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Die vorliegende Erfindung befasst sich mit der Herstellung eines flexiblen Bandes, das der Schutzklasse IP69K entspricht, insbesondere mit einer speziellen Extrudiervorrichtung, zur Herstellung einer Ummantelung aus extrudier-fähigem Material für flexible vorgefertigte Folien-Platinen, die eine gedruckte Schaltung beinhalten und beispielsweise als Lichtband ausgeführt werden können.
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Derartige LED-Lichtkabel sind im Stand der Technik aus der
WO 2007/041805 A1 bekannt geworden. Das bekannte LED-Lichtkabel besteht aus zwei elektrischen Leitern, die in zwei parallelen langgestreckten Ausnehmungen in einem Isolationskörper aus einem extrudierten Silicon-Elastomer eingebettet sind. In bestimmten Abständen werden im Herstellungsprozess in einem Verfahrensschritt Leuchtdioden (LEDs) an freigelegten Leiterstellen aufgebracht, die anschließend durch löten befestigt werden. In einem weiteren Verfahrensschritt wird dann das innere Kabelensemble zusammen mit den auf den elektrischen Leitungen befestigten LEDs einer ausgeformten Düse zugeführt und durch Extrusion eine Ummantelung aus einem geeigneten Polymer erzeugt, so dass das gesamte LED-Lichtkabel in mindestens drei wesentlichen Verfahrensschritten hergestellt wird.
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In einer Weiterbildung des o. g. Stands der Technik ist aus der
DE 10 2012 213 309 A1 , sowie der
DE 10 2012 218 786 B3 ein Leuchtband offenbart, das mindestens einen elektrischen Leiter und mindestens eine Leuchtdiode umfasst. Dieses Leuchtband kann von einer extrudierten Vergussmasse umgeben sein.
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Als nachteilig an diesen im Stand der Technik bekannt gewordenen LED-Lichtbändern bzw. FPCB's (flexibel printet circuit Boards) wird es empfunden, dass einerseits die Herstellungsmethoden technisch und wirtschaftlich zu aufwendig sind und andererseits der Anwendungsbereich derartiger Leuchtketten stark begrenzt ist, der sich im Wesentlichen auf Dekorationen beschränkt. Zum Schutz von derartigen FPCB's mit LED's vor Umwelteinflüssen (Feuchtigkeit, Schmutz, mechanischer Belastung), ist im Stand der Technik nur unzureichend etwas bekannt geworden. Zum Beispiel wird die flexible LED-Platine auf der Seite mit den LED Bauteilen mit einer Schutzschicht aus Silicon überzogen, um die LED's zu schützen. Dieses Verfahren kann aber nur einen eingeschränkten Schutz vor Umwelteinflüssen sicherstellen (siehe Schutzklasse IP65) und ist deshalb nur für Anwendungen im Innenbereich geeignet. Außerdem besteht damit kein Schutz vor mechanischer Beanspruchung.
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Als weiteren Nachteil im bekannten Stand der Technik wird es auch empfunden, dass die flexible Platine in einen Schutzschlauch aus Silicon oder PVC eingelegt oder eingezogen und an den zwei offenen Enden mit einer Dichtmasse (z. B. Silicon) abgedichtet wird. Dabei bleibt allerdings Luft und Feuchtigkeit im Inneren des Schutzschlauchs enthalten. Diese eingeschlossene Feuchtigkeit kann zu Kondensation führen und negative Folgen für den LED Streifen (z. B. Korrosion) verursachen. Außerdem besteht kein mechanischer Schutz, was zur Folge hat, dass die Bauteile bei mechanischer Belastung zerstört werden können.
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Ein weiteres Verfahren zur Herstellung von Lichtleitern ist bekannt geworden, bei dem die flexible Platine in einen Schlauch aus PVC oder PUR oder Silicon eingezogen wird und danach eine Vergußmasse aus EPOXI in den Schlauch injiziert wird. Ferner wird zur Befestigung der LED-Streifen auf der Unterseite ein Klebestreifen angebracht oder der LED-Streifen wird mit Kabelbindern befestigt. Eine sichere Lösung zur Herstellung eines LED-Lichstreifens, der den Anforderungen des Marktes gerecht wird, ist bisher nicht bekannt geworden.
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Zwar wird im Stand der Technik lapidar erwähnt, dass die Ummantelung neben dem konventionellen Vergießen auch durch Extrusion hergestellt werden kann, aber eine Anweisung zum technischen Handeln ist dem gesamten Stand der Technik nicht zu entnehmen. Darüber hinaus werden im Stand der Technik die Begriffe Vergießen und Extrudieren im gleichen Sinne verwendet, was für den Fachmann unverständlich ist, weil die beiden Verfahren völlig unterschiedliche Techniken beinhalten.
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Alle die bis dato angewandten Verfahren haben gemeinsam den Nachteil, dass mit keinem der bekannt gewordenen Verfahren zur Herstellung eines verbraucherfreundlichen LED-Leuchtstreifens ein ausreichender Schutz gegen Umwelteinflüsse und mechanische Belastungen gewährleistet werden kann, weil mit einem vernünftigen technischen Aufwand nur begrenzte Längen bis zu 10 m produziert werden können. Außerdem ist die äußere Form der LED-Steifen, bedingt durch die Form des Schlauches, vorgegeben und kann nicht beliebig lang hergestellt werden.
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Die Befestigung des LED-Streifens mittels Klebestreifen auf der Rückseite des LED-Streifens ist nur begrenzt haltbar und schon gar nicht für den Außenbereich geeignet, da sich der Kleber bei Feuchtigkeit sehr schnell auflösen kann.
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Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Herstellung der LED-Lichtleiste bereitzustellen, die in der Lage ist, den umwelt- und mechanischen Anforderungen des Endverbrauchers gerecht zu werden und das Lichtband in einer verhältnismäßig großen Länge herzustellen.
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Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen der Hauptansprüche erfindungsgemäß gelöst. Weitere erfindungsgemäße Merkmale sind den Unteransprüchen und der Beschreibung zu entnehmen.
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Das erfindungsgemäße LED-Lichtband mit einer flexiblen bandförmigen gedruckten Platine (FPCB), die in einer Ummantelung mit elektronischen Bauteilen bestückt ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass die extrudierte Ummantelung zusammen mit der flexiblen bandförmigen Platine, keinerlei Lufteinschlüsse aufweist, absolut wasserdicht ist, ölbeständig, weitgehend resistent gegen Säuren und Laugen und viele andere Chemikalien, eine sehr hohe Temperaturbeständigkeit aufweist, und einer hohen mechanischen Belastung widersteht und somit weitgehend stoß- und trittfest ausgebildet ist. All diese Eigenschaften zusammen entsprechen den Schutzklassen IP68 und IP69K.
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Die Methode zur Herstellung eines bandförmigen, flexiblen LED-Lichtbandes in einer transparenten Ummantelung zeichnet sich durch das präzise Zusammenwirken mindestens einer Zuführeinrichtung zum Zuführen einer bandförmigen flexiblen vorgefertigten Platine (FPCB, flexibel printed circuit boards) und dem Extruderkopf aus, wobei die Ummantelung zusammen mit der LED-Lichtleiste in einem Spezialwerkzeug extrudiert wird, indem die vorgefertigte flexible bandförmige gedruckte Schaltung kontinuierlich und präzise der Extrudiervorrichtung zugeführt wird.
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Erfindungsgemäß ist es auch, dass die Vorrichtung zu Herstellung eines flexiblen langgestreckten LED-Lichtbandes mit einer gedruckten Schaltung, in der eine Vielzahl von elektronischen Bauelementen in einer Ummantelung integriert sind, vor dem Extrudierwerkzeug einer besonderen und speziellen Zuführeinrichtung zugeführt wird.
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Mit der Extrudier-Methode zur Ummantelung von flexiblen Leiterplatten (FPCB) mit LED Bauteilen, ist es möglich, beliebige Längen zu produzieren. Die Ummantelung mit einem extrudierfähigen Material garantiert eine vollständige Verdrängung von Luft und Feuchtigkeit, da das Extrudiermaterial die gesamte flexible Schaltung umgibt bzw. ausfüllt. Da eine homogene und vollständige Ummantelung bis an den LED-Streifen beidseitig erfolgt und damit keine Hohlräume mehr vorhanden sind, ist auch ein hoher mechanischer Schutz gegeben, sodass der extrudierte LED-Streifen der Schutzklasse IP68 und IP69K entspricht und daher auch in sehr rauhen Umgebungsbedingungen eingesetzt werden kann. Mittels des Extrudierverfahrens lassen sich ferner beliebige Formgebungen realisieren, sodass der extrudierte LED-Streifen zur weiteren Verarbeitung, z. B. Befestigung in Kunstsoff oder ALU-Profile eingelegt und somit befestigt werden kann, ohne weitere Hilfsmittel wie Klebestreifen oder Kabelbinder zu verwenden. Somit kann der ummantelte LED-Streifen aufgrund seiner Stabilität in einem geeigneten Profil, das speziell an die Form des LED-Streifens anzupassen ist, eingelegt werden und ohne Kleber oder sonstige Hilfsmittel sicher gehalten werden. Desweiteren kann ein derartiges Profil als Kühlkörper für das LED-Leuchtband dienen.
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Ferner können durch das Extrudierverfahren alle geeigneten Materialien zur Ummantelung der flexiblen bandförmigen gedruckten Schaltung eingesetzt werden, die extrudierfähig sind, z. B. Polymere wie Polyurethan. Der extrudierte LED-Streifen besitzt eine hohe Flexibilität und kann daher in einem sehr weiten Anwendungsspektrum eingesetzt und verwendet werden, z. B. jeder Art von Art von Trittstufen oder Leuchtstreifen in Fußböden, an Gebäuden, Brücken, auf Schiffen, als Beleuchtung in Industrieanlagen die rauen Umwelteinflüssen ausgesetzt sind.
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Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen LED-Lichtbandes ist es, dass es ohne zusätzliche elektrische Leiter (Drähte, Litzen o. ä.) auskommt, da die zur Strombelastung notwendigen Leitungen in der flexiblen gedruckten Schaltung (FPCB) als zusätzliche Kupferlagen (mehrlagen Platine) eingebracht sind.
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Dabei ist es vorteilhaft, dass die Länge der flexiblen bandförmigen gedruckten LED-Lichtleiste unbegrenzt herstellbar ist, wobei die flexible bandförmige gedruckte LED-Lichtleiste vollständig von einem extrudierfähigen Material, z. B. Silicon, PVC, PUR, usw., umgeben ist.
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Ein weiterer Vorteil ist drin zu sehen, dass der Querschnitt des LED-Lichtbandes ein Profil aufweist, das den jeweiligen Anforderungen angepasst ist und somit das LED-Lichtband in einem stoßfesten Hohlprofil angeordnet werden kann, wobei das Hohlprofil, in das die LED-Lichtleiste eingelegt wird, aus einem frei wählbaren Material, z. B. Metall, Kunststoff oder Holz, bestehen kann.
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Eine weitere vorteilhafte Befestigungsart des LED-Lichtbandes ist es, das Lichtband mit einer transparenten Schelle aus einem geeigneten Material, z. B. Polyurethan o. ä., zu fixieren.
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Vorteilhaft ist es weiterhin, dass die LEDs auf dem flexiblen bandförmigen Träger auf einer gedruckten Schaltung angeordnet sind.
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Vorteilhaft ist es auch, dass der Gesamtquerschnitt des LED-Lichtbandes frei wählbar ist, z. B. oval, rund, flach, dreieckig, sternförmig oder vieleckig.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das LED-Lichtband zwischen der gedruckten Schaltung und der Ummantelung keine makroskopischen Lufteinschlüsse aufweist.
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Vorteilhaft ist es auch, dass die einzelnen Bauelemente auf mindestens einer Seite der flexiblen bandförmigen Platine angeordnet sind.
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Ganz besonders vorteilhaft ist es, dass die flexible bandförmige Patine vor dem Extruderkopf mindestens einer speziellen Zuführeinrichtung zugeführt wird.
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Vorteilhaft ist es auch, dass die vorgefertigte Platine auf beiden Seiten mit Bauteilen bestückt wird, wobei eine Seite nur mit LEDs und die zweite Seite mit den zur Konstantstrom-Regelung notwendigen Bauteilen bestückt wird.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass zumindest hinter dem Extruderkopf ein Zugmechanismus angeordnet wird, der die mechanische Zugspannung auf die flexible vorgefertigte Platine erzeugt. Dabei kann die Aufwickeleinrichtung der fertigen LED-Lichtleiste als Zugmechanismus ausgebildet sein.
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Vorteilhaft ist es ferner, dass durch die Zuführeinrichtung eine Bremswirkung auf die bandförmige flexible Platine ausgeübt, wird, die durch mindestens ein Bremselement erzeugt wird, mit dem auch die mechanische Zugspannung der vorgefertigten Platine innerhalb des Extruderkopfes eingestellt wird.
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Vorteilhaft ist es dabei, dass das Bremselement der Bremseinrichtung rollenförmig ausgebildet ist, wobei das rollenförmige Bremselement mindestens eine Ausnehmung aufweist, durch die die Bauteile auf dem flexiblen LED-Streifen vor Beschädigung geschützt sind.
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Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit zum Schutz der Bauteile vor Beschädigung besteht darin, dass die Außenfläche der Rollen mit einem weichen Material, z. B. Kunststoff, zu beaufschlagt sind.
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Vorteilhaft ist es auch, dass die mechanische Zugspannung so eingestellt wird, dass mindestens die Leiterbahnen auf der flexiblen vorgefertigten Platine nicht beschädigt werden.
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Vorteilhaft ist weiterhin, dass die mechanische Zugspannung mindestens durch das Zusammenwirken zwischen dem Zugmechanismus und der Bremseinrichtung bzw. Zuführeinrichtung eingestellt wird.
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Vorteilhaft ist es dabei, dass das Bremselement der Bremseinrichtung rollenförmig ausgebildet ist, wobei das rollenförmige Bremselement mindestens eine Ausnehmung aufweist, durch die der maximale Querschnitt der flexiblen vorgefertigten Platine hindurchgeführt wird.
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Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass vor dem Extruderkopf mindestens ein Führungselement angeordnet wird, dessen lichte Weiten durch die elektronischen Bauteile und die Abmessungen des hochflexiblen Trägers der Platine bestimmt werden, wobei die lichte Weite durch geeignete Dichtungen variable ausgebildet sein kann.
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Vorteilhaft ist es ferner, dass mindestens eine Seite der flexiblen vorgefertigten Platine durch geeignete Führungselemente geführt wird.
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Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass in Laufrichtung vor und hinter den Bremselementen jeweils zwei Führungselemente angeordnet werden, die dafür Sorge tragen, dass die bestückte flexible vorgefertigte Platine nur in einer Richtung und einer Ebene bewegt werden kann.
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Als vorteilhaft wird es auch angesehen, dass die bestückte flexible vorgefertigte Platine kontinuierlich dem Extruderkopf zugeführt wird.
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Vorteilhaft ist es ferner, dass alle auf der flexiblen vorgefertigten Platine angeordneten LED's eine gleiche Lichtstärke (Lux) in Abhängigkeit von der einstellbaren Stromstärke (I) aufweisen.
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Vorteilhaft ist es weiterhin, dass alle LED's mit der gleichen Stromstärke (I) beaufschlagt werden, um dadurch eine gleichmäßige Helligkeit der einzelnen LEDs zu erzeugen.
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Vorteilhaft ist es ferner, dass die einzelnen LED's abschnittweise in der LED-Lichtleiste mit konstantem Strom (I) und/oder konstanter Spannung (U) versorgt werden, wobei die flexible vorgefertigte Platine mindestens einen elektronischen Regelkreis aufweist, der eine konstante Strom- und/oder Spannungsversorgung an den einzelnen LED's in der Lichtleiste sicherstellt.
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Vorteilhaft ist es ferner, dass einem Regelkreis mindestens eine LED zugeordnet wird, der mindestens eine Konstantstromquelle aufweist.
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Von Vorteil ist es ferner, dass die einzelnen Regelkreise einer gemeinsamen Spannungsquelle zugeordnet werden.
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Als besonders vorteilhaft wird es dabei angesehen, dass die flexible Platine mehrschichtige zusammengesetzt ist und hergestellt wird, wobei mindestens zwei Schichten elektrisch leitend ausgebildet sind.
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Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung.
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Im nun Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen im Detail näher erläutert. Es zeigt
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1 eine schematische Seitenansicht auf die Vorrichtung (2) zur Herstellung einer LED-Lichtleiste (1);
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2 eine schematische Draufsicht auf eine Bremseinrichtung (9, 9'), durch die eine vorgefertigte flexible gedruckte Platine (3) geführt wird;
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3 eine schematische Ansicht der Umgebung eines Extruderkopfes (4), in den eine vorgefertigte flexible gedruckte Platine (3) ein- und ausgeführt wird;
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4 eine schematische Frontansicht eines Führungselements (19) mit der Extruder-Eintrittsöffnung (21) für ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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5 eine schematische Frontansicht eines Führungselements (20) mit der Extruder-Austrittsöffnung (22) für ein vorbestimmtes Ummantelungsprofil einer vorgefertigten flexiblen gedruckten Platine (3);
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6 eine schematische Draufsicht auf das Innere eines Exruderkopfes (4) durch den eine vorgefertigte flexible gedruckte Platine (3) geführt wird;
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7 eine schematische Draufsicht auf eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte LED-Lichtleiste (1);
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8 ein schematischer Querschnitt der Lichtleiste (1) entlang der Schnittlinie A-A in 7;
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9 ein mögliches Schaltbild der Strom- und Spannungsversorgung (31, 32) der vorgefertigten flexiblen gedruckten Platine (3);
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10 einen Versorgungs-Kabelanschluss (34) an die fertige Lichtleiste (1).
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11 ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, in dem die vorgefertigte flexible Platine (3) einem Führungskanal (35) zugeführt wird, der sich im Extruderkopf (4) bis zum Profilelement (19') erstreckt;
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12 einen Querschnitt durch den flexiblen Träger (27) der vorgefertigten Lichtleiste (3), die aus einer Mehrzahl unterschiedlicher Schichten (37, 38, 39) besteht;
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13 einen Querschnitt durch das LED-Lichtband (1), das von einer transparenten Schelle (42) formschlüssig umschlossen wird.
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Die 1 zeigt eine schematische Seitenansicht auf die Vorrichtung 2 zur Herstellung einer LED-Lichtleiste 1, deren vorgefertigte flexible Platine 3 einem Extruderkopf 4 zugeführt wird. Der Extrudierprozess, bzw. der reibungslose funktionierende Ablauf des Zusammenführens der vorgefertigten flexiblen Platin 3 im Extruderkopf 4 bedarf besonderer Maßnahmen, um zu erreichen, dass das flexible Band im Extrudierkopf 4 mit einer bestimmten Zugspannung geführt wird, damit es mittig im Profil verläuft und rundum ausreichend Wandstärke aufweist. Um dies zu erreichen wird das flexible Band mit den Bauteilen bestückt durch ein Rollenpaar 9, 9' geführt, das eine Bremswirkung auf das vorgefertigte flexible LED-Band 1 ausübt, um die notwendige Zugspannung zu erreichen. Da die Bauteile, insbesondere die LEDs druckempfindlich sind, werden die Rollen an der entsprechenden Stelle freigespart. In einer anderen Ausführung der vorliegenden Erfindung sind in dem Rollenpaar 9, 9' keine Aussparungen in den Rollen 9, 9' vorgesehen, sondern die gesamte Oberfläche der Rollen mit einem weichen geeigneten Material, z. B. Kunststoff oder Moosgummi, belegt, das sich den jeweiligen Konturen des LED-Bandes 1 anpasst. Der Extruderkopf 4 ist im Allgemeinen im Endbereich einer an sich bekannten Extrudiervorrichtung angeordnet. Die vorgefertigte flexible Platine 3 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel auf einem Rollenträger 5 aufgewickelt und drehbar gelagert. Die Drehgeschwindigkeit des Rollenträgers richtet sich nahezu nach der Produktionsgeschwindigkeit der fertigen LED-Lichtleiste 1, d. h. der Austrittsgeschwindigkeit aus dem Extruderkopf 4. Um die vorgefertigte flexible Platine 3 beim Einführen vor Beschädigungen zu schützen, ist darauf zu achten, dass die Platine keinen unzulässigen hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt wird, die zur Beschädigung der vorgefertigten gedruckten Schaltung und der dazugehörigen Bauteile 7, 8 führen können. Daher ist es vorteilhaft, zwischen der Bremseirichtung 9, 9' und dem Rollenträger 5 eine Schleife 11 vorzusehen, die eventuelle ruckartige Bewegungen der vorgefertigten flexiblen Platine 3 aufzufangen, die ebenfalls zu Beschädigungen führen können. In Laufrichtung vor dem Extruderkopf 4 ist eine Bremseinrichtung mit zwei rollenförmigen Bremsbacken 9, 9' angeordnet, die dafür Sorge tragen, dass die vorgefertigte flexible Platine 3 mit einstellbarer gleichmäßiger Geschwindigkeit in den Extruderkopf 4 eingeführt wird. Die rollenförmigen Bremsbacken 9, 9' greifen an den Rändern der vorgefertigten flexiblen Platine 3 an, wobei die Angriffsflächen mit einem griffsicheren Material ausgestattet sind, um u. a. die Oberfläche der vorgefertigten flexiblen Platine 3 nicht zu beschädigen. Die rollenförmigen Bremsbacken 9, 9' weisen Ausnehmungen 10, 10' auf, die den geometrischen Abmessungen der elektronischen Bauteile 7, 8 entsprechen. Am Ende des Extruderkopfes 4 tritt die fertige ummantelte Lichtleiste 2 zur weiteren Abkühlung der Ummantelung 12 aus.
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Die 2 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Bremseinrichtung 9, 9', durch die die vorgefertigten flexiblen Platine 3 geführt wird und in bestimmter Art und Weise die Produktionsgeschwindigkeit der LED-Lichtleiste bestimmt. Geführt wird die vorgefertigten flexiblen Platine 3 an den Längsseiten 13, 13' mittels mehrerer Führungselemente 14, die seitlich mit wenig Spiel an den Längsseiten der vorgefertigten flexiblen Platine 3 angeordnet sind, um eine seitliche Verschiebung der vorgefertigten flexiblen Platine 3 in der Ebene der Platine zu verhindern. Ähnliche Führungselemente 14' mit der gleichen technischen Funktion sind in Führungsrichtung hinter den rollenartigen Bremselementen 9, 9' angeordnet, um eine präzise Einfädelung in den Extruderkopf 4 sicher und reproduzierbar zu gewährleisten und die Voraussetzung für eine genaue und gleichbleibende Produktion der LED-Lichtleiste 1 bilden. Auf den rollenartigen Bremsbacken 9, 9' sind Materialien angeordnet, die eine zerstörungsfreie Reibung an der Oberfläche des Trägers der vorgefertigten flexiblen Platine 3 bewirken und die Bremswirkung auf die vorgefertigte flexible Platine 3 erzeugen.
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Die 3 zeigt eine schematische Ansicht der Umgebung eines Extruderkopfes 4, in den eine vorgefertigte flexible gedruckte Platine 2 ein- und ausgeführt wird. Der Extruderkopf 4 besteht im Wesentlichen aus einem starken Gehäuse 16 in dessen Hohlräume 17 ein hoher pneumatischer Druck erzeugt wird, nachdem mittels einer Materialzufuhreinrichtung 18 ein ausgewähltes thermoplastisches Extrudermaterial den Hohlräumen 17 im Extruderkopf 4 zugeführt worden ist. Das Extrudermaterial, z. B. Silicon, PVC, PUR, usw., ist frei wählbar und richtet sich nach der Art der Verwendung des zu extrudierenden Produktes 1. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung sind im Ein- und Ausgangsbereich des Extruderkopfes 4 jeweils ein Profilelement 19, 20 angeordnet, die jeweils unterschiedliche Durchbrüche 21, 22 aufweisen, die weiter unten näher beschrieben werden. Desweiteren ist es notwendig, das flexible Band in der Spur zu halten, was durch vier seitliche Führungen 14, 14' erreicht wird. Damit kann eine beliebige Länge auf eine angetriebene Wickeltrommel 5 gespult werden und ohne Zugbelastung von dort abgespult und dem Extrudierkopf 4 über die Bremseinheit 9, 9' zugeführt werden.
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Die flexible vorgefertigte Platine (FPCB) muss im Extruderkopf 4 am Ausgang exakt mittig geführt werden um die Ummantelung allseits mit gleicher Wandstärke zu produzieren. Um dies zu gewährleisten werden unmittelbar vor dem Ausgang an der Formplatte sogenannte Führungen angebracht, die den Träger exakt mittig durch die Ausgangsöffnung führen. Mit Hilfe der Führungselemente 14, 14' wird die vorgefertigte flexible Platine 3 dem Profilelement 19 zugeführt, durch dessen profilierte Ausnehmung 21 entsprechend der geometrischen Abmessungen der vorgefertigten flexiblen Platine 3 in den Hohlraum 17 des Extruderkopfes 4 eingeführt. An mindestens einer Seite der Ausnehmung 21 kann eine hier nicht gezeigte flexible Dichtung. Z. B. Lippendichtung, angeordnet werden, die den Austritt größerer Mengen des zähflüssigen Extrudermaterials verhindert. Im Bereich der Extruderaustrittsseite ist das Profilelement 20 angeordnet, dessen Ausnehmung 22 dem Endprofil der Ummantelung 12 der LED-Lichtleiste 1 entspricht. Die vorgefertigte flexible Platine 3 wird somit mit den elektronischen Bauteilen 7, 8 bestückt und extrudiert.
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Die vorgefertigte flexible Platine 3 tritt dann zusammen mit der extrudierten Ummantelung 12 durch das Profilelement 20 in stark erwärmten Zustand aus dem Extruderkopf 4 heraus und wird einer Abkühleinrichtung 23 zugeführt, die mit geeigneten Kühlmitteln 15, z. B. Wasser oder Kühlgas, die fertige, noch warme LED-Lichtleist 1 abgekühlt. Die fertige Lichtleiste 1 wird mit einem geregelten kontrollierten Zugmechanismus (hier nicht gezeigt) in beliebiger vorbestimmter Länge aufgerollt und gelagert. Der Zugmechanismus erzeugt die für den Extrudiervorgang mechanische Spannung, die notwendig ist, um die vorgefertigte flexible Platine 3 präzise in einer vorbestimmten Position im Extruderkopf 4 einzuführen und zu halten.
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Die 4 zeigt eine schematische Ansicht des Profilelements 19 im Eingangsbereich des Extruderkopfes 4 mit einer Ausnehmung 21, die den Querschnitt der vorgefertigten flexiblen Platine 3 darstellt. Der Querschnitt der Ausnehmung 21 wird einerseits bestimmt durch den Träger der Platine 3, sowie durch die elektronischen Bauteile 7, 8 auf beiden Seiten der Platine. Die beidseitige Bestückung des Trägers der Platine hat sich in der Praxis als besonders vorteilhaft erwiesen, weil hierdurch eine Reihe verschiedener Leiterbahnführungen überflüssig gemacht werden. Die Ausnehmung 21 muss hinreichend genau dem Querschnitt der vorgefertigten flexiblen Platine 3 entsprechen, um zu vermeiden, dass eine zu hohe Ausschussmasse des Extrudiermaterials erzeugt wird.
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Die 5 zeigt eine schematische Ansicht des Profilelements 20 mit der Extruder-Austrittsöffnung 22. Die Austritts 22 weist exakt das Profil des Querschnitts der Ummantelung 12 auf, die die vorgefertigte flexible Platine 3 umgibt. Dieses Profil 22 richtet sich nach den Vorgaben des Bestellers, so dass für jedes Profil ein eigenes Werkzeug erstellt werden muss. Damit die vorgefertigte flexible Platine 3 exakt in die Ausnehmung 22 eingeführt werden kann, sind in Laufrichtung kurz vor der Austrittausnehmung 22 beidseitig der vorgefertigten flexiblen Platine 3 Führungselemente 24, 24' angeordnet, die den Seiten der vorgefertigten flexiblen Platine 3 eine sichere Führung bieten.
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Die 6 zeigt eine schematische Draufsicht auf das Innere eines Extruderkopfes 4, durch den eine vorgefertigte flexible Platine 3 unter einer einstellbaren mechanischen Zugspannung und Geschwindigkeit geführt wird. Die Austrittsgeschwindigkeit der fertigen ummantelten Lichtleiste 2 liegt in der Regel zwischen 0,3 m/s und 1,2 m/s. Die Führungselemente 24, 24' sind als Winkelstücke an dem Profilelement 20 befestigt.
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Die 7 zeigt eine schematische Draufsicht auf die erfindungsgemäße Lichtleiste 1, bei der die flexible gedruckte Schaltung (FPCB, flexible printed circuit board) nicht sichtbar ist. Die schematische Draufsicht zeigt u. a. ein Ausführungsbeispiel eines langgestreckten fertigen Profils der Länge (L) einer lichtdurchlässigen Ummantelung 12, wobei die Länge (L) der fertigen LED-Lichtleiste 1 frei wählbar ist und sich nach dem Verwendungszweck der LED-Lichtleiste 1 richtet. In der Fertigung wird die Lichtleiste 2 als Endlosband hergestellt und aufgewickelt, um anschließend an entsprechender Stelle die gewünschte Länge abzutrennen. Die gestrichelten Linien 25, 25' deuten eine unsichtbare Linie des ausgewählten Profils an. Abschnittsweise sind auf dem Träger der vorgefertigten flexiblen Platine 3 elektrische Kontakte 26, 26' angeordnet, um die fertige LED-Lichtleiste 1 in beliebiger Länge (L) an der entsprechenden Trennlinie 26'' mechanisch zu trennen, so dass an die elektrischen Kontakte 26, 26' nach der Trennung eine geeignete Stromversorgung angeschlossen werden kann.
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Die 8 zeigt einen schematischen Querschnitt der LED-Lichtleiste 1 mit einer extrudierten Ummantelung 12, entlang der Schnittlinie A-A in 7, wobei die LED-Lichtleiste 1 in ein Hohlprofil 12' eingeklemmt ist. Die Leuchtelemente 7 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel als LEDs ausgebildet, die Licht unterschiedlicher Wellenlängen ausstrahlen können, was sich im Allgemeinen nach dem Anwendungszweck richtet. Die Leuchtelemente 7 (LEDs) sind auf einer Seite eines flexiblen Trägers 27 angeordnet. Auf der den Leuchtelementen 7 gegenüber liegenden Seite des Trägers 27 können bei Bedarf diverse elektronische Bauteile 8, z. B. Spannungs- und Stromregelung, angeordnet werden, die in der gedruckten Schaltung notwendig sind. Der Träger 27 der gedruckten Schaltung ist hoch flexible, so dass Kreisbögen von weniger als 3 cm zwanglos und ohne Zerstörungsgefahr gebildet werden können. Das Querschnittsprofil der Ummantelung 12 ist im Prinzip frei wählbar und richtet sich nach dem jeweiligen Anwendungsfall. Typische Beispiele sind oval, rund, dreieckig, vieleckig oder sternförmig. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die untere Auflagefläche 28 flach und die Seitenwände 29 leicht gebogen und bauchig geschwungen ausgeformt, um mit leichtem mechanischen Druck in ein Hohlprofil eingelegt werden zu können, womit eine sichere Befestigung ohne weitere Hilfs- und Befestigungsmittel im passenden Hohlprofil gewährleistet wird. Die Deckfläche 30 des Profils ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel leicht ballig ausgebildet.
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Die 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Schaltbildes der Strom- und Spannungsversorgung 31, 32 an der vorgefertigten flexiblen Platine 3. Dabei werden in bestimmten Einzelschaltungen 33 abschnittsweise mit Hilfe mindestens eines Bauelements 8 der Strom und die Spannung geregelt, so dass ein möglicher Spannungsabfall über die Länge der gesamten Lichtleiste 1 kompensiert wird und die Stromstärken (I), die durch die einzelnen Leuchtelemente 7 fließen, konstant geregelt wird. Diese Maßnahmen garantieren eine absolute gleichbleibende Leuchtstärke aller LED's 7 auf dem LED-Band bei geringerer Leistungsaufnahme. Des Weiteren erhöht es die Lebensdauer der LED's erheblich.
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Die 10 zeigt einen möglichen Versorgungs-Kabelanschluss 34 an die fertige LED-Lichtleiste 1. Zur Spannungs- und Signalversorgung wird der Kabelanschluss an die elektrischen Kontakte 26, 26' der LED-Lichtleiste 1 gelötet. Um diese Verbindung Wasserdicht (IP69) zu gestalten, wird ein sog. Hotmelt-Verfahren angewandt. Dies gewährleistet eine absolute wasserdichte und stoßfeste Verbindung, da die Materialien bei einer Temperatur von ca. 210°C eine molekulare Verbindung eingehen. Das Hotmeltverfahren ist eine wirksame Alternative zum herkömmlichen Vergiessen. In den meisten Fällen entfällt ein Kunststoffgehäuse. Das Hotmeltverfahren schützt Leiterplatten und Baugruppen vor negativen Umwelteinflüssen. Das Vergusssystem arbeitet im Niederdruckverfahren von 2 bis 5 bar, was den Einsatz einfacher Aluminiumformen ermöglicht. Allein das senkt die Kosten für den Werkzeugbau. Das verwendete Material haftet gut auf verschiedenen Werkstoffen. Die Komponenten sind innerhalb von Sekunden vergossen.
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Die 11 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, in dem die vorgefertigte flexible Platine 3 einem Führungskanal 35 zugeführt wird, der sich im Extruderkopf 4 bis zum Profilelement 19' erstreckt, das innerhalb des Extruderkopfes 4 angeordnet ist. Der langgestreckte Führungskanal 35 kann eine Führungsnut 36 aufweisen, durch die die Seiten 13, 13' des Trägers 27 der flexiblen vorgefertigten Platine 3 geleitet wird. Die Führung erstreckt sich ferner durch das Profilelement 19' hindurch, direkt bis an den Eintritt in einen Teilbereich 36 des Extruderkopfes 4, in dem das zähflüssige viskose Extrudiermaterial die vorgefertigte flexible Lichtleiste 3 umhüllt und zusammen die fertige LED-Lichtleiste 1 durch das abschließende Austrittsprofil 20' verlässt.
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Die 12 zeigt einen Querschnitt durch den flexiblen Träger 27 der vorgefertigten Lichtleiste 3, die aus einer Mehrzahl unterschiedlicher Schichten 37, 38, 39, 40 besteht. Hierbei handelt es sich um elektrisch leitendes und nichtleitendes Material. Das flexible Trägerband 27 weist mindestens ein erstes flexibles und isolierendes Trägermaterial auf, z. B. reißfester Kunststoff, das verhältnismäßig hohen mechanischen Belastungen widersteht. Auf diese erste Kunststofflage 38 sind zwei dünne leitende Schichten 37, 37', z. B. Kupfer, aufgebracht, deren Dicken sich im μ-Bereich befinden, so dass das flexible Trägermaterial 38 zweiseitig mit einem leitenden Material beschichtet ist. Dieses erste mehrlagige flexible Band 38 ist auf einer weiteren Isolierschicht 39 an der leitenden Schicht 37' befestigt, z. B. mit einem geeigneten Kleber 40, 40', der auf beiden Seiten der zweiten Isolierschicht 39, z. B. Polyamid, aufgetragen ist. Die beiden Klebeschichten 40, 40' befestigen somit zwei identische, mit einem stromleitenden Material beschichtete flexible Bänder 38, 38', die als elektrische Leitungen über die gesamte Länge der zu erstellenden LED-Lichtleiste 1 herangezogen werden. Die zwei Innenlagen 37, 37' erstrecken sich in voller Breite und maximal möglicher Kupferstärke über ihre Trägerschichten 38, 38'. Insgesamt werden zwei zweiseitig mit Kupfer beschichtete Flexplatinen 38, 38' an der Isolationsfolie 39, die beidseitig mit flexiblem Kleber 40, 40' versehen ist, miteinander verklebt und über sogenannte Durchkontaktierungen, auch vias genannt, elektrisch miteinander verbunden. Die beiden Schichten 41, 41' sind ebenfalls leitende Schichten, die aber eine den elektrischen Schaltbildern entsprechende Struktur aufweisen. Die beiden leitenden Schichten 41, 41' sind mithilfe von Durchkontaktierungen, hier nicht gezeigt, entsprechend den elektrischen Schaltungen der Bauelemente 7, 8 durchkontaktiert. Dadurch wird eine Optimierung der zulässigen Stromdichten in den leitenden Schichten erzielt, die es letztlich ermöglicht, verhältnismäßig lange, hochflexible LED-Lichtleisten 1 bereitzustellen und den Querschnitt der leitenden Schichten soweit zu variieren, dass eine Gesamtlänge des LED-Bandes von 100 m und mehr (je nach Stromverbrauch der eingesetzten Bauteile) erreicht werden kann. Dabei wird der elektrische Widerstand der leitenden Schichten ausreichend klein gehalten, sodass der Spannungsabfall über die gesamte Länge der LED-Lichtleiste 1 im zulässigen Bereich bleibt, der zur Stromversorgung der Bauteile 7, 8 erforderlich ist.
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Die 13 zeigt den Querschnitt einer Schelle 42, mit der das hergestellte LED-Band 1 an einer Halterung 43 befestigt ist. Die Schelle 42 umschließt das LED-Lichtband 1 formschlüssig, wobei zwei Laschen 44, 44' mit einer Schraube 45 an der Halterung 43 zusammen gehalten werden. Das Material der Schelle 42 ist ebenfalls aus einem durchsichtigen transparenten Material, zum Beispiel Polyurethan, im Extrudierverfahren gefertigt und anschließend auf die gewünschte Breite zugeschnitten.
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Somit wird mit der vorliegenden Erfindung erstmalig ein Verfahren mit einer Vorrichtung zur Herstellung einer LED-Lichtleiste 1 hoher Flexibilität vorgestellt, die von einer transparenten extrudierten weitgehend stossfesten Ummantelung 12 umgeben ist. Die Leuchtelemente sind als LEDs 7 in einer vorgefertigten hoch flexiblen Platine 3 integriert. Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht im Wesentlichen aus einem Extruderkopf 4, dem mindestens eine Einführeinrichtung vorgeschaltet ist, die die beidseitig bestückte, vorgefertigte hoch flexible Folien-Platine 3 sicher in den Extruderkopf 4 ein- und ausführt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2007/041805 A1 [0002]
- DE 102012213309 A1 [0003]
- DE 102012218786 B3 [0003]
