung bilden.

Ausführungsbeispiele für die Erfindung, auf die diese jedoch nicht beschränkt ist, sind im folgenden beschrieben und anhand der Figuren erläutert.
Es zeigen:
1: elektrische Leiterstrukturen, die auf einem Trägermedium aufgebracht sind,
2: ein Formwerkzeug zur Aufnahme des Trägermediums,
3: das geschlossene Formwerkzeug nach dem Einbringen des aufschäumbaren Kunststoffmaterials,
4: das Zielbauteil mit verbliebenem Trägermedium,
5: eine weitere Ausgestaltung eines Formwerkzeuges und die Einbringung des (hier nicht aufschäumbaren) Kunststoffmaterials.
Die 1 zeigt Leiterstrukturen 1, die auf einem Trägermedium, insbesondere einer dünnen Folie 2, aufgebracht sind.
Als Leiterstrukturen kommen Pasten, zum Beispiel Silberpolymerpasten, Cu-Pasten (Kupfer) oder dergleichen in Betracht. Als Trägermedium, insbesondere für Folien, sind PET, PMMA (Plexiglas), PC (Polycarbonat), PP (Polypropylen), und allgemein Kunststofffolien oder ein Faserverbund verwendbar, die eine vollständige Verbindung mit dem umgebenden Kunststoffmaterial, egal ob aufschäumbar oder spritzbar, eingehen. Aufbringen der Leiterstrukturen auf der Folie kann mittels Siebdruck, Tampondruck und allen gängigen Druckmethoden, die man auch bei Farbe anwendet (sprühen oder sputtern) erfolgen. Dabei sind die vorstehend genannten Aufzählungen nur beispielhaft und nicht abschließend.
Eine solche in 1 gezeigte Folie 2 mit darauf angebrachten Leiterstrukturen 1 weist entweder schon die endgültige geometrische Ausgestaltung des späteren fertigen Zielbauteiles auf oder kann vorher oder während der Herstellung des Zielbauteiles oder nach dessen Herstellung in die endgültige Form gebracht werden.
2 zeigt ein Formwerkzeug zur Aufnahme des Trägermediums. Das Formwerkzeug besteht im Regelfall aus zwei oder mehr Teilen, damit es möglich ist, das Trägermedium in das Formwerkzeug einzusetzen. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein erstes Formteil 3 vorhanden, in das eine Lackschicht, insbesondere eine Lackfolie 4, eingebracht wird. Diese Lackschicht kann, muß aber nicht, vorhanden sein. Nach dem Einbringen der Lackschicht oder, falls diese nicht vorhanden ist, erstmalig wird ein aufschäumbarer Kunststoff (Schaumschicht 5) mittels eines Auftragwerkzeuges 6 in das erste Formteil 3 eingebracht. Dabei wird das aufschäumbare Kunststoffmaterial z. B. mittels einer Düse 7 des Auftragwerkzeuges 6 in das erste Formteil 3 flächig oder in anderer Weise eingebracht. Das aufschäumbare Kunststoffmaterial ist dabei der Lackfolie 4 anzupassen in Bezug auf Verträglichkeit und Ausdehnungskoeffizient. Die Ausdehnungskoeffizienten von Lackfolie 4 und Schaum sollten genau aufeinander abgestimmt sein, so dass kein Bimetalleffekt auftritt.
3 zeigt das geschlossene Formwerkzeug nach dem Einbringen des aufschäumbaren Kunststoffmaterials. Nachdem das aufschäumbare Kunststoffmaterial in das erste Formteil 3 eingebracht worden ist, wird das Formwerkzeug verschlossen, hier mittels zumindest eines weiteren Formteiles 8. Vor dem Verschließen wird noch das Trägermedium (Folie 2 mit aufgebrachten Leiterstrukturen 1 gemäß 1) in das Formwerkzeug eingebracht, wozu es beispielsweise auf die Schaumschicht 5 aufgelegt wird oder an der Innenseite des weiteren Formteiles 8 haftet. In einer alternativen Ausgestaltung kann das Trägermedium auch durch das weitere Formteil 8 gebildet werden, das dann die Leiterstrukturen 1 trägt und nach der Herstellung des Zielbauteiles ein Bestandteil dessen ist. Nachdem das Formwerkzeug geschlossen worden ist, beginnt die Schaumschicht 5 zu quellen, wodurch Wärme und Druck entsteht, so dass dadurch entweder die Leiterstruktur 1 auf der Folie 2 oder die Leiterstruktur 1 auf dem Formteil 8 angeschäumt wird. Bei diesem Vorgang wird die Menge des eingefüllten Kunststoffmaterials so gewählt, dass der komplette Innenraum des Formwerkzeuges, einschließlich der eingelegten Leiterstrukturen, (und ggf. der eingelegten Folie 2) beim Aufschäumen vollständig ausgefüllt wird. Für den Fall, dass eine größere Menge gewählt wird, kann es erforderlich werden, im Formwerkzeug eine Auslaßöffnung vorzusehen.
4 zeigt ausschnittsweise das fertige Zielbauteil, wobei hier dargestellt ist, dass die auf der Schaumschicht 5 dauerhaft anhaftenden Leiterstrukturen 1 nicht mehr von dem Trägermedium (hier die Folie 2, alternativ z. B. das Formteil 8) entfernt werden können, sondern zusammen mit diesem eine Einheit bilden. Damit liegen die Leiterstrukturen 1 zumindest teilweise oder ganz frei oder sind vollständig umgeben und können einer weiteren Bearbeitung, insbesondere Lackierung oder Anbringung von elektrischen, elektronischen und dergleichen Bauteilen unterzogen werden.
5 zeigt eine weitere Ausgestaltung eines Formwerkzeuges und die Einbringung des (hier nicht aufschäumbaren) Kunststoffmaterials zur Herstellung eines Zielbauteils. Nachdem das Trägermedium mit Leiterstrukturen gemäß 1 vorbereitet wurde, wird es in ein Formwerkzeug eingelegt, welches in diesem Ausführungsbeispiel auch aus dem ersten Formteil 3 und zumindest dem weiteren Formteil 8 besteht. Dieses Formwerkzeug ist Bestandteil oder angeschlossen an einer an sich bekannten Extrudiervorrichtung 11, wobei das formbare Kunststoffmaterial in Form von Granulat 12 über eine Schnecke 13 dem Formwerkzeug zugeführt wird. Dabei wird das Granulat 12 während der Zufuhr über Heizmittel 14 erhitzt, so dass am Ende der Extrudiervorrichtung 11 eine erhitzte Kunststoffschmelze 15 über eine entsprechende Einfüllöffnung des Formwerkzeuges diesem zugeführt werden kann. Die Kunststoffschmelze 15 füllt den innen liegenden Freiraum der Formteil 3, 8 auf und umgibt dabei auch gleichzeitig das Trägermedium und für den Fall, dass die Leiterstrukturen 1 nach innen gerichtet sind, auch diese Leiterstrukturen 1. Dieser Sachverhalt ist in der Detailansicht der 5 gezeigt. An dieser Stelle sei erwähnt, dass die Folie 2 mit den darauf oder darin angeordneten Leiterstrukturen 1 nicht zwangsweise an der Oberfläche eines der Formteile 3, 8 angeordnet sein muß, sondern auch so in dem von den Formteilen 3, 8 gebildeten Freiraum angeordnet sein kann, dass sie zumindest teilweise, insbesondere vollständig von der Kunststoffschmelze 15 umgeben wird. Nach dem Erstarren der erhitzten Kunststoffschmelze 15 kann dann das Zielbauteil (siehe 5) dem Formwerkzeug entnommen und einer weiteren Bearbeitung unterzogen werden.
An dieser Stelle sei erwähnt, dass nach der Entnahme des Zielbauteiles 9 dieses die endgültige Form aufweist oder noch auf Maß gebracht werden kann. Dabei ist es von Vorteil, dass es so bearbeitet wird, dass sich am Ende der einzelnen Leiterstrukturen 1 ein Kontaktierungsbereich 10 ergibt.

1: Leiterstrukturen
2: Folie
3: erstes Formteil
4: Lackfolie
5: Schaum-Schicht
6: Auftragswerkzeug
7: Düse
8: weiteres Formteil
9: Zielbauteil
10: Kontaktierungsbereich
11: Extrudiervorrichtung
12: Granulat
13: Schnecke
14: Heizmittel
15: erhitzte Kunststoffschmelze

Claims

Verfahren zum Aufbringen von elektrischen Leiterstrukturen (1) in oder auf ein Zielbauteil (109) aus Kunststoff, dadurch gekennzeichnet, dass ein Trägermedium, auf oder in dem die Leiterstrukturen (1) dauerhaft angeordnet sind, in ein Formteil (3, 8) eingelegt werden und das Formteil (3, 8) mit einem formbaren Kunststoffmaterial aufgefüllt wird, wobei nach dem Ausformen des Kunststoffmaterials das Zielbauteil (9) mit den Leiterstrukturen (1) dem Formteil (3, 8) entnommen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermedium so in das Formteil (3, 8) eingelegt wird, dass es vollständig, einschließlich der Leiterstrukturen (1), von dem Kunststoffmaterial umgeben wird und somit innerhalb des Zielbauteils (9) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermedium so in das Formteil (3, 8) eingelegt wird, dass es zumindest teilweise eine Oberfläche des Zielbauteiles (9) bildet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterstrukturen (1) nach Herstellung des Zielbauteiles (9) an dessen Oberfläche zumindest teilweise, insbesondere vollständig, freiliegen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Kunststoffmaterial eine erhitzte Kunststoffschmelze (15) in das Formteil (3, 8) eingefüllt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Kunststoffmaterial ein aufschäumbares Kunststoffmaterial in das Formteil (3, 8) eingefüllt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermedium eine Folie (2) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermedium ein Bestandteil des Formteiles (3, 8) ist.
Zielbauteil (9), hergestellt nach dem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche.
Zielbauteil (9) nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch seine Anwendung als Bestandteil eines Fahrzeuges.
Zielbauteil (9) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestandteil des Fahrzeuges ein Kotflügel, ein Fahrzeugdach, eine Heckklappe, ein Stoßfänger, eine Fahrzeugscheibe oder ein Gehäuse eines elektronischen Gerätes, das im Fahrzeug eingebaut ist, ist.