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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer elektrifizierten Platte.
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Die Elektrifizierung von Gegenständen ist ein Megatrend der heutigen Zeit. Das hierbei verfolgte Ziel ist häufig, die entsprechenden Gegenstände „intelligent“ (smart) zu machen. Im Stand der Technik sind zahlreiche Verfahren zur Integration von Elektronik in Bauteile bekannt, welche jedoch diverse Nachteile aufweisen. So besteht beispielsweise häufig eine große Schwierigkeit darin, die entsprechende Kontaktierung zur Strom- bzw. Datenübertragung bereitzustellen. Sofern die Kontaktierung mittels einer Verdrahtung erfolgen soll, besteht z.B. die Anforderung, dass die Sichtbarkeit der Drähte unerwünscht ist. Eine entsprechende Kapselung bzw. Abdeckung ist jedoch aufwendig und genügt auch in vielen Fällen nicht den designerischen Ansprüchen. Bei einer drahtlosen Verbindung hingegen besteht der Nachteil, dass die entsprechende Technik vergleichsweise teuer ist und auch die Effizienz der Stromübertragung hierbei begrenzt ist. So ist beispielsweise regelmäßig erforderlich, dass der Abstand der entsprechenden Elektronikbauteile (Sender-und Empfängereinheit) möglichst klein sein muss, da ansonsten ein zu großer Teil der Ausgangsleistung verloren geht. Bei Batterielösungen ist problematisch, dass das Aufladen bzw. der Austausch der Batterien schwierig bzw. aufwendig ist, insbesondere bei einer vollständigen Umhüllung der Batterie innerhalb des Bauteils.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer elektrifizierten Platte anzugeben, welches einerseits einfach und daher kostengünstig durchführbar ist und andererseits eine große Flexibilität hinsichtlich der Integration von Elektronik in die Platte ermöglicht.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer elektrifizierten Platte
- - wobei eine Basisplatte mit einer Leitungskanäle bildenden, vorzugsweise rechtwinkligen, Gitterstruktur hergestellt wird,
- - wobei ferner in die Basisplatte mindestens eine zusätzliche Ausnehmung eingebracht wird, die zur Aufnahme mindestens eines elektrischen Bauteils dient,
- - wobei in mindestens einen Leitungskanal mindestens eine elektrische Leitung eingebracht wird, die sich vorzugsweise bis zu mindestens einer, z.B. randseitigen, Oberfläche der Basisplatte erstreckt,
- - wobei in die Ausnehmung das mindestens eine elektrische Bauteil eingesetzt wird, und
- - wobei das Bauteil mit der elektrischen Leitung elektrisch verbunden wird.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die Basisplatte eine modulare Struktur aufweist und entsprechend mit modularen Werkzeugen, zum Beispiel Werkzeugen deren grunsätzliche Gestalt aus der Technologie des Kunststoff-Spritzguss-Verfahren bekannt ist, hergestellt werden kann. Die Modularität der Werkzeuge besteht beispielsweise darin, dass bestückbare Einsätze (Inserts) verwendet werden, um die mindestens eine Ausnehmung zu erzeugen. Auch die erfindungsgemäße Gitterstruktur, welche die Leitungskanäle bereitstellt, wird zweckmäßigerweise mit Hilfe des modularen Werkzeugs erzeugt. Insgesamt erlaubt somit das erfindungsgemäße Verfahren eine sehr große Flexibilität hinsichtlich der Integration von elektrischen Bauteilen und der entsprechenden elektrischen Leitungen zum Anschluss dieser Bauteile in die Basisplatte. So kann beispielsweise unabhängig vom gewünschten Ort und der Form des elektrischen Bauteils für dieses mittels eines geeigneten Inserts eine entsprechende Ausnehmung in der Basisplatte erzeugt werden, wobei durch die Gitterstruktur der Leitungskanäle ein problemloser elektrischer Anschluss gewährleistet ist. Beispielsweise können in die Leitungskanäle elektrische Drähte eingelegt und aufgrund der Gitterstruktur praktisch beliebig innerhalb der Basisplatte verlegt werden. Bei dem elektrischen Bauteil kann es sich beispielsweise um einen Sensor (bspw. Touch-Sensor), eine Leuchte (z.B. LED oder OLED), einen Prozessor (z.B. MPU), einen Controller (z.B. MCU), eine elektromagnetische Spule, ein Thermometer, eine Batterie, ein Radom (insbes. für Automotive-Anwendungen) oder auch um ein Heizelement handeln. Im Rahmen der Erfindung liegt es beispielsweise aber auch, in mindestens einen Leitungskanal ein entsprechend dimensioniertes elektrisches Bauteil einzubringen, beispielsweise ein LED-Band.
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Zweckmäßigerweise wird die Ausnehmung an einem Kreuzungspunkt der Gitterstruktur vorgesehen. Dies ermöglicht einen optimalen Zugang des mindestens einen elektrischen Bauteils zu der in der Gitterstruktur verlegten mindestens einen elektrischen Leitung. Die Ausnehmung kann zylinderförmig ausgebildet sein (insbesondere im mathematischen Sinne zylindrisch in Form eines allgemeinen Zylinders mit beliebiger Grundfläche), vorzugsweise mit einer kreisförmigen, kreissegmentförmigen, dreieckigen, rechteckigen (z.B. quadratischen) oder auch sternförmigen Grundfläche. Die geometrische Ausdehnung der Ausnehmung in der Plattenebene ist zweckmäßigerweise größer als die entsprechende Breite der Leitungskanäle, zum Beispiel mindestens doppelt so groß, bzw. mindestens als dreimal so groß. So kann beispielsweise die maximale geometrische Ausdehnung der Ausnehmung in der Plattenebene mehr als 10 mm, zum Beispiel mindestens 20 mm betragen. Die Breite der Leitungskanäle in Plattenebene beträgt zweckmäßigerweise maximal 10 mm, zum Beispiel maximal 5 mm.
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Die Leitungskanäle der Gitterstruktur können allesamt gleich dimensioniert sein, also insbesondere allesamt eine identische Breite und Tiefe sowie die selbe Querschnittsform aufweisen. Im Rahmen der Erfindung liegt es aber auch, dass die einzelnen Leitungskanäle unterschiedliche Breiten und/oder Tiefen aufweisen. Die Leitungskanäle können ferner auch unterschiedliche Querschnittsformen aufweisen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Basisplatte aus, zweckmäßigerweise geschäumtem Kunststoff, besonders bevorzugt aus thermoplastischen, vorexpandierten Schaumperlen hergestellt. Derartige thermoplastische Schaumperlen sind im Stand der Technik als solche bereits bekannt (im englischen Sprachraum als sog. „bead foams“, die z.B. unter den Markennamen ARPRO® oder CLEARPORO vertrieben werden). Durch ihren Einsatz kann die mittlere Dichte der Basisplatte gegenüber Kunststoff-Vollmaterial erheblich reduziert und damit Material und Gewicht eingespart werden. Ein weiterer Vorteil dieser Schaumperlen ist deren gute Recyclierbarkeit. Darüber hinaus ergeben sich weitere ökologische Vorteile insbesondere gegenüber dem gesundheitlich bedenklichen Poyturethan, welches in der Praxis immer noch häufig für Schäumprozesse eingesetzt wird. Aufgrund der thermoplastischen Eigenschaften der Schaumperlen kann die damit hergestellte Basisplatte außerdem im Bedarfsfall thermisch umgeformt, z.B. gebogen werden. Durch die Schäumung des Kunststoffs kann ganz allgemein die Basisplatte eine Dichte von weniger als 500 kg/m3, insbesondere weniger als 300 kg/m3, z.B. weniger als 100 kg/m3 aufweisen. Im Rahmen der Erfindung liegt es insbesondere, dass die finale Expandierung der Schaumperlen innerhalb des Basisplatten-Werkzeugs erfolgt, welches z.B. eine von Kunststoff-Spritzguss-Verfahren her bekannte Gestalt aufweist, und gegebenenfalls unter erhöhtem Druck stattfindet. Im Vergleich zu einem klassischen Spritzgussverfahren mit Kunststoff-Schmelzen können die als Festkörper vorliegenden Schaumperlen jedoch bei wesentlich geringeren Drücken verarbeitet werden, wobei in diesem Zusammenhang insbesondere das sogenannte „steam chest molding“ zur Anwendung kommen kann. Dies erleichtert die Modularisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die thermoplastischen Schaumperlen können z.B. mittels Heißdampf final expandiert werden. Im Rahmen der Erfindung liegt es jedoch auch, die für die finale Expansion der Schaumperlen benötigte Energie durch Strahlung, insbesondere durch Mikrowellenstrahlung oder auch thermische Induktion zuzuführen. Der Einsatz anderer schäumbarer Materialien, wie z.B. PUR, soll hierdurch jedoch nicht ausgeschlossen werden.
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Die thermoplastischen Schaumperlen können aus, z.B. recycliertem, PE, PP, PS, TPU, PBT, PET oder PEI bestehen. Im Rahmen der Erfindung liegt es auch, dass die Schaumperlen mit funktionellen Additiven, insbesondere flammhemmenden und/oder klebrigen und/oder antibakteriellen und/oder elektromagnetische Wellen absorbierenden Additiven versehen werden. Insbesondere können hierbei lediglich die oberflächennahen Bereiche der einzelnen Schaumperlen mit den funktionellen Additiven versehen werden. Zweckmäßigerweise werden vorexpandierte Schaumperlen mit einer durchschnittlichen Größe von 0,1 bis 5 mm, z.B. 0,5 bis 3 mm verwendet.
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Im Rahmen der Erfindung liegt es aber auch, dass die Basisplatte als Basismaterial Holz aufweist und z.B. als MDF- oder HDF-Platte oder aber auch z.B. als Holz-Leichtbauplatte mit Hohlkern (bspw. Wabenkern) ausgebildet ist. In diesen Fällen wird die Gitterstruktur zweckmäßigerweise mittels einer CNC-Fräsmaschine oder dergl. in die Basisplatte eingebracht.
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Zweckmäßigerweise wird die Basisplatte an einer oder an beiden Plattenoberfläche(n) mit mindestens einer haftenden Deckschicht versehen. Diese Deckschicht dient beispielsweise dazu, die an einer Oberfläche (oder auch beiden Oberflächen) der Platte offene Gitterstruktur der Leitungskanäle nach Einbringung und Anschluss des mindestens einen elektrischen Bauteils an die mindestens eine elektrische Leitung zu verschließen. Die mindestens eine Deckschicht kann aus Kunststoff, z.B. PE, PP, PS oder PET bestehen und wird zweckmäßigerweise auf die Basisplatte aufgeklebt oder aufgeschweißt. Im Rahmen der Erfindung liegt es in diesem Zusammenhang generell, dass die Basisplatte eine Kernschicht einer Sandwichplatte bildet. Solche Sandwichplatten können z.B. zur Wärmedämmung und/oder zur Stoßabsorption dienen. Die Basisplatte kann rund, z.B. kreisförmig, dreieckig oder viereckig, insbesondere rechteckförmig, z.B. quadratisch, ausgebildet werden. Im Rahmen der Erfindung liegt es ferner, dass die Basisplatte eine zumindest im Wesentlichen konstante Dicke aufweist.
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Gegenstand der Erfindung ist auch eine gemäß dem vorbeschriebenen Verfahren elektrifizierte Platte. Die erfindungsgemäß hergestellte elektrifizierte Platte ist vielseitig einsetzbar. So kann sie z.B. Bestandteil einer (bspw. mit einem Muster dekorierten) Möbelplatte sein, vorzugsweise für Innenausstattungen in Gebäuden, und insbesondere auch in Caravans bzw. Wohnwägen verbaut werden. Bei den beiden letztgenannten Anwendungen ist insbesondere auch das geringe Gewicht der Basisplatte sowie auch deren thermische Dämmfunktion von Bedeutung. Ein weiterer bevorzugter Anwendungsbereich ist der Einsatz als Automotive-Bauteil, z.B. in Stoßfängern bzw. Frontend-Modulen von Kraftfahrzeugen. Im Baubereich kommt insbesondere eine Anwendung als Komponente einer Wand oder auch einer Fußboden-, Decken- oder Wandheizung in Betracht. Andere Anwendungsmöglichkeiten sollen hierdurch jedoch nicht ausgeschlossen werden.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlich erläutert. Es zeigen schematisch:
- 1 eine erfindungsgemäße Basisplatte in einer Draufsicht
- 2 eine mit der in 1 dargestellten Basisplatte hergestellte elektrifizierte Platte in einer Draufsicht
- 3 eine weitere erfindungsgemäße Basisplatte in einer Querschnittsdarstellung
- 4 eine mit der in 3 dargestellten Basisplatte hergestellte elektrifizierte Platte in einer Querschnittsdarstellung
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Die 1 und 2 zeigen ein Verfahren zur Herstellung einer elektrifizierten Platte 100. Wie aus 1 ersichtlich, wird zunächst aus geschäumtem Kunststoff eine Basisplatte 10 mit einer Leitungskanäle 1 bildenden rechtwinkligen Gitterstruktur 20 hergestellt. Die Dichte der Basisplatte 10 beträgt aufgrund der Schäumung weniger als 50 kg/m3. Zusätzlich werden in die Basisplatte 10 mehrere Ausnehmungen 2 eingebracht, die jeweils zur Aufnahme eines elektrischen Bauteils 3 dienen (s. 2). Bei dem elektrischen Bauteil 3 kann es sich beispielsweise um einen Sensor (bspw. Touch-Sensor), eine Leuchte (z.B. LED oder OLED), einen Prozessor (z.B. MPU), einen Controller (z.B. MCU), eine elektromagnetische Spule, ein Thermometer, eine Batterie, ein Radom (insbes. für Automotive-Anwendungen) oder auch um ein Heizelement handeln. Wie aus der 2 ersichtlich ist, werden in mehrere Leitungskanäle 1 elektrische Leitungen 4 in Form eines elektrischen Drahtes eingebracht. In die Ausnehmungen 2 wird nun jeweils ein elektrisches Bauteil 3 eingesetzt wird und mit mindestens einem Draht 4 elektrisch verbunden. Die Drähte 4 erstrecken sich jeweils bis zu zwei einander gegenüberliegenden randseitigen Oberflächen 5 der Basisplatte 10 und durchfassen somit gemeinsam mit den elektrischen Bauteilen 3 jeweils die Basisplatte 10 in einer Plattenebenenrichtung x bzw. y.Die elektrischen Bauteile 3 haben unterschiedliche Funktionen, so kann z.B. ein Bauteil 3 als Leuchte ausgebildet sein, ein anderes Bauteil 3 hingegen als Mikroprozessor (MPU). Die Ausnehmungen 2 sind ferner jeweils an Kreuzungspunkten 30 der Gitterstruktur 20 vorgesehen. Es ist erkennbar, dass die Ausnehmungen 2 jeweils an die Geometrie des aufzunehmenden elektrischen Bauteils 3 angepasst sind. Im Ausführungsbeispiel sind die Ausnehmungen 2 zylinderförmig (also mit einer konstanten Querschnittsfläche parallel zur ihrer Grundfläche) ausgebildet und weisen eine kreisförmige (s. 1, 2 unten rechts), dreieckige (unten links), rechteckige (oben rechts) oder auch sternförmige (oben links) Grundfläche auf.
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Die 3 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Basisplatte 10 in einer Querschnittsdarstellung. Es ist erkennbar, dass die einzelnen Leitungskanäle 1 unterschiedliche Breiten b parallel zur Plattenebene und Tiefen t quer zur Plattenebene sowie auch unterschiedliche Querschnittsformen aufweisen, z.B. rechteckig, dreieckig oder halbkreisförmig. Im Ausführungsbeispiel werden die Basisplatten 10 gemäß 1 bis 4 aus thermoplastischen, vorexpandierten Schaumperlen (nicht näher dargestellt) hergestellt, die im englischen Sprachgebrauch auch als „bead foams“ bekannt sind. Diese können z.B. aus, vorzugsweise recycliertem, PE, PP, PS, TPU, PBT, PET oder PEI bestehen und beispielsweise mittels Heißdampf in einem entsprechenden Werkzeug final expandiert und miteinander zur Basisplatte 10 verschmolzen werden. In 4 ist erkennbar, dass die Basisplatte 10 nach Einbringung der elektrischen Bauteile 3 in die entsprechenden Ausnehmungen 2 (in 4 nicht dargestellt) und deren elektrischen Verdrahtung mit den Drähten 4 an beiden Plattenoberflächen 40 jeweils mit einer haftenden Deckschicht 50 aus Kunststoff versehen wird, die z.B. mittels eines (nicht näher dargestellten) Klebstoffs aufgeklebt wird. Die Basisplatten 10 haben in den Ausführungsbeispielen eine rechteckige Form mit einer Gesamtlänge L > 100 mm und einer Gesamtbreite B > 50 mm. Ferner ist in 3 und 4 erkennbar, dass die Basisplatte 10 eine konstante Dicke d > 2 mm, z.B. > 5 mm aufweist.
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Die in den Ausführungsbeispielen dargestellten elektrifizierten Platten 100 können z.B. als dekorierte Möbelplatten für Innenraumausstattungen in Wohnräumen von Gebäuden, beispielsweise aber auch in Caravans oder Wohnwägen, verwendet werden.
