DE102007039416A1

DE102007039416A1 - Verbundbauteil mit Leuchtdioden

Info

Publication number: DE102007039416A1
Application number: DE102007039416A
Authority: DE
Inventors: Tanja Dipl.-Ing. Müller; Dietmar Dr.-Ing. Völkle; Andreas Lingner; Thomas Dipl.-Ing. Lück
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Diehl Aviation Laupheim GmbH
Priority date: 2007-08-21
Filing date: 2007-08-21
Publication date: 2009-02-26
Anticipated expiration: 2027-08-22
Also published as: WO2009024278A1; DE102007039416B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verbundbauteil, umfassend zwei Kunststoffschichten, von denen wenigstens eine transparent oder transluzent ist, und eine zwischen den zwei Kunststoffschichten angeordnete Zwischenschicht, wobei die zwei Kunststoffschichten Außenoberflächen und Innenoberflächen aufweisen und mit den Innenoberflächen mit der Zwischenschicht in Berührung stehen, so dass die zwei Kunststoffschichten über die Zwischenschicht miteinander verbunden sind, und wobei die Zwischenschicht eine Leiter- und Leuchtdiodenanordnung umfasst, die wenigstens eine Leuchtdiode und wenigstens zwei elektrische Leiter, die Teil eines Stromkreises sind, umfasst. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Verbundbauteils sowie die Verwendung des erfindungsgemäßen Verbundbauteils als Beleuchtungs-, Informations-, Hinweis-, Kommunikations- oder Signalelement, insbesondere im Innen- oder Außenbereich von Gebäuden und in Luft-, Wasser- und Landfahrzeugen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verbundbauteil, das zwei Kunststoffschichten, von denen wenigstens eine transparent oder transluzent ist, und dazwischen angeordnet wenigstens eine Leuchtdiode und wenigstens zwei elektrische Leiter umfasst, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Verbundbauteils und dessen Verwendung als Beleuchtungs-, Informations-, Hinweis-, Kommunikations- oder Signalelement, insbesondere im Innen- oder Außenbereich von Gebäuden und in Luft-, Wasser- und Landfahrzeugen.
Das Anordnen von Leuchtdioden (LEDs) zwischen zwei Mineralglasscheiben zur Herstellung von transparenten Elementen mit einzelnen durch die Leuchtdioden erzeugten Lichtpunkten ist für verschiedene Anwendungsgebiete, wie etwa den Innen- und Außenbereich von Gebäuden, bekannt. So beschreibt die EP 1 346 822 A1 ein Gebäudedachverbundglaselement, das aus zwei transparenten Glasscheiben und einer dazwischen liegenden Verbindungsschicht aufgebaut ist. Die Verbindungsschicht besteht aus einer Gießharzschicht oder einer Verbundsicherheitsglas (VSG)-Kunststofffolie mit darin eingebetteten Leuchtdioden. Die Stromzufuhr erfolgt über ein in die Verbindungsschicht eingebettetes Kabel oder alternativ über eine oder mehrere transparente, elektrisch leitfähige Schichten.
Ferner ist im Stand der Technik ein Flachglasfolienverbund bekannt, bei dem Leuchtdioden zwischen einer Grundglasscheibe und einer Deckglasscheibe angeordnet sind, die durch eine Polyvinylbutyral (PVB)-Folie zusammengehalten werden. Die Leuchtdioden befinden sich auf der Grundglasscheibe und werden vorzugsweise über im Wesentlichen unsichtbare Leiterbahnen auf der Grundglasscheibe mit Niedervoltgleichstrom versorgt, wodurch die Leuchtdioden im Glas frei schwebend erscheinen. Ein solcher Flachglasfolienverbund kann unter anderem zur Erzielung erwünschter atmosphärischer Lichteffekte verwendet werden. Bei einer geeigneten Anordnung mehrerer Leuchtdioden können auch Informationen, z. B. Symbole oder Schriften, und bei der gezielten Ansteuerung der Leuchtdioden auch Laufschriften angezeigt werden.
Die bekannten transparenten LED-Verbundglaselemente mit zwischen zwei Mineralglasscheiben angeordneten Leuchtdioden weisen jedoch eine Reihe von Nachteilen auf, wodurch bestimmte Anwendungen, insbesondere der Einsatz in der Luftfahrtindustrie, nicht oder nur stark eingeschränkt möglich sind. So weisen die herkömmli chen LED-Verbundglaselemente aufgrund der verwendeten Mineralglasscheiben für den spezifischen Anwendungszweck oft ein zu hohes Gewicht auf. Ferner kann bei der Verwendung von Mineralglas, insbesondere wenn kein spezielles Sicherheitsglas verwendet wird, aufgrund der im Bruchfall erzeugten Splitter eine erhöhte Verletzungsgefahr bestehen. Mineralglas ist ferner nur eingeschränkt ver- bzw. umformbar, so dass bisher meist mit ebenen Glasplatten (Flachglas) gearbeitet wird. Dies erschwert oder verhindert den Einsatz von LED-Flachglasverbundelementen für Anwendungen, bei denen eine nicht ebene Form erwünscht ist. Des Weiteren kann die Verarbeitung von Mineralglas schwierig sein, wodurch erhöhte Kosten entstehen können.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein transparentes oder transluzentes Bauteil mit wenigstens einer integrierten Leuchtdiode bereitzustellen, das ein geringes Gewicht aufweist, verschiedene Formen annehmen kann, auf einfache Art und Weise herstellbar ist und sich für die Verwendung im Innen- oder Außenbereich von Gebäuden und in Luft-, Wasser- und Landfahrzeugen eignet.
Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen 1, 16, 23 und 24 angegebene technische Lehre gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Demnach ist ein erster Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Verbundbauteil, das zwei Kunststoffschichten, von denen wenigstens eine transparent oder transluzent ist, und eine zwischen den Kunststoffschichten angeordnete Zwischenschicht, die vorzugsweise transparent oder transluzent ist, umfasst, wobei die Zwischenschicht wenigstens eine Leuchtdiode und wenigstens zwei elektrische Leiter, die Teil eines Stromkreises sind, umfasst. Die Zwischenschicht steht mit den Innenoberflächen der zwei Kunststoffschichten in Berührung, so dass die zwei Kunststoffschichten über die Zwischenschicht miteinander verbunden sind.
Das erfindungsgemäße Verbundbauteil weist aufgrund der Verwendung von Kunststoff anstelle von Glas ein deutlich geringeres Gewicht auf. Ferner sind die Verarbeitungseigenschaften von im Rahmen der vorliegenden Erfindung einsetzbaren Kunststoffen im Vergleich zu Glas bedeutend besser. Insbesondere kann der in der vorliegenden Erfindung verwendete Kunststoff auf einfache Art und Weise in fast beliebige Formen umgeformt werden. Das erfindungsgemäße Verbundbauteil lässt sich somit prinzipiell in jeder Form und Dimension herstellen und ist damit nicht auf ebene Ausführungsformen beschränkt. Überdies ist eine Einfärbung oder Lackierung von Thermoplasten, eines bevorzugt eingesetzten Kunststoffs, auf einfache Art und Weise möglich. Aufgrund der frei wählbaren Dimensionen des erfindungsgemäßen Verbundbauteils, der beliebigen Anordnungsmöglichkeit der Leuchtdioden und der vorzugsweise unsichtbaren Stromleitungen kann das erfindungsgemäße Verbundbauteil auf vielfältige Weise im Innen- oder Außenbereich von Gebäuden und in Luft-, Wasser- und Landfahrzeugen, beispielsweise als Beleuchtungs-, Informations-, Hinweis-, Kommunikations- oder Signalelement, eingesetzt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung besteht wenigstens eine der Kunststoffschichten aus einer transparenten oder transluzenten Kunststoffschicht, wobei die nicht transparente oder transluzente Schicht undurchsichtig oder reflektierend sein kann und meist für die Rückseite des erfindungsgemäßen Verbundbauteils eingesetzt wird. Die transparente oder transluzente Kunststoffschicht kann, falls keine Umformung erforderlich ist, aus nicht thermoplastischen, transparenten oder transluzenten Kunststoffen, wie duroplastischen Halberzeugnissen oder duroplastischen Formmassen oder transparenten Prepregs, insbesondere gießbarem transparentem Polyurethan, bestehen. Vorzugsweise werden allerdings umformbare transparente oder transluzente Kunststoffe, insbesondere transparente oder transluzente Thermoplasten, eingesetzt. Diese erfüllen vorzugsweise die strengen Brandschutz- und Sicherheitsanforderungen, die für den jeweiligen Einsatzzweck vorgeschrieben sind, wie beispielsweise die Brandanforderungen für Kabinenbauteile der zivilen Luftfahrt.
Geeignete transparente bzw. transluzente Thermoplaste umfassen PPSU, PEI, PSU, PC, PMMA, PET und PS. Insbesondere für Flugzeuganwendungen werden vorzugsweise mit Brandschutzadditiven-modifizierte PPSU-, PEI- und PC-Kunststoffe verwendet, welche die Brand-Anforderungen der FAA und die Airbus interne Anforderung gemäß ABD 0031 erfüllen.
Ein im Rahmen der vorliegenden Erfindung besonders bevorzugter transparenter oder transluzenter Thermoplast ist ein Polyphenylsulfon (PPSU)-Thermoplast. Ein Beispiel hierfür ist das von der Firma Röhm GmbH, Darmstadt, vertriebene EUROPLEX^® PPSU-Material, das für die Luftfahrt zugelassen ist. Es können jedoch grundsätzlich auch andere im Stand der Technik bekannte transparente oder transluzente Thermoplasten verwendet werden, vorausgesetzt, dass diese gegenüber den Prozessbedingungen, insbesondere den hohen Temperaturen, die bei der Fertigung des erfindungsgemäßen Verbundbauteils auftreten, beständig sind, von gegebenenfalls verwendeten Klebstoffen nicht angegriffen werden und äußeren Einwirkungen, wie Temperatur, Medien, mechanischer Beanspruchung, UV-Licht, etc., bei der jeweiligen Anwendung ausreichend Stand halten.
Der Transparenz- bzw. Transluzenzgrad eines Kunststoffs richtet sich nach den jeweiligen Vorgaben. Sollen beispielsweise Lichtpunkte einzeln und scharf wahrgenommen werden, ist ein klarer, transparenter, möglichst farbloser Kunststoff zu wählen.
Es ist auch möglich, die verwendeten Kunststoffschichten durch einem Fachmann bekannte Maßnahmen einzufärben. Dadurch lassen sich farbige Anmutungen sowie diffusere Anmutungen durch opake Materialformulierungen erzielen. Hierbei stellt die Vielfalt von verfügbaren Kunststoffen einen deutlichen Vorteil gegenüber Glas dar.
Der hierin verwendete Begriff "transparent" bezeichnet die Eigenschaft eines Materials, durchsichtig zu sein, d. h. elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Bereich hindurchzulassen. Transparent oder durchsichtig ist ein Material allgemein dann, wenn ein hinter dem Material befindliches Objekt klar erkennbar ist. Klares Fensterglas ist beispielsweise transparent. Im Gegensatz dazu bezeichnet der vorliegend verwendete Begriff „transluzent" die Eigenschaft eines Materials, partiell lichtdurchlässig zu sein. Bei einem transluzenten oder partiell durchlässigen Material, ist ein hinter dem Material befindliches Objekt nicht klar sondern mehr oder weniger stark verschwommen oder diffus erkennbar. Ein Beispiel für ein transluzentes Material ist Milchglas, bei dem diffuses Licht hindurchscheint. Eine "transparente oder transluzente" Schicht im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst Schichten, die vollständig transparent oder transluzent sind oder aufgrund der Gegenwart von nicht transparenten oder transluzenten Elementen, wie Leuchtdioden, in wesentlichen Bereichen transparent oder transluzent sind.
Der vorliegend verwendete Begriff "Schicht" bezeichnet ein flächenhaft ausgedehnte einheitliches Material, das über, unter oder zwischen Anderem liegen kann. Der Begriff "Schicht" impliziert dabei keine besondere Dicke und sagt als solcher nichts über das Material aus, aus dem die Schicht besteht, und/oder dessen Eigenschaften, wie beispielsweise Biegsamkeit, Verformbarkeit, etc. Eine "Schicht" im Sinne der vorliegenden Erfindung kann eine beliebige Ausdehnung oder Gestalt aufweisen.
Das erfindungsgemäße Verbundbauteil kann zusätzlich zu den beschriebenen zwei Kunststoffschichten auch weitere wenigstens auf einer der Außenseiten derselben befindliche Schichten, wie Lackschichten, Farbschichten, weitere Kunststoffschichten aus den oben definierten Materialien, etc. aufweisen, wobei das resultierende Verbundbauteil wenigstens Teilbereiche aufweist, die transparent oder transluzent sind und in denen wenigstens eine Leuchtdiode angeordnet ist.
Die Dicke der in dem erfindungsgemäßen Verbundbauteil vorhandenen Schichten ergibt sich aus den verwendeten Materialien, deren Eigenschaften und dem beabsichtigten Verwendungszweck des erfindungsgemäßen Verbundbauteils. Die Dicken der wenigstens zwei Kunststoffschichten, die gleich oder unterschiedlich sein können, richten sich beispielsweise nach den geforderten Eigenschaft, wie Stabilität, zu erzielendem optischem Effekt, Lichtdurchlässigkeit, etc.
Als Lichtquelle wird in der vorliegenden Erfindung wenigstens eine Leuchtdiode verwendet, da Leuchtdioden wenig Energie verbrauchen, unempfindlich gegenüber Erschütterungen sind, eine hohe Lebensdauer aufweisen und insbesondere wenig Wärme erzeugen. Als Leuchtdioden können in der vorliegenden Erfindung handelsüblich erhältliche Leuchtdioden verwendet werden, die weißes Licht oder ein Licht in einer Farbe, wie beispielsweise blau, grün, rot, gelb und Mischfarben und Pastelltöne, abstrahlen. Geeignet zur Verwendung in vorliegender Erfindung sind auch Leuchtdioden mit änderbaren Lichtfarben. Die im Rahmen der vorliegenden Erfindung einsetzbaren Leuchtdioden können ferner Licht in eine oder mehrere Richtungen, beispielsweise in entgegengesetzte Richtungen, abstrahlen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann eine beliebige Anzahl von Leuchtdioden in einer beliebigen Anordnung verwendet werden. Die Anordnung der Leuchtdioden kann beispielsweise so gewählt werden, dass geometrische Muster, wie „Gitter", Kreise, Linien und andere geometrische Anordnungen, sowie unregelmäßige Muster, wie z. B. ein Sternenhimmel, für Beleuchtungs- oder ästhetische Zwecke, oder Symbole, Piktogramme, Schriften, etc., als Informations-, Hinweis-, Kommunikations- oder Signalelement gebildet werden. Ferner können die Leuchtdioden auch gezielt ansteuerbar sein, wodurch beispielsweise Laufschriften erzeugt werden können.
Die wenigstens eine Leuchtdiode wird über wenigstens zwei elektrische Leiter mit Strom versorgt, die zusammen mit der wenigstens einen Leuchtdiode Teil eines Stromkreises sind. Als "elektrischer Leiter" wird gemäß der vorliegenden Erfindung allgemein ein Material bezeichnet, das Strom leiten kann. Die elektrischen Leiter gemäß der vorliegenden Erfindung sind entweder transparent oder sichtbar. Vorzugsweise sind die wenigstens zwei elektrischen Leiter transparent, da transparente Leiter den ästhetischen Gesamteindruck des Verbundbauteils nicht stören.
Beispiele für in dem erfindungsgemäßen Verbundbauteil verwendbare elektrische Leiter sind Kabel, Drähte, transparente oder sichtbare leitfähige, dünne Schichten, transparente oder sichtbare Leiterbahnen, etc. Als Stromversorgung wird gemäß der vorliegenden Erfindung vorzugsweise Niedervoltstrom, insbesondere ein Niedervoltgleichstrom, beispielsweise 12 V DC, 24 V DC oder 48 V DC, verwendet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die wenigstens zwei elektrischen Leiter in Form von Leiterbahnen ausgestaltet. "Leiterbahnen" im Sinne der vorliegenden Erfindung sind schmale und dünne elektrisch leitfähige Schichten, die auf ein gegebenes Substrat durch ein im Stand der Technik bekanntes Verfahren, wie Bedampfen, Sprühen, Vaporisieren oder Sputtern, aufgebracht sind. Diese elektrisch leitfähigen Schichten können aus einem Metall, einer Metalllegierung oder einem Metalloxid bestehen.
Ein besonders bevorzugter elektrischer Leiter zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung ist eine transparente Leiterbahn, die aus einem transparenten, leitfähigen Metalloxid besteht. Das transparente, leitfähige Metalloxid ist vorzugsweise Indiumzinnoxid (ITO, engl. indium tin Oxide), Indium dotiertes Zinkoxid, Aluminium dotiertes Zinkoxid, Antimon dotiertes Zinnoxid oder Fluor dotiertes Zinnoxid. Besonders geeignet im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist Indiumzinnoxid.
Die wenigstens zwei elektrischen Leiter und die wenigstens eine Leuchtdiode der Leiter- und Leuchtdiodenanordnung können auf verschiedene Arten in der zwischen den zwei Kunststoffschichten befindlichen Zwischenschicht angeordnet sein. So sind die wenigstens eine Leuchtdiode und die wenigstens zwei elektrischen Leiter der Leiter- und Leuchtdiodenanordnung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform direkt auf einer der Innenoberflächen der zwei Kunststoffschichten aufgebracht. Der Begriff „direkt" bedeutet in diesem Zusammenhang, dass wenigstens ein Teil wenigstens eines Leiters und/oder wenigstens einer Leuchtdiode unmittelbar mit einer der Innenoberflächen der Kunststoffschichten in Kontakt steht.
Alternativ dazu kann ein oder mehrere Leiter auch direkt auf der Innenoberfläche einer der beiden Kunststoffschichten verlaufen und ein oder mehrere andere Leiter direkt auf der Innenoberfläche der anderen der beiden Kunststoffschichten verlaufen. Es ist beispielsweise denkbar, dass die Leiter, die der Hinleitung des Stroms zu den Leuchtdioden dienen, direkt auf der Innenoberfläche einer der beiden Kunststoffschichten verlaufen, während die Leiter, die der Rückleitung des Stroms dienen, di rekt auf der Innenoberfläche der anderen der beiden Kunststoffschichten verlaufen. Die Leuchtdioden können dabei entweder auf der einen, der anderen oder beiden Innenoberflächen der zwei Kunststoffschichten angeordnet sein. Auch Mischformen dieser Anordnungen sind denkbar.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verbundbauteils sind die wenigstens zwei elektrischen Leiter und die wenigstens eine Leuchtdiode der Leiter- und Leuchtdiodenanordnung so angeordnet, dass die elektrischen Leiter im Inneren der Zwischenschicht, d. h. ohne direkten Kontakt zu den Innenoberflächen der zwei Kunststoffschichten, verlaufen und auch die Leuchtdioden in der Zwischenschicht, ohne direkten Kontakt zu den Innenoberflächen der Kunststoffschichten, eingebettet sind.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verbundbauteils wird eine Leuchtdioden (LED)-Folie als Leiter- und Leuchtdiodenanordnung verwendet. Diese besteht aus einem transparenten oder transluzenten, nicht leitfähigen Kunststoffsubstrat und wenigstens zwei elektrischen Leitern sowie wenigstens einer Leuchtdiode. Die wenigstens zwei elektrischen Leiter und die wenigstens eine Leuchtdiode sind auf dem transparenten oder transluzenten, nicht leitfähigen Kunststoffsubstrat angeordnet und Teil eines Stromkreises. Das transparente oder transluzente, nicht leitfähige Kunststoffsubstrat ist vorzugsweise eine Folie aus einem transparenten oder transluzenten Kunststoff, wie beispielsweise Polyethylenterephthalat (PET). Die elektrischen Leiter und die Leuchtdioden sind wie oben definiert, wobei als elektrische Leiter vorzugsweise transparente Leiterbahnen verwendet werden, die beispielsweise aus einem oben beschriebenen transparenten, leitfähigen Metalloxid bestehen. Die Leuchtdiodenfolie ist vorzugsweise im Inneren der Zwischenschicht angeordnet und in diese eingebettet, d. h. steht nicht in direktem Kontakt mit den Innenoberflächen der zwei Kunststoffschichten.
Die zwei Kunststoffschichten des erfindungsgemäßen Verbundbauteils können über mechanische Befestigungsmittel, wie Klammern, Klemmen, etc., miteinander verbunden sein. In diesem Fall kann die Zwischenschicht Abstandshalter, die vorzugsweise transparent oder transluzent sind und beispielsweise aus einem vorgenannten thermoplastischen Material bestehen, und/oder andere transparente oder transluzente Stoffe, wie Füllstoffe, und/oder Luft, und/oder weitere Materialien enthalten, um die zwei Kunststoffschichten über die vorzugsweise transparente oder transluzente Zwischenschicht miteinander lösbar zu verbinden.
Vorzugsweise umfasst die Zwischenschicht allerdings wenigstens eine Klebeschicht, welche dafür sorgt, dass die zwei Kunststoffschichten über die Zwischenschicht fest miteinander verbunden sind und/oder die Kunststoffschichten einen erforderlichen oder gewünschten Abstand voneinander einhalten. Da die Zwischenschicht vorzugsweise transparent oder transluzent ist, besteht auch die wenigstens eine Klebeschicht vorzugsweise aus einem transparenten oder transluzenten Material. Die Anzahl und Anordnung der Klebeschichten hängt unter anderem von der Struktur und Anordnung der Leiter- und Leuchtdiodenanordnung ab. So befindet sich etwa bei der Verwendung einer in der Mitte der Zwischenschicht angeordneten Leuchtdiodenfolie üblicherweise oberhalb und unterhalb der Leuchtdiodenfolie jeweils eine Klebeschicht, welche die Leuchtdiodenfolie mit den Innenoberflächen der zwei Kunststoffschichten verbindet.
Die Klebeschicht bzw. die Klebschichten des erfindungsgemäßen Verbundbauteils besteht bzw. bestehen üblicherweise aus einem Gießharz oder einem Schmelzklebstoff. Geeignete Gießharze sind einem Fachmann bekannt und umfassen beispielsweise Epoxid-, Polyester- und Polyurethanharze. Bevorzugte Schmelzklebstoffe sind Polyvinylbutyral (PVB), Ethylvinylacetat (EVA) und thermoplastische Polyurethane (TPU). Diese Schmelzklebstoffe sind kommerziell üblicherweise in Form von Folien erhältlich, die zwischen den Kunststoffschichten angeordnet werden können und nach Erhitzen beim Abkühlen eine Verbindung herstellen. Die Verwendung von mehreren Lagen dieser Klebefolien und/oder unterschiedlich dicken Klebefolien erlaubt die Erzeugung von Klebeschichten unterschiedlicher Dicken. Die Klebeschichten sind vorzugsweise so dick, dass diese die Leuchtdiodenfolie vorzugsweise vollständig umgeben, so dass auch die aus der Leuchtdiodenfolie hervorstehenden Leuchtdioden nicht direkt mit den Innenoberflächen der zwei Kunststoffschichten in Berührung kommen.
Ein anderer Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Verbundbauteils, bei dem zunächst eine erste Kunststoffschicht bereitgestellt wird. Auf diese erste Kunststoffschicht werden dann nacheinander eine erste Klebefolie, eine Leuchtdiodenfolie, eine zweite Klebefolie und eine zweite Kunststoffschicht angeordnet, wobei die erste und/oder die zweite Kunststoffschicht transparent oder transluzent ist. Anschließend wird die erhaltene Schichtanordnung gegebenenfalls einem Vakuum ausgesetzt, um eingeschlossene Gase, wie Luft, zu entfernen. Die resultierende Schichtanordnung wird dann mit oder ohne Vakuum bei einer geeigneten Temperatur und mit einem geeigneten Pressdruck verpresst, wodurch ein Laminat erhalten wird. Durch das Vakuum werden ge gebenenfalls zwischen den einzelnen Schichten eingeschlossene Gase, wie Luft, die sich nachteilig auf das Verbundbauteil auswirken können, weitgehend entfernt. Dennoch verbleibende Reste von Gasen gehen unter Druck in Lösung in die Klebeschicht. Nach Abkühlen des erhaltenen Laminats auf eine bestimmte Temperatur, vorzugsweise auf 30°C oder weniger, wird, falls ein Vakuum angelegt wurde, das Vakuum auf Umgebungsdruck entspannt, wodurch ein Verbundbauteil erhalten wird. Dieses kann anschließend, falls erforderlich, durch einem Fachmann bekannte Verfahren in die gewünschte Größe gebracht und/oder um- bzw. verformt werden. Alternativ dazu kann die Umformung vor dem oben beschriebenen Laminierverfahren erfolgen, insbesondere dann, wenn die Ver- bzw. Umformung nach dem Laminieren problematisch ist.
Die Temperatur beim Verpressen richtet sich nach der verwendeten Klebefolie. Geeignete Klebefolien sind insbesondere Polyvinylbutyral- (PVB-), Ethylvinylacetat- (EVA-) und thermoplastische Polyurethan- (TPU-) Folien. Vorzugsweise ist die verwendete Klebefolie transparent oder transluzent. Wird eine EVA-Folie verwendet, sollte eine Temperatur von 100°C nicht überschritten werden. Bei einer PVU-Folie beträgt diese obere Grenze 120°C und bei einer PVB-Folie 135°C. Bei der Verwendung einer PVB-Folie erfolgt das Verpressen vorzugsweise bei einer Temperatur im Bereich von 100°C bis 135°C, insbesondere 125°C bis 130°C.
Die verwendete Klebefolie sollte wenigstens so dick sein, dass die aus der Klebefolie herausragenden Leuchtdioden vollständig von der Klebeschicht bedeckt sind, da die Leuchtdioden sonst während der Herstellung leicht aus der Folie ausreißen. Die Dicke der Klebeschicht zwischen der mit den Leuchtdioden bestückten Oberfläche der Leuchtdiodenfolie und der Innenoberfläche einer der zwei Kunststoffschichten kann beispielsweise 0,5 bis 3 mm, insbesondere 1,2 mm, betragen. Die andere Klebefolie kann im Gegensatz zur ersten Klebefolie dünner gewählt werden, da diese nur die Unterseite der Leuchtdiodenfolie, d. h. die Seite, die nicht mit den Leuchtdioden versehen ist, bedeckt. Im Falle der zweiten Klebefolie ist daher vorrangig auf eine ausreichende Klebwirkung zu achten, wofür üblicherweise Klebefolien mit einer Dicke im Bereich von 0,1 bis 1,0 mm, typischerweise 0,4 mm, ausreichend sind.
Als Kunststoffschichten können die oben definierten Kunststoffschichten eingesetzt werden. Die verwendete transparente oder tranluzente Kunststoffschicht besteht vorzugsweise aus einem der oben definierten transparenten oder transluzenten Thermoplasten, insbesondere aus Polyphenylsulfon. Vorzugsweise bestehen beide Kunststoffschichten aus einem transparenten oder transluzenten Material. Als Leuchtdiodenfolie kann eine der oben definierten Leuchtdiodenfolien eingesetzt werden.
Die im erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Schichten oder Folien werden vor dem Anordnen aufeinander vorzugsweise elektrostatisch entladen, da eine elektrostatische Aufladung die einheitliche Laminatbildung stören kann. Die elektrostatische Entladung kann beispielsweise durch Erdung oder Ionenduschen erfolgen.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung eines erfindungsgemäßen Verbundbauteils im Innen- oder Außenbereich von Gebäuden, d. h. der Außen- oder Innenarchitektur, und in Luftfahrzeugen, wie Flugzeugen, Wasserfahrzeugen, wie Segel- oder Motorschiffen, und Landfahrzeugen, wie schienengebundenen Fahrzeugen oder Kraftfahrzeugen, insbesondere Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen. Das erfindungsgemäße Verbundbauteil kann unter anderem als Beleuchtungs-, Informations-, Hinweis-, Kommunikations- oder Signalelement eingesetzt werden, insbesondere als Hintergrundbeleuchtungselement oder Sternenhimmel, zur Beleuchtung von Kanten, Umrandungen, beispielsweise Griffumrandungen, in Trennwänden oder -elementen, als Beschriftungen, Hinweismarkierungen, etc. Insbesondere kann das erfindungsgemäße Verbundbauteil als Flugzeuginterieurverbundbauteil im Innenbereich von Flugzeugen, insbesondere in Flugzeugen für die kommerzielle Luftfahrt, verwendet werden.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen mehrere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung näher erläutert.
Die in den Zeichnungen gezeigten oder in Zusammenhang mit den Zeichnungen erläuterten Merkmale der vorliegenden Erfindung sind dabei so aufzufassen, dass diese auch mit allen vorstehenden und in den Ansprüchen erwähnten Merkmalen zu Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Verbundbauteils kombiniert werden können, die für sich schutzfähig sein können.
Es zeigen:
1 eine Querschnittsseitenansicht einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verbundbauteils,
2 eine Querschnittsseitenansicht einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verbundbauteils, und
3 eine schematische Darstellung, welche das Anordnen von einzelnen Schichten gemäß einem bevorzugten erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils zeigt.
1 zeigt eine Querschnittsseitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verbundbauteils. Das Verbundbauteil umfasst zwei Kunststoffschichten 10, 12, von denen wenigstens eine transparent oder transluzent ist und vorzugsweise aus einem transparenten oder transluzenten Polyphenylsulfon-Thermoplasten besteht, zwischen denen eine Zwischenschicht 14, die vorzugsweise transparent oder transluzent ist, liegt. Die zwei Kunststoffschichten 10, 12 weisen Außenoberflächen 10a, 12a und Innenoberflächen 10b, 12b auf, wobei die Innenoberflächen 10b, 12b mit der Zwischenschicht 14 direkt in Berührung stehen. Auf diese Weise sind die zwei Kunststoffschichten 10, 12 über die Zwischenschicht 14 miteinander verbunden.
Die Zwischenschicht 14 umfasst eine Leiter- und Leuchtdiodenanordnung 16, die wenigstens eine Leuchtdiode 18 und wenigstens zwei elektrische Leiter 20, die Teil eines Stromkreises sind, umfasst. Die wenigstens zwei elektrischen Leiter 20 verlaufen direkt auf der Innenoberfläche 10b der Kunststoffschicht 10 und sind vorzugsweise transparente Leiterbahnen aus einer Metalloxidschicht, wie beispielsweise einer Indiumzinnoxid (ITO)-Schicht. Die Leuchtdioden sind auf eine einem Fachmann bekannte Art und Weise auf der Innenoberfläche 10b der Kunststoffschicht 10 befestigt und/oder in der Kunststoffschicht 10 verankert und werden über die wenigstens zwei elektrischen Leiter 20 mit elektrischem Strom versorgt. Für die Herstellung eines Kontakts zwischen den Leuchtdioden und den elektrischen Leitern kommen aus der SMD Technik bekannte Lösungen in Frage. Beispiele hierfür sind Löten und Schweißen unter Verfahrensbedingungen, die auf die eingesetzten Materialien, insbesondere die Kunststoffe, abgestimmt sind, oder die Verwendung von leitfähigen Lacken oder leitfähigen Klebstoffen, wie Silberleitlack, beispielsweise von Doduco.
Die Kunststoffschicht 10 mit der darauf angeordneten Leiter- und Leuchtdiodenanordnung 16 ist mittels einer Klebeschicht 22, die beispielsweise aus Polyvinylbutyral besteht, mit der Kunststoffschicht 12 verbunden.
2 zeigt eine Querschnittsseitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verbundbauteils. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich zu dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel insbesondere darin, dass die Leiter- und Leuchtdiodenanordnung 16 eine Leuchtdiodenfolie 26 ist.
Diese Leuchtdiodenfolie 26 besteht aus einem transparenten oder transluzenten nicht leitfähigen Kunststoffsubstrat 28, vorzugsweise eine PET-Folie, auf der die wenigstens zwei elektrischen Leiter 20, vorzugsweise in der Form von transparenten Leiterbahnen, und wenigstens eine Leuchtdiode 18 aufgebracht sind. Die Leuchtdiodenfolie 26 liegt zwischen zwei Klebeschichten 22, 24, welche die Innenoberflächen 10b, 12b der zwei Kunststoffschichten 10, 12 kontaktieren und dadurch die zwei Kunststoffschichten 10, 12 miteinander verbinden.
3 zeigt schematisch die Schichten, die bei der Herstellung der in 2 gezeigten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verbundbauteils übereinander gelegt und verpresst werden. Zunächst wird eine erste Klebefolie 32, beispielsweise eine PVB-Folie, auf einer ersten Kunststoffschicht 30 angeordnet. Dann folgen nacheinander eine wie in Zusammenhang mit 2 beschriebene Leuchtdiodenfolie 26, umfassend wenigstens eine Leuchtdiode 18 und wenigstens zwei elektrische Leiter 20 auf einem transparenten oder transluzenten, nicht leitfähigen Kunststoffsubstrat 28, eine zweite Klebefolie 34, beispielsweise ebenfalls eine PVB-Folie, und schließlich eine zweite Kunststoffschicht 36. Dabei ist die erste und/oder die zweite Kunststoffschicht transparent oder transluzent und besteht vorzugsweise aus einem Thermoplasten, wie einem PPSU-Thermoplasten. Die resultierende Schichtanordnung wird dann unter erhöhter Temperatur, erhöhtem Druck und vorzugsweise unter Vakuum zu einem Laminat verpresst. Nach dem Abkühlen desselben wird das Vakuum auf Umgebungsdruck entspannt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 1346822 A1 [0002]

Claims

Verbundbauteil, umfassend zwei Kunststoffschichten (10, 12), von denen wenigstens eine transparent oder transluzent ist, und eine zwischen den zwei Kunststoffschichten (10, 12) angeordnete Zwischenschicht (14), wobei die zwei Kunststoffschichten (10, 12) Außenoberflächen (10a, 12a) und Innenoberflächen (10b, 12b) aufweisen und mit den Innenoberflächen (10b, 12b) mit der Zwischenschicht (14) in Berührung stehen, so dass die zwei Kunststoffschichten (10, 12) über die Zwischenschicht (14) miteinander verbunden sind, und wobei die Zwischenschicht (14) eine Leiter- und Leuchtdiodenanordnung (16) umfasst, die wenigstens eine Leuchtdiode (18) und wenigstens zwei elektrische Leiter (20), die Teil eines Stromkreises sind, umfasst.
Verbundbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die transparente oder transluzente Kunststoffschicht (10, 12) aus einem transparenten oder transluzenten Thermoplasten besteht.
Verbundbauteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der transparente oder transluzente Thermoplast aus Polyphenylsulfon besteht.
Verbundbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei elektrischen Leiter (20) in Form von Leiterbahnen vorliegen.
Verbundbauteil nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei elektrischen Leiter (20) transparent sind.
Verbundbauteil nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei elektrischen Leiter (20) transparente Leiterbahnen aus einem transparenten, leitfähigen Metalloxid sind.
Verbundbauteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das transparente, leitfähige Metalloxid aus der Gruppe bestehend aus Indiumzinnoxid, Indium oder Aluminium dotiertem Zinkoxid und Antimon oder Fluor dotiertem Zinnoxid ausgewählt ist.
Verbundbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Leuchtdiode (18) und die wenigstens zwei elektrischen Leiter (20) der Leiter- und Leuchtdiodenanordnung (16) direkt auf einer der Innenoberflächen (10b, 12b) der zwei Kunststoffschichten (10, 12) aufgebracht ist, oder wobei wenigstens ein elektrischer Leiter (20) der Leiter- und Leuchtdiodenanordnung (16) direkt auf einer der Innenoberflächen (10b, 12b) der zwei Kunststoffschichten (10, 12) verläuft und wenigstens ein elektrischer Leiter (20) der Leiter- und Leuchtdiodenanordnung (16) direkt auf einer anderen Innenoberfläche (10b, 12b) der zwei Kunststoffschichten (10, 12) verläuft.
Verbundbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiter- und Leuchtdiodenanordnung (16) im Inneren der Zwischenschicht (14) angeordnet und in diese eingebettet ist.
Verbundbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiter- und Leuchtdiodenanordnung (16) eine Leuchtdiodenfolie (26) ist, die aus einem transparenten oder transluzenten, nicht leitfähigen Kunststoffsubstrat (28), auf dem die wenigstens zwei elektrischen Leiter (20) und die wenigstens eine Leuchtdiode (18) angeordnet sind, besteht.
Verbundbauteil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das transparente oder transluzente, nicht leitfähige Kunststoffsubstrat (28) aus Polyethylenterephthalat besteht.
Verbundbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (14) ferner wenigstens eine Klebeschicht (22, 24) zum Verbinden der zwei Kunststoffschichten (10, 12) umfasst.
Verbundbauteil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (14) zwei Klebeschichten (22, 24) und eine im Inneren der Zwischenschicht (14) angeordnete und in diese eingebettete Leuchtdiodenfolie (26) als Leiter- und Leuchtdiodenanordnung (16) umfasst, wobei eine der Klebeschichten (22, 24) zwischen einer der zwei Kunststoffschichten (10, 12) und der Leuchtdiodenfolie (26) angeordnet ist und die andere der Klebeschichten (22, 24) zwischen der anderen der zwei Kunststoffschichten (10, 12) und der Leuchtdiodenfolie (26) angeordnet ist.
Verbundbauteil nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebeschicht aus einem Gießharz oder einem Schmelzklebstoff besteht.
Verbundbauteil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebeschicht aus einem Schmelzklebstoff ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyvinylbutyral, Ethylvinylacetat und thermoplastischen Polyurethanen besteht.
Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils, umfassend die Schritte: a) Bereitstellen einer ersten Kunststoffschicht (30), b) Anordnen einer ersten Klebefolie (32) auf der ersten Kunststoffschicht (30), c) Anordnen einer Leuchtdiodenfolie (26) auf der ersten Klebefolie (32), d) Anordnen einer zweiten Klebefolie (34) auf der Leuchtdiodenfolie (26), e) Anordnen einer zweiten Kunststoffschicht (36) auf der zweiten Klebefolie (34), wobei die erste und/oder die zweite Kunststoffschicht transparent oder transluzent ist, wodurch eine Schichtanordnung erhalten wird, f) Verpressen der in Schritt e) erhaltenen Schichtanordnung mit oder ohne Vakuum bei einer geeigneten Temperatur und mit einem geeigneten Pressdruck, wodurch ein Laminat erhalten wird, g) Abkühlen des in Schritt g) erhaltenen Laminats, und gegebenenfalls h) Entspannen des Vakuums auf Umgebungsdruck.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die in Schritt e) erhaltene Schichtanordnung vor dem Verpressen zur Entfernung von eingeschlossenen Gasen einem Vakuum ausgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die transparente oder transluzente Kunststoffschicht (30, 36) aus einem transparenten oder transluzenten Thermoplasten besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder zweite Klebefolie (32, 34) eine Schmelzklebstofffolie ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyvinylbutyral-, Ethylvinylacetat- und thermoplastischen Polyurethanfolien ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtdiodenfolie (26) wie in Anspruch 10 oder 11 definiert ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Verpressen in Schritt f) bei einer Temperatur von 100 bis 135°C erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das in Schritt g) erhaltene Laminat vor dem Entspannen des Vakuums auf Umgebungsdruck bis auf wenigstens eine Temperatur von 30°C abgekühlt wird.
Verwendung eines Verbundbauteils gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15 als Beleuchtungs-, Informations-, Hinweis-, Kommunikations- oder Signalelement.
Verwendung eines Verbundbauteils gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15 im Innen- oder Außenbereich von Gebäuden und in Luft-, Wasser- und Landfahrzeugen.