Werkzeug und Verfahren zur Herstellung eines Leuchtenkörpers

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug und ein Verfahren zur Herstellung eines Leuchtenkörpers.

Durch die Verwendung von Lichtwellenleitern in Fahrzeugleuchten wird es möglich, komplex geformte Leuchtenkörper zu schaffen, welche die Umsetzung futuristischer und neuartiger Leuchtwirkungen am Fahrzeug ermöglichen. Innovative Leuchtenkonzepte an Fahrzeugen sehen u.a. dreidimensionale Lichtskulpturen vor, bei denen ein oder mehrere Lichtwellenleiter in einer räumlichen Struktur zu einem Leuchtenkörper angeordnet werden und durch eingekoppeltes Licht zum Leuchten gebracht werden. Die Lichtwellenleiter sind dabei an einer Stützstruktur befestigt, welche die räumliche Form der Lichtskulptur vorgibt.

Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der Erfindung eine Möglichkeit aufzuzeigen, wie ein unter Verwendung eines Lichtwellenleiters geschaffener Leuchtenkörper auf kostengünstige Art und Weise bereitgestellt werden kann.

Gelöst wird die Aufgabe durch ein Werkzeug nach Patentanspruch 1 und eine Verfahren nach Patentanspruch 6. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Es wird ein Werkzeug zur Herstellung eines Leuchtenkörpers angegeben. Das Werkzeug beinhaltet einen Werkzeugkopf mit einer Lichtwellenleiteraustrittsöffnung sowie eine Lichtwellenleiterbereitstellungsvorrichtung zur Bereitstellung eines Lichtwellenleiters an der Lichtwellenleiteraustrittsöffnung.

Ein Lichtwellenleiter ist vorliegend ein kabel- oder leitungsartiges Medium, welches von einer Lichtquelle eingekoppeltes Licht entlang seiner länglichen Ausdehnung führt. Dies kann insbesondere erreicht werden, indem eingekoppeltes Licht an der Grenze des Lichtwellenleiters zum umgebenden Medium reflektiert wird. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Lichtwellenleiter um einen seitenemittierenden Lichtwellenleiter, welcher entlang seiner Längserstreckung gezielt Licht aus dem Lichtwellenleiter auskoppelt. Hierzu können z.B. Störstellen an der Oberfläche (z.B. durch Strukturierung, Aufrauhung, Anbringung optischer Flächen o.ä.) oder im Material (z.B. Hohlstellen, Fremdkörper) eingefügt sein. Der Lichtwellenleiter wird vorzugsweise als Endlosmaterial, z.B. auf einer Rolle, bereitgestellt.

Mit der Lichtwellenleiterbereitstellungsvorrichtung wird der Lichtwellenleiter bis an den Werkzeugkopf geführt und tritt dort an der Lichtwellenaustrittsöffnung aus. Hierzu kann die Lichtwellenleiterbereitstellungsvorrichtung z.B. mehrere Führungselemente oder Umlenkrollen beinhalten. Der Lichtwellenleiter kann an der Lichtwellenaustrittsöffnung abgezogen werden, wobei die Lichtwellenbereitstellungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, den Lichtwellenleiter unter einer Vorspannung zu halten, so dass eine Mindestkraft für den Abzug des Lichtwellenleiters erforderlich ist. Hierdurch wird sichergestellt, dass der Lichtwellenleiter in gespanntem Zustand gehalten wird, wenn er von einer Aufnahmenut zur nächsten Aufnahmenut geführt wird.

Das Werkzeug weist weiterhin ein Positionierelement auf mit einer Lichtwellenleiterführungsfläche. Das Positionierelement ist entlang einer Achse, die beabstandet zur Lichtwellenleiteraustrittsöffnung verläuft, verfahrbar. Das Positionierelement kann z.B. als Hydraulik- oder Pneumatikzylinder ausgebildet sein. Durch die Verfahrbarkeit kann ein Abstand zwischen der Lichtwellenleiteraustrittsöffnung und der Lichtwellenleiterführungsfläche verändert werden. Das Positionierelement kann hierdurch in den Verlauf, welche der Lichtwellenleiter von der zuletzt angefahrenen Aufnahmenut bis zum Werkzeug nimmt, eingefahren werden. Die Lichtwellenleiterführungsfläche kann in Kontakt mit dem Lichtwellenleiter gebracht werden und stellt einen dritten Punkt im Verlauf des Lichtwellenleiters dar. Durch weiteres Verschieben des Positionierelements kann der Winkel, unter dem der Lichtwellenleiter verläuft, variiert werden, insbesondere kann ein Abschnitt des Lichtwellenleiters in einer vorgegebenen Lage zu einer Aufnahmenut ausgerichtet werden, dass er sich besonders leicht in diese Aufnahmenut einlegen lässt. Das Werkzeug ist insbesondere geeignet um das nachfolgend beschriebene Verfahren durchzuführen.

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Leuchtenkörpers angegeben. Der Leuchtenkörper beinhaltet eine Tragstruktur, an der ein Lichtwellenleiter entlanggeführt und befestigt wird. Der Lichtwellenleiter kann insbesondere einen komplexen dreidimensionalen Verlauf mit einer Vielzahl von Richtungswechseln an der Tragstruktur aufweisen. Das Verfahren umfasst die Schritte:

- Bereitstellen einer Tragstruktur mit Aufnahmenuten,

- Bewickeln der Tragstruktur mit einem Lichtwellenleiter, wozu dieser gemäß einem geplanten Lichtwellenleiterverlauf nacheinander mittels eines Werkzeugs in Aufnahmenuten eingelegt wird.

Erfindungsgemäß umfasst das Einlegen in die Aufnahmenuten die Schritte:

- Spannen des Lichtwellenleiters zwischen einer zuletzt angefahrenen Aufnahmenut und einer Lichtwellenleiteraustrittsöffnung des Werkzeugs, - Einbringen eines Positionierelements in die Bahn des Lichtwellenleiters und Verschieben des Lichtwellenleiters derart, dass ein Lichtwellenleiterabschnitt, der zwischen dem Positionierelement und der Lichtwellenleiteraustrittsöffnung angeordnet ist, in einer vorgegebenen Lage relativ zu einer Aufnahmenut ausgerichtet ist und

- Einlegen des Lichtwellenleiterabschnitts in die Aufnahmenut durch Bewegen des Positionierelements und der Lichtwellenleiterzuführöffnung unter Beibehaltung ihrer relativen Lage zueinander, und

- Entfernen des Positionierelements von dem Lichtwellenleiter.

Dies kann wiederholt werden, bis der Lichtwellenleiter in der gewünschten Form auf der Tragstruktur aufgewickelt ist.

Die Tragstruktur weist eine Vielzahl von Aufnahmenuten auf, die vorzugsweise in mehreren Ebenen liegen. In mehrere oder alle dieser Aufnahmenuten wird der Lichtwellenleiter eingelegt. Hierzu wird der Lichtwellenleiter entlang einem vorgegebenen Lichtwellenleiterverlauf an der Tragstruktur entlang und um diese herumgeführt und bildet vorzugsweise eine dreidimensionale Skulptur.

Dem Verfahren liegt nun die Überlegung zugrunde, dass ein schnelles Einlegen des Lichtwellenleiters in die Aufnahmenuten zuverlässig und vor allem unabhängig von der Position der zuletzt angefahrenen Aufnahmenut erfolgen kann, wenn der eingelegte Lichtwellenleiterabschnitt bereits vor dem Einlegen in die Aufnahmenut in einer vorgegebenen Lage zu dieser ausgerichtet wird. Beispielsweise kann der Lichtwellenleiterabschnitt im Wesentlichen parallel zu dem Längsverlauf der als nächstes anzufahrenden Aufnahmenut ausgerichtet werden. „Im Wesentlichen parallel“ soll dabei bedeuten, dass der Lichtwellenleiterabschnitt um nicht mehr als 10 Grad und vorzugsweise um nicht mehr als 5 Grad gegenüber dem Längsverlauf der Aufnahmenut geneigt ist. Durch die Anpassung des Verlaufs des Lichtwellenleiters an die Ausrichtung der Nut, kann der Lichtwellenleiter auch dann sicher in die Nut eingelegt werden, wenn die Aufnahmenut als eine Art Umlenkstelle dient und der eingelegte Lichtwellenleiter an dieser Stelle eine deutliche Richtungsänderung erfährt. Dies hat den Vorteil, dass die Ausrichtung der Aufnahmenuten unabhängig vom späteren Lichtwellenleiterverlauf gestaltet sein kann. Hierdurch wird es möglich, mit einer einzigen Tragstrukturgeometrie unterschiedliche Lichtskulpturen zu realisieren.

Für eine großseriengerechte und kostengünstige Fertigung ist es von besonderem Vorteil, wenn das Verfahren in einer Ausgestaltung automatisiert durchgeführt wird. Hierzu kann der Werkzeugkopf an einem mehrachsigen Industrieroboter angeordnet ist und von diesem bewegt und positioniert werden.

Um beim Vorfahren des Positionierelements den Lichtwellenleiter sicher greifen und an die Lichtwellenleiterführungsfläche heranführen zu können, ist es in einer Ausgestaltung vorteilhaft, wenn das Positionierelement an seinem freien Ende gabelförmig ausgestaltet ist mit zwei Führungsstegen, zwischen denen die Lichtwellenleiterführungsfläche angeordnet ist. Die Führungsstege können z.B. parallel zueinander ausgerichtet sein oder von der Lichtwellenleiterführungsfläche nach außen streben.

Um eine hohe Flexibilität hinsichtlich der Führung des Lichtwellenleiters zu gewährleisten und diesen sicher mit dem Positionierelement kontaktieren und positionieren zu können, ist es in einer Ausgestaltung vorteilhaft, wenn das Positionierelement um die Achse, entlang der es verfahrbar ist, auch drehbar ausgestaltet ist. Damit kann das Positionierelement je nach Verlauf des Lichtwellenleiters in eine optimale Position gebracht werden, um diesen zu greifen. Insbesondere können die Führungsstege damit entsprechend des Verlauf des Lichtwellenleiters ausgerichtet werden.

Am Werkzeugkopf tritt der Lichtwellenleiter aus der Lichtwellenleiteraustrittsöffnung aus. In einer Ausgestaltung ist diese am freien Ende eines fingerförmigen Elements angeordnet. Durch das fingerförmige Element wird eine gute Zugänglichkeit auch an verwinkelten oder komplex geformten Tragstrukturen gewährleistet.

Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem Werkzeug beschrieben sind, gelten auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sowie jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Sofern in dieser Anmeldung der Begriff "kann" verwendet wird, handelt es sich sowohl um die technische Möglichkeit als auch um die tatsächliche technische Umsetzung.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele an Hand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Darin zeigen in schematischer Darstellung:

Figuren 1 A-1 D einen beispielhaften Prozessablauf zur Herstellung eines Leuchtenkörpers, Figur 2 ein beispielhaftes Werkzeug zur Durchführung des Verfahrens und

Figur 3 den Werkzeugkopf des Werkzeugs aus Figur 2.

Zur Herstellung des Leuchtenkörpers wird zunächst eine Tragstruktur 10 bereitgestellt. In den Figuren 1A bis 1 D weist die Tragstruktur 10 beispielhaft zwei Einzelelemente auf, die auf einer Hilfsform 20 positioniert werden. Selbstverständlich kann die Tragstruktur 10 auch mehr Elemente aufweisen oder auch einstückig ausgebildet sein. Zur Erzeugung einer dreidimensionalen Lichtwellenleiterskulptur soll ein Lichtwellenleiter 30 auf die Tragstruktur 10 aufgewickelt werden. Die Tragstruktur 10 weist eine Vielzahl von Aufnahmenuten 12 auf, in die der Lichtwellenleiter 30 eingelegt werden kann und welche zur örtlichen Fixierung des Lichtwellenleiters dienen.

Der Lichtwellenleiter 30 wird von einem mit Bezug auf Figur 2 näher erläuterten Werkzeug 100 bereitgestellt. Hierbei tritt der Lichtwellenleiter 30 aus einer Lichtwellenleiteraustrittsöffnung 134 im Werkzeug 100 aus. Zunächst wird das freie Ende des Lichtwellenleiters 30 in einer nicht dargestellten Fixiervorrichtung fixiert oder aber anderweitig an der Tragstruktur 10 befestigt. Der Lichtwellenleiter 30 verläuft zunächst von der Fixiervorrichtung zur Lichtwellenleiteraustrittsöffnung 134 und wird von dem Werkzeug 100 gespannt gehalten. Das Werkzeug 100 fährt nun nacheinander die Vielzahl von Aufnahmenuten 12 ab und fädelt den Lichtwellenleiter 30 in die Aufnahmenuten 12 ein. Die Reihenfolge, in der die Aufnahmenuten 12 abgefahren werden, ist so vorgegeben, dass der Lichtwellenleiter 30 auf der Tragstruktur 10 mit dem gewünschten dreidimensionalen Verlauf abgelegt wird.

Die Einfädelung an den Aufnahmenuten 12 erfolgt im Detail durch folgende Maßnahmen und ist für eine Aufnahmenut beispielhaft in den Figuren 1A bis 1 D dargestellt: Die Lichtwellenleiteraustrittsöffnung 134 wird in die Nähe derjenigen Aufnahmenut 12A bewegt, in die als nächstes der Lichtwellenleiter eingeführt werden soll. Der Lichtwellenleiter 30 ist zwischen Lichtwellenleiteraustrittsöffnung 134 und zuletzt angefahrener Aufnahmenut 12B gespannt, siehe Figur 1A. Ein Positionierelement 140 fährt in die Bahn des Lichtwellenleiters 30, kontaktiert diesen und verschiebt diesen derart, dass ein Lichtwellenleiterabschnitt 30A zwischen Lichtwellenleiteraustrittsöffnung 134 und Positionierelement 140 im Wesentlichen parallel zum Verlauf der als nächstes anzufahrenden Aufnahmenut 12A angeordnet ist, siehe Figur 1 B. Dann wird der so ausgerichtete Lichtwellenleiterabschnitt 30A durch Bewegung des Werkzeugkopfes 110 in die entsprechende Aufnahmenut 12A eingeführt, Figur 1 C. Das Positionierelement 140 fährt zurück und gibt den Lichtwellenleiter 30 frei. Durch das Werkzeug 100 wird der Lichtwellenleiter 30 auf Spannung gehalten und ist nun zwischen den beiden Aufnahmenuten 12A und 12B gespannt.

Diese Schritte werden für die weiteren Aufnahmenuten 12 wiederholt, bis der Lichtwellenleiter 30 in der gewünschten Form auf der Tragstruktur 10 aufgewickelt ist.

Der Lichtwellenleiter 30 kann durchtrennt werden und der Endabschnitt kann z.B. an der letzten Aufnahmenut oder mittels einer separaten Fixiervorrichtung fixiert werden.

Bei dem in den Figuren 1A bis 1 D gezeigten Beispiel wird im Anschluss an das Aufwickeln des Lichtwellenleiters 30 eine nicht dargestellte Traggegen- struktur auf die Tragstruktur aufgesetzt. Die Traggegenstruktur verbindet die Einzelelemente der Tragstruktur 10 miteinander und kann diese z.B. ortsfest zueinander positionieren. Zudem kann die Traggegenstruktur die Nutöffnung der Aufnahmenuten 12 verschließen. Der so erzeugte Leuchtenkörper kann von der Hilfsform 20 abgenommen werden und z.B. zusammen mit einer Lichtquelle, wie z.B. einem Laser oder einer LED, ggf. gemeinsam mit einer Optik in einem Leuchtengehäuse zu einer Fahrzeugleuchte angeordnet werden.

Figur 2 zeigt in schematischer Darstellung ein beispielhaftes Werkzeug 100 zur Durchführung des Verfahrens. Das Werkzeug 100 beinhaltet einen Werkzeugkopf 110, der an einem mehrachsigen Industrieroboter 120 befestigt ist. Weiterhin beinhaltet das Werkzeug 100 eine Lichtwellenleiterbereitstellungsvorrichtung 130, welche den Lichtwellenleiter 30 von einer Vorratsspule 132 zu dem Werkzeugkopf 110 führt, wo er aus einer Lichtwellenleiteraustrittsöffnung 134 austritt. Der Lichtwellenleiter 30 wird von der Lichtwellenleiterbereitstellungsvorrichtung 130 vorzugsweise unter Spannung geführt, so dass er aus der Lichtwellenleiteraustrittsöffnung 134 mit einer definierten Abzugskraft abgezogen werden kann. An dem Werkzeugkopf 110 ist weiterhin ein Positionierelement 140 angeordnet.

Figur 3 zeigt den Werkzeugkopf 110 in vergrößerter Darstellung. Der Werkzeugkopf 110 weist einen Grundkörper 112 sowie die daran ortsfest angeordnete Lichtwellenleiteraustrittsöffnung 134 auf. Die Lichtwellenleiteraustrittsöffnung 134 ist am Ende eines fingerförmigen Elements 136 angeordnet. Weiterhin ist an dem Grundkörper 112 das Positionierelement 140 angeordnet. Das Positionierelement 140 weist an seinem freien Ende eine Lichtwellenleiterführungsfläche 142 auf, die während des Verfahrens in Anlage mit dem Lichtwellenleiter 30 gebracht wird. Die Lichtwellenleiterführungsfläche 142 ist zwischen zwei gabelförmig angeordneten Führungsstegen 144 angeordnet, welche den Lichtwellenleiter 30 beim Vorschieben des Positionierelements 140 zur Lichtwellenleiterführungsfläche 142 führen. In den Figuren 2 und 3 sind die Führungsstege 144 parallel zueinander ausgerichtet, sie können alternativ auch, z.B. v-förmig aufeinander zulaufen und an einem gemeinsamen Schnittpunkt in der Führungsfläche 142 enden.

Das Positionierelement 140 ist entlang einer Achse A verfahrbar ausgebildet, die beabstandet zur Lichtwellenleiteraustrittsöffnung 134 verläuft. Das Positionierelement 140 ist derart verfahrbar, dass seine Lichtwellenleiterführungsfläche 142 zumindest bis auf die Höhe der Lichtwellenleiteraustrittsöffnung 134 von dem Grundkörper 110 weggefahren werden kann, siehe die gestrichelte Darstellung des Positionierelements 140 in Figur 3.

Das Positionierelement 140 ist weiterhin um die Achse A drehbar ausgebildet. Hierdurch kann die Position der Führungsstege 144 an den Verlauf des Lichtwellenleiters 30 angepasst werden und ein sichere Lichtwellenleiterführung gewährleistet werden.

Durch die Anordnung des Werkzeugkopfes 110 an einem Industrieroboter 120 ist eine mehrachsige Bewegung und Positionierung der Lichtwellenleiteraustrittsöffnung 134 sowie des Positionierelements 140 relativ zu der Tragstruktur 10 möglich. Das Verfahren wird vorzugsweise mittels des Werkzeugs 100 als automatisiertes Verfahren durchgeführt.

Bezugszeichenliste

10 Tragstruktur

12, 12A, 12B Aufnahmenuten

20 Hilfsform

30 Lichtwellenleiter

30A Lichtwellenleiterabschnitt

100 Werkzeug

110 Werkzeugkopf

112 Grundkörper

120 Industrieroboter

130 Lichtwellenleiterbereitstellungsvorrichtung

134 Lichtwellenleiteraustrittsöffnung

136 fingerförmiges Element

140 Positionierelement

142 Lichtwellenleiterführungsfläche

144 Führungsstege

A Achse