Verfahren zum Herstellen eines beleuchteten Bauteils für ein Fahrzeug

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen beleuchteten Bauteils sowie ein Fahrzeug mit einem derartig hergestellten Bauteil.

Beleuchtete Bauteile im Bereich von Fahrzeugen, insbesondere in der Außenbeplankung von Fahrzeugen sind soweit aus dem Stand der Technik bekannt. So können beispielsweise einzelne Elemente hinterleuchtet werden und sind dabei ganz oder teilweise transparent, um Licht, insbesondere in speziellen Mustern abzustrahlen. Hierdurch lassen sich beispielsweise im Bereich eines Fahrzeugkühlergrills beleuchtete Markenlogos realisieren oder dergleichen.

Derartige Bauteile sind in der Praxis relativ aufwändig, da sie das eigentliche Bauteil mit der gewünschten optischen Ausgestaltung einerseits und eine dem Bauteil zugeordnete Beleuchtungseinheit andererseits benötigen. Trotz der Möglichkeit, Lichtleiter einzusetzen, ist der Aufbau immer noch relativ dick von seiner als Sichtseite dienenden Oberfläche einerseits zu seiner dieser Sichtseite abgewandten Oberfläche bzw. Rückseite andererseits. Dies ist, insbesondere, wenn er im Bereich der Außenbeplankung eingesetzt werden soll, ein erheblicher Nachteil, der hier in vielen Bereichen aufgrund des gewünschten Designs der Bauraum außerordentlich knapp ist.

Um dieser Problematik abzuhelfen, kann nun ein sehr kompakter Aufbau gewählt werden. Aus der US 10,485,094 B1 ist es beispielsweise bekannt, lichtemittierende Dioden in eine zweidimensionale aus mehreren Komponenten aufgebaute Spritzgussstruktur einzubringen. Dieser mehrschichtige Aufbau der Spritzgussstruktur kann dabei verschiedene Lagen in verschiedenen Materialien beinhalten, darunter Naturmaterialien, Metalle oder dergleichen. Auch eine metallische Beschichtung, beispielsweise eine Chrombeschichtung der den Aufbau abschließenden äußeren Oberfläche, also der Vorderseite, ist gemäß des genannten US-Patents prinzipiell denkbar.

Die US 2018/0149321 A1 beschreibt einen vergleichbaren Aufbau eines Mehrkomponenten-Spritzgussverfahrens, bei welchem ebenfalls lichtemittierende Dioden eingebracht werden. Dabei können die Zwischenfolien verschiedene Dekors oder auch Farbe enthalten. Dabei wird ein Tiefziehen eingesetzt, um Ausbuchtungen für die lichtemittierenden Dioden zu schaffen, welche dann von einer transparenten Deckschicht die von der Sichtseite her abgedeckt sind.

Die WO 2020/168324 A2 beschreibt eine dekorative Komponente für ein Fahrzeug mit einem lichtemittierenden Finish. Dabei wird eine Oberfläche auf einen Lichtleiter aufgesetzt und mit einer metallischen Abschlussschicht versehen, sodass über einzelne Öffnungen Licht abgestrahlt werden kann.

Die US 20180149321 A1 beschreibt Ausführungsformen für lichtemittierende Strukturen aus mehreren dreidimensional geformten Folienschichten mit Ausnehmungen für Leuchtelemente. Über diesen lassen sich dann hinterleuchtete Oberflächen anordnen.

Die US 2018/0264991 A1 beschreibt eine Lichtanordnung, welche zwei Heckleuchten eines Fahrzeugs sowie einen dazwischen angeordneten beleuchteten dekorativen Streifen umfasst. Das Abdeckglas ist dabei mit einer transluzenten Chromfolie versehen, welche bei eingeschaltetem Licht durchleuchtet werden kann.

Ferner ist aus der DE 102020005896 A1 ein Verfahren zum Herstellen eines flächigen Verkleidungselements für ein Fahrzeug bekannt. Dieses umfasst einen lichtdurchlässigen Schichtkörper mit Aussparungen bzw. Vertiefungen, welcher mit transparentem Kunststoff überzogen wurde, wodurch die Vertiefungen auf der Sichtseite erhabene Ornamente ausbilden. Der Aufbau kann mit Lichtquellen beleuchtet werden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, ein verbessertes Herstellungsverfahren für ein beleuchtetes Bauteil anzugeben, welches es ermöglicht, einfach und effizient weitere Designaspekte, insbesondere bei einem Platz sparenden Bauteil, welches für die Außenbeplankung eines Fahrzeugs geeignet ist, umzusetzen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch Verfahren zur Herstellung eines beleuchteten Bauteil mit den Merkmalen im Anspruch 1, und hier insbesondere im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Verfahren ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen. Im Anspruch 6 ist einFahrzeug mit einem derartig hergestellten Bauteil angegeben und löst die Aufgabe ebenfalls.

Das herzustellende beleuchtete Bauteil für ein Fahrzeug umfasst einen mehrschichtigen Aufbau mit integrierten Elektronikkomponenten, welche unter anderem lichtemittierende Dioden als Teil dieser Elektronikkomponenten umfassen. Eine der Schichten weist dabei ein Metall auf und kann beispielsweise als Metallschicht oder mit als einer Metallisierung versehende Kunststoffschicht ausgebildet sein. Die Kunststoffschicht kann beispielsweise mit dem Metall bedampft sein. Das beleuchtete Bauteil hat eine äußere Oberfläche auf der Sichtseite, welche nachfolgend auch als Vorderseite bezeichnet wird.

Auf der das Metall aufweisenden Schicht sind die elektronischen Komponenten nun auf der dieser Sichtseite abgewandten Seite angeordnet. Dabei ist die das Metall aufweisende Schicht auf ihrer der Sichtseite zugewandten Oberfläche abschnittsweise bzw. partiell von einer farbigen Schicht bedeckt ist, wobei die nicht von der farbigen Schicht bedeckten Abschnitte der das Metall aufweisenden Schicht eine dreidimensionale Formgebung aufweisen. Sie sind also aus der Ebene der das Metall aufweisenden Schicht heraus verformt, beispielsweise, aber nicht zwingend, in Richtung der Sichtseite. Die das Metall aufweisende Schicht selbst muss dabei nicht innerhalb einer geometrischen Ebene liegen, sondern kann durchaus gekrümmt verlaufen, wobei die dreidimensionale Formgebung die Oberflächen dieser Schicht also überragt bzw. unterschreitet, um den gewünschten Effekt zu erreichen.

Dabei ist es ferner vorgesehen, dass im Bereich dieser dreidimensional ausgeformten Abschnitte der das Metall aufweisenden Schicht auf der der Sichtseite abgewandten Seite bzw. Oberfläche der das Metall aufweisenden Schicht Lichtauskopplungsstrukturen angeordnet sind. Solche Lichtauskopplungsstrukturen können beispielsweise durch Aufdrucken oder Prägen in die das Metall aufweisende Schicht eingebracht sein. Sie sorgen dafür, dass das Licht der lichtemittierenden Dioden, welches von der Sichtseite aus hinter der das Metall aufweisenden Schicht und insbesondere hinter der diese auf ihrer Sichtseite partiell bedeckenden farbigen Schicht liegen, über die Lichtauskopplungsstrukturen Licht in den Bereichen auskoppeln, in denen die farbige Schicht unterbrochen ist. Hierdurch lässt sich mit einer minimalen Baudicke quer zur Stapelrichtung der einzelnen Schichten ein Aufbau erreichen, welcher eine sehr hohe Flexibilität beim Design ermöglicht, sodass beispielsweise bei geeignetem Auftrag der farbigen Schicht einzelne Abschnitte freibleiben, welche einerseits den Blick auf die das Metall aufweisende Schicht erlauben und andererseits bei eingeschalteten lichtemittierenden Dioden hinterleuchtet sind. Damit lassen sich beispielsweise Designmerkmale, Schriften, Symbole und dergleichen sehr effektvoll darstellen, was insbesondere zur Darstellung von Markenlogos, Typbezeichnungen und dergleichen eingesetzt werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines derartigen beleuchteten Bauteils sieht nun die nachfolgenden erläuterten sechs grundsätzlichen Verfahrensschritte vor, um das beleuchtete Bauteil herzustellen. In einem ersten Verfahrensschritt wird dabei die das Metall aufweisende Schicht, also insbesondere die Chromfolie, auf der späteren Sichtseite partiell mit der Farbschicht versehen, was insbesondere durch Bedrucken, beispielsweise über Siebdruck erfolgen kann. In einem zweiten Verfahrensschritt wird dann auf einer der späteren Sichtseite abgewandten Rückseite der das Metall aufweisenden Schicht ein Teil der Elektronikkomponenten aufgebracht, beispielsweise Leiterbahnen und dergleichen. Außerdem werden in diesem Verfahrensschritt in den Bereichen, in denen auf der gegenüberliegenden Vorderseite die das Metall aufweisende Schicht nicht mit der Farbschicht versehen ist, also in den von Farbe freibleibenden Bereichen die Lichtauskopplungsstrukturen aufgebracht. All dies kann in an sich bekannter Art und Weise erfolgen, insbesondere durch Siebdruck oder im Falle der lichtauskoppelnden Strukturen auch durch Prägen oder dergleichen.

Im nächsten Verfahrensschritt werden dann elektronische Komponenten, welche nicht über eine oder mehrere gedruckte Lagen realisiert werden können, bestückt. Dies betrifft insbesondere lichtemittierende Dioden, während andere elektronische Bauteile wie Widerstände, Kondensatoren und dergleichen zusammen mit den Leiterbahnen häufiger auch bereits durch Bedrucken der Rückseite der das Metall aufweisenden Schicht hergestellt werden können. Im Anschluss an diesen Schritt erfolgt dann in einem vierten Verfahrensschritt die dreidimensionale Formgebung der nicht mit der Farbschicht versehenen Bereiche, indem diese durch ein Tiefziehen oder Thermoumformen entsprechend ausgeformt werden, beispielsweise als dreidimensionale Strukturen in Richtung der späteren Sichtseite über die farbige Schicht hinaus verformt werden. Insbesondere bei einem Einprägen der lichtauskoppelnden Strukturen kann im Gegensatz zu einem Aufdrucken der lichtauskoppelnden Strukturen, beispielsweise über Siebdruckverfahren, das Einbringen der lichtauskoppelnden Strukturen auch erst in diesem Tiefziehschritt erfolgen, insbesondere wenn dieser durch geeignete Werkzeuge erfolgt, welche auf der der späteren Sichtseite abgewandten Seite die lichtauskoppelnden Strukturen in die das Metall aufweisende Schicht, welche insbesondere als Chromfolie ausgebildet sein kann, einprägen.

In einem weiteren Verfahrensschritt wird dann die Tragschicht auf die Rückseite der das Metall aufweisenden Schicht aufgebracht, um so den bisherigen Aufbau einerseits zu stabilisieren und die dreidimensional geformten Bereiche zu stützen und gleichzeitig die elektronischen Komponenten sicher einzuschließen. Dieser Schritt kann beispielsweise, wie es oben bereits beschrieben worden ist, durch Hinterspritzen oder das Anbringen einer weiteren Folie und einem Einspritzen des Materials für die Tragschicht zwischen diese Folie und die das Metall aufweisende Schicht erfolgen.

Zum Abschluss wird dann in einem sechsten Verfahrensschritt die Sichtseite mit einem transparenten Kunststoff als Deckschicht versehen. Diese Deckschicht kann, wie es oben bereits erwähnt worden ist, vorzugsweise glatt ausgeführt sein, nivelliert also die bis dahin auf der Sichtseite dreidimensionale Gestaltung wieder zu einer glatten Oberfläche, unter welcher sich die Dreidimensionalität auf die darunterliegenden Schichten auswirkt, sodass diese zwar zu sehen ist, jedoch keine Vorsprünge entstehen, welche sich haptisch erfassen lassen und/oder die Gefahr einer vermehrten Schmutzansammlung in sich tragen.

Wie bereits erwähnt kann es dabei gemäß einer sehr günstigen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen sein, dass der Auftrag der transparenten Deckschicht durch Überfluten oder Überspritzen mit einem transparenten Kunststoff, insbesondere durch Überfluten mit Polyurethan, hergestellt wird. Die Lichtauskopplungsstrukturen lassen sich, wie es ebenfalls bereits erwähnt worden ist, dabei gemäß einer sehr günstigen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Verfahrensschritt 2 durch ein Druckverfahren, insbesondere ein Siebdruckverfahren und/oder im Verfahrensschritt 4 durch ein Prägen in die das Metall aufweisende Schicht einbringen.

Gemäß einer sehr günstigen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es dabei vorgesehen, dass die das Metall aufweisende Schicht als Chromfolie ausgebildet wird. Eine sogenannte Chromfolie ist typischerweise eine Kunststofffolie, welche mit einer metallischen Optik appliziert wird, beispielsweise indem diese mittels Chrom, Silber oder ähnlichen Materialien versehen, insbesondere bedampft, wird. Hierdurch lässt sich eine metallisch wirkende Folie mit einem relativ kleinen Metallanteil erzielen, sodass die Folie für Licht zumindest in eine Richtung durchlässig ist und insbesondere in der anderen Richtung das Licht reflektiert. Die entsprechende Schicht kann außerdem durch den geringen Anteil an Metall so gestaltet werden, dass diese auch für Radarstrahlung weitgehend transparent ist, sodass beispielsweise entsprechende Radarsensoren, wie sie für die Umfeldsensorik eines Fahrzeugs eingesetzt werden, hinter dem beleuchteten Bauteil platziert werden können, ohne dass dieses deren Funktionalität beeinflusst.

Gemäß einerweiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann es nun ferner vorgesehen, dass die farbige Schicht als opake farbige Schicht ausgebildet wird. Eine solche opake farbige Schicht ist für Licht nicht durchlässig, sodass im Falle einer Beleuchtung mit den eingesetzten lichtemittierenden Dioden das Licht nur im Bereich der Lichtauskopplungsstrukturen ausgekoppelt wird und durch die das Metall aufweisende Schicht hindurchscheint, während die benachbarten mit der farbigen Schicht bedeckten Bereiche für das Licht undurchlässig sind. Beim bevorzugten Einsatz des beleuchteten Bauteils im Bereich der Außenbeplankung eines Fahrzeugs kann es dabei vorgesehen sein, dass die farbige Schicht in derselben Farbe ausgeführt ist wie die Lackierung des Fahrzeugs oder in einer bezüglich des Designs dazu passenden Farbe, beispielsweise einer Kontrastfarbe.

Das erfindungsgemäße Fahrzeug umfasst nun ein nach dem Verfahren hergestelltes Bauteil. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen beleuchteten Bauteils ergeben sich dabei auch aus dem Ausführungsbeispiel, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figur näher beschrieben ist.

Dabei zeigen:

Fig. 1 eine prinzipmäßige Frontansicht eines möglichen beleuchteten Bauteils ein einer schematischen Darstellung; und

Fig. 2 eine Schnittdarstellung durch einen Teil dieses beleuchteten Bauteils.

In der Darstellung der Figur 1 ist ein in seiner Gesamtheit mit 1 versehenes beleuchtetes Bauteil zu erkennen, welches beispielsweise im Bereich der Außenbeplankung eines Fahrzeugs eingesetzt werden kann. Es kann sich hierbei beispielsweise um den bei herkömmlichen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor als Kühlergrill bezeichneten Abschnitt in der Front des Fahrzeugs handeln, welcher beispielsweise bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen nicht mehr in Form eines luftdurchlässigen Gitters, sondern in Form eines geschlossenen Bauteils ausgebildet sein kann. Das Bauteil 1 selbst ist dabei partiell in Wagenfarbe gestaltet und weist einige hier in Form von vier Rechtecken und einem Kreis dargestellte mit 3 bezeichnete Abschnitte auf, welche nicht in Wagenfarbe gestaltet sind, sondern welche einerseits bei abgeschalteter Hinterleuchtung in einer metallischen Farbe erscheinen, beispielsweise in Chromoptik.

Sie sind, wie es anhand der Darstellung in Figur 2 zu erkennen ist, dreidimensional ausgestaltet und innerhalb einer transparenten Deckschicht 4 dem Betrachter zugewandt, sodass beispielsweise die allgemein bekannte Optik verchromter Markenlogos wie beispielsweise des bekannten Sterns der Anmelderin entsteht. Um dies zu erreichen, ist der Aufbau nun so gestaltet, wie es in der Darstellung der Figur 2 im Schnitt gezeigt ist. Das besondere Augenmerk liegt dabei auf einem einfachen und kompakten Aufbau, welcher insbesondere sehr dünn ausgestaltet ist und dennoch in der Lage ist, einen dreidimensionalen optischen Effekt zu erreichen. Hierfür ist als zentraler Bestandteil eine Chromfolie 5 als eine metallaufweisende Schicht vorgesehen. Diese ist auf ihrer der in der Darstellung der Figur 2 oben dargestellten Sichtseite 6 zugewandten Seite mit der bereits angesprochenen farbigen Schicht 2 versehen, welche insbesondere eine Farbschicht in Wagenfarbe sein kann. Beim partiellen Aufträgen dieser farbigen Schicht 2 auf die Chromfolie 5 werden die in der Darstellung der Figur 1 mit 3 bezeichneten Abschnitte freigelassen. Diese bilden, wie es in der Darstellung der Figur 2 zu erkennen ist, dann später eine dreidimensionale Struktur in Richtung der Sichtseite 6 oder prinzipiell auch entgegen der Richtung der Sichtseite 6 aus.

Zuerst ist der in diesem ersten Verfahrensschritt hergestellte Verbund aus der Chromfolie 5 und der farbigen Schicht 2, welche partiell auf diese Chromfolie 5 aufgetragen worden ist, jedoch noch eben. Er wird dann mit Elektronikkomponenten versehen, welche zumindest teilweise aufgedruckt werden. Rein beispielhaft sind in der Darstellung der Figur 2 dabei aufgedruckte Leiterbahnen 7 zu erkennen, in deren Bereich dann zwei lichtemittierende Dioden 8 angebracht werden. Ebenfalls durch Aufdrucken sind in dem Bereich 3 Lichtauskopplungsstrukturen 9 aufgebracht, ebenfalls auf der der Sichtseite 6 abgewandten Seite der Chromfolie 5, sodass diese im nicht beleuchteten Zustand von der Sichtseite 6 aus nicht zu erkennen sind. Nun wird dieser Verbund aus Elektronik 7, 8, Chromfolie 5 und farbiger Schicht 2 mit den in den entsprechenden Abschnitten 3 aufgebrachten Lichtauskopplungsstrukturen 9 einem Tiefziehprozess oder einer thermischen Umformung unterzogen, um die in Figur 2 bereits erkennbare dreidimensionale Ausgestaltung zu erzeugen. Diese schafft hier zwei Facetten innerhalb des Abschnitts 3, welche von der Sichtseite 6 aus zu erkennen sind. Nach diesem Prozess der dreidimensionalen Formgebung wird dann die in der Figur 2 dargestellte Tragschicht 10 angebracht, beispielsweise indem der bisherige Aufbau mit dieser Tragschicht 10 hinterspritzt wird. Die Tragschicht 10 ist dabei als transparenter oder transluzenter Thermoplast ausgebildet. Dieser kann insbesondere hinter die mit den aufgedruckten Leiterbahnen 7, den LEDs 8 und den Lichtauskopplungsstrukturen 9 im Bereich der dreidimensional umgeformten Bereiche 3 hinterspritzt werden.

Abschließend wird der Aufbau dann mit der bereits angesprochenen Deckschicht 4 versiegelt, welche ebenfalls als transparenter Thermoplast oder insbesondere als aufgegossene Schicht aus Polyurethan ausgebildet sein kann. Das Bauteil wird also mit dieser Deckschicht 4 beispielsweise überspritzt oder vorzugsweise überflutet, sodass die Schichtdicke der Deckschicht 4 größer als die dreidimensionale Formgebung der Abschnitte 3 ist. Damit entsteht auf der Sichtseite 6 eine glatte Oberfläche, unter welcher die dreidimensionale Formgebung der Abschnitte 3, hier also die Facettenstruktur, entsprechend zu erkennen ist, aber nicht über die Oberfläche der Sichtseite 6 hinausragt. Der Aufbau hat nun im nicht beleuchteten Zustand die optische Anmutung aus der Kombination des Chroms der Chromfolie 5 in den Abschnitten 3 und aus der Wagenfarbe in der darauf applizierten farbigen Schicht 2. Werden die lichtemittierenden Dioden 8 eingeschaltet, dann kommt es zu einer Hinterleuchtung des beleuchteten Bauteils 2, indem die transparente oder transluzente Tragschicht 10 beleuchtet wird. Die farbige Schicht 2 ist jedoch idealerweise für Licht undurchlässig, sodass ausschließlich im Bereich der Abschnitte 3, unterstützt bzw. ermöglicht durch die Lichtauskopplungsstrukturen 9 Licht in Richtung der Sichtseite 6 abgestrahlt wird. Nun entsteht also der Eindruck eines in Wagenfarbe lackierten Bauteils mit beleuchteten Abschnitten 3, beispielsweise einem beleuchteten Markenlogo. Die lichtemittierenden Dioden 8 lassen sich dabei in beliebiger Art und Weise realisieren und ansteuern, sodass insbesondere auch verschiedene Farben, wechselnde Farben oder dergleichen denkbar sind, ebenso wie ein Blinken, eine Regelung der Lichtintensität, beispielsweise in Abhängigkeit der Umgebungshelligkeit, ein Auf- und Abschwellen der Lichtintensitäten oder dergleichen.

Das gesamte Bauteil 1 ist dabei quer zur Stapelrichtung der einzelnen Schichten außerordentlich kompakt aufzubauen und lässt sich so quasi in jedes bestehende Design problemlos integrieren und kann anders als bisherige Aufbauten mit aufwändiger und dementsprechender dicker Beleuchtungstechnik einfach und effizient auch in bestehende Designs eingebaut werden, ohne hier die Proportionen und zur Verfügung stehenden Bauräume konstruktiv anpassen zu müssen.