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Es werden ein Verfahren zur Herstellung einer beleuchtbaren Baugruppe und eine beleuchtbare Baugruppe beschrieben. Die beleuchtbare Baugruppe kann für eine direkte oder indirekte Beleuchtung verwendet werden.
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Eine solche Baugruppe kann beispielsweise im Bereich von Kraftfahrzeugen für eine Innenraumbeleuchtung und/oder zur Beleuchtung von Komponenten im Innenraum eines Fahrzeugs eingesetzt werden.
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Stand der Technik
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Zur Beleuchtung von Instrumenten, Bedienfeldern und Verkleidungsteilen werden häufig Lichtleiter eingesetzt, in welche Licht über eine Leuchtdiode eingebracht wird. Die Beleuchtungsanordnungen hierfür weisen häufig Lichtleiter auf, die von einem Lichtschott umgeben sind, damit das in einen Lichtleiter eingebrachte Licht nicht durch Licht von weiteren Lichtleitern oder Beleuchtungseinrichtungen beeinflusst wird und um eine möglichst gute Ausleuchtung zu erreichen. Das hierfür erforderliche Leuchtmittel ist in der Regel auf einer Platine angeordnet, welche mit dem Lichtleiter oder einer beleuchtbaren Oberfläche verbunden werden muss.
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Es sind mehrere Verfahrens- und Montageschritte erforderlich, um eine entsprechend beleuchtbare Baugruppe herzustellen.
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Zuerst muss eine Leiterplatte bereitgestellt werden. Die Bereitstellung umfasst auch die Bestückung, Anordnung und Befestigung der darauf angeordneten elektronischen Bauteile und Leiterbahnen. In parallelen Herstellungsschritten werden der Lichtleiter bzw. die Lichtleiteranordnungen und das Lichtschott separat gefertigt. Danach werden die einzelnen Komponenten zusammengefügt. Hierzu weisen die Komponenten Befestigungsabschnitte auf. Die Befestigungsabschnitte vergrößern die Komponenten und müssen innerhalb enger Toleranzen gefertigt werden, damit die Komponenten miteinander befestigt werden können.
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Aus
WO 2009/075924 A1 ist ein beleuchtbares Bauteil mit einer Leuchtdiode bekannt, die in einem transparenten Verbindungselement aufgenommen ist. Das Verbindungselement kann durch seine spezielle Ausgestaltung mit einem separat gefertigten Lichtleiter verbunden werden. Hierüber ist der Lichtleiter beleuchtbar. In einem nachgelagerten Bearbeitungsschritt kann ein separat gefertigtes Lichtschott auf die nicht beleuchtbare Seite des Lichtleiters aufgebracht und die Baugruppe innerhalb eines Gehäuses aufgenommen werden.
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Die bekannten Ausführungen von beleuchtbaren Baugruppen bestehen aus einzelnen Komponenten, die in separaten Herstellungsschritten gefertigt werden und miteinander befestigt werden müssen. Die bekannten Baugruppen sind daher oftmals groß ausgebildet und benötigen daher zusätzlichen Bauraum.
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Häufig müssen weitere Elemente, wie beispielsweise ein Stecker für die Anbindung einer Leiterplatte an einen SteuerBus, zusätzlich angebracht und mit der Baugruppe verbunden werden.
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Zur Ausbildung einer Baugruppe sind daher mehrere Herstellungs- und Montageprozesse (z.B. Löten, Kleben, Schweißen, etc.) erforderlich, welche die Herstellungskosten und den benötigten Zeitaufwand für die Baugruppe erhöhen. Die Baugruppen weisen zudem einen großen Aufbau auf, sodass der vor allem bei Fahrzeugen nur begrenzt zur Verfügung stehende Bauraum nicht ausreichend ist oder die Anordnungen zu viel Platz einnehmen.
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Aufgabe
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Es besteht daher die Aufgabe darin, ein Verfahren zur Herstellung einer beleuchtbaren Baugruppe und eine beleuchtbare Baugruppe anzugeben, die einfach und schnell hergestellt werden kann, geringe Abmaße aufweist und einen zuverlässigen Betrieb ermöglicht, wobei eine Beleuchtung in verschiedenen Ausführungen erreicht werden kann und die wesentlichen Komponenten geschützt sind.
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Das Verfahren soll zudem die Herstellung einer beleuchtbaren Baugruppe ermöglichen, welche die Anforderungen an den Herstellungsprozess gegenüber bekannten Verfahren reduziert.
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Lösung
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Die vorstehend beschriebene Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung einer beleuchtbaren Baugruppe gelöst, aufweisend die folgenden Schritte:
- - Bereitstellen einer Leiterschicht, aufweisend elektronische Bauelemente und mindestens eine seitlich Licht abstrahlende Leuchtdiode,
- - Einlegen der Leiterschicht in eine Spritzgussform,
- - Ausbilden eines Lichtleiters mit mindestens einem beleuchtbaren Segment durch Anspritzen eines mindestens teiltransparenten, ersten Kunststoffs an die Leiterschicht, wobei der erste Kunststoff mindestens abschnittsweise auf die Leiterschicht aufgebracht wird, sodass der seitlich Licht-emittierende Abschnitt der mindestens einen Leuchtdiode von dem ersten Kunststoff umgeben wird,
- - Ausbilden eines Lichtschotts für das mindestens eine beleuchtbare Segment durch Umspritzen des mindestens einen Segments mit einem zweiten Kunststoff, wobei der zweite Kunststoff die Rückseite der mindestens einen Leuchtdiode und das mindestens eine Segment mindestens abschnittsweise umgibt, wobei als zweiter Kunststoff ein Kunststoff mit hoher Wärmeleitfähigkeit verwendet wird.
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Das Verfahren ermöglicht die Herstellung einer beleuchtbaren Baugruppe, wobei die elektronischen Komponenten, wie die Leiterschicht mit Leiterbahnen, eine Kontaktstelle für einen Stecker, die mindestens eine seitlich lichtabstrahlende Leuchtdiode (sogenannte Side-LED) und elektronische Steuer- und Regelelemente, in einem Spritzgussprozess mit einem Stecker, einem Lichtleiter und dem Lichtschott verbunden werden.
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Die Kontaktstelle dient zur Aufnahme eines Steckers, wobei die Kontaktstelle auf der Leiterschicht aufgebracht ist. Der Stecker kann bei dem Spritzgussprozess in die Werkzeugform eines Spritzgusswerkzeugs eingelegt und mit der Kontaktstelle verbunden werden. Die Verbindung kann auch bereits vor dem Einlegen in die Werkzeugform erfolgen. Anschließend werden über den ersten Kunststoff die genannten Bauteile von dem ersten Kunststoff mindestens abschnittsweise umgeben und fest mit der Leiterschicht verbunden. Die Leiterschicht kann eine flexible Folie aufweisen, die mit den elektronischen Bauteilen versehen ist. Alternativ kann auch eine Platine mit beispielsweise integrierten Leiterbahnen als Leiterschicht vorgesehen werden. Die elektronischen Steuer- und Regelelemente umfassen Widerstände, Dioden, kapazitive Elemente sowie Steuereinheiten, etc.
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Die Ausbildung des Lichtleiters erfolgt derart, dass der erste Kunststoff den seitlich lichtemittierenden Abschnitt der mindestens einen Leuchtdiode umgibt und sich von diesem Abschnitt aus erstreckt. Der Verlauf des Lichtleiters und/oder des mindestens einen Segments kann geradlinig sein. Der Verlauf des Lichtleiters und/oder des mindestens einen Segments kann auch gekrümmt bzw. gebogen sein, wobei sich der Verlauf in mindestens einer Richtung verändert.
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Das Vorsehen von sogenannten „Side-LEDs“, welche Licht seitlich abstrahlen, ermöglicht eine Reduzierung der Höhe der Baugruppe, sodass hierüber Bauraum eingespart werden kann. Zudem wird eine Reduzierung/Minimierung der Montageschritte erzielt, da im Spritzgussprozess elektronische Komponenten mit dem Stecker, dem Lichtschott und dem Lichtleiter verbunden werden.
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Es kann bei dem Verfahren auf die Einhaltung enger Fertigungstoleranzen verzichtet werden, da die Komponenten auf- bzw. aneinander auf-/angespritzt werden. Es wird dadurch weniger Ausschuss produziert und eine Nachbearbeitung der Komponenten kann entfallen. Die Höhe der Baugruppe kann auch sehr gering ausfallen, weil die Komponenten direkt miteinander verbunden werden. Zusätzliche Befestigungsabschnitte sind nicht erforderlich.
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Es lässt sich sowohl eine statische als auch eine dynamische Beleuchtung mit der Baugruppe realisieren, wobei die Beleuchtung von der Ansteuerung der dafür erforderlichen Elektronik, die auf der Leiterschicht aufgebracht ist, abhängig ist.
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Über die Baugruppe lässt sich insbesondere eine Flächenbeleuchtung erzielen, wobei hierfür das mindestens eine Segment des Lichtleiters entsprechend ausgebildet wird. Das Segment kann trichterförmig ausgebildet werden, wobei sich das Segment ausgehend von der Leuchtdiode verbreitert. In weiteren Ausführungsformen kann das mindestens eine Segment bereits ausgehend von der mindestens einen Leuchtdiode die finale Breite des beleuchtbaren Bereichs aufweisen.
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Die Höhe des Segments kann auch durch die Verwendung von „Side-LEDs“ sehr gering gehalten werden, wodurch sich ein sehr flacher Aufbau der Baugruppe erzielen lässt. Es kann zudem eine direkte Beleuchtung durch einen flächigen Lichtaustritt entlang des Segments erreicht werden. Im Weiteren ist auch eine indirekte Beleuchtung durch eine stirnseitige Lichtauskopplung im Segment möglich. Das Lichtschott umgibt den nicht beleuchtbaren Bereich des Segments, sodass keine Beeinflussung von benachbarten Segmenten oder anderen Komponenten auftreten kann und das umgebene Segment selbst geschützt ist. Im Weiteren dient das Lichtschott zur Reflexion, sodass eine gezielte Ausleuchtung des beleuchtbaren Bereichs erreicht werden kann. Das Anspritzen des Lichtschotts reduziert zusätzlich die erforderlichen Montageschritte.
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Für den ersten Kunststoff wird ein zumindest teiltransparenter Kunststoff gewählt, sodass eine Beleuchtung des Segments erreicht werden kann. Für den zweiten Kunststoff wird ein opaker Kunststoff verwendet. Der erste Kunststoff und der zweite Kunststoff können verschiedene Schrumpfeigenschaften (Schwindung) aufweisen, sodass beispielsweise der erste Kunststoff sich nach dem Abkühlen stärker zusammenzieht als der zweite Kunststoff. Hierüber lässt sich im abgekühlten Zustand des Bauteils ein Abstand zwischen dem Lichtschott und dem mindestens einen Segment erzielen.
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Der zweite Kunststoff kann gefärbt sein, um eine bessere Reflexion des in den Lichtleiter bzw. das mindestens eine Segment eingebrachten Lichts zu erzielen.
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Der zweite Kunststoff weist zusätzlich eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf. Der erste Kunststoff weist demgegenüber keine hohe Wärmeleitfähigkeit auf. Der zweite Kunststoff umgibt die Rückseite der Leuchtdiode, sodass die im Betrieb der Leuchtdiode entstehende Wärme über das Lichtschott abgeführt werden kann. Der beleuchtbare Bereich des Segments bzw. des Lichtleiters werden demgegenüber nicht erwärmt, sodass auch keine Erwärmung von beleuchtbaren Bereichen oder Flächen auftritt.
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Der zweite Kunststoff kann so auf die Leiterschicht aufgebracht werden, dass eine Kontaktstelle und/oder die elektronischen Bauelemente (z. B. Steuer- und Regelelemente) vom zweiten Kunststoff umgeben werden. Dadurch lässt sich die von den Bauteilen auf der Leiterschicht entstehende Wärme ebenfalls über das Lichtschott abführen. Zusätzlich können die Bauteile, wie die Kontaktstelle und die elektronischen Steuer- und Regelelemente, vom zweiten Kunststoff gegenüber äußeren Einflüssen geschützt werden. Der zweite Kunststoff kann hierdurch als Schutzschicht für die Bauelemente dienen.
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Es können in dem Verfahren auch mehrere Segmente ausgebildet werden, die beabstandet zueinander verlaufen und über eine gemeinsame Basis miteinander verbunden sind, wobei die Basis die seitlich lichtemittierenden Abschnitte von Leuchtdioden umgibt, die den Segmenten zugeordnet sind. Die Basis kann so ausgebildet werden, dass diese als gemeinsamer Lichtleiter für mehrere Leuchtdioden vorgesehen ist. Die Trennung zwischen den einzelnen Segmenten erfolgt über während des Spritzgussprozess eingebrachte oder ausgebildete Kerben oder Einschnitte. Dadurch wird verhindert, dass über die jeweiligen Leuchtdioden eingebrachtes Licht in die benachbarten Segmente gelangt.
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Als zweiter Kunststoff kann insbesondere ein Kunststoff mit einer Wärmeleitfähigkeit von mindestens 5 W/mK verwendet werden.
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In weiteren Ausführungsformen kann als zweiter Kunststoff ein thermoplastisches Spritzgussmaterial mit BN- und/oder AIN-Teilchen gefülltes Polymer verwendet werden. Kunststoffe bzw. Polymere sind selbst nicht wärmeleitend. Daher sind Zusätze erforderlich, welche die Wärmeleitfähigkeit bereitstellen. Die Wärmeleitfähigkeit des zweiten Kunststoffs hängt von der Menge und der Art der verwendeten Zusätze für das Polymer bzw. das Spritzgussmaterial ab. Es lassen sich damit auch Wärmeleitfähigkeiten von mehreren Watt (>10, > 100, etc.) erzeugen. Dabei gilt zu berücksichtigen, wie viele Leuchtdioden vorgesehen sind und welche Wärmeleistung die Leuchtdioden abgeben. In weiteren Ausführungen, wobei das Lichtschott auch zur Wärmeabfuhr für die weiteren elektronische Bauelemente auf der leitenden Schicht vorgesehen ist, muss deren Wärmeabgabe ebenfalls mit einberechnet werden.
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Die Leiterschicht kann aus einer Folie gebildet werden, wobei auf die Folie mindestens eine seitlich lichtabstrahlende Leuchtdiode, Leiterbahnen, eine Kontaktstelle und elektronische Steuer- und Regelelemente aufgebracht werden. Solche aus einer Folie gebildeten flexiblen Leiterplatten weisen eine sehr geringe Höhe auf und eigenen sich insbesondere zur Ausbildung von sehr flachen Baugruppen für die Beleuchtung. Nach dem An- und Abspritzen des Lichtleiters und des Lichtschotts ist die flexible Leiterplatte von Kunststoff umgeben. Flexible Leiterplatten lassen sich leicht verformen, sodass beliebige Strukturen für die beleuchtbare Baugruppe erzielt werden können.
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In weiteren Ausführungen sind der Lichtleiter und das Lichtschott nach dem Abkühlen auch flexibel und lassen sich verformen. Dadurch kann die Baugruppe für gekrümmte Oberflächen verwendet werden und passt sich stets an die gewünschte Oberflächenform an. Im Weiteren lässt sich dadurch auch ein Spiel ausgleichen. Kunststoffe hierfür können mit Zusätzen versehen sein, um die gewünschte Flexibilität zu erreichen.
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Als zweiter Kunststoff wird vorzugsweise ein opaker Kunststoff verwendet, der eine Färbung aufweist. Der Kunststoff kann durch Zusätze in seiner lichtabsorbierenden Eigenschaft an die entsprechenden Erfordernisse angepasst werden.
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Sämtliche stromführenden Bauteile der Baugruppe können von dem ersten Kunststoff und/oder dem zweiten Kunststoff umgeben werden. Durch das Umspritzen der elektronischen Bauteile kann daher ein wasserdichter Aufbau bereitgestellt werden, wodurch die empfindlichen Komponenten geschützt werden.
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Im Weiteren kann die Leiterschicht vollständig von dem ersten Kunststoff oder dem zweiten Kunststoff umgeben werden, um eine Wärmeabfuhr über das Lichtschott für die elektronischen Bauteile über den zweiten Kunststoff bereitzustellen. Der erste Kunststoff ist dabei so auf die Leiterschicht aufgebracht, dass das von den Leuchtdioden abgegebene Licht direkt in den Lichtleiter gelangt.
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Die vorstehend genannte Aufgabe wird auch durch eine beleuchtbare Baugruppe gelöst, welche gemäß den vorstehend beschriebenen Verfahrensschritten hergestellt worden ist, aufweisend
- - eine Leiterschicht mit mindestens einer Licht seitlich abstrahlenden Leuchtdiode, Leiterbahnen, einer Kontaktstelle und elektronischen Steuer- und Regelelementen,
- - einen Lichtleiter mit mindestens einem beleuchtbaren Segment, das aus einem ersten Kunststoff besteht und das an der Leiterschicht angeordnet ist, wobei das mindestens eine beleuchtbare Segment mindestens abschnittsweise auf der Leiterschicht aufgebracht ist, sodass der seitlich Licht-emittierende Abschnitt der mindestens einen Leuchtdiode von dem mindestens einen Segment umgeben ist und sich das mindestens eine beleuchtbare Segment von der mindestens einen Leuchtdiode aus erstreckt, und
- - ein Lichtschott für das mindestens eine beleuchtbare Segment, das aus einem zweiten Kunststoff besteht und die Rückseite der mindestens einen Leuchtdiode und das mindestens eine Segment mindestens abschnittsweise umgibt, wobei der zweite Kunststoff ein Kunststoff mit hoher Wärmeleitfähigkeit ist.
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Die Baugruppe eignet sich beispielsweise für eine Symbolbeleuchtung bei Instrumenten eines Kraftfahrzeugs (beispielsweise Beleuchtungseinrichtungen, Klimaanlage und sonstige Schalter). Die Baugruppe kann auch zur Beleuchtung von Flächen in einem Fahrzeug vorgesehen sein. Die Beleuchtung der Flächen kann direkt über die Segmente erfolgen oder über den Segmenten vorgelagerte Oberflächen. Es ist damit sowohl eine direkte als auch eine indirekte Beleuchtung möglich. Eine indirekte Beleuchtung kann auch durch das Auskoppeln von Licht an mindestens einer Stirnseite der Segmente erfolgen.
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Im Weiteren ist sowohl eine dynamische als auch eine statische Beleuchtung möglich. Bei einer Baugruppe mit mehreren Segmenten können die einzelnen Segmente durch die zugeordneten Leuchtdioden separat voneinander angesteuert werden. Dadurch können die Leuchtdioden verschieden Farben ausgeben, ohne sich gegenseitig zu beeinflussen. Im Weiteren kann auch die Helligkeit des ausgegebenen Lichts für die jeweiligen Segmente unabhängig voneinander erzeugt werden. Das Lichtschott umgibt die jeweiligen Segmente derart, dass nur der beleuchtbare Bereich freiliegt.
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In weiteren Ausführungsformen können flächige Abschnitte über die Segmente bereitgestellt werden, die jeweils über mindestens eine zugeordnete Leuchtdiode beleuchtbar sind. Auf diese flächigen Bereiche kann eine weitere Schicht oder eine Folie aufgebracht werden, welche Strukturen, Symbole oder Zeichen umfasst.
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In weiteren Ausführungsformen weist die Baugruppe durch den ersten Kunststoff und den zweiten Kunststoff und/oder eine Unterseite der leitenden Schicht eine aus Kunststoff bestehende Oberfläche auf. Lediglich ein Stecker, der aus dem Kunststoff herausgeführt ist, bildet eine von außen zugängliche, nicht aus Kunststoff bestehende Komponente. Eine solche Baugruppe kann dadurch wasserdicht ausgeführt werden. Die innenliegenden Komponenten sind daher geschützt. Über die Verwendung von wärmeleitfähigen Polymeren lässt sich trotz der gekapselten Ausführung eine gute Wärmeabfuhr bereitstellen, wobei keine Beschädigung der Bauteile, zum Beispiel Leuchtdioden, Steuerlogik, etc., auftreten kann.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Ausgestaltungsmöglichkeiten ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispielen.
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Figurenliste
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In den Zeichnungen zeigt:
- 1 eine perspektivische Darstellung einer beleuchtbaren Baugruppe mit einer Leiterplatte, einem Lichtleiter und einem Lichtschott;
- 2 eine schematische Darstellung der Leiterplatte der Baugruppe von 1;
- 3 eine schematische Darstellung eines auf die Leiterplatte aufgebrachten Lichtleiters;
- 4 eine schematische Darstellung des Lichtschotts der Baugruppe von 1;
- 5 eine perspektivische Darstellung des Lichtschotts;
- 6 eine schematische Darstellung der Rückseite des Lichtschotts;
- 7 eine schematische Darstellung der Vorderseite der Baugruppe; und
- 8 eine schematische Schnittansicht durch die Baugruppe entlang der Linie A-A von 7.
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In den Zeichnungen mit gleichen Bezugszeichen versehene Elemente entsprechen im Wesentlichen einander, sofern nichts anderes angegeben ist. Darüber hinaus wird darauf verzichtet, Bestandteile zu zeigen und zu beschreiben, welche nicht wesentlich zum Verständnis der hierin offenbarten technischen Lehre sind. Im Weiteren werden nicht für alle bereits eingeführten und dargestellten Elemente die Bezugszeichen wiederholt, sofern die Elemente selbst und deren Funktion bereits beschrieben wurden oder für einen Fachmann bekannt sind.
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Ausführliche Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer beleuchtbaren Baugruppe 100 mit einer Leiterplatte 10, einem Lichtleiter 20 und einem Lichtschott 30. Die Baugruppe 100 dient zur Beleuchtung von Anzeigebereichen in einem Fahrzeug, wobei mehrere Bereiche unabhängig voneinander beleuchtbar sind. Die Bereiche sind jeweils einem Segment 22 zugeordnet, wobei die Segmente 22 des Lichtleiters 20 unabhängig voneinander durch Ansteuern von zugeordneten Leuchtdioden 12 beleuchtbar sind.
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Der Lichtleiter 20 weist die beleuchtbaren Segmente 22 auf, die über eine Basis 26 (siehe 3) miteinander verbunden sind. Der Lichtleiter 20 besteht aus einem transparenten Kunststoff und ist daher durchleuchtbar. Als erster Kunststoff kann beispielsweise PMMI, PMMA oder PC verwendet werden. Die einzelnen Segmente 22 sind von einem Lichtschott 30 umgeben, wobei die Segmente 22 über die Seitenwände 37 des Lichtschotts 30 voneinander getrennt sind.
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Das Lichtschott 30 besteht aus einem opaken Kunststoff und weist wärmeleitfähige Eigenschaften auf. Der zweite Kunststoff ist ein Polymer, welchem Zusätze zur Erzeugung der Wärmeleitfähigkeit beigemischt sind. Solche Zusätze sind beispielsweise unter den Bezeichnungen MWNT und BN bekannt. Es können auch Aluminiumoxide oder Eisen (Fe) beigefügt werden, um die gewünschten Leitfähigkeiten zu erreichen. Der zweite Kunststoff weist als Ausgangsmaterial beispielsweise PA, PC, PBT oder PE-HD auf.
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Zur Herstellung der Baugruppe 100 wird zuerst eine Leiterplatte 10 bereitgestellt. Die Leiterplatte 10 kann eine flexible Folie sein, auf welcher elektronische Bauelemente aufgebracht sind und die integrierte Leiterbahnen aufweist. Die Leiterplatte 10 kann auch im Wesentlichen als unflexible Leiterbahn ausgebildet sein.
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Die Leiterplatte 10 weist verschiedene elektronische Bauelemente und Leiterbahnen auf, die zur Beleuchtung und Ansteuerung der Leuchtdioden 12 erforderlich sind. Die Leuchtdioden 12 befinden sich in einem Randabschnitt der Leiterplatte 10 und sind sogenannte Side-LEDs. Side-LEDs strahlen Licht seitlich ab und weisen eine sehr geringe Höhe auf. Daher eigenen sich diese besonders zur Ausbildung von sehr flachen Baugruppen 100. Die Leiterplatte 10 weist für jedes Segment 22 eine einzelne Leuchtdiode 12 auf. Die Leuchtdioden 12 sind über nicht dargestellte Leiterbahnen mit weiteren elektronischen Bauteilen und einer Steuereinheit gekoppelt. Die Steuereinheit ist über eine Kontaktstelle mit einem Stecker verbunden, wobei der Stecker in 2 nicht dargestellt ist. Über den Stecker, der von der Baugruppe 100 von außen aus zugänglich ist, kann eine Anbindung der Baugruppe 100 über einen Steuerbus an ein Bussystem eines Fahrzeugs erfolgen. Die Baugruppe 100 kann beispielsweise mit dem CAN-Bus eines Fahrzeugs verbunden sein. Eine Ansteuerung der Leuchtdioden 12 kann über eine zentrale Steuereinheit eines Fahrzeugs oder eine dezentrale Steuereinheit, die mit dem CAN-Bus verbunden ist, durchgeführt werden.
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Die Leiterplatte 10 weist an einem unteren Randabschnitt Öffnungen 16 und 18 auf. Die Öffnungen 18 befinden sich an den seitlichen Endbereichen und dienen zur späteren Befestigung der Baugruppe 100 sowie der Leiterplatte 10 an einer Tragstruktur im Fahrzeug. Die Öffnungen 16 dienen zur Aufnahme von Zapfen 34 des Lichtschotts 30.
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Zur Herstellung der Baugruppe 100 wird die Leiterplatte 10 in eine Werkzeughälfte einer Spritzgussform eingelegt. Zusätzlich oder alternativ kann der Stecker, der mit der Kontaktstelle verbunden ist, eingelegt werden, wobei dieser beispielsweise über eine flexible Leitung mit der Kontaktstelle verbunden ist. Der Stecker ist daher relativ zu der Leiterplatte 10 bewegbar. Die Spritzgussform weist eine Aufnahme für den Stecker auf, sodass die Position des Steckers für die fertige Baugruppe 100 vorgegeben ist. Anschließend wird die Spritzgussform geschlossen und ein erster Kunststoff eingebracht. Der erste Kunststoff dient zur Ausbildung des Lichtleiters 20. Nach dem Einbringen des ersten Kunststoffs ist an der Leiterplatte 10 der Lichtleiter 20 angebracht. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines auf die Leiterplatte 10 aufgebrachten Lichtleiters 20. Der Lichtleiter 20 weist die Segmente 22 auf, die jeweils über einen Spalt 24 voneinander getrennt sind. An der unteren Seite sind die Segmente 22 über eine Basis 26 miteinander verbunden. Die Basis 26 ist auf dem oberen Abschnitt der Leiterplatte 10 in einem Randbereich aufgebracht und umgibt den seitlich Licht-emittierenden Abschnitt 14 der Leuchtdioden 12. Das von den Leuchtdioden 12 abgegebene Licht gelangt daher über den Abschnitt 14 direkt in den Lichtleiter 20 und die Segmente 22. Da die Leuchtdioden 12 Licht geradlinig abstrahlen (in 3 nach oben), kommt es zu keiner wesentlichen Beeinflussung der benachbarten Segmente 22 über die Basis. Hierzu ragt der Spalt 24 möglichst weit nach unten.
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Der erste Kunststoff ist auf der Leiterplatte 10 aufgespritzt und umgibt die Abschnitte 14, so dass Licht direkt in die beleuchtbaren Segmente 22 gelangen kann.
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Anders als in 3 gezeigt, können die Segmente 22 auch gekrümmt ausgebildet sein. Beispielsweise können die Segmente 22 um eine orthogonal zur Längsachse der Leiterplatte 10 verlaufende Achse nach oben bzw. unten gekrümmt sein. In weiteren Ausführungsformen können die Segmente 22 auch zusätzlich oder alternativ hierzu eine Krümmung um eine parallel zur Längsrichtung der Leiterplatte 10 verlaufende Achse aufweisen. Die Segmente 22 können auch eine größere oder geringere Länge aufweisen, als dies in den Figuren schematisch gezeigt ist. Die Segmente 22 können sich auch untereinander unterscheiden.
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Nach der Ausbildung des Lichtleiters 20 und einem Abkühlen des Lichtleiters 20 wird ein zweiter Kunststoff zur Ausbildung des Lichtschotts 30 in die Werkzeugform des Spritzgusswerkzeugs eingebracht.
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4 zeigt eine schematische Darstellung des Lichtschotts 30 der Baugruppe 100. Das Lichtschott 30 weist eine Platte 32 auf, welche Öffnungen 33 an Randbereichen aufweist. Die Randbereiche bilden Verbindungsabschnitte 36 aus, über welche die Baugruppe 100 an eine Tragstruktur angebracht werden kann. In die Öffnungen 33 können Schrauben, Bolzen oder Zapfen eingesetzt und die Baugruppe 100 mit der Tragstruktur verbunden werden. Die Platte 32 weist zusätzlich Zapfen 34 auf. Die Zapfen 34 durchdringen die Öffnungen 16 der Leiterplatte 10 und dienen zur Befestigung zwischen der Leiterplatte 10 und dem Lichtschott 30.
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Das Lichtschott 30 weist eine geschlossene Rückseite 31 (siehe 6) und Seitenwände 37 und 39 auf, welche Bereiche 38 umgeben. In den Bereichen 38 sind die Segmente 22 aufgenommen. Die Seitenwände 37 trennen die einzelnen Segmente 22 voneinander und überstehen die Segmente 22 nach vorne, wie in 1 gezeigt.
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5 zeigt eine perspektivische Darstellung des Lichtschotts 30, welche die Ausbildung der Seitenwände 37 und der oberen Seitenwand 39 zur Ausbildung der Bereiche 38 zeigt. Das Lichtschott 30 wird auf den ersten Kunststoff des Lichtleiters 20 und die Leiterplatte 10 aufgespritzt. Die Zapfen 34 durchdringen die Öffnungen 16 und werden hierüber mit der Leiterplatte 10 verbunden. Zusätzlich kommt es zu einer direkten Verbindung zwischen dem Lichtschott 30 und der Leiterplatte 10 über die Platte 32, die auf der Leiterplatte 10 aufgebracht wird.
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6 zeigt eine schematische Darstellung der Rückseite 31 des Lichtschotts 30 mit den seitlich abstehenden Verbindungsabschnitten 36, über welche eine Verbindung mit einer Tragstruktur eines Fahrzeugs erfolgt. Die Leiterplatte 10 weist die Öffnungen 18 auf, die im zusammengebauten Zustand der Baugruppe 100 deckungsgleich zu den Öffnungen 33 verlaufen. Nach dem Einsetzen von Befestigungselementen wird die Baugruppe 100 dann sowohl über die Leiterplatte 10 als auch über das Lichtschott 30 gehalten.
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7 zeigt eine schematische Darstellung der Vorderseite der Baugruppe 100.
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8 zeigt eine schematische Schnittansicht durch die Baugruppe entlang der Linie A-A von 7. Die Zapfen 34 durchdringen die Öffnung 16 der Leiterplatte 10 und verbinden dadurch die Leiterplatte 10 mit dem Lichtschott 30. Im Weiteren kann eine Haftverbindung zwischen der Oberfläche der Leiterplatte 10 und dem zweiten Kunststoff des Lichtschotts 30 bestehen, sodass die Bauteile fest miteinander verbunden sind.
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Das Lichtschott 30 ist nicht direkt mit dem ersten Kunststoff des Lichtleiters 20 verbunden. Die verwendeten Kunststoffe weisen dazu eine unterschiedliche Schwindung auf. Der erste Kunststoff weist vorzugsweise eine größere Schwindung als der zweite Kunststoff auf, damit es zu keiner Verbindung kommt.
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Das Lichtschott 30 dient als Schutz für benachbarte Segmente 22 gegenüber Störlicht und zur Reflexion der in das Segment 22 eindringenden Lichtstrahlen. Der zweite Kunststoff ist für die Reflexion der Lichtstrahlen und für eine optimierte Beleuchtung eingefärbt. Vorzugsweise sind die den Segmenten 22 gegenüberliegenden Oberflächen des Lichtschotts 30 weiß ausgebildet. Der zweite Kunststoff weist zudem wärmeleitfähige Eigenschaften auf, sodass über das Lichtschott 30 auch eine Wärmeabfuhr der von den Leuchtdioden 12 und weiteren elektronischen Bauelementen erzeugten Wärme erreicht werden kann, die auf der Leiterplatte 10 angeordnet sind. Die Leuchtdiode 12 ist hierzu in ihrem seitlich Lichtemittierenden Abschnitt 14 von dem ersten Kunststoff des Segments 22, damit in dieses direkt Licht eingebracht wird, und an der Rückseite der Leuchtdiode 12 von dem zweiten Kunststoff mit den wärmeleitfähigen Eigenschaften umgeben. Die Wärme der Leuchtdiode 12 kann daher abgeführt werden. Im Weiteren kann auch die Wärme der anderen damit in Verbindung stehenden elektronischen Komponenten abgeführt werden, die auf der Leiterplatte 10 angeordnet und vom zweiten, wärmeleitenden Kunststoff umgeben sind.
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Die Höhe der in 8 gezeigten Anordnung kann wenige Millimeter betragen, sodass eine sehr flache Anordnung bereitgestellt wird. Zudem sind die einzelnen Komponenten fest miteinander verbunden, sodass eine gekapselte Ausführung einer Baugruppe 100 bereitgestellt wird, wobei die elektronischen Komponenten gegenüber Wasser und Verschmutzungen geschützt sind. Die flächige Ausgestaltung des Lichtschotts 30 ermöglicht insbesondere über die große Fläche auf der Rückseite 31 eine sehr gute Wärmeabgabe und einen Wärmeabtransport.
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Die Seitenwände 37 und 39 überstehen die Bereiche 38 und insbesondere die Segmente 22, um eine Abschottung der einzelnen beleuchtbaren Bereiche mit den Segmenten 22 zu erreichen.
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Die Baugruppe 100 eignet sich durch ihre gekapselte Ausführung für eine Vielzahl von Anwendungen und ist gegenüber äußeren Störeinflüssen geschützt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Leiterplatte
- 12
- Leuchtdiode
- 14
- Abschnitt
- 16
- Öffnung
- 18
- Öffnung
- 20
- Lichtleiter
- 22
- Segment
- 24
- Spalt
- 26
- Basis
- 30
- Lichtschott
- 31
- Rückseite
- 32
- Platte
- 33
- Öffnung
- 34
- Zapfen
- 36
- Verbindungsabschnitt
- 37
- Seitenwand
- 38
- Bereich
- 39
- Seitenwand
- 100
- Baugruppe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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