DE102019101559A1

DE102019101559A1 - Beleuchtungseinheit, beleuchtbares Bauteil und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102019101559A1
Application number: DE102019101559.6A
Authority: DE
Inventors: Dominic Horner; Dominik Dahlen; Andy Mantey; Claus Schinzler; Markus Mayer; Ralf Baier
Original assignee: Dr Schneider Kunststoffwerke GmbH
Current assignee: Dr Schneider Kunststoffwerke GmbH
Priority date: 2019-01-23
Filing date: 2019-01-23
Publication date: 2020-07-23
Also published as: WO2020152039A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung zeigt eine Beleuchtungseinheit, ein Verfahren zur Herstellung eines beleuchtbaren Bauteils und ein beleuchtbares Bauteil. Die Beleuchtungseinheit besteht aus einer einzigen Leuchtdiode, die auf einer Seite einer Leiterplatte angeordnet ist, und einer einzigen Steuereinheit die auf der anderen Seite der Leiterplatte, der Leuchtdiode gegenüberliegend, angeordnet ist. Die Steuereinheit ist mit der Leuchtdiode elektrisch verbunden und die Steuereinheit ist über einen auf der Leiterplatte angeordneten elektrischen Anschlussbereich mit Anschlussleitungen verbindbar. Der Anschlussbereich weist mindestens drei angeordnete Anschlusspins auf, die mit mindestens drei Anschlussleitungen verbindbar sind und die mindestens drei Anschlusspins des Anschlussbereichs sind mit der Steuereinheit elektrisch verbunden. Die Leiterplatte steht seitlich der Leuchtdiode und/oder der Steuereinheit über und bildet einen schmalen umlaufenden Überstand aus. Vorzugsweise ist die Leiterplatte rechteckig oder vieleckig oder rund ausgeführt und die Leuchtdiode und die Steuereinheit sind mittig auf der Leiterplatte angeordnet, sodass die Leiterplatte um die Leuchtdioden und/oder die Steuereinheit übersteht.

Description

Die vorliegende Erfindung zeigt eine Beleuchtungseinheit mit den Merkmalen des Patentanspruches 1, ein Verfahren zur Herstellung eines beleuchtbaren Bauteils mit den Merkmalen des Patentanspruches 8 und ein beleuchtbares Bauteil mit den Merkmalen der Patentansprüche 11 und 12.
Aus dem Stand der Technik sind beleuchtete Bauteile bekannt. Insbesondere aus dem Automobilbereich ist es bekannt, unterschiedliche Bedienelemente in einem Kraftfahrzeug zu beleuchten oder zu hinterleuchten.
Aus der DE 10 2015 112 058 A1 ist ein Schnittstellen-Modul an einem Betriebsgerät zum Versorgen eines LED-Leuchtmittels, mit dazu passendem Betriebsstrom, bekannt. Das Betriebsgerät hat eine Stellschnittstelle, z.B. eine LEDset-Schnittstelle, mit einem Stellanschluss für einen Widerstand. Die Versorgungsschaltung im Betriebsgerät stellt entsprechend dem Widerstandswert den Betriebsstrom für ein Leuchtmittel ein. Am Stellanschluss ist ein Schnittstellen-Modul mit einer Funkschnittstelle und einer elektronischen Steuerschaltung angeschlossen. Anhand der Funkschnittstelle ist die vom Modul über den Stellanschluss aufgenommene bzw. aufzunehmende elektrische Leistung konfigurierbar. So kann der Betriebsstrom jederzeit einfach und berührungslos eingestellt werden, z.B. im Rahmen der Leuchten-Herstellung oder beim Leuchtmittelaustausch.
Aus der DE 20 2014 105 614 U1 ist eine Leuchtvorrichtung bekannt, welche das Leuchten einer echten Flamme simuliert. Die Leuchtvorrichtung umfasst ein Licht emittierendes Element, ein Steuerelement und eine Basis. Das Licht emittierende Element ist mit dem Steuerelement elektrisch verbunden. Das Licht emittierende Element ist auf einem PCB-Substrat angeordnet und weist eine Vielzahl von Lichtstrahlern auf, die an einer Oberfläche des PCB-Substrats angeordnet sind, um eine Anzeigefläche auszubilden. Das Steuerelement ist an der Basis montiert und ist mit dem Licht emittierenden Element starr verbunden. Die Anzeigefläche steht aus der Oberseite der Basis hervor.
Aus der WO 2013/030128 A2 ist eine LED-Beleuchtungseinrichtung und ein Verfahren zur Herstellung der LED-Beleuchtungseinrichtung bekannt. Die LED-Beleuchtungseinrichtung weist ein lichtemittierendes LED-Modul, das mehrere lichtemittierende LED-Elemente aufweist, auf. Weiterhin ist eine Installationskomponente zum Installieren des lichtemittierenden LED-Moduls in der LED-Beleuchtungseinrichtung vorhanden. Das lichtemittierende LED-Modul wird so installiert, dass die lichtemittierenden LED-Elemente, die im lichtemittierenden LED-Modul enthalten sind, nicht auf derselben Ebene liegen.
Aus der DE 10 2009 004 117 A1 ist ein Projektionsmodul bekannt. Das Projektionsmodul weist mindestens eine Halbleiterlichtquelle und mindestens eine integrierte Schaltung auf, die auf einem gemeinsamen Substrat angeordnet ist. Das Halbleitermodul und die Halbleiterlichtquelle sind nebeneinander auf dem gemeinsamen Substrat angeordnet. Außerdem ist neben der Halbleiterquelle auf dem gemeinsamen Substrat eine analoge integrierte Schaltung angeordnet, die der Halbleiterlichtquelle zu deren Ansteuerung vorgeschaltet ist.
Aus der DE 10 2009 014 900 A1 ist ein LED-Modul bekannt. Das LED-Modul umfasst ein wasserfestes Gehäuse, eine in dem wasserfesten Gehäuse untergebrachte LED, eine Leitung zum Koppeln des LED-Moduls mit anderen LED-Modulen, einen Treiber und eine Strahlereinheit, die in dem Boden des wasserfesten Gehäuses angeordnet und der äußeren Umwelt ausgesetzt ist. Des Weiteren ist eine LED-Kette bekannt, die das LED-Modul und einen mit dem LED-Modul gekoppelten Treiber umfasst. Die LED-Kette kann eine hohe Wasserfestigkeit aufweisen. Die während des Betriebs des LED-Moduls erzeugte Wärme wird über einen an dem LED-Modul angeordneten Kühlkörper rechtzeitig in die äußere Umwelt übertragen.
Aus der DE 10 2009 022 724 A1 ist Kombinationsrücklicht für ein Kraftfahrzeug bekannt, das ein von der Seite anzubringendes LED-Modul aufweist. Eine oder mehrere LEDs sind auf einer distalen Seite einer Leiterplatte angebracht, die auch die Schaltung einschließt, die die eine oder mehreren LEDs antreibt. Die Leiterplatte und eine Wärmefalle werden an einer Wärmesenke geschraubt oder genietet, dann wird die Wärmesenke an einer Randseite eines Gehäuses angebracht. Die LEDs strahlen divergierendes Licht seitlich in das Gehäuse aus. Eine Seite des Gehäuses ist ein facettierter Parabolreflektor, der das divergierende Licht von den LEDs empfängt und einen kollimierten Strahl in Längsrichtung zur Vorderseite des Gehäuses reflektiert, wo es durch eine klare Abdeckung geht und aus der Lampe austritt.
Aus der WO 2011/101172 A2 ist eine Lichtquelle mit einer Serienschaltung von Einzel-LEDs bekannt, welche in Reihe mit einem Vorwiderstand geschaltet sind, und mit einer Gleichrichterschaltung als Stromquelle, die im Betrieb am Wechselspannungsnetz angeschlossen ist, ausgestattet ist. An einem Brückengleichrichter sind eine Serienschaltung aus mindestens zwei Array-LEDs, welche aus mehreren miteinander verbundenen Einzel-LEDs besteht, und einem Vorwiderstand angeschlossen. Diese sind wiederum auf einem plattenartigen, mindestens die Array-LEDs tragenden, elektrisch kontaktierenden, Wärme abführenden und Berührungsschutz aufweisenden, Träger angeordnet. Zum direkten Betrieb an einem Wechselspannungsnetz ist die Summe der Flussspannungen der Array-LEDs so dimensioniert, dass diese mindestens 70%, vorzugsweise 80%, und maximal 85% der Amplitude der gleichgerichteten Wechselspannung bei Nennspannung entspricht und der Array-LED-Strang erst beim Überschreiten der Summenflussspannung leitend wird.
Aus der DE 10 2016 003 974 A1 ist ein Luftausströmer für ein Fahrzeug, mit wenigstens einem Gehäuse, welches wenigstens einen von Luft durchströmbaren Kanal aufweist, bekannt. Über diesen von Luft durchströmbaren Kanal ist Luft dem Innenraum des Fahrzeugs zuführbar. Es ist weiterhin wenigstens ein relativ zu dem Gehäuse bewegbares Luftleitelement zum Leiten der Luft vorhanden. Das Luftleitelement ist mit wenigstens einem zumindest mittelbar am Gehäuse festgelegten Leuchtelement beleuchtbar. Das Licht wird über im Gehäuse angeordnete Lichtleiter zugeführt.
Aus der DE 10 2015 115 365 A1 ist ein Luftausströmer für ein Kraftfahrzeug mit einem ersten Luftkanal, einem Lichtleitelement, einer punktförmigen Lichtquelle und einem stabförmigen Einkoppelelement bekannt. Das Lichtleitelement umläuft eine vom ersten Luftkanal ausgebildete Luftaustrittsöffnung unterbrechungsfrei, wobei das Einkoppelelement die punktförmige Lichtquelle mit dem Lichtleitelement verbindet und das Einkoppelelement das Lichtleitelement teilweise umläuft und sich dabei an das Lichtleitelement annähert und in einem spitzen Winkel an das Lichtleitelement anschließt.
Aus der DE 10 2016 011 125 A1 ist ein Luftausströmer, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, der auch bei schwachem Umgebungslicht eine visuelle Einschätzung seines Betriebszustands erlaubt, bekannt. Zu diesem Zweck ist mindestens ein Bauelement des Luftausströmers, das von einem durch den Luftausströmer zu belüftenden Raum aus sichtbar ist und von einem durch den Luftausströmer ausströmbaren Luftstrom benetzbar ist, zumindest teilweise aus einem lichtleitfähigem Material gebildet. Diesem Bauelement ist Licht zuführbar. Das Licht wird von einer entfernt angeordneten Lichtquelle über Lichtleiter zugeführt.
Nachteilig bei dem vorbenannten Stand der Technik ist, dass die lichtemittierenden Module zumeist einen relativ großen Bauraum beanspruchen und nicht dazu vorgesehen sind individuell in ein Bauelement integriert zu werden. Diese lichtemittierenden Module sind in ein produktspezifisches Bauteil nicht ohne erheblichen konstruktiven Aufwand integrierbar.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Nachteile des Standes der Technik zu beheben und eine Beleuchtungseinheit, sowie ein beleuchtbares Bauteil mit einer Beleuchtungseinheit und ein Verfahren zur Herstellung eines beleuchtbaren Bauteils mit mindestens einer Beleuchtungseinheit aufzuzeigen, das vorzugsweise in einem Kraftfahrzeug einsetzbar ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Beleuchtungseinheit mit den Merkmalen des Patentanspruches 1, ein Verfahren zur Herstellung eines beleuchtbaren Bauteils mit den Merkmalen des Patentanspruches 8 und ein beleuchtbares Bauteil mit den Merkmalen der Patentansprüche 11 und 12 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der weiteren Beschreibung und insbesondere der Beschreibung anhand konkreter Ausführungsbeispiele dargelegt.
Eine erfindungsgemäße Beleuchtungseinheit besteht aus einer einzigen Leuchtdiode, die auf einer Seite einer Leiterplatte angeordnet ist, und einer einzigen Steuereinheit, die auf der anderen Seite der Leiterplatte, der Leuchtdiode gegenüberliegend, angeordnet ist. Die Steuereinheit ist mit der Leuchtdiode elektrisch verbunden und die Steuereinheit ist über einen auf der Leiterplatte angeordneten elektrischen Anschlussbereich mit Anschlussleitungen verbindbar. Der Anschlussbereich weist mindestens drei angeordnete Anschlusspins auf, die mit mindestens drei Anschlussleitungen verbindbar sind und die mindestens drei Anschlusspins des Anschlussbereichs sind mit der Steuereinheit elektrisch verbunden. Die Leiterplatte steht seitlich der Leuchtdiode und/oder der Steuereinheit über und bildet einen schmalen umlaufenden Überstand aus. Vorzugsweise ist die Leiterplatte rechteckig oder vieleckig oder rund ausgeführt und die Leuchtdiode und die Steuereinheit sind mittig auf der Leiterplatte angeordnet, sodass die Leiterplatte um die Leuchtdioden und/oder die Steuereinheit übersteht.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach Patentanspruch 2 ist vorgesehen, dass der erste der mindestens drei Anschlusspins des Anschlussbereichs zur Zuführung einer Versorgungsspannung, der zweite der mindestens drei Anschlusspins des Anschlussbereichs zur Zuführung eines Masseanschlusses, der dritte der mindestens drei Anschlusspins des Anschlussbereichs zum Anschluss an eine bidirektionale Ein-Draht-Leitung dient. Damit kann die Anzahl der erforderlichen elektrischen Leitungen zum Betrieb der Beleuchtungseinheit auf ein Minimum reduziert werden. Insbesondere die Verwendung einer bidirektionalen Ein-Draht-Leitung ermöglicht eine effektive Kommunikation mit der Steuereinheit der Beleuchtungseinheit.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach Patentanspruch 3 ist vorgesehen, dass zusätzlich zu den mindestens drei Anschlusspins des Anschlussbereichs zusätzlich ein vierter Anschlusspin angeordnet ist, und die Anschlussleitungen eine vierte Anschlussleitung aufweisen, welche den vierten Anschlusspin verbindet, wobei der vierte Anschlusspins des Anschlussbereichs zur Weiterleitung der Daten dient, welche über den Dritten der mindestens drei Anschlusspins des Anschlussbereichs zugeführt sind. Dies ist besonders vorteilhaft, da hierdurch eine Weiterleitung der Daten des Busses bzw. der Bussignale erfolgen kann. Im Falle der Verwendung eines LIN-Busses kann über einen entsprechend vorhandenen Mikrocomputer oder Mikroprozessor eine Reihenschaltung der Beleuchtungseinheiten erfolgen. Es kann aber auch eine Autoadressierung der Beleuchtungseinheiten erfolgen. Ein zusätzlicher Vorteil besteht darin, dass über den vierten Anschlusspin ein Y-Kabel zur Anbindung weiterer Beleuchtungseinheiten nicht erforderlich ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach Patentanspruch 4 ist vorgesehen, dass die bidirektionale Ein-Draht-Leitung zur Übertragung von LIN-Bus- oder CAN-Bus-Signalen dient. Die Verwendung von LIN-Bus Daten oder CAN-Bus-Daten ermöglicht es die Beleuchtungseinheit direkt in ein Bussystem in einem Kraftfahrzeug zu integrieren.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach Patentanspruch 5 ist vorgesehen, dass die Leuchtdiode eine RGB-Leuchtdiode oder eine monochrome Leuchtdiode ist. Es kann dadurch die Beleuchtungseinheit kostengünstig hergestellt werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach Patentanspruch 6 ist vorgesehen, dass die Steuereinheit ein Microcomputer oder ein Microcontroller mit einem statischen RAM-Bereich ist. Damit kann eine Anbindung an ein Bussystem in einem Kraftfahrzeug erfolgen, da eine jede Beleuchtungseinheit individuell initialisierbar und damit über einen angebundenen Datenbus, wie z.B. einen LIN-Bus oder CAN-Bus, angesprochen werden kann.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach Patentanspruch 7 ist vorgesehen, dass der Überstand nur wenige Millimeter beträgt und/oder dass die Steuereinheit und die Leuchtdiode mittig auf der Leiterplatte angeordnet sind und/oder die Leuchtdiode mit der Steuereinheit durch die Leiterplatte hindurch miteinander elektrisch verbunden sind und die Leiterplatte eine quadratische Form besitzt mit einer maximalen Kantenlänge von neun Millimetern. Durch die Miniaturisierung der Beleuchtungseinheit kann diese nahezu in jedes Bauteil integriert werden. Der Überstand muss allerdings an die Fertigungstoleranzen des Bauteils angepasst sein, in das die Beleuchtungseinheit integriert werden soll. Die mittige Anordnung der Leuchtdiode und/oder der Steuereinheit auf der Leiterplatte gewährt einen idealen Schwerpunkt der Beleuchtungseinheit. Diese kann somit einfach, auch maschinell, gehandhabt werden. Die elektrischen Verbindungen zwischen der Leuchtdiode und der Steuereinheit sind durch die Leiterplatte hindurch geführt und gewährt eine Ausfallsicherheit, da die elektrischen Verbindungen zwischen der LED und der Steuereinheit durch die Leiterplatte geschützt sind und keine mechanischen Kräfte auf diese Verbindungen einwirken, wenn die Beleuchtungseinheit montiert wird. Die quadratische Form der Leiterplatte und die Kantenlänge von neun Millimetern gewähren eine ausreichende Größe der Beleuchtungseinheit, sodass diese maschinell verarbeitet bzw. bearbeitet werden kann, z.B. mittels Roboterstationen, welche die Beleuchtungseinheit in ein zu beleuchtendes Bauteil einfügen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines beleuchtbaren Bauteils aus Kunststoff, mit mindestens einer Beleuchtungseinheit, weist folgende Verfahrenschritte auf:

lit 1: Herstellen eines Grundkörpers des beleuchtbaren Bauteils mittels einer Form, wobei der Grundkörper des beleuchtbaren Bauteils in dessen Bauteilwand mindestens eine Aussparung aufweist, wobei die mindestens eine Aussparung derart dimensioniert ist, dass eine Beleuchtungseinheit in die mindestens eine Aussparung einlegbar ist;
lit 2: Einlegen einer Beleuchtungseinheit in die mindestens eine Aussparung des Grundkörpers;
lit 3: Einbringen von flüssigem Zinn in die Form zur elektrischen Kontaktierung der mindestens einen Beleuchtungseinheit;
lit 4: Einbringen von weiterem Kunststoff in die Form zur Vervollständigung des Grundkörpers zur Erzeugung des beleuchtbaren Bauteils, wobei die in die mindestens eine Aussparung des Grundkörpers eingelegte Beleuchtungseinheit mittels des weiteren Kunststoffs mit dem beleuchtbaren Bauteil mechanisch verbunden wird;
lit 5: Entnahme des beleuchtbaren Bauteils (1) aus der Form.

Vorteilhat ist, dass die elektrischen Verbindungen direkt im Herstellungsprozess erfolgen und die hergestellten elektrischen Verbindungen mittels Zinn erfolgen und in einem nachfolgenden Verfahrensschritt von Kunststoff umschlossen werden. Auch die Beleuchtungselemente bzw. das Beleuchtungselement wird im beleuchtbaren Bauteil mittels Kunststoff im Herstellungsprozess des beleuchtbaren Bauteils befestigt und in das beleuchtbare Bauteil eingebunden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach Patentanspruch 9 ist vorgesehen, dass zur Herstellung des beleuchtbaren Bauteils eine zur Verwendung von thermoplastischen Kunststoff geeignete Spritzgießform verwendet wird und dass mit oder nach dem Verfahrensschritt lit 4, aber vor dem Verfahrensschritt lit 5, ein Ansteuerungsanschlussbereich zur elektrischen Kontaktierung des beleuchtbaren Bauteils und über dieses der im beleuchtbaren Bauteil angeordneten mindestens einen Beleuchtungseinheit ausgebildet wird. Die Ausbildung des Ansteuerungsanschlussbereichs ermöglicht eine einfache Kontaktierung des beleuchtbaren Bauteils nach dessen Herstellung, sowie einen einfachen Anschluss an ein Bussystem, zumal der elektrische Anschluss über den Ansteuerungsanschlussbereich erfolgt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach Patentanspruch 10 ist vorgesehen, dass der Ansteuerungsanschlussbereich zur externen Kontaktierung des beleuchtbaren Bauteils und der mindestens einen Beleuchtungseinheit in Form eines Steckers oder einer Steckerleiste oder einer Buchse oder eines Gegensteckers ausgebildet wird. Damit kann auf kundenspezifische Vorgaben, wie z. B. von Automobilherstellen, eingegangen werden und der Ansteuerungsanschlussbereich als kundenspezifischer Stecker oder Anschlussbuchse ausgestaltet werden.
Das erfindungsgemäße beleuchtbare Bauteil ist hergestellt nach einem Verfahrensmerkmal der entsprechenden Patentansprüche.
Das erfindungsgemäße beleuchtbare Bauteil besteht vorwiegend aus thermoplastischem Kunststoff und weist zumindest eine Bauteilwand auf, in welcher mindestens eine Beleuchtungseinheit angeordnet ist. Es ist eine Ansteuerungseinheit vorhanden, welche zumindest eine elektronische Baugruppe aufweist. Weiterhin ist ein Ansteuerungsanschlussbereich und ein elektrischer Anschlussbereich vorhanden, wobei der elektrische Anschlussbereich zum elektrischen Anschluss der Ansteuerungseinheit an die mindestens eine Beleuchtungseinheit im beleuchtbaren Bauteil dient und die mindestens eine Beleuchtungseinheit an eine Masse anbindet, eine Versorgungsspannung bereitstellt, Daten für die bidirektionale Ein-Draht-Leitung bereitstellt und/oder weitere Daten für eine weitere bidirektionale Ein-Draht-Leitung bereitstellt.
Ein erfindungsgemäßes beleuchtbares Bauteil ermöglicht es, die Beleuchtungseinheit in die Bauteilwand zu integrieren und so individuell das beleuchtbare Bauteil zu beleuchten.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach Patentanspruch 13 ist vorgesehen, dass die Ansteuerungseinheit eine Schutzschaltung aufweist, um die mindestens eine Beleuchtungseinheit im beleuchtbaren Bauteil vor Spannungsimpulsen oder Überspannung zu schützen, einen elektrischen/elektronischen Eingangsfilter und einen Anschluss an einen vordefinierbaren Stecker bereitstellt, mittels dem das beleuchtbares Bauteil an ein Bussystem in einem mit motorkraftbetriebenen Fahrzeug, wie einem Kraftfahrzeug oder Motorrad oder Schiff oder Flugzeug, anschließbar ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach Patentanspruch 14 ist vorgesehen, dass einer der mindestens drei Anschlusspins des Anschlussbereichs eine stärkere Ausbildung der angespritzten Leitung aufweist oder die angespritzte Leitung einen Kühlkörper besitzt, sodass eine Wärmeabfuhr erfolgt.
Vorteilhaft ist, dass durch bzw. über die Ausbildung der angespritzten Leitung Wärme vom beleuchtbaren Bauteil ableitbar ist. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist in die angespritzte Leitung ein Kühlkörper integriert. Mittels dieses Kühlkörpers kann vom beleuchtbaren Bauteil Wärme abgeleitet und an die Umgebung abgegeben werden.
Im Folgenden werden eine Leuchteinheit, ein beleuchtbares Bauteil und ein Verfahren zu dessen Herstellung anhand konkreter Ausführungsbeispiele anhand von Figuren beschrieben. Die nachfolgende Beschreibung anhand der konkreten Ausführungsbeispiele stellt keine Limitierung der Erfindung auf eines dieser konkreten Ausführungsbeispiele dar.
In den Figuren 1 bis 5 zeigt:

1 einen schematischen Aufbau eines beleuchtbaren Bauteils;
2 einen schematischen Aufbau einer Leuchteinheit;
3 eine schematische Darstellung einer Leuchteinheit, angeschlossen an einer Steuereinheit;
4 und 5 zwei Ansichten einer Luftausströmvorrichtung, vorzugsweise zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug;

In den Figuren 1 bis 5 sind gleiche Teile und/oder Komponenten mit gleichen Bezugszeichen versehen. Diese Teile und/oder Komponenten entsprechen im Wesentlichen einander, solange nichts anderes angegeben ist.
In 1 ist der schematische Aufbau eines beleuchtbaren Bauteils, im vorliegenden Fall eines Luftausströmers 1 zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug, dargestellt.
Der Luftausströmer 1 besteht aus einem Gehäuse mit Gehäusewänden 2 bzw. Bauteilwänden 2. In 1 ist ein Ausschnitt aus einem solchen Gehäuse dargestellt. In die Bauteilwand 2 sind Aussparungen eingelassen, in diese Aussparungen sind Leuchteinheiten 3-1 bis 3-n einfügbar. In vorzugsweiser Ausgestaltung sind die Aussparungen derart ausgebildet, dass eine Leuchteinheit 3-1 bis 3-n von „Innen oder Außen“ in die Aussparungen einsetzbar ist, sodass diese zur Außenoberfläche der Bauteilwände 2 plan abschließt oder diesen leicht übersteht.
Es sind die Leuchteinheiten 3-1 bis 3-n in die Bauteilwand 2 integriert. In einem Verfahrensschritt, der nachfolgend noch näher beschrieben wird, werden die eingefügten Leuchteinheiten 3-1 bis 3-n mit dem Bauteil 1 bzw. der Bauteilwand 2 fest mechanisch verbunden.
Im Bauteil 1, vorzugsweise an der Innenwand des Bauteils 1 sind Ansteuerungsleitungen 7 angeordnet. Über diese Ansteuerungsleitungen 7, im konkreten Fall bestehen die Ansteuerungsleitungen 7 aus vier Einzelleitungen, wird jede Leuchteinheit 3-1 bis 3-n im Bauteil 1 elektrisch angebunden und ist über diese Ansteuerungsleitungen 7 ansteuerbar.
Bei den Ansteuerungsleitungen 7 handelt es sich zum einen um eine Leitung für einen Ein-Draht-Bus mit bidirektionaler Ausgestaltung, beispielsweise einen LIN-Bus. Die zweite Leitung dient zur Spannungsversorgung, vorzugsweise mit drei oder neun oder zwölf Volt. Die dritte Leitung stellt eine Masse zur Verfügung und die vierte Leitung dient zur Weiterleitung der Daten, welche über den Dritten der mindestens drei Anschlusspins des Anschlussbereichs 8 zugeführt sind.
Dies ist besonders vorteilhaft, da hierdurch eine Weiterleitung der Daten des Busses bzw. der Bussignale erfolgen kann. Im Falle der Verwendung eines LIN-Busses kann über einen entsprechend vorhandenen Mikrocomputer oder Mikroprozessor eine Reihenschaltung der Beleuchtungseinheiten erfolgen. Es kann aber auch eine Autoadressierung jeder der Leuchteinheiten 3-1 bis 3-n im Bauteil 1 erfolgen, es können aber auch mehrere Beleuchtungseinheiten autoadressiert werden.
Eine jede Leuchteinheit 3-1 bis 3-n besitzt ebenfalls vier Anschlusspins, diese Anschlusspins sind über eine elektrische Verbindung mit den Ansteuerleitungen 7 verbunden.
In 2 ist schematisch der Aufbau einer Leuchteinheit 3 dargestellt. Die Leuchteinheit 3 ist auf einer Leiterplatte 5 angeordnet. Auf der gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte 5, der LED 4 gegenüber liegend, ist ein Mikrocomputer 6 oder ein Mikroprozessor angeordnet. Es handelt sich hierbei um eine Ein-Chip-Lösung mit integriertem NV-RAM (Non-Volatile). Es kann aber auch ein Mikrocontroller oder eine Mikrocontrollereinheit zum Einsatz kommen.
Die Leiterplatte 5 steht dem Mikrocomputer 6 und/oder der LED 4 seitlich leicht über.
Vorzugsweise ist die Leiterplatte 5 quadratisch oder rechteckig ausgestaltet. Die Leiterplatte 5 kann aber auch als Vieleck oder rund ausgestaltet sein.
Der Überstand 16 der Leiterplatte 5 gegenüber dem Mikrocomputer 6 und/oder der Leuchtiode 4 dient dazu, um die Leuchteinheit 3 in die Aussparung im Bauteil 1 einsetzen zu können und dass diese nicht durch die Aussparung beim Einsetzen hindurchfällt.
Im Weiteren besitzt die Leiterplatte 5 einen elektrischen Anschlussbereich 8 in dem vier PINs bzw. Anschlusspunkte angeordnet sind, die entsprechend zum Anschluss an die Ansteuerleitungen 7 dienen. Es ist ein Pin für den Anschluss an einen bidirektionalen Ein-Draht-Bus, insbesondere einem LIN-Bus vorgesehen. Ein weiterer PIN dient zur Zuführung einer Masse. Der dritte Pin dient zur Zuführung der Versorgungsspannung und der vierte Pin dient zur Weiterleitung der Daten, welche über den Dritten der mindestens drei Anschlusspins des Anschlussbereichs 8 zugeführt sind bzw. werden.
Die LED 4 ist mit dem Mikrocomputer 6, beide auf der Leiterplatte 5, einander gegenüberliegend, angeordnet, elektrisch verbunden, sodass der Mikrocomputer 6 die LED 4 entsprechend ansteuern kann. Über die bidirektionale Eindrahtleitung, können dem Mikrocomputer 6 entsprechende Steuerinformationen über Helligkeit, Farbe, Dauer der Beleuchtung, Art des Leuchtens, wie z. B. blinken mitgeteilt werden. Der Mikrocomputer 6 steuert die LED 4 dann entsprechend an. Der Mikrocomputer 6 kann über sein NV-RAM individuell initialisiert werden, so kann ihm eine individuelle Adresse zugewiesen werden.
Mittels der bidirektionalen Eindrahtleitung, die vorzugsweise als LIN-Bus ausgestaltet ist, können nun mehrere vorhandene Leuchteinheiten 3-1 bis 3-n adressiert und damit individuell angesteuert werden.
Es ist aber auch vorgesehen, dass eine jede der Leuchteinheiten 3-1 bis 3-n nur mit einer Monochromen LED oder einer mehrfarbigen LED ausgestattet sind. Es kann mittels der Mikrocomputer 6 die Leuchtintensität, sprich die Lichtabgabe, oder die Farbe der LED 4 über den Mikrocomputer 6 individuell eingestellt werden.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist an einen der Anschlusspins des Anschlussbereichs 8 eine stärkere Ausbildung einer angespritzten Leitung vorhanden oder eine angespritzte Leitung besitzt einen Kühlkörper. So kann eine Wärmeabfuhr erfolgen.
In 3 ist schematisch die Anbindung einer Leuchteinheit 3 an eine Ansteuerungseinheit 14 dargestellt. Es sind die vier Ansteuerungsleitungen 7 vorhanden, über welche eine Leuchteinheit 3 mit der Ansteuerungseinheit 14 verbunden ist. Auf der Ansteuerungseinheit 14 sind ein elektronischer Filter 11, ein Spannungsfilter 12, eine Kommunikationseinheit 13, etc. vorgesehen. Es können aber auch weitere elektronische Baugruppen angeordnet werden, entweder alternativ oder kumulativ.
Es kann über die Ansteuereinheit 14 individuell eine jede der Leuchteinheiten 3; 3-1 bis 3-n angesprochen werden, und mit Spannung versorgt werden, eine Massenleitung wird ebenfalls bereitgestellt. Zur Anbindung an die Ansteuereinheit 14 ist an der Leuchteinheit 3 ein elektrischer Anschlussbereich 8 vorgesehen. An der Ansteuereinheit 14 ist ein elektrischer Anschlussbereich 17 vorhanden. Die Leiterplatte 10, welche Bestandteil der Ansteuerungseinheit 14 ist, weist im weiteren einen zweiten Ansteuerungsanschlussbereich 15 aus, über diesen ist die Ansteuerungseinheit 14 an ein weiteres Bus- oder Kommunikationssystem anschließbar, wie beispielsweise in einem Kraftfahrzeug an einem CAN-Bus oder einen LIN-Bus, etc.
Es kann über ein übergeordnetes Steuergerät, das über die Ansteuerungsleitungen 9 mit der Ansteuerungseinheit 14 in Verbindung steht, kommuniziert und über die Ansteuerungseinheit 14 individuell eine jede angeschlossene Leuchteinheit 3-1 bis 3-n angesteuert und individuell gesteuert werden.
In 4 und 5 ist eine konkrete Ausgestaltung, in Draufsicht, einer Luftauslassvorrichtung, dargestellt. Die Ansteuereinheit 14 ist am Gehäuse 1 extern angeordnet und weist gem. 5 in Einbaurichtung den Anschlussbereich 15 auf, der vorzugsweise als Steckverbinder ausgestaltet ist, sodass dieser an ein übergeordnetes Bussystem anschließbar ist. In die Bauteilwand 2 des Gehäuses 1 sind entsprechende Leuchteinheiten 3-1 bis 3-n eingelassen. Diese können individuell angesteuert werden und dienen zur Beleuchtung.
Vorzugsweise werden die Leuchteinheiten 3-1 bis 3-n in einem einheitlichen Verfahren in das Gehäuse 1 eingebracht. Auch die erforderlichen elektrischen Anbindungen werden in diesem Herstellungsverfahren erzeugt.
Um ein Bauteil 1 mit Leuchteinheiten 3; 3-1 bis 3-n herzustellen ist vorgesehen, dass in einem Kunststoffspritzgießverfahren, vorzugsweise mit thermoplastischen Kunststoff, ein Grundkörper, der das Bauteil 1 später ausbildet, abgespritzt wird. In diesem Grundkörper sind Ausnehmungen vorhanden, in welche, nach dem Abspritzvorgang des Grundkörpers, in dessen Ausnehmungen die Leuchteinheiten 3-1 bis 3-n einsetzbar sind. Nachdem die Leuchteinheiten 3-1 bis 3-n in die Ausnehmungen des Grundkörpers eingesetzt sind, wird über ein spezielles Verfahren mittels flüssigen Zinn eine Verbindung der einzelnen Anschlusspins der Leuchteinheiten 3-1 bis 3-n, die in den Ausnehmungen des Grundkörpers angeordnet sind, an die vier Verbindungsleitungen 7 vorgenommen, wobei die vier Verbindungsleitungen 7 zugleich erzeugt werden.
Das Bauteil 1 und dessen Grundkörper werden mit einem kombinierten Spritzguß- und Metallgußverfahren hergestellt. Hierbei wird das Bauteil 1 und dessen Grundkörper mittels eines Spritzgußverfahrens hergestellt, bei dem mindestens die elektrischen Leiterbahnen, sprich die Verbindungsleitungen 7 und die Anbindungen an die Pins der Leuchteinheiten 3-1 bis 3-n, mittels eines Metallguß- oder Metallspritzverfahrens nacheinander hergestellt werden, wobei die zuletzt ausgebildete Komponente an die zuvor ausgebildete Komponente angespritzt ist. Die Herstellung des Bauteils 1 und dessen Grundkörper erfolgt vorzugsweise nacheinander in einem kombinierten Spritzgusswerkzeug, mit dem sowohl ein Kunststoff-Material und unabhängig davon auch ein flüssiges Metall bzw. eine Metall-Legierung verarbeitet werden können. Das metallene Material wird insbesondere mittels eines Metall-Druckgußverfahrens oder mittels eines Metall-Spritzgußverfahrens eingebracht. Auf diese Weise ist es möglich, das Bauteil 1 und dessen Grundkörper zusammen mit den elektrischen Leiterbahnen und dem elektrischen Kontaktelement, den Verbindungsleitungen 7 und den Anbindungen an die Pins der Leuchteinheiten 3-1 bis 3-n in einem einheitlichen Verfahren sehr schnell und kostengünstig herzustellen. Vorzugsweise wird in einem ersten Schritt der Grundkörper gefertigt, anschließend die Leuchteinheiten 3-1 bis 3-n eingelegt und anschließend die elektrische Leiterbahn angespritzt. Diese Reihenfolge kann jedoch auch umgekehrt werden, wenn es die Bauteilgeometrie erlaubt.
Um die Leiterbahnen der Verbindungsleitungen 7 zuverlässig und genau auszuführen, sind im Grundkörper Nuten eingebracht, in welchen das flüssige Metall zur Erzeugung der Leiterbahnen eingespritzt wird. Um das flüssige Metall in der Nut zu halten, kann diese zumindest in Teilbereichen formschlüssig in der Nut bzw. an dem Grundkörper gehalten sein. Zu diesem Zweck kann vorgesehen sein, dass in oder an der Nut Hinterschneidungen ausgebildet sind, in die die Leiterbahnen zumindest teilweise eingreifen. Wenn das flüssige Metall in die Nuten eingebracht wird, hinterströmt es die Hinterschneidungen, so dass es im verfestigten Zustand sicher und unlösbar in den Nuten gehalten wird. Eine entsprechende formschlüssige Anbringung der Leiterbahn am Grundkörper kann auch vorgesehen sein, wenn keine Nut ausgebildet ist.
Die Nut kann von einer im Grundkörper ausgebildeten Vertiefung gebildet sein, es ist jedoch auch möglich, auf dem Grundkörper vorzugsweise im Wesentlichen parallel verlaufende Rippen vorzusehen, zwischen denen kanalförmige Nuten gebildet sind. Die Rippen haben den zusätzlichen Vorteil, dass sie die Biegesteifigkeit des Grundkörpers erhöhen.
Nachdem die Verbindungsleitungen 7 erzeugt sind, wird anschließend das Bauteil 1 abgespritzt, der Grundkörper wird mit thermoplastischen Kunststoff umspritzt, an den vorgesehenen Stellen des Grundkörpers, wobei die LEDs 4 der Leuchteinheiten 3-1 bis 3-n nicht überspritzt werden. Anschließend wird das fertige Bauteil 1 entnommen.
Über einen ausgebildeten Stecker bzw. Buchse, Bezugszeichen 15, kann dann das Bauteil 1 an ein Bussystem angeschlossen werden.
Bezugszeichenliste

1: Bauteil/Luftausströmer/Gehäuse
2: Bauteilwand/Luftausströmerwand/Gehäusewand
3: Leuchteinheit
3-1 ... 3-n: Leuchteinheit
4: LED
5: Leiterplatte
6: Steuereinheit
7: Ansteuerungsleitungen
7-1 ... 7-n: Ansteuerungsleitungen
8: elektrischer Anschlussbereich
9: Ansteuerungsleitungen
10: Leiterplatte
11: elektronischer Eingangsfilter Baugruppe
12: elektronische Baugruppe
13: Schutzschaltung
14: Ansteuerungseinheit
15: Ansteuerungsanschlussbereich
16: Überstand
17: Anschlussbereich

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015112058 A1 [0003]
DE 202014105614 U1 [0004]
WO 2013/030128 A2 [0005]
DE 102009004117 A1 [0006]
DE 102009014900 A1 [0007]
DE 102009022724 A1 [0008]
WO 2011/101172 A2 [0009]
DE 102016003974 A1 [0010]
DE 102015115365 A1 [0011]
DE 102016011125 A1 [0012]

Claims

Beleuchtungseinheit (3), bestehend aus einer einzigen Leuchtdiode (4), die auf einer Seite einer Leiterplatte (5) angeordnet ist, und einer einzigen Steuereinheit (6) die auf der anderen Seite der Leiterplatte (5), der Leuchtdiode (4) gegenüberliegend, angeordnet ist, wobei die Steuereinheit (6) mit der Leuchtdiode (4) elektrisch verbunden ist und die Steuereinheit (6) über einen auf der Leiterplatte (5) angeordneten elektrischen Anschlussbereich (8) mit Anschlussleitungen (7) verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlussbereich (8) mindestens drei angeordnete Anschlusspins aufweist, die mit mindestens drei Anschlussleitungen (7) verbindbar sind und die mindestens drei Anschlusspins des Anschlussbereichs (8) mit der Steuereinheit (6) elektrisch verbunden sind und die Leiterplatte (5) seitlich der Leuchtdiode (4) und/oder der Steuereinheit (6) übersteht und einen schmalen umlaufenden Überstand (16) ausbildet.
Beleuchtungseinheit (3) nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste der mindestens drei Anschlusspins des Anschlussbereichs (8) zur Zuführung einer Versorgungsspannung, der zweite der mindestens drei Anschlusspins des Anschlussbereichs (8) zur Zuführung eines Masseanschlusses, der dritte der mindestens drei Anschlusspins des Anschlussbereichs (8) zum Anschluss an eine bidirektionale Ein-Draht-Leitung dient.
Beleuchtungseinheit (3) nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu den mindestens drei Anschlusspins des Anschlussbereichs (8) ein vierter Anschlusspin angeordnet ist, und die Anschlussleitungen (7) eine vierte Anschlussleitung aufweisen, welche den vierten Anschlusspin verbindet, wobei der vierte Anschlusspin des Anschlussbereichs (8) zur Weiterleitung der Daten dient, welche über den Dritten der mindestens drei Anschlusspins des Anschlussbereichs (8) zugeführt sind.
Beleuchtungseinheit (3) nach einem der vorangehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die bidirektionale Ein-Draht-Leitung zur Übertragung von LIN-Bus- oder CAN-Bus-Signalen dient.
Beleuchtungseinheit (3) nach einem der vorangehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtdiode (4) eine RGB-Leuchtdiode oder eine monochrome Leuchtdiode ist.
Beleuchtungseinheit (3) nach einem der vorangehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (6) ein Microcomputer oder ein Microcontroller mit einem statischen RAM-Bereich ist.
Beleuchtungseinheit (3) nach einem der vorangehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Überstand (16) nur wenige Millimeter beträgt und/oder dass die Steuereinheit (6) und die Leuchtdiode (4) mittig auf der Leiterplatte (5) angeordnet sind und/oder die Leuchtdiode (4) mit der Steuereinheit (6) durch die Leiterplatte (5) hindurch miteinander elektrisch verbunden sind und die Leiterplatte (5) eine quadratische Form besitzt mit einer maximalen Kantenlänge von neun Millimeter.
Verfahren zur Herstellung eines beleuchtbaren Bauteils (1) aus Kunststoff mit mindestens einer Beleuchtungseinheit (3) nach einem der vorangehenden Patentansprüche 1 bis 7, mit folgenden Verfahrenschritten: lit 1: Herstellen eines Grundkörpers des beleuchtbaren Bauteils (1) mittels einer Form, wobei der Grundkörper des beleuchtbaren Bauteils (1) in dessen Bauteilwand (2) mindestens eine Aussparung aufweist, wobei die mindestens eine Aussparung derart dimensioniert ist, dass eine Beleuchtungseinheit (3) in die mindestens eine Aussparung einlegbar ist; lit 2: Einlegen einer Beleuchtungseinheit (3) in die mindestens eine Aussparung des Grundkörpers; lit 3: Einbringen von flüssigem Zinn in die Form zur elektrischen Kontaktierung der mindestens einen Beleuchtungseinheit (3); lit 4: Einbringen von weiterem Kunststoff in die Form zur Vervollständigung des Grundkörpers zur Erzeugung des beleuchtbaren Bauteils (1), wobei die in die mindestens eine Aussparung des Grundkörpers eingelegte Beleuchtungseinheit (3) mittels des weiteren Kunststoffs mit dem beleuchtbaren Bauteil (1) mechanisch verbunden wird; lit 5: Entnahme des beleuchtbaren Bauteils (1) aus der Form.
Verfahren nach Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung des beleuchtbaren Bauteils (1) eine zur Verwendung von thermoplastischen Kunststoff geeignete Spritzgießform verwendet wird und dass mit oder nach dem Verfahrensschritt lit 4, aber vor dem Verfahrensschritt lit 5, ein Ansteuerungsanschlussbereich (15) zur elektrischen Kontaktierung des beleuchtbaren Bauteils (1) und über dieses der im beleuchtbaren Bauteil (1) angeordneten mindestens einen Beleuchtungseinheit (3-1, ..., 3-n) ausgebildet wird.
Verfahren nach Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Ansteuerungsanschlussbereich (15) zur externen Kontaktierung des beleuchtbaren Bauteils (1) und der mindestens einen Beleuchtungseinheit (3; 3-1, ..., 3-n) in Form eines Steckers oder einer Steckerleiste oder einer Buchse oder eines Gegensteckers ausgebildet wird.
Beleuchtbares Bauteil (1) hergestellt nach einem der vorangehenden Verfahrensmerkmales der Patentansprüche 7 bis 9.
Beleuchtbares Bauteil (1), vorwiegend bestehend aus thermoplastischem Kunststoff, weist zumindest eine Bauteilwand (2) auf, in welcher mindestens eine Beleuchtungseinheit (3; 3-1, ... 3-n) mit einem der Merkmale der vorangehenden Patentansprüche 1 bis 6 angeordnet ist, wobei eine Ansteuerungseinheit (14) vorhanden ist, welche zumindest eine elektronische Baugruppe (11, 12, 13) aufweist, der Ansteuerungsanschlussbereich (15) und einen elektrischen Anschlussbereich (17), wobei der elektrische Anschlussbereich (17) zum elektrischen Anschluss der Ansteuerungseinheit (14) an die mindestens eine Beleuchtungseinheit (3; 3-1, ... 3-n) im beleuchtbaren Bauteil (1) dient und die mindestens eine Beleuchtungseinheit (3; 3-1, ... 3-n) an eine Masse anbindet, eine Versorgungsspannung bereitstellt, Daten für die bidirektionale Ein-Draht-Leitung und/oder weitere Daten für eine weitere bidirektionale Ein-Draht-Leitung bereitstellt.
Beleuchtbares Bauteil (1) nach Patentanspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet , dass die Ansteuerungseinheit (14) eine Schutzschaltung (13) aufweist, um die mindestens eine Beleuchtungseinheit (3; 3-1, ... 3-n) im beleuchtbaren Bauteil (1) vor Spannungsimpulsen oder Überspannung zu schützen, einen elektrischen/elektronischen Eingangsfilter (11) und einen Anschluss an einen vordefinierbaren Stecker bereitstellt, mittels dem das beleuchtbares Bauteil (1) an ein Bussystem in einem mit motorkraftbetriebenen Fahrzeug, wie einem Kraftfahrzeug oder Motorrad oder Schiff oder Flugzeug, anschließbar ist.
Beleuchtbares Bauteil (1) nach einem der Patentansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet , dass einer der mindestens drei Anschlusspins des Anschlussbereichs (8) eine stärkere Ausbildung der angespritzten Leitung aufweist oder die angespritzten Leitung einen Kühlkörper besitzt, sodass eine Wärmeabfuhr erfolgt.