Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Folie, welche mit elektrischen Leitern versehen ist.

Um im Automobilbau das Karosseriegewicht zu reduzieren, werden z.B. Glasscheiben durch transparente Kunststoffscheiben ersetzt. Für Heckscheiben werden die Kunststoffscheiben in der Regel mit Heizdrähten versehen.

Scheinwerfer, wie beispielsweise Frontscheinwerfer, Heckscheinwerfer und andere Beleuchtungseinrichtungen für Kraftfahrzeuge, benötigen in der Regel keine spezielle Enteisungsvorrichtung bzw. Vorrichtung zur Vermeidung von Beschlagsbildung, sofern herkömmliche Halogenlampen oder Gasentladungslampen verwendet werden. Diese produzieren genügend viel Wärme, um Eis und Schnee abzutauen und Beschlagsbildung durch Kondenswasser zu entferne©,.,. Scheinwerfer mit kalten Leuchünitteln wie Licht emittierende Dioden (LED, light emitting diode) oder auch Scheinwerfer mit Xenonlampen erzeugen hingegen keine ausreichende Wärmemenge und zeigen daher eine zu geringe Abtauleistung. Eisbildung oder Beschlagsbildung auf der Abdeckscheibe von Scheinwerfern ist nicht nur aus ästhetischen Gründen störend. Aus Sicherheitsgründen sollte der Lichtstrahl beim Austritt aus' dem Scheinwerfer nicht gedämpft oder gestreut werden.

Aus dem Stand der Technik sind Verfahren zur Herstellung von Kunststoffscheiben bekannt, in die elektrische Leiterstrukturen eingebettet werden. So ist aus DE 101 47 537 ein Verfahren bekannt, bei dem elektrische Leiter einer Oberfläche einer Kunststofffolie zugeordnet werden, die anschließend mit einer weiteren Kunststoffschi ^' cht hinterspritzt oder hinterprägt wird, um einen Scheibenkörper zu bilden. Zum Verlegen der Drähte werden aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren verwendet. Beispielsweise wird ein Verlegekopf über die Folienfläche geführt, der die Drähte unter leichtem Druck und mittels Wärme kontinuierlich in die Folienoberfläche eindrückt oder einsteppt. Der Nachteil dieses Verfahrens liegt darin, dass es vergleichsweise zeitaufwändig ist, da die Drähte kontinuierlich mit Hilfe eines Verlegekopfes in die Folie eingedrückt werden.

IP 2003197013 A, JP 2002150812 A und JP 2002211309 A beschreiben den Einbau von Heizdrähten in die Abdeckscheibe von Fahrzeugschemwerfern. Herkömmliche Heizdrähte sind aber deutlich sichtbar und sind aus ästhetischen Gründen nicht akzeptabel.

JP 10312705 A beschreibt den Einbau von Folien oder Platten in Fahrzeugscheinwerfern durch Folienhinterspritzen. Die Folien oder Platten sind mit Leitpasten versehen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung einer Folie bereitzustellen, bei dem. eine Kunststofffolie mit einer Vielzahl von Drähten versehen wird. Das Verfahren soll möglichst einfach und in wenigen Schritten durchführbar sein.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Folie, welche mit elektrischen Leitern versehen ist, umfassend die folgenden Schritte: a) Aufspannen eines oder mehrerer elektrischer Leiter auf ein rahmenförmiges Element (Spannrahmen), b) Aufbringen und Fixieren der gemäß Schritt (a) aufgespannten Leiter auf mindestens eine Kunststofffolie, c) Entfernen des rahmenförmigen Elements.

Die elektrischen Leiter sind aus einem elektrisch leitfähigen Material, bevorzugt einem Metall, besonders bevorzugt aus Wolfram. Der Durchmesser der elektrischen Leiter beträgt bevorzugt 5 μm bis 3 mm, besonders bevorzugt 10 μm bis 40 μm. Als elektrische Leiter können Drähte eingesetzt werden.

Gemäß Schritt (a) des erfindungsgemäßen Verfahrens werden ein oder mehrere elektrische Leiter, z.B. Drähte, auf ein rahmenförmiges Element aufgespannt und bilden eine Schar von Leitern. Die elektrischen Leiter können beispielsweise im Wesentlichen parallel zueinander aufgespannt werden. Sie können jedoch auch nach einem beliebigen anderen Muster auf das rahmenförmige Element aufgespannt werden. Die Drähte können beispielsweise durch Umwickeln eines rahmenförmigen Elements aufgespannt werden.

Es können bevorzugt auch mehrere rahmenförmige Elemente gleichzeitig mit elektrischen Leitern bestückt werden, indem beispielsweise zwei rahmenförmige Elemente aneinander gelegt und mit elektrischen Leitern umwickelt werden. Die Leiterenden werden dann auf dem Spannrahmen geeignet fixiert, z. B. mittels Klemmleisten. Anschließend werden die beiden rahmenförmigen Elemente voneinander getrennt, indem die elektrischen Leiter im Bereich zwischen den beiden rahmenförmigen Elementen durchtrennt werden. Auf diese Weise werden zwei rahmenförmige Elemente mit aufgespannten Leitern gleichzeitig hergestellt, die im Nachgang auf eine Folie aufgebracht werden können.

Die elektrischen Leiter werden bevorzugt auf einem rahmenförmigen Element, z.B. einem Spannrahmen, parallel oder annähernd parallel zueinander in einem Abstand von 200 μm bis 20 cm, , bevorzugt 0,5 mm bis 5 cm, besonders bevorzugt 1 bis 10 mm, angeordnet.

Ein - bevorzugt geeigneter Spannrahmen ^' ist beispielsweise ein rechteckiger Rahmen, der auf mindestens zwei gegenüberstehenden Seiten K'mme oder eine Reihe von Vertiefungen aufweist, die die Position des elektrischen Leiters bestimmen.

In einem zweiten Schritt (b) werden die aufgespannten Leiter auf eine Kunststofffolie aufgebracht und fixiert. Das Aufbringen und Fixieren auf die Kunststofffolie kann durch Erwärmen der Leiter und/oder der Kunststofffolie erfolgen. Das Erwärmen der Kunststofffolie kann punktuell oder flächig erfolgen. Zusätzlich oder alternativ können alle elektrischen Leiter oder nur einige der elektrischen Leiter erwärmt werden. Die Fixierung der elektrischen Leiter auf der Kunststofffolie durch Erhitzen geschieht besonders bevorzugt dadurch, dass entweder die elektrischen Leiter auf ihrer Gesamtlänge durch Anlegen einer elektrischen Spannung erwärmt werden, so dass die mit den Leitern in Berührung stehende Oberfläche der Kunststofffolie anschmilzt und die Haftung der Leiter auf der Kunststofffolie ermöglicht. Alternativ können die elektrischen Leiter auch nur punktuell erhitzt werden, beispielsweise mittels eines heißen Drahtes oder eines Lötkolbens. ^•

Alternativ oder zusätzlich kann das Aufbringen der elektrischen Leiter auf die Kunststofffolie auch mittels Kleben oder Schweißen erfolgen. Das Verkleben kann entweder durch Aufbringen eines geeigneten Klebstoffes geschehen oder vorzugsweise durch Verwendung eines Lösungsmittels, das die Oberfläche der Folie anlöst und dadurch die Haftung der elektrischen Leiter auf der Kunststofffolie hervorruft. Bei einer Kuhststofffolie aus Polycarbonat ist die Verwendung von Dioxalan und Methylenchlorid als Lösungsmittel zum Fixieren der Leiter bevorzugt.

Das Aufbringen der elektrischen Leiter auf eine Kunststofffolie kann auch unter Druck erfolgen, so dass die aufgespannten Leiter auf die Kunststofffolie aufgepresst werden. Das Aufpressen geschieht bevorzugt bei erhöhter Temperatur, die mindestens so hoch ist, dass die Kunststofffolie anschmilzt.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird nach dem Aufbringen der aufgespannten Leiter auf eine Kunststofffolie gemäß Schritt (b) mindestens eine weitere Kunststofffolie aufgebracht. Dies kann entweder unmittelbar nach Schritt (b) oder aber erst nach dem Entfernen des rahmenförmigen Elements gemäß Schritt (c) erfolgen. Eine weitere Kunststofffolie wird derart aufgebracht, dass die elektrischen Leiter zwischen der ersten Folie und der zweiten, weiteren Folie angeordnet sind. Es können auch weitere Kunststofffolien aufgebracht werden.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird in einem zusätzlichen Schritt (d) auf die mit elektrischen Leitern versehene Kunststofffolie ein thermoplastischer Kunststoff mittels Spritzgießen aufgebracht. Das Aufbringen mittels Spritzgießen kann durch Hinterspritzen oder Hinterprägen erfolgen. Im nachfolgenden wird teilweise vereinfachend der Begriff Hinterspritzen verwendet. Der 5 Begriff Hinterspritzen schließt jedoch im Sinne der vorliegenden Erfindung immer das alternative Verfahren des Hinterprägens mit ein.

Alternativ kann die mit elektrischen Leitern versehene Kunststofffolie auch auf eine Platte, z.B. aus thermoplastischem Kunststoff, insbesondere wie er auch für die Kunststofffolie verwendet wird, oder 10 Glas, aufgebracht werden. Dies kann beispielsweise mittels Kleben oder Kaschieren erfolgen.

Der thermoplastische Kunststoff wird vorzugsweise in einer Dicke von 0,5 mm bis 50 mm, besonders bevorzugt 2 mm bis 6 mm, hinterspritzt oder hinterprägt.

15 Bei dem-, Spritzgießen gemäß Schritt (d) wird insbesondere die gemäß der Formteilgeometrie bzw. ^■ Werkzeuggeometrie konfektionierte Folie in das Formgebungswerkzeug eingelegt und die Folie mit den Hinterfüllmaterialien durch einen Spritzgieß- oder Spritzprägeprozess verstärkt.

Die Folie kann wahlweise auf der Kernseite (Auswerferseite) oder auch auf der Gesenkseite 20 (Düsenseite) in das Formwerkzeug eingelegt werden. Je nach Lage der Folie liegt diese dann entweder innen (Überspritzen oder -prägen) oder auf der Formteilaμßenseite (Hinterspritzen oder -prägen).

Bei dem Spritzgießprozess.(Verstärkungsprozess) gemäß Schritt (d) sollte die Folie bevorzugt in dem Formgebungswerkzeug fixiert werden. Die Fixierung der Folie kann z.B. über die Geometrie der Folie, 25. über elektrostatische Fixierung, über Vakuum, über Haltelaschen an der Folie oder auch über Befestigungselemente im Formgebungswerkzeug ausgeführt werden. Vorzugsweise wird die Folie über die Geometrie fixiert.

. Wesentliche Bedeutung bei dem Hinterspritz- oder Hinterprägeprozess kommt der positionsgenauen

30 Fixierung der Folie zu. Dies ist insbesondere wichtig, da in dem Formgebungswerkzeug spezielle

Konstruktionen in Form von Auswerfern, Schiebern oder Kernzügen zur positionsgenauen

Abtuschierung auf den elektrischen Leitern für die spätere Kontaktierung der elektrischen Leiter erforderlich sind. Vorzugweise erfolgt die Abtuschierung der Leiter über genau einstellbare Kerne.

35 Nach dem Einlegen und Fixieren der Folie erfolgt das Spritzgießen nach dem Hinterspritz- oder Hinterprägeprozess nach den bauteilspezifischen Herstellparametern der Fertigungsmaschine.

Die Kunststofffolie und der zu hinterspritzende Thermoplast können aus dem gleichen oder aus unterschiedlichen Materialien bestehen, vorzugsweise aus gleichen Materialien. Es können transparente oder transluzente Thermoplaste eingesetzt werden. Als Thermoplasten eignen sich z.B. Polycarbonate oder Copolycarbonate auf Basis von Diphenolen, der PoIy- oder Copolyacrylate und PoIy- oder Copolymethacrylate, vorzugsweise Polymethylmethacrylat, PoIy- oder. Copolymere mit Styrol, vorzugsweise transparentes Polystyrol oder Polystyrolacrylnitril (SAN), transparente thermoplastische Polyurethane, sowie Polyolefine, vorzugsweise transparente Polypropylentypen, oder Polyolefine auf der Basis von cyclischen Olefmen (z.B. TOPAS ^® , Ticona), PoIy- oder Copolykondensate der Terephthalsäure, vorzugsweise PoIy- oder Copolyethylenterephthalat (PET oder CoPET) oder glycol-modifϊziertes PET (PETG).

Besonders bevorzugte Materialien sind Bisphenol-A-polycarbonat, Copolycarbonate aus Bisphenol-A und l,l-Bis-(4-hydroxyphenyl)-3,3,5-trimethylcyclohexan, sowie PoIy- und Comethylmethacrylate. ^•

Die Herstellung der thermoplastischen Kunststofffolien ist aus dem Stand der Technik bekannt. Es können je nach Anwendung Folien mit einer Dicke von 0,01 bis 10 mm, bevorzugt 0,1 bis 0,4 mm, hergestellt und in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden. Um eine hohe Transparenz zu erreichen, ist es von Vorteil, dass die dem Schmelzefluss beim Hinterspritzprozess abgewandte Seite eine möglichst glatte Oberfläche aufweist.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Folie vor dem Aufbringen der elektrischen Leiter noch mit einem Aufdruck (Printing), z.B. einer Leitpaste wie Electrodag ^® 418 SS der Fa. Acheson, versehen werden, z.B. zu Dekorzwecken und/oder um die Kontaktierung mit einem elektrischen Sammelbus herzustellen.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die elektrischen Leiter nicht seriell mit einem Verlegekopf, sondern in einem Schritt auf die Kunststofffolie aufgebracht werden. Dies vereinfacht das Aufbringen einer Vielzahl von Drähten erheblich und spart Zeit.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verbundmaterial, hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Folie kann beispielsweise in Visieren von

Motorradhelmen oder beheizbaren Fenstern, wie Heckscheiben in Kraftfahrzeugen oder Kühlschranktüren, Anwendung finden. Dazu wird die Folie vorzugsweise mit einem transparenten

oder transluzenten theraioplastischen Kunststoff hinterspritzt. Die Drähte werden mit einer schaltbaren Stromversorgung elektrisch verbunden.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Scheinwerfer, insbesondere für Fahrzeuge, umfassend eine Abdeckscheibe zur Abdeckung einer Lichtaustrittsöffnung, wobei die Abdeckscheibe eine Folie, hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, umfasst.

Als Scheinwerfer eignen sich alle bekannten Scheinwerfer, insbesondere Fahrzeugschemwerfer. Vorzugsweise handelt es sich um Scheinwerfer mit wenigstens einer Licht emittierenden Diode als Strahlungsquelle. Es eignen sich jedoch auch Scheinwerfer mit herkömmlichen Strahlungsquellen wie Halogenlampen oder Gasentladungslampen.

Die mit elektrischen Leitern versehene Folie ist bevorzugt mit einem transparenten thermoplastischen Kunststoff hinterspritzt oder hinterprägt und bildet so ein Formteil, umfassend eine transparente Folie, elektrische Leiter und eine Schicht eines transparenten thermoplastischen Kunststoffs. Das Formteil dient in dem erfindungsgemäßen Scheinwerfer als Abdeckscheibe. Die mit Leitern versehene Kunststofffolie kann so hinterspritzt sein, dass die mit elektrischen Leitern versehene Folie entweder die Außenseite oder die Innenseite des Formteils, d.h. der Abdeckscheibe, bildet. Alternativ kann die mit elektrischen Leitern versehene Kunststofffolie auch auf eine Abdeckscheibe aus Glas aufgebracht werden, z.B. mittels Kleben oder Kaschieren.

Die Oberfläche des Formteils, d.h. der Abdeckscheibe, kann strukturiert oder unstrukturiert sein. Das Formteil kann auch teilweise mit einem Aufdruck (Printing), z.B. zu Deckorzwecken, versehen sein. Der Aufdruck kann auch 'aus mehreren Schichten aufgebaut sein. Das Formteil kann lackiert oder unlackiert sein. Als Lacke kommen handelsübliche Kratzfestlacke, z.B. auf Siloxan-, Polyurethanoder Acrylatbasis, in Frage.

Die elektrischen Leiter als Heizeinrichtung sind zweckmäßigerweise mit geeigneten Sensoren und einer geeigneten Regelungselektronik verknüpft, um die Leistungsaufnahme der Heizeinrichtung automatisch zu regeln und mit dem j eweiligen Belastungszustand des Bordnetzes abzustimmen.

Beispiel

Zur Herstellung einer Schar paralleler Drähte wird eine rechteckiger Spannrahmen verwendet, der eine parallel verschiebbare Seitenleiste hat.

Das Gestell des Spannrahmens besteht aus drei festen Seitenbauteilen und einer vierten Seitenleiste, die zur gegenüberliegenden Seitenleiste parallel verschiebbar ist. Das verschiebbare Seitenteil wird durch jeweils zwei Schienen an der rechten und linken Seite in Position gehalten. Zwei Feststellblöcke an jeder Seite sichern die Lage der verschiebbaren Seitenleiste. Oben auf der verschiebbaren Seitenleiste und der gegenüberstehenden Leiste sind runde Stifte im Abstand von einem Millimeter zueinander angebracht, die zwei gegenüberstehende Kämme bilden. Diese Stifte haben einen Durchmesser von einem Millimeter. Eine Polycarbonatfolie liegt direkt an den Stiften an und ist in den Spannrahmen eingespannt. Ein Wolframdraht mit einem Durchmesser von 19 μm, dessen Ende an dem festen Seitenbauteil durch Klebestreifen befestigt wurde, wird über den Spannrahmen . gespannt. Hierbei wird der Draht an einem Stift angelegt, über die Polycarbonatfolie gespannt und um den entsprechenden Gegenstift auf der beweglichen Seitenleiste gelegt, zurück zu feststehenden Leiste geführt und dort erneut um den nächsten Stift gespannt. Durch entsprechendes Weiterverlegen des Drahtes entsteht ein Muster auf der untergelegten Polycarbonatfolie, das insgesamt 80 parallele Drähte mit einem Abstand untereinander von 1 mm aufweist. Das Ende des Drahtes wird wiederum mit Klebestreifen an einem Seitenbauteil straff befestigt.

Zum Fixieren des Drahtes auf der Folie wird ein für das verwendete Polycarbonat geeignetes Lösungsmittel verwendet, _^ aIs auch alternativ das lokale Erhitzen der Folie mittels einer, bevorzugt elektrisch beheizten Spitze, wodurch das Substrat punktuell erweicht wird und der Draht durch Eindrücken und anschließendes Erkalten mit dem Substrat verbunden wird.

Bei der für die Polycarbonatfolie verwendeten Flüssigkeit handelt es sich um eine gesättigte Lösung aus Polycarbonat in Methylenchlorid. Sie wird mit einer Pipette auf die zu fixierenden Stellen getropft. Dabei ist darauf zu achten, dass der Draht auf der Polycarbonatfolie aufliegt oder zumindest von den Lösungsmitteltropfen umschlossen ist. Das Lösungsmittel verdampft und der Tropfen härtet zu festem Polycarbonat aus, wodurch der Draht auf der Folie fixiert ist.

Nach dem Fixieren des Drahtes auf der Polycarbonatfolie wird der Spannrahmen gelockert und die gebildeten Drahtschlaufen werden über die Spannstifte abgezogen. Die Schlaufenenden der Drähte werden auf beiden Seiten des Verbundes mit Hilfe einer Silberleitpaste mit je einer

Stromverteilerschiene elektrisch verbunden. Hierdurch werden die parallelen Drähte auf der Folie

elektrisch parallel geschaltet und können mit den beiden Polen einer Spannungsversorgung verbunden werden und als parallele Heizdrähte eingesetzt werden.

In einem anderen Versuch werden nur die offenen Enden des fixierten Drahtes elektrisch mit einer Spannungsversorgung verbunden, um eine Serienschaltung der parallelen Drähte zu erreichen.

Ein Fixieren des Drahtes wie oben beschrieben ist am Rand der Polycarbonatfolie erforderlich, aber auch in der Mitte als Zwischenfixierung sinnvoll, da so die Weiterverarbeitung des Folien-Draht- Verbundes erleichtert wird. Die einzelnen Fixierungspunkte sind z. B. nach dem Hinterspritzen der Folie mit thermoplastischem Kunststoff (ebenfalls Polycarbonat) oder Laminieren der Folie auf der Drahtseite mit einer zweiten Polycarbonatfolie nicht mehr zu erkennen.