DE102020109359A1 - Beleuchtungseinrichtung und Verfahren zum Fügen einer Beleuchtungseinrichtung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung (100) für ein Fahrzeug, aufweisend ein Gehäuse (10), ein in dem Gehäuse (10) angeordnetes Leuchtmittel (11) und aufweisend eine Lichtscheibe (12) zum Durchtritt von mit dem Leuchtmittel (11) erzeugbaren Licht, wobei ein Rahmen (13) vorgesehen ist, der an der Lichtscheibe (12) wenigstens randseitig zumindest abschnittsweise umlaufend in einem Kunststoffspritzgussprozess angespritzt ist, und wobei der Rahmen (13) mittels einer Kunststoffschweißnaht (14) mit einem Verbindungsabschnitt (15) des Gehäuse (10) gefügt ist. Dier Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer Beleuchtungseinrichtung (100).

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung für ein Fahrzeug, aufweisend ein Gehäuse, ein in dem Gehäuse angeordnetes Leuchtmittel und aufweisend eine Lichtscheibe zum Durchtritt von mit dem Leuchtmittel erzeugbaren Licht. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Beleuchtungseinrichtung mittels eines Fügeverfahrens.
  • STAND DER TECHNIK
  • Zur Herstellung eines Kraftfahrzeugscheinwerfers sind verschiedene Fügeverfahren und Verbindungsvorrichtungen bekannt. Dazu zählen Kleben, Schweißen, Verschrauben, sowie Rastverbindungen mit den jeweiligen dazu ausgebildeten Verbindungsvorrichtungen.
  • Aus der DE 19728445 C1 ist ein Fahrzeugscheinwerfer, bestehend aus einem Gehäuse, einem Reflektor, einer Abdeckscheibe und einem Rahmen bekannt. Der Reflektor, die Abdeckscheibe und der Rahmen sind miteinander zu einem Einsatz verbunden. Offenbarungsgemäß werden der Reflektor, die Abdeckscheibe und der Rahmen miteinander verklebt, sodass ein einteilig handhabbarer Einsatz gebildet ist, der nur einmal als Ganzes gegenüber einem Gehäuse auszurichten und einzusetzen ist. Das Fügen mittels eines Klebeverfahrens stellt hohe Anforderungen an die Toleranzen der miteinander zu verklebenden Bauteile. Zudem ist das Fügen mittels des Klebeverfahrens kosten- und zeitintensiv.
  • Aus der WO 2018/041707 A1 ist ein Verfahren zum Fügen einer Lichtscheibe mit einem Gehäuse einer Beleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug bekannt. Offenbarungsgemäß wird eine aus Kunststoff ausgebildete Lichtscheibe mit einem aus einem Kunststoff ausgebildeten Gehäuse einer Beleuchtungseinrichtung stoffschlüssig mittels eines Schweißverfahrens gefügt. Um die Abmaße, insbesondere eine Sollhöhe der fertig gefügten Beleuchtungseinrichtung zu erzielen, wird mittels eines Sensorelementes und einer Referenzfläche ein Korrekturwert ermittelt, der zu einer exakten Positionierung der Lichtscheibe relativ zu dem Gehäuse herangezogen wird. Dabei wird auch eine beim Schweißvorgang entstehende Eindrücktiefe, auch Abschweißtiefe genannt, berücksichtigt. Durch den Schweißvorgang, bei dem die Fügepartner an ihrer Fügestelle hohen Temperaturen ausgesetzt werden und wobei es auch zu örtlich und zeitlich unregelmäßig und ungleichmäßigen Abkühlvorgängen kommt, entstehen Eigenspannungen bzw. innere Spannungen, die zu einer Rissbildung (Spannungsrissbildung) führen können. Neben der Art und Größe der Eigenspannung ist die Spannungsrissbildung auch abhängig von den miteinander verschweißten Werkstoffen. Die Spannungsrissbildung ist auch abhängig von Außeneinflüssen, die auf die Fügestelle sowie die Werkstoffe der Fügepartner einwirken. Insbesondere können chemisch oder physikalisch aktive Medien wie Wasser, Ethanol, Toluol und Heptan eine Spannungsrissbeständigkeit verringern und somit die Bildung von Spannungsrissen begünstigen. Für die Lichtscheibe von Beleuchtungseinrichtungen kommen insbesondere die Werkstoffe Polymethylmethacrylat (PMMA), sowie Polycarbonat (PC) zum Einsatz. Diese Werkstoffe sind insbesondere anfällig für Spannungsrisse.
  • Zur Reduktion der Eigenspannung ist es daher üblich, die miteinander verschweißten Bauteile in einem Temperofen einer Wärmebehandlung zu unterziehen. Das Tempern ist jedoch zeit- und kostenintensiv und beeinträchtigt die Produktionsflexibilität nachteilig. Ein weiterer Nachteil des Temperns liegt darin, dass mit der Entspannung eine gewisse Verformung des Bauteils einhergeht. Bei einer Beleuchtungseinrichtung ist diese Verformung besonders kritisch, da sie zu einer Beeinträchtigung eines Lichtbildes und eines Strahlengangs durch die Lichtscheibe führen kann.
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Beleuchtungseinrichtung bereitzustellen, die günstig und flexibel produzierbar ist und formbeständig ist, sowie eine lange Lebensdauer, insbesondere eine hohe Spannungsrissbeständigkeit, aufweist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung einer vorteilhaften Beleuchtungseinrichtung das günstig und schnell ist.
  • Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Beleuchtungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass ein Rahmen vorgesehen ist, der an der Lichtscheibe wenigstens randseitig, zumindest abschnittsweise umlaufend, in einem Kunststoffspritzgussprozess angespritzt ist, und wobei der Rahmen mittels einer Kunststoffschweißnaht mit einem Verbindungsabschnitt des Gehäuses gefügt ist. Die Erfindung geht dabei von dem Gedanken aus, dass durch die Nutzung geeigneter Werkstoffe für das Gehäuse und für das Anspritzen des Rahmens an die Lichtscheibe nach dem Fügen des Rahmens mit dem Gehäuse mittels Schweißens auf ein Tempern verzichtet werden kann. Dadurch wird einerseits die Herstellungszeit verkürzt und Kosten für die Produktion reduziert. Weiterhin ist sichergestellt, dass die Beleuchtungsvorrichtung eine gewünschte Form aufweist und ein gewünschtes Lichtbild und Strahlengang gewährleistet ist.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung weisen wenigstens der Verbindungsabschnitt des Gehäuses und der Rahmen einen Werkstoff auf, mit dem eine spannungsrissbeständige Kunststoffschweißnaht gebildet ist. Eine Spannungsrissbeständigkeit ist von verschiedenen Einflussfaktoren bestimmt. Diese sind neben der Geometrie des Verbindungsabschnitts und des Rahmens auch von der Beanspruchungsart, Beanspruchungsintensität und Beanspruchungsfrequenz, sowie der Temperatur und Beständigkeit gegen physikalisch und chemisch aktive Medien abhängig. Weiterhin spielen die Eigenschaften des Werkstoffes als solches, beispielsweise der chemische Aufbau und Zusammensetzung, sowie ihrer Morphologie eine Rolle. Einen besonders großen Einfluss auf die Spannungsrissbeständigkeit liegt in der Beständigkeit des Werkstoffes und der Kunststoffschweißnaht gegenüber physikalisch und chemisch aktiven Medien, wie beispielsweise Wasser, Ethanol, Toluol sowie Heptan. Bei der Spannungsrissbildung entstehen zuerst Crazes, die sich zu Rissen an einer Bauteiloberfläche weiterbilden. Diese Rissbildung erfolgt bei einer lokalen Beanspruchungsüberschreitung.
  • Die Spannungsrissbeständigkeit definiert sich somit durch das Ausbleiben oder nur geringfügige Bilden von Crazes und Rissen in dem jeweiligen Werkstoff und der Kunststoffschweißnaht. Vorteilhafterweise ist der Rahmen und/oder das Gehäuse, wenigstens jedoch der Verbindungsabschnitt des Gehäuses, aus einem Werkstoff, wenigstens umfassend Acrylnitril-Styrol-Acrylat-Copolymere (ASA), ASA-HT, PBT+ASA-[GF20] und/oder Acrylnitril-Styrol-Acrylat-Copolymere beinhaltenden Werkstoff. Besonders Vorteilhaftweise ist das Gehäuse, zumindest jedoch der Verbindungsabschnitt des Gehäuses aus PBT+ASA-[GF20] gefertigt. Besonders vorteilhafterweise ist der Rahmen aus Acrylnitril-Styrol-Acrylat-Copolymere (ASA), ASA-HT, oder Acrylnitril-Styrol-Acrylat-Copolymere beinhaltenden Werkstoff gefertigt. Die Lichtscheibe ist besonders vorteilhafterweise aus Polymethylmethacrylat (PMMA) oder Polycarbonat (PC) gefertigt. Dadurch wird eine Beleuchtungseinrichtung geschaffen, die ohne zu tempern schnell und kostengünstig zu fertigen ist und in ein Fahrzeug eingebaut werden kann. Ein Acrylnitril-Styrol-Acrylat-Copolymere beinhaltender Werkstoff ist beispielsweise PBT+ASA-[GF20].
  • In einer vorteilhaften Ausbildung der Beleuchtungseinrichtung sind der Verbindungsabschnitt und der Rahmen aus einem identischen Werkstoff gebildet. Dies hat den Vorteil, dass die Werkstoffeigenschaften des Verbindungsabschnitts und des Rahmens, die miteinander gefügt werden, ebenfalls identisch sind und somit ein Fügen mittels Kunststoffschweißnaht einfach ist und aufgrund der identischen Schmelztemperatur und Materialeigenschaften ein niedriges Eigenspannungsniveau erzielt werden kann.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung sind der Verbindungsabschnitt und der Rahmen aus unterschiedlichen Werkstoffen gebildet. Dies hat den Vorteil, dass abhängig von weiteren Anforderungen an den Rahmen und den Verbindungsabschnitt geeignete Werkstoffe gewählt werden können. Dadurch können beispielsweise Kosten gespart werden.
  • Vorteilhafterweise ist der Werkstoff des Rahmens lichtundurchlässig. Durch einen solchen Rahmen, der beispielsweise schwarz ausgebildet ist, kann verhindert werden, dass benachbarte Beleuchtungskammern beleuchtet werden. Dadurch wird synergetisch eine Partitionierung der Beleuchtungseinrichtung, sowie eine strukturelle Verbindung erzielt. Beispielsweise kann der Rahmen eine Grenze zwischen einem Bereich für den Fahrtrichtungsanzeiger, das Bremslicht, das Fahrlicht, sowie des Rückfahrlichtes und einer Nebelschlussleuchte einer Heckleuchte bilden, die verschiedenfarbig ausgebildet sind und somit nur abhängig von einer Fahrsituation und Betriebssituation des Fahrzeugs beleuchtet werden sollen. Analog es gilt für einen Frontscheinwerfer, bei dem ein Bereich für einen Fahrtrichtungsanzeiger, ein Abblendlicht und ein Fernlicht voneinander gegeneinander lichtundurchlässig abgetrennt werden.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Kunststoffschweißnaht zwischen dem Gehäuse und dem Rahmen als geschlossene Kontur durchgängig gebildet. Dadurch wird eine Versiegelung der Beleuchtungseinrichtung gegen Außeneinflüsse erzielt. Insbesondere wird durch die durchgängige Kunststoffschweißnaht ein Eindringen von Feuchtigkeit in einen Innenraum, in dem das Leuchtmittel angeordnet ist, vermieden. Dadurch wird ein zuverlässiger Betrieb der Beleuchtungseinrichtung gewährleistet. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Beleuchtungseinrichtung ist die Beleuchtungseinrichtung als ein Frontscheinwerfer und/oder als eine Heckleuchte ausgebildet. Dadurch wird sichergestellt, dass der Frontscheinwerfer und/oder die Heckleuchte ein gewünschtes Lichtbild und Strahlengang aufweist und eine optimale Ausleuchtung des Fahrweges bzw. Signalfunktion erzielt wird. Weiterhin wird vermieden, dass durch ein verfälschtes Lichtbild und Strahlengang der Gegenverkehr geblendet oder ein Leuchtsignal fälschlich interpretiert wird.
  • Zur Bildung mehrerer Leuchtkammern kann der Rahmen zusätzlich zu einer Anordnung mittels Anspritzung entlang einem Außenrand der Lichtscheibe auch an weitern Abschnitten der Lichtscheibe angespritzt sein.
  • Die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe erfolgt ferner mittels eines Verfahrens zur Herstellung der vorteilhaften Beleuchtungseinrichtung. Das Verfahren umfasst wenigstens die Schritte: Anspritzen des Rahmens an die Lichtscheibe unter Verwendung eines Kunststoffspritzgussprozesses, Anordnen des Rahmens an einem Verbindungsabschnitt des Gehäuses, sowie Fügen des Rahmens mit dem Verbindungsabschnitt mittels eines Kunststoffschweißverfahrens. Der Erfindungsgedanke umfasst auch das Anspritzen der Lichtscheibe an den Rahmen in einem Kunststoffspritzgussprozesses. Kunststoffspritzgussprozesse haben den Vorteil, dass sie gut kontrollierbar und schnell durchführbar sind, wodurch Kosten in der Produktion gespart werden können. Das Fügen des Rahmens mit dem Verbindungsabschnitt mittels eines Kunststoffschweißverfahrens hat den Vorteil, dass Kunststoffschweißverfahren schnell durchführbar und kostengünstig sind. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die Lichtscheibe durch das Kunststoffschweißverfahren am Rahmen nicht beeinträchtigt wird.
  • BEVORZUGTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL DER ERFINDUNG
  • Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt die einzige
    • Figur in einer Schnittdarstellung eine Beleuchtungseinrichtung, umfassend eine Lichtscheibe, einen Rahmen, sowie ein mit dem Rahmen mittels einer Kunststoffschweißnaht geführten Gehäuses.
  • Die Figur zeigt in einer Schnittdarstellung eine Beleuchtungseinrichtung 100 in Ausgestaltung einer Heckleuchte für ein Kraftfahrzeug. Die Beleuchtungseinrichtung umfasst ein Gehäuse 10 und ein daran gehaltenes Leuchtmittel 11, umfassend mehrere Leuchtdioden (LEDs). Weiterhin umfasst die Beleuchtungseinrichtung 100 eine Lichtscheibe 12, die mittels eines 2-Komponenten-Spritzgussverfahrens mit einem Rahmen 13 hergestellt ist. Die Lichtscheibe 12 ist aus einem Polymethylmethacrylat (PMMA) gefertigt, insbesondere in einem Kunststoffspritzgussprozess gespritzt. Der Rahmen 13 besteht aus dem Werkstoff Acrylnitril-Styrol-Acrylat-Copolymer (ASA) und wurde in einem 2-Komponenten-Spritzgussprozess an die Lichtscheibe 12 angespritzt. Das Gehäuse 10 mit einem Verbindungsabschnitt 15 zum Fügen mit dem Rahmen 13 ist materialeinheitlich aus Acrylnitril-Styrol-Acrylat-Copolymer (ASA) gebildet. Der Rahmen 13 und der Verbindungsabschnitt 15 wurden mittels eines Kunststoffschweißprozesses unter Bildung einer Kunststoffschweißnaht 14 stoffschlüssig miteinander gefügt. Aufgrund der identischen Werkstoffe des zu fügenden Rahmens 13 und des Gehäuses 10 sind durch den Kunststoffschweißprozess entstandene Eigenspannungen verhältnismäßig gering. Der Werkstoff Acrylnitril-Styrol-Acrylat-Copolymer weist weiterhin eine hohe Spannungsrissbeständigkeit auf, dadurch ist die Kunststoffschweißnaht 14 spannungsrissbeständig. Die Spannungsrissbeständigkeit bleibt auch bei Kontakt der Schweißnaht mit Medien wie Wasser, Ethylen, Heptan oder Toluol bestehen. Somit ist ermöglicht, dass die Beleuchtungseinrichtung 100 ohne eine Wärmelagerung in einem Temperofen zum Reduzieren der Eigenspannungen direkt in einem Kraftfahrzeug eingebaut werden kann. Durch das Auslassen des Temperns wird auch eine Verformung der Beleuchtungseinrichtung 100 vermieden, die mit Entspannung der Kunststoffschweißnaht 14 beim Tempern einhergeht. Weiterhin wird sichergestellt, dass eine eingestellte Position und Ausrichtung des Leuchtmittels 11 relativ zu der Lichtscheibe 12, dem Streulichtabschnitt 16 und weitern optischen Elementen der Beleuchtungseinrichtung beibehalten sind. Dadurch wird erreicht, dass ein Lichtbild und gewünschter Strahlengang gewährleistet ist. Der Rahmen 13 ist aus einem für Licht intransparenten Werkstoff gefertigt und weist eine schwarze Farbe auf. Dadurch wird ein Austreten von Licht durch den Rahmen in einen benachbarten Bereich verhindert. Durch den intransparenten Rahmen 13 wird somit auch eine lichtdichte Abtrennung von einzelnen Beleuchtungskammern der Beleuchtungseinrichtung ermöglicht.
  • Der Rahmen 13 ist entlang einer Außenkante 17 der Lichtscheibe 12 mittels des 2-Komponenten-Spritzgussprozesses angespritzt. Die Kunststoffschweißnaht 14 zwischen dem Gehäuse 10 und dem Rahmen 13 verläuft durchgängig als Kontur parallel zu der Außenkante 17 der Lichtscheibe 12. Somit ist durch die Kunststoffschweißnaht 14 und die Verbindung zwischen Rahmen 13 und Lichtscheibe 12 zusammen mit der Lichtscheibe 12, dem Rahmen 13 und dem Gehäuse 10 ein versiegelter Innenraum der Beleuchtungseinrichtung 100 geschaffen, in den kein Wasser, Partikel oder andere Medien eindringen können. Dadurch ist insbesondere eine Elektrik und das Leuchtmittel 11 vor Außeneinflüssen geschützt und ein zuverlässiger Betrieb sowie lange Betriebsdauer der Beleuchtungseinrichtung 100 gewährleistet.
  • Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiven Einzelheiten, räumliche Anordnungen und Verfahrensschritte, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Gehäuse
    11
    Leuchtmittel
    12
    Lichtscheibe
    13
    Rahmen
    14
    Kunststoffschweißnaht
    15
    Verbindungsabschnitt
    16
    Streuscheibenabschnittes
    17
    Außenkante
    100
    Beleuchtungseinrichtung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 19728445 C1 [0003]
    • WO 2018/041707 A1 [0004]

Claims (8)

  1. Beleuchtungseinrichtung (100) für ein Fahrzeug, aufweisend ein Gehäuse (10), ein in dem Gehäuse (10) angeordnetes Leuchtmittel (11) und aufweisend eine Lichtscheibe (12) zum Durchtritt von mit dem Leuchtmittel (11) erzeugbaren Licht, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rahmen (13) vorgesehen ist, der an der Lichtscheibe (12) wenigstens randseitig zumindest abschnittsweise umlaufend in einem Kunststoffspritzgussprozess angespritzt ist, und wobei der Rahmen (13) mittels einer Kunststoffschweißnaht (14) mit einem Verbindungsabschnitt (15) des Gehäuse (10) gefügt ist.
  2. Beleuchtungseinrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens der Verbindungsabschnitt (15) des Gehäuses (10) und der Rahmen (13) ein Werkstoff aufweisen, die eine spannungsrissbeständige Kunststoffschweißnaht (14) bilden.
  3. Beleuchtungseinrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (13) und/oder das Gehäuse (10) und/oder wenigstens der Verbindungsabschnitt (15) des Gehäuses (10) einen Werkstoff wenigstens umfassend Acrylnitril-Styrol-Acrylat-Copolymere (ASA), ASA-HT, PBT+ASA-[GF20] und/oder einen Acrylnitril-Styrol-Acrylat-Copolymere beinhaltenden Werkstoff aufweisen.
  4. Beleuchtungseinrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt (15) und der Rahmen (10) aus einem identischen Werkstoff gebildet sind.
  5. Beleuchtungseinrichtung (100) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff des Rahmens (10) lichtundurchlässig ist.
  6. Beleuchtungseinrichtung (100) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffschweißnaht (14) zwischen dem Gehäuse (10) und dem Rahmen (13) als geschlossene Kontur randseitig der Lichtscheibe (12) durchgängig gebildet ist.
  7. Beleuchtungseinrichtung (100) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung (100) als ein Frontscheinwerfer und/oder als eine Heckleuchte eines Fahrzeugs ausgebildet ist.
  8. Verfahren zur Herstellung einer Beleuchtungseinrichtung (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend wenigstens die folgenden Schritte: - Anspritzen des Rahmens (13) an die Lichtscheibe (12) unter Verwendung eines Kunststoffspritzgussprozesses, - Anordnen des Rahmens (13) an einem Verbindungsabschnitt (15) des Gehäuses (10) und - Fügen des Rahmens (13) mit dem Verbindungsabschnitt (15) mittels eines Kunststoffschweißverfahrens.
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