EP3344912A1 - Verfahren zur herstellung eines led-lichtbandes - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines led-lichtbandes

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Publication number
EP3344912A1
EP3344912A1 EP15766735.3A EP15766735A EP3344912A1 EP 3344912 A1 EP3344912 A1 EP 3344912A1 EP 15766735 A EP15766735 A EP 15766735A EP 3344912 A1 EP3344912 A1 EP 3344912A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
flexible
board
led
shaped
prefabricated
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP15766735.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Oswald Hauser
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hauser Elektronik GmbH
Original Assignee
Hauser Elektronik GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Hauser Elektronik GmbH filed Critical Hauser Elektronik GmbH
Publication of EP3344912A1 publication Critical patent/EP3344912A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S4/00—Lighting devices or systems using a string or strip of light sources
    • F21S4/20—Lighting devices or systems using a string or strip of light sources with light sources held by or within elongate supports
    • F21S4/22—Lighting devices or systems using a string or strip of light sources with light sources held by or within elongate supports flexible or deformable, e.g. into a curved shape
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2101/00—Point-like light sources
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2103/00—Elongate light sources, e.g. fluorescent tubes
    • F21Y2103/10—Elongate light sources, e.g. fluorescent tubes comprising a linear array of point-like light-generating elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2107/00—Light sources with three-dimensionally disposed light-generating elements
    • F21Y2107/90—Light sources with three-dimensionally disposed light-generating elements on two opposite sides of supports or substrates
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • the present invention is concerned with a method of making a flexible tape conforming to IP69K, in particular with a special extrusion device, for producing a casing of extrudable material for flexible prefabricated film boards incorporating a printed circuit and, for example, as Light band can be performed.
  • LED light cables have become known in the prior art from WO 2007/041805 A1.
  • the well-known LED light cable consists of two electrical conductors, which in two parallel elongated recesses in one
  • LEDs are applied to exposed conductor locations in the manufacturing process in one process step, which are then fixed by soldering.
  • the inner cable ensemble is then fed together with the LEDs mounted on the electrical lines of a molded nozzle and produced by extrusion a sheath of a suitable polymer, so that the entire LED light cable is produced in at least three essential steps.
  • DE 10 2012 213 309 A1 and DE 10 2012 218 786 B3 disclose a light strip comprising at least one electrical conductor and at least one light-emitting diode. This light strip can be surrounded by an extruded potting compound.
  • the flexible board is inserted or retracted into a silicone or PVC protective tube and sealed at the two open ends with a sealant (e.g., silicone).
  • a sealant e.g., silicone
  • air and moisture remain inside the protective hose. This trapped moisture can cause condensation and cause negative consequences for the LED strip (e.g., corrosion).
  • LED light strip sufficient protection against environmental influences and mechanical stress can be ensured, because with a reasonable technical effort only limited lengths up to 10 m can be produced.
  • outer shape of the LED strips due to the shape of the hose, given and can not be made arbitrarily long.
  • the invention LED strip light with a flexible band-shaped printed circuit board (FPCB), which is equipped in a sheath with electronic components, characterized in that the extruded sheath together with the flexible band-shaped board, has no air pockets, is completely waterproof, oil resistant, largely resistant to acids and alkalis and many other chemicals, a very high
  • the inventive method for producing a band-shaped, flexible LED strip light in a transparent sheath is characterized by the precise Caribbeanwi strength at least one Zulicate device for supplying a band-shaped flexible prefabricated board (FPCB, flexible printed circuit boards) and the extruder head, said
  • the device for producing a flexible elongate LED strip light with a printed circuit in which a plurality of electronic components are integrated in a casing, is fed before the extrusion tool to a special and special feeding device.
  • Stability in a suitable profile which is specially adapted to the shape of the LED strip, are inserted and held securely without glue or other aids. Furthermore, such a profile can serve as a heat sink for the LED strip light.
  • any suitable materials for sheathing the flexible tape-shaped printed circuit board which are extrudable e.g., polymers such as polyurethane.
  • the extruded LED strip has a high flexibility and can therefore be used and used in a very wide range of applications, e.g. any type of step or strip of light in floors, buildings, bridges, ships, industrial lighting exposed to harsh environmental conditions.
  • a significant advantage of the LED light strip according to the invention is that it requires no additional electrical conductors (wires, strands, or the like), since the lines required for current loading are incorporated in the flexible printed circuit (FPCB) as additional copper layers (multilayer board) are. It is advantageous that the length of the flexible band-shaped printed LED light bar can be produced indefinitely, wherein the flexible band-shaped printed LED light bar is completely surrounded by an extrudable material, such as silicone, PVC, PUR, etc.
  • the cross section of the LED light strip has a profile that is adapted to the particular requirements and thus the LED light band can be arranged in a shock-resistant hollow profile, wherein the hollow profile, in which the LED light bar inserted is made of a freely selectable material, eg. As metal, plastic or wood may exist.
  • Light band with a transparent clamp made of a suitable material, e.g. Polyurethane or similar, to be fixed.
  • the LEDs are arranged on the flexible band-shaped carrier on a printed circuit.
  • the total cross section of the LED light strip is arbitrary, z. B. oval, round, flat, triangular, star-shaped or polygonal.
  • the individual components are arranged on at least one side of the flexible band-shaped board.
  • the flexible band-shaped patina is fed before the extruder head at least one special feeding device. It is also advantageous that the prefabricated board with on both sides
  • Components is fitted, with one side only with LEDs and the second side is equipped with the necessary components for constant current control.
  • a pulling mechanism is arranged, which generates the mechanical tension on the flexible prefabricated board.
  • the winding device of the finished LED light strip can be designed as a pulling mechanism.
  • Braking element is generated, with which the mechanical tension of the prefabricated board is set within the extruder head.
  • the braking element of the braking device is designed roller-shaped, wherein the roller-shaped brake element at least one
  • a further advantageous possibility of protecting the components from damage is that the outer surface of the rollers is covered with a soft material, e.g. Plastic, are acted upon.
  • a soft material e.g. Plastic
  • the mechanical tension is adjusted so that at least the tracks are not damaged on the flexible prefabricated board.
  • a further advantage is that the mechanical tension is adjusted at least by the interaction between the pulling mechanism and the braking device or feeding device.
  • the braking element of the braking device is designed roller-shaped, wherein the roller-shaped brake element at least one Has recess through which the maximum cross section of the flexible prefabricated board is passed.
  • At least one guide element is arranged in front of the extruder head, whose clear widths are determined by the electronic components and the dimensions of the highly flexible support of the board, wherein the inside width can be formed variable by suitable seals.
  • Another advantage is the fact that in the direction before and behind the brake elements in each case two guide elements are arranged, which ensure that the assembled flexible prefabricated board only in one
  • Direction and a plane can be moved.
  • LEDs have an equal light intensity (lux) as a function of the adjustable current intensity (I).
  • the individual LEDs are supplied in sections in the LED light strip with constant current (I) and / or constant voltage (U), wherein the flexible prefabricated circuit board has at least one electronic control circuit which has a constant current and / or or ensures power supply to the individual LEDs in the light bar. It is also advantageous that at least one LED is associated with a control circuit having at least one constant current source.
  • control circuits are assigned to a common voltage source.
  • the flexible board is composed of multilayer and is produced, wherein at least two layers are formed electrically conductive.
  • Figure 1 is a schematic side view of the device (2) for
  • FIG. 2 shows a schematic plan view of a braking device (9, FIG.
  • Figure 3 is a schematic view of the environment of a
  • Figure 4 is a schematic front view of a guide element (19) with the extruder inlet opening (21) for an embodiment of the present invention
  • Figure 5 is a schematic front view of a guide element (20) with the extruder exit opening (22) for a predetermined Ummanteiungsprofil a prefabricated flexible printed circuit board (3).
  • Extruder head (4) through which a prefabricated flexible printed circuit board (3) is guided;
  • Figure 7 is a schematic plan view of a after
  • Figure 8 is a schematic cross section of the light strip (1) along the
  • FIG. 10 shows a supply cable connection (34) to the finished one
  • Figure 11 shows a further embodiment of the present invention, in which the prefabricated flexible board (3) is fed to a guide channel (35) extending in the extruder head (4) to the profile element (19 ');
  • FIG. 12 shows a cross section through the flexible carrier (27) of FIG
  • prefabricated light strip (3) which consists of a plurality of different layers (37, 38, 39); 13 shows a cross section through the LED light band (1), which is enclosed by a transparent clamp (42) form fit.
  • Fig. 1 shows a schematic side view of the device 2 for
  • the prefabricated flexible board 3 is fed to an extruder head 4.
  • the extrusion process, or the smooth functioning process of bringing together the prefabricated flexible platinum 3 in the extruder head 4 requires special measures to achieve that the flexible band is guided in the extrusion head 4 with a certain tension so that it runs in the middle of the profile and sufficient around Wall thickness has.
  • the flexible band is fitted with the components through a pair of rollers 9, 9 ', which exerts a braking effect on the prefabricated flexible LED strip 1 in order to achieve the necessary tension. Since the components, in particular the LEDs are sensitive to pressure, the rollers are freed at the appropriate place.
  • no recesses in the rollers 9, 9 ' are provided in the pair of rollers 9, 9', but the entire surface of the rollers with a soft suitable material, for. As plastic or foam rubber, occupied, which adapts to the respective contours of the LED strip 1.
  • the extruder head 4 is generally arranged in the end region of a per se known extrusion device.
  • the prefabricated flexible board 3 is in the present
  • the rotational speed of the roller carrier depends almost after the
  • Running direction in front of the extruder head 4 is a braking device with two
  • roller-shaped brake shoes 9, 9 ' arranged, which ensure that the prefabricated flexible board 3 is introduced with adjustable uniform speed in the extruder head 4.
  • the roller-shaped brake shoes 9, 9 ' engage the edges of the prefabricated flexible board 3, wherein the attack surfaces are equipped with a secure material to u.a. not to damage the surface of the prefabricated flexible board 3.
  • Brake shoes 9, 9 ' have recesses 10, 10', which correspond to the geometric dimensions of the electronic components 7, 8.
  • Extruder head 4 exits the finished sheathed light bar 2 for further cooling of the sheath 12.
  • FIG. 2 shows a schematic plan view of a braking device 9, 9 ', through which the prefabricated flexible board 3 is guided and determines the production speed of the LED light strip in a certain manner.
  • the prefabricated flexible board 3 is guided on the longitudinal sides 13, 13 'by means of a plurality of guide elements 14, which are arranged laterally with little play on the longitudinal sides of the prefabricated flexible board 3, to a lateral
  • the extruder head 4 consists essentially of a strong housing 16 in the Cavities 17 a high pneumatic pressure is generated after a selected thermoplastic extruder material has been supplied to the cavities 17 in the extruder head 4 by means of a material supply device 18.
  • the extruder material for. As silicone, PVC, PUR, etc., is arbitrary and depends on the type of use of the product to be extruded 1. In the present
  • Extruder head 4 each have a profile element 19, 20 are arranged, each having different apertures 21, 22, the further below
  • the flexible prefabricated board (FPCB) must be exactly centered in the extruder head 4 at the output to produce the jacket on all sides with the same wall thickness.
  • so-called guides are mounted immediately before the output on the mold plate, which guide the carrier exactly centered through the outlet opening.
  • the prefabricated flexible board 3 is fed to the profile element 19, introduced by the profiled recess 21 corresponding to the geometric dimensions of the prefabricated flexible board 3 in the cavity 17 of the extruder head 4.
  • a flexible seal not shown here.
  • lip seal can be arranged, which prevents the escape of larger amounts of the viscous extruder material.
  • the profile element 20 is arranged, the recess 22 corresponds to the end profile of the casing 12 of the LED light bar 1.
  • the prefabricated flexible board 3 is thus equipped with the electronic components 7, 8 and extruded.
  • the prefabricated flexible board 3 then occurs together with the extruded
  • FIG. 4 shows a schematic view of the profile element 19 in FIG.
  • Cross section of the prefabricated flexible board 3 represents.
  • the cross section of the recess 21 is determined on the one hand by the support of the board 3, and by the electronic components 7, 8 on both sides of the board.
  • Track guides are made redundant.
  • the recess 21 must be sufficiently accurate to correspond to the cross section of the prefabricated flexible board 3 in order to avoid that too high a reject mass of
  • the outlet 22 has exactly the profile of the cross section of the sheath 12, which surrounds the prefabricated flexible board 3.
  • This profile 22 is based on the specifications of the customer, so that a separate tool must be created for each profile.
  • the prefabricated flexible board 3 can be exactly inserted into the recess 22 are in the direction just before the outlet recess 22 on both sides of the prefabricated flexible board.
  • FIG. 6 shows a schematic plan view of the interior of an extruder head 4, through which a prefabricated flexible board 3 is guided under an adjustable mechanical tension and speed.
  • Exit speed of the finished coated light bar 2 is usually between 0.3 m / s and 1, 2 m / s.
  • Fig. 7 shows a schematic plan view of the inventive
  • Light bar 1 where the flexible printed circuit board (FPCB) is not visible.
  • the schematic plan view shows u.a. on
  • the light strip 2 is produced as an endless belt and wound up, in order subsequently to separate the desired length at the appropriate place.
  • the dashed lines 25, 25 ' indicate an invisible line of the selected profile. Sectionally are on the support of the prefabricated flexible board 3 electrical contacts 26, 26 'arranged to mechanically separate the finished LED light bar 1 in any length (L) at the corresponding parting line 26 ", so that the
  • FIG. 8 shows a schematic cross-section of the LED light strip 1 with an extruded casing 12, along the section line A-A in FIG. 7, wherein the LED light strip 1 is clamped in a hollow profile 12 '.
  • the light-emitting elements 7 are formed in the present embodiment as LEDs, the light
  • the lighting elements 7 are arranged on one side of a flexible support 27. On the side facing the light-emitting elements 7 of the carrier 27 can be diverse if required
  • the support 27 of the printed circuit is highly flexible so that circular arcs of less than 3 cm can be formed casually and without the risk of destruction.
  • Cross-sectional profile of the sheath 12 is in principle freely selectable and depends on the particular application. Typical examples are oval, round, triangular, polygonal or star-shaped.
  • the lower support surface 28 is flat and the side walls 29 slightly curved and bulged bulging shaped to be inserted with a slight mechanical pressure in a hollow profile, whereby a secure attachment without further Hilfsund fastening means in the matching hollow profile is guaranteed.
  • Top surface 30 of the profile is formed slightly spherical in the present embodiment.
  • Fig. 9 shows an embodiment of a circuit diagram of the current
  • FIG. 10 shows a possible supply cable connection 34 to the finished LED light strip 1.
  • the cable connection is soldered to the electrical contacts 26, 26 'of the LED light strip 1.
  • IP69 To make this connection waterproof (IP69), a so-called hotmelt method is used. This ensures an absolute waterproof and shockproof
  • the hotmelt process is an effective alternative to conventional casting. In most cases, eliminates a plastic housing. The hotmelt process protects circuit boards and assemblies against negative environmental influences.
  • the Vergusssystem works in the
  • Components are shed in seconds.
  • FIG. 11 shows a further embodiment of the present invention, in which the prefabricated flexible board 3 is fed to a guide channel 35 which extends in the extruder head 4 to the profile element 19 ', which is arranged inside the extruder head 4.
  • the elongated guide channel 35 may have a guide groove 36 through which the sides 13, 13 'of the carrier 27 of the flexible prefabricated board 3 is passed.
  • the guide also extends through the profile element 19 'through, directly up to the entrance into a portion 36 of the extruder head 4, in which the viscous viscous extruding material envelops the prefabricated flexible light bar 3 and together the finished LED light bar 1 through the final exit profile 20th ' leaves.
  • FIG. 12 shows a cross section through the flexible carrier 27 of FIG.
  • prefabricated light strip 3 which consists of a plurality of different layers 37, 38, 39, 40. These are electrically conductive and
  • the flexible carrier tape 27 has at least a first flexible and insulating carrier material, for. B. tear-resistant plastic, which withstands relatively high mechanical loads.
  • On this first plastic layer 38 are two thin conductive layers 37, 37 ', z. B. copper, applied, whose thicknesses are in the ⁇ range, so that the flexible
  • Support material 38 is coated on two sides with a conductive material.
  • This first multilayer flexible tape 38 is attached to another insulating layer 39 on the conductive layer 37 ', for example, with a suitable adhesive 40, 40' disposed on both sides of the second insulating layer 39, e.g. As polyamide is applied.
  • the two adhesive layers 40, 40 'thus secure two identical, coated with an electrically conductive material flexible bands 38, 38', as electrical lines over the entire length of the LED light bar to be created. 1 be used.
  • two double-sided copper-coated flex boards 38, 38 'on the insulating film 39, which is on both sides with flexible adhesive 40, 40' is glued together and electrically connected to each other via so-called vias, also called vias.
  • the two layers 41, 41 ' are also conductive layers, but have a structure corresponding to the electrical circuit diagrams.
  • the two conductive layers 41, 41 ' are through-contacted by means of plated-through holes, not shown here, corresponding to the electrical circuits of the components 7, 8.
  • the electrical resistance of the conductive layers is kept sufficiently small, so that the voltage drop across the entire length of the LED light strip 1 remains within the permissible range, which is necessary for the power supply of the components 7, 8.
  • FIG. 13 shows the cross-section of a clamp 42, with which the produced LED strip 1 is fastened to a holder 43.
  • the clamp 42 encloses the LED light band 1 in a form-fitting manner, two lugs 44, 44 'being held together with a screw 45 on the holder 43.
  • the material of the clip 42 is also made of a transparent transparent material, for example
  • Polyurethane manufactured by extrusion and then cut to the desired width.
  • a method for the first time with a device for producing a LED light strip 1 of high flexibility, which is surrounded by a transparent extruded largely shock-resistant casing 12.
  • the lighting elements are high as LEDs 7 in a prefabricated flexible board 3 integrated.
  • the device according to the invention essentially consists of an extruder head 4, which is preceded by at least one insertion device, which safely inserts and executes the prefabricated, highly flexible film board 3 equipped on both sides into the extruder head 4.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)
  • Extrusion Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

Mit der vorliegenden Erfindung wird erstmalig ein Verfahren mit einer Vorrichtung (2) zur Herstellung einer hoch flexiblen LED-Lichtbandes (1) vorgestellt, das von einer transparenten extrudierten wasserdichten und stoßfesten Ummantelung (12) umgeben ist. Die Leuchtelemente sind als LEDs (7) auf einer vorgefertigten hoch flexiblen Folien-Platine (3) integriert. Die erfindungsgemäße Vorrichtung (2) 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.

Description

VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES LED-LICHTBANDES
Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einem Verfahren zur 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.
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. 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur Herstellung der LED-Lichtleiste bereitzustellen, das in der Lage ist, den umweit- und mechanischen Anforderungen des Endverbrauchers gerecht zu werden und das Lichtband in einer verhältnismäßig großen Länge herzustellen. Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen der Hauptansprüche erfindungsgemäß gelöst. Weitere erfindungsgemäße Merkmale sind den
Unteransprüchen und der Beschreibung zu entnehmen.
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.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines bandförmigen, flexiblen LED-Lichtbandes in einer transparenten Ummantelung zeichnet sich durch das präzise Zusammenwi rken mindestens einer Zufüh reinrichtung zum Zufü hren einer bandförmigen flexiblen vorgefertigten Platine (FPCB, flexibel printed circuit boards) und dem Extruderkopf aus , wobei
die U mmantelu ng zusammen m it der LED-Lichtleiste in einem
Spezialwerkzeug extrudiert wird, indem d ie vorgefertigte flexible
bandförmige gedruckte Schaltu ng kontin u ierlich und präzise der Extrud iervorrichtung zugeführt wi rd .
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.
Mit dem Extrudierverfahren 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.
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.
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. 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.
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.
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.
Vorteilhaft ist es weiterhin, dass die LEDs auf dem flexiblen bandförmigen Träger auf einer gedruckten Schaltung angeordnet sind.
Vorteilhaft ist es auch, dass der Gesamtquerschnitt des LED-Lichtbandes frei wählbar ist, z. B. oval, rund, flach, dreieckig, sternförmig oder vieleckig.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das LED-Lichtband zwischen der gedruckten Schaltung und der Ummantelung keine makroskopischen
Lufteinschlüsse aufweist.
Vorteilhaft ist es auch, dass die einzelnen Bauelemente auf mindestens einer Seite der flexiblen bandförmigen Platine angeordnet sind.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, dass die flexible bandförmige Patine vor dem Extruderkopf mindestens einer speziellen Zuführeinrichtung zugeführt wird. 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.
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.
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.
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.
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.
Vorteilhaft ist es auch, dass die mechanische Zugspannung so eingestellt wird, dass mindestens die Leiterbahnen auf der flexiblen vorgefertigten Platine nicht beschädigt werden.
Vorteilhaft ist weiterhin, dass die mechanische Zugspannung mindestens durch das Zusammenwirken zwischen dem Zugmechanismus und der Bremseinrichtung bzw. Zuführeinrichtung eingestellt wird.
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.
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.
Vorteilhaft ist es ferner, dass mindestens eine Seite der flexiblen vorgefertigten Platine durch geeignete Führungselemente geführt wird.
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.
Als vorteilhaft wird es auch angesehen, dass d ie bestückte flexible vorgefertigte Platine kontinuierlich dem Extruderkopf zugeführt wird .
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.
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.
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. Vorteilhaft ist es ferner, dass einem Regelkreis mindestens eine LED zugeordnet wird, der mindestens eine Konstantstromquelle aufweist.
Von Vorteil ist es ferner, dass die einzelnen Regelkreise einer gemeinsamen Spannungsquelle zugeordnet werden.
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.
Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen und der Beschreibung.
Im nun Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen im Detail näher erläutert. Es zeigt
Figur 1 eine schematische Seitenansicht auf die Vorrichtung (2) zur
Herstellung einer LED-Lichtleiste (1 );
Figur 2 eine schematische Draufsicht auf eine Bremseinrichtung (9,
9'), durch die eine vorgefertigte flexible gedruckte Platine (3) geführt wird;
Figur 3 eine schematische Ansicht der Umgebung eines
Extruderkopfes (4), in den eine vorgefertigte flexible gedruckte Platine (3) ein- und ausgeführt wird;
Figur 4 eine schematische Frontansicht eines Führungselements (19) mit der Extruder-Eintrittsöffnung (21 ) für ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; Figur 5 eine schematische Frontansicht eines Führungselements (20) mit der Extruder-Austrittsöffnung (22) für ein vorbestimmtes Ummanteiungsprofil einer vorgefertigten flexiblen gedruckten Platine (3);
Figur 6 eine schematische Draufsicht auf das Innere eines
Exruderkopfes (4) durch den eine vorgefertigte flexible gedruckte Platine (3) geführt wird;
Figur 7 eine schematische Draufsicht auf eine nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte LED-Lichtleiste
(1 );
Figur 8 ein schematischer Querschnitt der Lichtleiste (1 ) entlang der
Schnittlinie A-A in Fig. 7;
Figur 9 ein mögliches Schaltbild der Strom- und
Spannungsversorgung (31 , 32) der vorgefertigten flexiblen gedruckten Platine (3);
Figur 10 einen Versorgungs-Kabelanschluss (34) an die fertige
Lichtleiste (1).
Figur 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;
Figur 12 einen Querschnitt durch den flexiblen Träger (27) der
vorgefertigten Lichtleiste (3), die aus einer Mehrzahl unterschiedlicher Schichten (37, 38, 39) besteht; Figur 13 einen Querschnitt durch das LED-Lichtband (1 ), das von einer transparenten Schelle (42) formschlüssig umschlossen wird.
Die Fig. 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 1 1 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.
Die Fig. 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.
Die Fig. 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.
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.
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.
Die Fig. 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.
Die Fig. 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. Die Fig. 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.
Die Fig. 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.
Die Fig. 8 zeigt einen schematischen Querschnitt der LED-Lichtleiste 1 mit einer extrudierten Ummantelung 12, entlang der Schnittlinie A-A in Fig. 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 Hilfsund Befestigungsmittel im passenden Hohlprofil gewährleistet wird. Die
Deckfläche 30 des Profils ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel leicht ballig ausgebildet.
Die Fig. 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.
Die Fig. 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.
Die Fig. 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.
Die Fig. 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.
Die Fig. 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.
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.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1 . LED-Lichtband (1 ) mit einer flexiblen bandförmigen Patine (3) mit einer gedruckten Schaltung in einer Ummantelung (12), dadurch
gekennzeichnet, dass die flexible bandförmige Patine (3) vorgefertigt ist und die extrudierte Ummantelung (12) zusammen mit der vorgefertigten flexiblen bandförmigen Platine (3) keinerlei Lufteinschlüsse aufweist und weitgehend stoß- und trittfest, sowie wasserdicht ausgebildet ist.
2. LED-Lichtband (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch geken nzeich net, dass das LED-Lichtband ölbeständig und chemikalienbeständig ist und der Schutzklasse IP68 und IP69K entspricht.
3. LED-Lichtband (1 ) nach Anspruch 1 , dad urch geken nzeich net, dass die flexible bandförmige gedruckte flexible Platine (1 ) vollständig von einem extrudierfähigen Material, z.B. Silicon, PVC, PUR, usw., umgeben ist und keine makroskopische Lufteinschlüsse aufweist.
4. LED-Lichtband (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeich net, dass der Querschnitt des LED-Lichtbandes (1) ein Profil aufweist, das den jeweiligen Anforderungen des Endverbrauchers angepasst ist.
5. LED-Lichtband (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch geken nzeich net, dass auf einer Seite der flexiblen Platine (3) die LEDs (7) angeordnet sind und auf der Rückseite der flexiblen Platine (3) die Bauteile zur Konstant-Strom- Regelung angeordnet sind
6. LED-Lichtband (1 ) nach Anspruch 1 , dadu rch geken nzeich net, dass die LEDs (7) und andere elektronische Bauteile (8) auf mindestens einer Seite des flexiblen bandförmigen Träger (27) in einer gedruckten Schaltung angeordnet sind.
7. LED-Lichtband (1 ) nach Anspruch 1 , d ad u rc h ge ken nzeic h net, dass der Gesamtquerschnitt der LED-Lichtleiste (1 ) frei wählbar ist, z. B. oval, rund, flach, dreieckig, sternförmig oder vieleckig.
8. LED-Lichtband (1 ) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeich net, dass alle auf der flexiblen vorgefertigten Platine (3) angeordneten LED's (7) eine gleiche Lichtstärke (Lux) in
Abhängigkeit von der einstellbaren Stromstärke (I) aufweisen.
9. LED-Lichtband (1 ) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadu rch geken nzeich net, dass alle LED's mit der gleichen
Stromstärke (I) beaufschlagt sind.
10. LED-Lichtband (1 ) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dad urch geken nzeich net, dass die flexible Platine mehrschichtig zusammengesetzt ist, wobei mindestens zwei Schichten (37, 37') elektrisch leitend ausgebildet sind.
1 1 . Vorrichtung zu Herstellung einer flexiblen bandförmigen Patine (3) mit einer gedruckten Schaltung in einer Ummantelung (12), dadurch
gekennzeichnet, dass die flexible bandförmigen Patine (3) vor dem Extruderkopf (4) mindestens einer speziellen Zuführeinrichtung (9, 9', 14, 14', 21 ) zugeführt wird, die das Extrudieren eines LED-Lichtbandes (1 ) ermöglicht.
1 2. Verfahren zur Herstellung eines bandförmigen, flexiblen LED- Lichtbandes (1 ) in einer transparenten Ummantelung (3), gekennzeichnet durch das präzise Zusammenwi rken
mindestens eine r Zufüh reinrichtung (9, 9', 14, 14', 21 ) zum
Zuführen einer bandförm igen flexiblen vorgefertigten Platine (3) (FPCB, flexibel printed circuit boards) u nd dem Extruderkopf (4) . 3. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgefertigte flexible Platine (3) auf beiden Seiten mit Bauteilen (3) bestückt sein kann. 4. Verfahren nach Anspruch 12, dadu rch gekennzeich net, dass vor dem Extruderkopf (4) eine Zuführeinrichtung (9, 9', 14, 14', 21 ) angeordnet wird, mit der eine mechanische Zugspannung an der flexiblen vorgefertigten Platine (3) zumindest im Extruderkopf (4) geregelt wird. 5. Verfahren nach Anspruch 12, dadu rch gekennzeichnet, dass zumindest hinter dem Extruderkopf (4) ein Zugmechanismus angeordnet wird, der die vorgesehene mechanische Zugspannung auf die flexible vorgefertigte Platine (3) erzeugt. 6. Verfahren nach Anspruch 12, dad u rch geken nzeichnet, dass durch die Zuführeinrichtung (9, 9', 14, 14', 21 ) eine Bremswirkung auf die bandförmige flexible Platine (3) erzeugt wird. 7. Verfahren nach Anspruch 12, dad urch geken nzeichnet, dass die Bremseinrichtung mindestens ein Bremselement (9, 9') aufweist, mit dem die mechanische Zugspannung der vorgefertigten Platine (3) eingestellt wird. 8. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich net, dass das Bremselement der Bremseinrichtung rollenförmig ausgebildet ist, wobei das rollenförmige Bremselement (9, 9') mindestens eine Ausnehmung (10) aufweist, durch die der maximale Querschnitt der flexiblen vorgefertigten Platine (3) hindurchgeführt wird.
19. Verfahren nach Anspruch 12, dadu rch geken nzeich net, dass auf einer Seite der flexiblen Schaltung die LEDs (7) angeordnet werden und auf der Rückseite der flexiblen Platine die Bauteile (8) zur Konstant-Strom- Regelung angeordnet werden.
20. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch geken nzeichnet, dass vor dem Extruderkopf (4) mindestens ein Führungselement (14, 21 ) angeordnet wird, dessen lichte Weiten einerseits durch die elektronischen Bauteile (7, 8) und die Abmessungen des Trägers (27) der Platine (3), sowie dem Querschnittsprofil der fertigenLED-Lichtleiste (1 ) bestimmt werden.
21 . Verfahren nach Anspruch 12, dad urch gekennzeichnet, dass mindestens eine Seite der flexiblen vorgefertigten Platine (3) durch geeignete Führungselemente (14, 14') geführt wird.
22. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch geken nzeichnet, dass die mechanische Zugspannung so eingestellt wird, dass mindestens die Leiterbahnen auf der flexiblen vorgefertigten Platine (3) nicht beschädigt werden.
23. Verfahren nach Anspruch 12, dad urch gekennzeichnet, dass die mechanische Zugspannung mindestens durch das Zusammenwirken zwischen dem Zugmechanismus und der Bremseinrichtung (9, 9') eingestellt wird.
24. Verfahren nach Anspruch 12, dad urch gekennzeichnet, dass in Laufrichtung vor und hinter den Bremselementen (9, 9') jeweils zwei Führungselemente (14, 14') angeordnet werden, die dafür Sorge tragen, dass die bestückte flexible vorgefertigte Platine (3) nur in einer Richtung und einer Ebene bewegt werden kann.
25. Verfahren nach Anspruch 12, dadu rch geken nzeichnet, dass die einzelnen LED's abschnittweise in der LED-Lichtleiste (1 ) mit konstantem Strom (I) und/oder konstanter Spannung (U) versorgt werden.
26. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch geken nzeichnet, dass die flexible vorgefertigte Platine (3) mindestens einen elektronischen Regelkreis (33) aufweist, der eine konstante Strom- und/oder
Spannungsversorgung an den einzelnen LED's in der Lichtleiste (1 ) sicherstellt.
27. Verfahren nach Anspruch 12, dadu rch gekennzeich net, dass einem Regelkreis (33) mindestens eine LED (7) zugeordnet wird, der mindestens eine Konstantstromquelle (31) aufweist.
28. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich net, dass die einzelnen Regelkreise (33) einer Spannungsquelle (32) zugeordnet werden.
29. Verfahren nach Anspruch 12, dad urch geken nzeichnet, dass das der flexible Träger (27) aus mindestens zwei leitenden und nicht leitenden Schichten (37,38, 39,40) zusammengesetzt wird.
30. Verwendung eines im Extrudierverfahren nach Anspruch 12 hergestellten LED-Lichtbandes (1 ) in einem profilierten Hohlraum, z.B. einem
leistenförmigen Hohlprofil oder einer nicht notwendig geradlinigen langgestreckten Ausnehmung.
31. Verwendung der LED-Lichtleiste (1 ) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass die LED-Lichtleiste (1 ) in einem stoßfesten Hohlprofil angeordnet wird, dessen frei wählbares Material, z. B. Metall, Kunststoff, Keramik oder Holz sein kann.
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