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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines lichttechnischen Moduls für eine Beleuchtungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs, wobei das Modul eine metallische Stützkomponente und eine Lichtauskopplungskomponente aufweist.
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STAND DER TECHNIK
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Lichttechnische Module zur Lichtauskopplung in Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtungen umfassen üblicherweise eine Stützkomponente, insbesondere in Form eines Rahmens, und eine daran aufgenommene Lichtauskopplungskomponente wie beispielsweise eine Linse oder ein Linsen-Array oder ein Lichtleitelement. Bei Modulen zur Lichtauskopplung wird im Stand der Technik zwischen der Lichtauskopplungskomponente und der Stützkomponente eine haltende Verbindung üblicherweise mittels Kleben oder mittels Laserschweißen hergestellt. Bei geklebten Modulen besteht die Stützkomponente vorzugsweise aus Metall, für lasergeschweißte Module werden abweichend duroplastische Kunststoffe verwendet, welche im Vergleich zu Metallen allerdings schlechtere thermo-mechanische Eigenschaften aufweisen. Die Lichtauskopplungskomponente ist üblicherweise aus einem transparenten thermoplastischen Kunststoff gefertigt. Eine wesentliche verfahrenstechnische Herausforderung beim Aufbau einer modernen Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung, insbesondere im Falle eines Frontscheinwerfers, ist die präzise Ausrichtung sämtlicher lichttechnischer Module, beispielsweise Lichtquelle, Reflektor, Lichtführung und Lichtauskopplung, zueinander und in Bezug auf eine fahrzeugfeste Aufnahmevorrichtung. Aufgrund von Fertigungstoleranzen der Einzelkomponenten sowie der Toleranzen beim Fügen der Einzelkomponenten zu Modulen entsteht eine lange Toleranzkette, so dass bei der Montage der diversen Module sehr häufig keine direkte Referenzierung zur Lichtquelle möglich ist. Im Stand der Technik wird daher ein Teil der Verbindungs- und Montageschritte unter aktiver Ausrichtung vollzogen, d.h. dass der erzeugte Lichteindruck der Beleuchtungseinrichtung in situ auf einer Projektionsfläche beobachtet und im Zuge der Justage der Komponenten oder Module vorgabegemäß optimiert wird. Ein solch sequentieller, aufwändiger Montage- und Justageprozess ist nachteiligerweise langwierig und mit hohem Personaleinsatz und Investitionen in Montagevorrichtungen verbunden.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines lichttechnischen Moduls für eine Beleuchtungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs vorzuschlagen, mittels welchem ein lichttechnisches Modul von hoher Toleranzgüte und insbesondere mit einer toleranzarme Verbindung zwischen einer Stützkomponente und einer Lichtauskopplungskomponente hergestellt werden kann.
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Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass ein Verbindungskörper zur Herstellung einer haltenden Verbindung zwischen der Stützkomponente und der Lichtauskopplungskomponente mittels eines Spritzgussverfahrens wenigstens an die Stützkomponente angespritzt wird.
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Die Erfindung geht dabei von dem Gedanken aus, den im Stand der Technik gebräuchlichen Klebe- oder Laserschweißprozess zum Fügen von Stütz- und Lichtauskopplungskomponente durch einen wesentlich toleranzärmeren Spritzgussprozess zu ersetzen. Dadurch ist es möglich beim Aufbau des Moduls auf einen separaten Justageschritt zu verzichten, in welchem gegebenenfalls gar unter Beleuchtung eine aktive Ausrichtung der Lichtauskopplungskomponente an der Stützkomponente erfolgt. Vielmehr ist durch die hohe Präzision des Spritzgießens eine Sollpositionierung der beiden Komponenten zueinander gewährleistet, welche durch den gespritzten Verbindungskörper unter Bildung einer haltenden Verbindung fixiert wird.
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In einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Stützkomponente und die Lichtauskopplungskomponente bereitgestellt und in ein Spritzgusswerkzeug eingelegt, wobei anschließend der Verbindungskörper unter Bildung der haltenden Verbindung an die Stützkomponente und an die Lichtauskopplungskomponente angespritzt wird. Die beiden zu verbindenden Komponenten werden einzeln bereitgestellt, die Stützkomponente beispielsweise als ein zweckmäßig geformtes metallisches Blechteil und die Lichtauskopplungskomponente aus Glas oder insbesondere aus einem transparenten Kunststoff, und in dem Spritzgusswerkzeug in ihrer relativen Sollpositionierung aufgenommen. Das Spritzgießen resultiert in einer haltenden Verbindung der beiden Komponenten mittels des angespritzten Verbindungskörpers, welcher insbesondere jeweils formschlüssige Verbindungen zu den beiden Komponenten aufbaut.
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In einer alternativen Ausführungsform wird nur die Stützkomponente bereitgestellt und in ein Spritzgusswerkzeug eingelegt, wobei anschließend der Verbindungskörper unter Bildung der haltenden Verbindung an die Stützkomponente angespritzt wird, und wobei die Lichtauskopplungskomponente als ein Abschnitt des Verbindungskörpers gespritzt wird. In diesem Fall wird die Lichtauskopplungskomponente also erst im Zuge des Spritzgießens als ein Spritzgussbauteil hergestellt, nämlich insbesondere gemeinsam mit dem Verbindungskörper und als ein Abschnitt desselben. Der Verbindungskörper und die Lichtauskopplungskomponente sind vorzugsweise einstückig und materialeinheitlich ausgebildet.
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Dabei kann das Spritzgießen des Verbindungskörpers und/oder der Lichtauskopplungskomponente in einem Takt oder in mehreren Takten durchgeführt werden. Beispielsweise kann es notwendig sein, zumindest zwei Spritztakte durchzuführen, wenn es sich bei der Lichtauskopplungskomponente etwa um eine dickwandige Linse mit hohen Anforderungen an die optische Qualität handelt.
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Vorzugsweise werden die Stützkomponente und/oder die Lichtauskopplungskomponente mit jeweils wenigstens einem Verbindungsabschnitt bereitgestellt, wobei die Verbindungsabschnitte unter Bildung der haltenden Verbindung von dem Verbindungskörper unter Bildung eines Formschlusses umspritzt werden. Bevorzugt ist die haltende Verbindung der beiden Komponenten nahe der lichttechnischen Primärfunktion, d.h. nahe der Lichtauskopplung, vorzusehen, um relative Lageveränderungen der Komponenten im Falle von thermischer Ausdehnung im Betrieb der Beleuchtungseinrichtung durch sehr kurze Hebel klein zu halten. Der Verbindungsabschnitt an der Lichtauskopplungskomponente kann beispielsweise als ein umlaufender Kragen ausgebildet sein.
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Mit besonderem Vorteil werden die Verbindungsabschnitte der Stützkomponente und/oder der Lichtauskopplungskomponente mit wenigstens einer Hinterschneidung und/oder mit wenigstens einer Öffnung bereitgestellt. Dies dient der Bildung von formschlüssigen Verbindungen mit dem angespritzten Verbindungskörper. Insbesondere bei Verwendung einer metallischen Stützkomponente ist dies erforderlich, um eine belastbare und dauerhafte Verbindung mit dem aus einem Kunststoff gespritzten Verbindungskörper zu gewährleisten. Beispielsweise können auf der Metalloberfläche der Stützkomponente hinterschnittige Mikrostrukturen mittels Laserbearbeitung, elektrochemischer, nass-chemischer oder mechanischer Behandlung erzeugt werden.
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Des Weiteren ist es vorteilhaft, dass begleitend zum Spritzgießen des Verbindungskörpers wenigstens ein Referenzelement zur Referenzierung an der Beleuchtungseinrichtung an dem Modul angespritzt wird. Aufgrund der hohen Präzision und Reproduzierbarkeit des Spritzgussverfahrens kann somit eine hohe Toleranzgüte der Baugruppe zu den Referenzen eines zu kontaktierenden Bauteils, beispielsweise einem Tragrahmen der Beleuchtungseinrichtung, erzeugt werden. Insbesondere wird dadurch die Möglichkeit einer direkten Referenzierung des Lichtauskopplungsmoduls zur Lichtquelle eröffnet, wodurch sich der aufwändige Prozess der aktiven Ausrichtung der Baugruppen zueinander vermeiden lässt.
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Beispielsweise wird die Stützkomponente mit wenigstens einer Bohrung bereitgestellt, wobei die Bohrung unter Bildung des Referenzelements umspritzt wird. Die dadurch verbleibende Öffnung ist in Durchmesser und Lage präzise definiert und beispielsweise zur Aufnahme von Schrauben oder Zapfen geeignet. Alternativ oder zusätzlich kann ein Referenzelement in Form eines Zapfens angespritzt werden.
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In einer speziellen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Lichtauskopplungskomponente in Form einer Linse bereitgestellt oder gespritzt.
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Zudem wird der der Verbindungskörper in einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform mit wenigstens einem Verkleidungsabschnitt gespritzt, wobei der Verkleidungsabschnitt die Stützkomponente wenigstens abschnittsweise umhüllt. Dadurch erfüllt der Verbindungskörper eine zusätzliche Designfunktion und verdeckt solche Abschnitte der insbesondere metallischen Stützkomponente, welche von außerhalb der vorgesehenen Beleuchtungseinrichtung sichtbar sind. Insbesondere kann durch Wahl eines farbigen Kunststoffs ein gewünschter Farbeindruck erzielt werden. Vorzugsweise weist der Verkleidungsabschnitt keine zusätzlichen formschlüssigen Verbindungsstellen mit der Stützkomponente auf, um die jeweiligen Wärmeausdehnungsbewegungen möglichst voneinander zu entkoppeln.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung ein lichttechnisches Modul für eine Beleuchtungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs, wobei das Modul eine Stützkomponente und eine Lichtauskopplungskomponente aufweist, und wobei das Modul mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer der vorgenannten Ausführungsformen hergestellt ist.
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Vorzugsweise weist die Stützkomponente des Moduls ein Metall und/oder eine Metalllegierung auf. Metalle zeichnen sich gegenüber Kunststoffen durch ihre überlegenen mechanischen und thermo-mechanischen Eigenschaften aus. Bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine haltende Verbindung zwischen einer metallischen Stützkomponente und der Lichtauskopplungskomponente mittels des Verbindungskörpers unter Formschlussbildung gewährleistet. Insbesondere kann die Stützkomponente vorteilhaft eine Aluminiumlegierung aufweisen, beispielsweise eine Aluminium-Magnesium Legierung. Aluminiumlegierungen sind durch ein geringes spezifisches Gewicht sowie durch einen geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten ausgezeichnet.
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Mit weiterem Vorteil weisen der Verbindungskörper und/oder die Lichtauskopplungskomponente einen thermoplastischen Kunststoff auf. Thermoplastische Kunststoffe sind kostengünstig, gut spritzbar und in transparenter Beschaffenheit für optische Anwendungen geeignet. Vorzugsweise weisen der Verbindungskörper und/oder die Lichtauskopplungskomponente ein Polycarbonat und/oder ein Polymethylmethacrylat auf.
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Figurenliste
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Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
- 1a eine Querschnittsansicht eines ersten erfindungsgemäßen Moduls, und
- 1b eine Querschnittsansicht eines zweiten erfindungsgemäßen Moduls
- 2 eine Querschnittsansicht eines dritten erfindungsgemäßen Moduls.
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Die 1a, 1 b und 2 zeigen Querschnittsansichten von drei unterschiedlichen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen lichttechnischen Moduls 100. Das Modul 100 umfasst jeweils die Stützkomponente 1 mit dem am Verbindungsabschnitt 11 angespritzten Verbindungskörper 3, welcher die haltende Verbindung zwischen der Stützkomponente 1 und der Lichtauskopplungskomponente 2 bildet. Die dreidimensionale Gestalt der Stützkomponente 1 ist dabei im Wesentlichen rotationssymmetrisch um die Längsachse und die Lichtauskopplungskomponente ist jeweils als eine Linse 20 ausgebildet. Die Stützkomponente 1 ist vorzugsweise aus einer leichten Aluminiumlegierung gefertigt.
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Die in den 1a und 1b dargestellten Module 100 sind gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt worden, bei welcher sowohl die Stützkomponente 1 als auch die Lichtauskopplungskomponente 2 als vorgefertigte Bauteile bereitgestellt und in das verwendete Spritzgusswerkzeug in einer Sollpositionierung zueinander eingelegt werden. In dem nachfolgenden Spritzgussvorgang wird dann der Verbindungskörper 3, beispielsweise aus einem thermoplastischen Kunststoff, zur Herstellung der haltenden Verbindung zwischen der Stützkomponente 1 und der Lichtauskopplungskomponente 2 angespritzt.
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Der Verbindungskörper 3 bildet dabei formschlüssige Verbindungen mit den jeweiligen Verbindungsabschnitten 11, 21 aus. Der Verbindungsabschnitt 11 erstreckt sich, insbesondere vollumfänglich, entlang des in den Figuren oben dargestellten Endabschnitts der Stützkomponente 1 und weist umfänglich voneinander beabstandete Öffnungen 12 auf, welche von dem Verbindungskörper 3 formschlüssig umspritzt werden. Zusätzlich oder alternativ kann die Oberfläche des Verbindungsabschnitts 11 wenigstens teilweise mit hinterschnittigen Oberflächenstrukturen versehen sein, um die Verbindung zwischen Stützkomponente 1 und Verbindungskörper 3 weiter zu verstärken. Auf Seiten der Lichtauskopplungskomponente 2 ist der Verbindungsabschnitt 21 in Form eines, insbesondere vollumfänglich, umlaufenden Kragens zur Bildung einer Feder-Nut-Verbindung mit dem Verbindungskörper 3 ausgebildet. Die Lichtauskopplungskomponente 2 ist beispielsweise aus einem optischem Glas gebildet, gewöhnlich aber aus einem transparenten thermoplastischen Kunststoff, wobei der Verbindungskörper 3 vorzugsweise aus demselben Kunststoff gebildet wird, um die thermo-mechanischen Eigenschaften der Verbindung zu optimieren.
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In der in der 1b dargestellten Ausführungsform des Moduls 100 weist der Verbindungskörper 3 zusätzlich den Verkleidungsabschnitt 31 auf, welche eine Designfunktion des Verbindungskörpers 3 als eine äußerliche Abdeckung der Stützkomponente 1 erfüllt. Dies kann insbesondere der Erzielung eines bestimmten Farbeindrucks durch Verwendung eines entsprechend gefärbten Kunststoffs für die Herstellung des Verbindungskörpers 3 dienen und ist zweckmäßig, wenn die Stützkomponente 1 in der vorgesehenen Beleuchtungseinrichtung von außen sichtbar ist. Dabei wird vorzugsweise keine formschlüssige Verbindung zwischen der Stützkomponente 1 und dem Verkleidungsabschnitt 31 aufgebaut, so dass keine unerwünschten Wechselwirkungen im Zuge von thermischer Ausdehnung auftreten können.
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Das in der 2 dargestellte Modul 100 ist gemäß einer zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt worden, bei welchem lediglich die Stützkomponente 1 als vorgefertigtes Bauteil bereitgestellt und in das verwendete Spritzgusswerkzeug eingelegt wird. Erst beim anschließenden Spritzgießen wird die Lichtauskopplungskomponente 2 als ein Abschnitt des Verbindungskörpers 3 gebildet, wobei der Verbindungskörper 3 eine formschlüssige, haltende Verbindung der vorbeschriebenen Art mit der Stützkomponente 1 ausbildet. Die Lichtauskopplungskomponente 2 ist hier materialeinheitlich mit dem restlichen Verbindungskörper 3 ausgebildet und kann je nach Dicke der Linse 20 bzw. je nach erforderlicher optischer Qualität in einem oder mehreren Takten gespritzt werden. Beim mehrtaktigen Spritzgießen kann beispielsweise ein im Spritzgusswerkzeug verschiebbarer Stempel eingesetzt werden.
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Sämtliche in den drei Figuren dargestellten Module umfassen Referenzelemente 4, welche zur Referenzierung an der Beleuchtungseinrichtung dienen und begleitend zum Spritzgießen des Verbindungskörpers 3 an die Stützkomponente 1 angespritzt werden. Zu diesem Zwecke wird die Stützkomponente 1 mit den Bohrungen 14 bereitgestellt und diese werden entweder wie in der 2 dargestellt unter Bildung der Referenzelemente 4 maßhaltig umspritzt oder wie in den 1a und 1b dargestellt zum Anspritzen eines Zapfens 40 genutzt. Die Referenzelemente 4 werden im Montageprozess des Moduls 100 in der zugehörigen Beleuchtungseinrichtung zur Referenzierung beispielsweise an einem Tragrahmen oder direkt an der Lichtquelle verwendet.
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Aufgrund der Präzision und Reproduzierbarkeit des verwendeten Spritzgussverfahrens sowohl für die Herstellung der haltenden Verbindung zwischen der Stützkomponente 1 und der Lichtauskopplungskomponente 2 als auch für die Anformung der Referenzelemente 4 weisen die erfindungsgemäßen lichttechnischen Module 100 eine hohe Toleranzgüte auf und ermöglichen dadurch eine signifikante Vereinfachung des Montage- und Justageprozesses beim Aufbau der zugehörigen Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung.
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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 konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritte, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Modul
- 1
- Stützkomponente
- 11
- Verbindungsabschnitt
- 12
- Öffnung
- 14
- Bohrung
- 2
- Lichtauskopplungskomponente
- 20
- Linse
- 21
- Verbindungsabschnitt
- 3
- Verbindungskörper
- 31
- Verkleidungsabschnitt
- 4
- Referenzelement
- 40
- Zapfen
