DE112007001950T5

DE112007001950T5 - Elektrische Vorrichtung mit platinenloser Montageanordnung für elektrische Komponenten

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Publication number: DE112007001950T5
Application number: DE112007001950T
Authority: DE
Inventors: Thomas J. Zeeland Veenstra; Matthew S. Zeeland Weeda; Tony Grand Rapids Kuipers; Michael L. Holland Lanser; Paul T. Holland Vander Kuyl
Original assignee: Innotec Corp
Current assignee: Innotec Corp
Priority date: 2006-08-21
Filing date: 2007-08-21
Publication date: 2009-07-02
Also published as: US7909482B2; US20110146068A1; US8764240B2; WO2008024761A2; WO2008024761A3; US20080062711A1

Abstract

Leuchtanordnung, welche aufweist:
eine Schaltung aus Blech, die wenigstens zwei elektrisch leitende Schaltungselemente umfasst, wobei jedes Schaltungselement gegenüberliegende Seitenflächen abgrenzt bzw. definiert;
wenigstens eine LED, die mit den Schaltungselementen elektrisch verbunden ist;
wenigstens eine elektrische Komponente, die mit den Schaltungselementen elektrisch verbunden ist, wobei die eine elektrische Komponente gewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einem Widerstand, einer Diode, einer Zener-Diode, einem Transistor, einer integrierten Schaltung, einem Kondensator, einem Induktor, einem Überspannungsschutz und einem Metalloxid-Varistor; und wobei die elektrische Komponente in der Lage ist, wenigstens entweder die Spannung oder den elektrischen Strom, die der LED zugeführt werden, zu steuern bzw. zu beeinflussen;
einen einstückigen Körper, der thermoplastisches Polymermaterial umfasst, das die LED, die eine elektrische Komponente und wenigstens einen Bereich der gegenüberliegenden Seitenflächen der Schaltungselemente ummantelt.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Für diese Anmeldung wird die Priorität aus der US-Behelfsanmeldung Nr. 60/838,982, angemeldet am 21. August 2006, mit dem Titel ELECTRICAL DEVICE HAVING BOARDLESS ELECTRICAL COMPONENT MOUNTING ARRANGEMENT beansprucht, deren vollständiger Inhalt hier durch Bezugnahme eingeschlossen ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Elektrische Schaltungsplatinen wurden in einem sehr breiten Anwendungsbereich zum physikalischen und elektrischen Verbinden verschiedener elektrischer Komponenten, wie beispielsweise integrierter Schaltungen, LEDs, Widerstände, Kondensatoren, Induktoren und Ähnlichem, verwendet. Obwohl elektrische Schaltungsplatinen weit verbreitet verwendet werden, können elektrische Schaltungsplatinen verschiedene Nachteile aufweisen. Trotzdem werden Platinen mit integrierter Schaltung weiterhin in einem breiten Anwendungsbereich verwendet.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Vorrichtung, die eine oder mehrere elektrische Komponenten umfasst, die durch einen Schaltungsleiter ohne Verwendung einer Schaltungsplatine verbunden sind, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Vorrichtung. Die Vorrichtung wird durch Vorsehen eines elektrisch leitenden Materials, das eine elektrische Schaltung bildet, hergestellt. Das Material für die elektrische Schaltung kann aus einem Blech aus leitendem Metall oder Ähnlichem hergestellt sein, das geschnitten und/oder unter Verwendung eines "Folgeschnitts" oder einer anderen geeigneten Anordnung gebildet wird. Gemäß einem Gegenstand der vorliegenden Erfindung kann die elektrische Schaltung in einer ersten Form positioniert sein, und es werden eine oder mehrere Taschen oder Hohlräume durch Formen eines Kunststoffmaterials auf dem elektrisch leitenden Material gebildet. Bereiche der elektrischen Schaltung bleiben in den Taschen abisoliert. Es werden eine oder mehrere elektrische Komponenten in den Taschen in elektrischem Kontakt mit den abisolierten Oberflächen des leitenden Materials für die Schaltung positioniert, und dann wird das Teil in einer zweiten Form positioniert. Dann wird geschmolzener Kunststoff um die elektrischen Komponenten eingespritzt, um die Kom ponenten auf diese Weise wenigstens teilweise einzukapseln und sie mit dem zuvor gebildeten Teil physikalisch zu verbinden.
Gemäß einem anderen Gegenstand der vorliegenden Erfindung kann eine elektrische Anordnung, wie beispielsweise eine Leuchte, gebildet werden, indem ein Blech aus leitendem Material geschnitten wird, um eine Schaltung aus Blech mit wenigstens zwei elektrisch leitenden Schaltungselementen zu bilden. Jedes der Schaltungselemente weist sich gegenüberliegende erste und zweite Seiten auf. Das Verfahren weist das Befestigen wenigstens einer elektrischen Komponente an der ersten Seite des Schaltungselements durch Löten, Crimpen oder jede andere geeignete Technik auf. Die Schaltung und die elektrische Komponente werden in einer ersten Formhöhlung positioniert, die eine erste Gestalt definiert. Es wird thermoplastisches Polymermaterial um die erste Komponente geformt, während sich diese in der ersten Formhöhlung befindet, um so die elektrische Komponente in einer Schutzkapsel aus einem Polymermaterial einzukapseln. Die Schutzkapsel aus dem Polymermaterial kann einen ersten Bereich aufweisen, der mit der ersten Seite des leitenden Schaltungselements um die elektrische Komponente in Kontakt ist. Die Schutzkapsel weist periphere Kantenbereiche auf, die sich wenigstens um einen Bereich der elektrischen Komponente erstrecken. Das Schaltungselement und die elektrische Komponente werden dann in einer zweiten Formhöhlung mit einer zweiten Gestalt, die sich von der ersten Gestalt wesentlich unterscheidet, positioniert. Dann wird zusätzliches thermoplastisches Polymermaterial über wenigstens einen Bereich der Schutzkapsel geformt. Anschließend kann zusätzliches Material über das Teil unter Verwendung von dritten, vierten oder mehr Formwerkzeugen/Formschritten geformt werden.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine elektrische Vorrichtung wie beispielsweise eine Leuchtanordnung, die eine Schaltung aus Blech mit wenigstens zwei elektrisch leitenden Schaltungselementen umfasst. Jedes der Schaltungselemente grenzt gegenüberliegende Seitenflächen ab. Wenigstens eine elektrische Komponente, wie beispielsweise eine LED, ist mit den Schaltungselementen elektrisch verbunden. Wenigstens eine zusätzliche elektrische Komponente ist ebenfalls mit den Schaltungselementen elektrisch verbunden. Die zusätzliche elektrische Komponente ist aus einer Gruppe gewählt, die einen Widerstand, eine Diode, eine Zener-Diode, einen Transistor, eine integrierte Schaltung, einen Induktor, einen Überspannungsschutz und einen Metalloxid-Varistor aufweist. Die zusätzliche elektrische Komponente ist in der Lage, wenigstens entweder die Spannung oder den e lektrischen Strom, die/der der LED oder der anderen elektrischen Komponente zugeführt wird, zu beeinflussen. Ein einstückiger Körper, der das thermoplastische Polymermaterial aufweist, ummantelt die erste elektrische Komponente oder LED sowie die zusätzliche elektrische Komponente. Wenigstens ein Bereich der sich gegenüberliegenden Seitenflächen der elektrischen Schaltungen sind von dem einstückigen Körper ummantelt.
Ein noch anderer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Formwerkzeug zum Überformen elektrischer Komponenten, die an einem leitenden Schaltungselement angebracht sind. Das Formwerkzeug weist ein erstes und zweites Formteil auf, die so gestaltet sind, dass sie betriebsfähig ineinander eingreifen. Das erste Formteil weist eine erste Kontaktfläche auf, die so gestaltet ist, dass sie mit einer ersten Seite eines im Allgemeinen flachen leitenden Schaltungselements, das in dem Formwerkzeug positioniert ist, in Kontakt ist. Das zweite Formteil weist einen ersten Höhlungsbereich und eine Dichtungsfläche, die sich um die Höhlung erstreckt, auf. Die Dichtungsfläche ist so gestaltet, dass sie mit einer zweiten Seite eines im Allgemeinen flachen leitenden Schaltungselements, das in dem Formwerkzeug positioniert ist, in Kontakt ist. Das zweite Formteil weist einen zweiten Höhlungsbereich auf, der mit dem ersten Höhlungsbereich mittels eines Verbindungsgangs verbunden ist, der es ermöglicht, dass geschmolzenes Polymermaterial von dem zweiten Höhlungsbereich in den ersten Höhlungsbereich fließt.
Auf diese Weise kann eine breite Vielfalt an Vorrichtungen gebildet werden, die entweder teilweise oder vollständig eingekapselte elektrische Komponenten aufweisen, ohne dass eine Platine für die elektrische Schaltung verwendet wird. Bezeichnenderweise kann das elektrisch leitende Material der Schaltung in einer Vielfalt nicht-planerer Gestalten geformt werden, und das Kunststoffmaterial, das um das elektrisch leitende Material spritzgegossen wird, kann in einer nahezu unendlichen Anzahl an Gestaltungen gebildet werden. Das Kunststoffmaterial, das um das leitende Metallmaterial eingespritzt wird, kann verwendet werden, um eine fertig bearbeitete Fläche für eine Anordnung, wie beispielsweise eine Fahrzeug-Innenleuchte, ein Bestandteil des Armaturenbretts oder Ähnliches, vorzusehen. Des Weiteren können das elektrisch leitende Material und das Kunststoffmaterial, das das elektrisch leitende Material einkapselt, einen Teil des Gehäuses für eine Fahrzeugleuchte oder eine derartige Anordnung bilden, so dass ein gesondertes Gehäuse und eine Schaltungsplatine nicht erforderlich sind. Da das Schaltungsmaterial in nahezu jede Gestalt ge formt werden kann, ist die Gestaltung des endgültigen Teils nicht durch das Erfordernis, eine planare Platine vorzusehen, beschränkt.
Diese und andere Merkmale, Vorteile und Ziele der vorliegenden Erfindung werden dem Durchschnittsfachmann offenbar und verständlich unter Bezugnahme auf die nachstehende Beschreibung, die Ansprüche und die beigefügten Zeichnungsfiguren.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGSFIGUREN
1 ist eine isometrische Ansicht eines fertiggestellten Teils gemäß einem Gegenstand der vorliegenden Erfindung;
1A ist ein Ablaufdiagramm, welches den Vorgang des Herstellens der elektrischen Vorrichtung aus 1 aufzeigt;
2 ist eine isometrische Ansicht des fertigen Teils aus 1 aus einem anderen Winkel;
3 ist eine Draufsicht auf das fertige Teil aus 1;
4 ist eine Querschnittansicht des fertigen Teils aus 3 entlang der Linie IV-IV;
5 ist eine isometrische Ansicht eines "ersten Spritzteils", wobei Taschen aufgezeigt sind, die durch einen ersten Schritt des Spritzgießens gebildet wurden;
6 ist eine isometrische Ansicht des ersten Spritzteils aus 5 aus einem anderen Winkel;
7 ist eine Draufsicht auf das erste Spritzteil aus 5;
8 ist eine Querschnittansicht des ersten Spritzteils aus 7 entlang der Linie VII-VII;
9 ist eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs des ersten Spritzteils aus 8;
10 ist eine vergrößerte Ansicht des fertigen Teils, das dem ersten Spritzteil aus 9 entspricht;
11 ist eine Querschnittansicht des ersten Spritzteils aus 7 entlang der Linie XI-XI;
12 ist eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs des fertigen Teils aus 4;
13 ist eine fragmentarische, teilweise Querschnittansicht eines Bereichs einer Vorrichtung gemäß einem anderen Gegenstand der vorliegenden Erfindung;
14 ist eine fragmentarische, teilweise Querschnittansicht eines Bereichs einer Vorrichtung gemäß einem anderen Gegenstand der vorliegenden Erfindung;
15 ist eine isometrische Ansicht einer elektrischen Vorrichtung gemäß einem anderen Gegenstand der vorliegenden Erfindung;
16 ist eine isometrische Ansicht der Vorrichtung aus 15 aus einer anderen Sicht;
17 ist eine Seitenansicht der Vorrichtung aus 15 und 16;
18 ist eine teilweise fragmentarische Querschnittansicht eines Bereichs der Vorrichtung aus 17;
19 ist ein Diagramm, das ein Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung aus 15 darstellt;
20 ist eine perspektivische Ansicht eines leitenden Schaltungselements der Vorrichtung aus 15;
21 ist eine isometrische Ansicht der Schaltung aus 20, auf der elektrische Komponenten angebracht sind;
22 ist eine fragmentarische, teilweise schematische Ansicht, in welcher eine Weise zum elektrischen und/oder mechanischen Verbinden einer elektrischen Komponente mit der Schaltung aus 20 aufgezeigt wird;
23 ist eine teilweise schematische Querschnittansicht, in welcher eine andere Weise zum mechanischen und/oder elektrischen Verbinden einer elektrischen Komponente mit der Schaltung aus 20 aufgezeigt wird;
24 ist eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung aus 15 während einer Zwischenstufe des Herstellungsvorgangs, in welcher die internen Komponenten dargestellt sind, die von transparentem Polymermaterial eingekapselt sind;
25 ist eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung aus 15 während einer Zwischenstufe des Herstellungsvorgangs, in welcher die internen Komponenten dargestellt sind, die von Polymermaterial eingekapselt sind;
26 ist eine Draufsicht auf die Vorrichtung aus 15 während einer Zwischenstufe des Herstellungsvorgangs, in welcher die internen Komponenten dargestellt sind, die von transparentem Polymermaterial eingekapselt sind;
27 ist eine Draufsicht auf die Vorrichtung aus 15 während einer Zwischenstufe des Herstellungsvorgangs, in welcher die internen Komponenten dargestellt sind, die von Polymermaterial eingekapselt sind;
28 ist eine Querschnittansicht entlang der Linie XXIIX-XXIIX, wenn sich die Komponente aus 27 in einem ersten Formwerkzeug befindet;
29 ist eine Querschnittansicht entlang der Linie XXIX-XXIX, wenn sich die Komponente aus 27 in einem ersten Formwerkzeug befindet;
30 ist eine Querschnittansicht der Komponente aus 27, die in einem zweiten Formwerkzeug positioniert ist, unmittelbar vor dem Einspritzen eines zusätzlichen Polymermaterials um die Vorrichtung;
31 ist eine isometrische Ansicht einer Vorrichtung gemäß einem anderen Gegenstand der vorliegenden Erfindung; und
32 ist eine Querschnittansicht der Vorrichtung aus 31 entlang der Linie XXXII-XXXII.
GENAUE BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Zu Beschreibungszwecken sollen sich die Begriffe "ober", "unter", "rechts", "links", "hinten", "vertikal", "horizontal" und Ableitungen davon auf die Erfindung wie in 1 ausgerichtet beziehen. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Erfindung verschiedene alternative Ausrichtungen und Schrittsequenzen annehmen kann, mit Ausnahme derer, von denen ausdrücklich das Gegenteil gesagt wird. Es wird ebenfalls darauf hingewiesen, dass die spezifischen Vorrichtungen und Vorgänge, die in den beigefügten Zeichnungsfiguren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung beschrieben sind, nur beispielhafte Ausführungsformen des in den beigefügten Ansprüchen definierten erfindungsgemäßen Konzepts sind. Folglich sind spezifische Abmessungen oder andere physikalische Eigenschaften, die sich auf die hier offenbarten Ausführungsformen beziehen, nicht einschränkend, sofern nicht in den Ansprüchen anders angegeben.
Unter Bezugnahme auf 1–3 umfasst eine elektrische Vorrichtung 1 gemäß einem Gegenstand der vorliegenden Erfindung elektrische Leiter 2–9 (siehe auch 2 und 3), die in ein nicht leitendes Kunststoffmaterial 10 eingebettet sind. In dem dargestellten Beispiel sind die elektrischen Leiter 2–9 aus einem Blech, wie beispielsweise plattierter Stahl, Messing oder Ähnliches, und umfassen relativ große Bereiche, die sich über den Perimeter 11 des Kunststoffmaterials 10 erstrecken. Wie unten genauer beschrieben wird, sind eine oder mehrere elektrische Komponenten, wie beispielsweise eine integrierte Schaltung, eine LED, ein Widerstand, eine Diode, ein Kondensator, ein Leiter oder nahezu jede andere elektrische Komponente oder Komponenten wenigstens teilweise in dem Kunststoffmaterial 10 eingekapselt und in elektrischem und Thermokontakt mit den elektrischen Leitern 2–9. Die Anordnung der elektrischen Leiter 2–9 in dem dargestellten Beispiel bietet Wärmeleitung von den elektrischen Komponenten, die in das Kunststoffmaterial 10 eingebettet sind. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die elektrischen Leiter, die verwendet werden, um elektrische Verbindungen mit den eingebetteten Schaltungskomponenten vorzusehen, nahezu jede Größe, Gestalt oder Anordnung aufweisen können sowie relativ kleine abisolierte Außenflächen umfassen können, um elektrische und/oder Thermoverbindungen vorzusehen. Ebenfalls können die elektrischen Leiter vollständig in das Kunststoffmaterial 10 eingebettet sein, anstatt dass die elektrischen Leiter 2–9 abisolierte Bereiche aufweisen, und ein elektrischer Verbinder von herkömmlicher, bekannter Gestaltung kann mit einem oder mehreren der elektrischen Leiter 2–9 elektrisch verbunden und in dem Kunststoffmaterial 10 eingebettet sein, so dass der herkömmliche elektrische Stecker oder der andere bekannte Verbinder das einzige externe elektrische Verbindungsmerkmal für die elektrischen Leiter 2–9 sein kann.
Unter Bezugnahme auf 5–7 kann während der Herstellung der elektrischen Vorrichtung 1 gemäß einem ersten Verfahren anfänglich ein "erstes Spritzteil" 15 gebildet werden. Wenn dieses Verfahren verwendet wird, wird das erste Spritzteil 15 hergestellt, indem ein Netz 17 aus elektrisch leitendem Material in eine erste Form (nicht dargestellt) platziert wird. Das Netz 17 ist aus Blech oder Ähnlichem in einem Folgeschnitt oder Ähnlichem hergestellt. In dem dargestellten Beispiel weist das Netz 17 und die elektrischen Leiter 2–9 (die aus dem Netz 17 hergestellt wurden) eine im Wesentlichen planare Gestalt auf. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass das Netz 17 und die aus dem Netz 17 gebildeten Leiter nahezu jede Gestalt aufweisen können, die für eine gegebene Anwendung erforderlich ist. Des Weiteren wird darauf hingewiesen, dass die elektrischen Leiter aus anderen Materialien als Blech unter Verwendung einer Spanne von Formvorgängen, wie sie für eine bestimmte Anwendung erforderlich sind, hergestellt werden können.
Das Netz 17 wird anfänglich als ein einstückiges Teil mit einer Mehrzahl an Verbindungsbereichen 18 hergestellt, die die elektrischen Leiter 2–9 physikalisch und elektrisch miteinander verbinden. Ebenfalls sind in dem Netz 17 durch den Folgeschnitt ein oder mehrere Fixierlöcher 19 gebildet. Das Netz 17 kann mit angrenzenden Netzen 17 (nicht dargestellt) mittels einer Mehrzahl an Metall-Netzverbindungsteilen (nicht dargestellt) verbunden sein, um so einen länglichen Streifen aus dem Material mit einer Mehrzahl einzelner Teile eines Netzes 17 zu bilden. Das Netz 17 wird in einem ersten Formwerkzeug (nicht dargestellt) positioniert, und Stifte oder Ähnliches (ebenfalls nicht dargestellt) werden in den Fixierlöchern 19 aufgenommen, um das Netz 17 in einem Werkzeug zu positionieren, das die Verbindungsbereiche 18 schneidet, um so die elektrischen Leiter 2–9 elektrisch und physikalisch voneinander zu trennen. Das Netz 17 kann ebenfalls von dem angrenzenden Netz 17 abgeschnitten werden, wenn dies für eine bestimmte Anwendung gewünscht ist. Trotzdem bleibt bei einem bevorzugten Verfahren das Netz 17 mit dem unmittelbar an dieses angrenzenden Netzabschnitt 17 verbunden.
Nachdem das Netz 17 in einem ersten Formwerkzeug positioniert ist, werden die Formteile zusammengebracht, es wird geschmolzener Kunststoff eingespritzt, um erhöhte Wände oder Stege 20 zu bilden und einen unteren Kunststoffbereich 21 (6) zu bilden. Die Wände oder Stege 20 bilden eine Mehrzahl an Taschen 22–27. Jede der Taschen weist abisolierte leitende Flächen 28 auf, die durch die elektrischen Leiter 2–9 gebildet sind. Es wird darauf hingewiesen, dass die Formhöhlung (nicht dargestellt) im Wesentlichen die gleiche Gestalt aufweist wie die Außenflächen der erhöhten Wände/Stege 20 und der untere Kunststoff 21, und die Form Flächen aufweist, die dicht an die elektrischen Leiter 2–9 um die Sockelkanten 29 der erhöh ten Wände/Stege 20 anstoßen, um so das Fließen von Kunststoffmaterial über die in 5–7 dargestellte Anordnung hinaus zu verhindern.
Nachdem das erste Spritzteil gebildet wurde, werden verschiedene elektrische Komponenten in den Taschen 22–27, die durch die erhöhten Wände oder Stege 20 gebildet werden, platziert. Unter weiterer Bezugnahme auf 8 und 9 ist ein Beispiel für derartige elektrische Komponenten eine LED 30, die in der Tasche 27 positioniert ist, wobei die Leiter 31 und 32 der LED 30 mit abisolierten Bereichen 23 von 3 und 9 in Kontakt sind. Die abisolierten Bereiche 23 der Leiter innerhalb der Taschen 22–27 sind vorzugsweise mit Fett oder Ähnlichem beschichtet, sowohl um die elektrische Komponente an ihrer Stelle zu halten als auch um sicherzustellen, dass die elektrische Komponente, wie beispielsweise LED 30, in Thermokontakt mit den elektrischen Leitern ist. Es wird darauf hingewiesen, dass die LED 30 durch die Innenflächen 34 der Wände oder Stege 20 an ihrer Stelle gehalten wird. Obwohl die Größe der Tasche 27 (oder der Taschen 22–26) so gewählt werden kann, dass sich die LED 30 oder eine andere elektrische Komponente zu einem bestimmten Grad seitlich bewegen kann, sind die Innenflächen 34 der erhöhten Wände oder Stege 20 vorzugsweise mit einer ausreichend hohen Genauigkeit gebildet, um zu gewährleisten, dass die LED 30 oder die andere elektrische Komponente innerhalb der Toleranz für das Endteil positioniert ist, so dass zusätzliche Seitenpositionierungsmerkmale/-werkzeuge und Ähnliches nicht erforderlich sind. Des Weiteren gewährleistet das Fett (nicht dargestellt) oder anderes Material, das dazu beiträgt, die LED 30 mit dem leitenden Material in Kontakt zu halten, dass die Toleranz außerhalb der Ebene (das heißt, nach oben/nach unten in 8) innerhalb der Toleranz bleibt. In dem dargestellten Beispiel wird ein Stecker 33 oder Ähnliches auf der oberen Fläche 35 der LED 30 positioniert. Während des ersten Spritzgießvorgangs sind ein oder mehrere Fixierstifte oder andere Merkmale (nicht dargestellt) in der Form mit dem Netz 17 in Kontakt, um das Netz 17 in der Form zu stützen. Diese Teile bilden ein oder mehrere Hohlräume 36 in dem ersten Spritzteil 15.
Weiter unter Bezugnahme auf 10 wird, nachdem die LED 30 in einem durch die Wände 20 gebildeten Hohlraum 27 mittels einer Anordnungsvorrichtung oder -maschine für elektrische Komponenten (nicht dargestellt) positioniert wurde, das erste Spritzteil 15 in einem zweiten Formwerkzeug (ebenfalls nicht dargestellt) platziert, und weiteres Kunststoffmaterial 40 wird eingespritzt, um die LED 30 an Kontaktbereichen 41 zwischen der LED 30 und dem Kunststoffmaterial 40 wenigstens teilweise einzukapseln. Auf diese Weise wird die LED 30 in dem Hohlraum 27 fest positioniert. Der Stecker oder das Einrichteteil 33 kann dann entfernt werden, um die obere Fläche 35 der LED 30 freizulegen. Der offene Bereich, der zuvor von dem Einrichteteil 33 belegt wurde, sieht ein ungehindertes Abstrahlen von Licht aus der LED 30 vor. Es kann Kunststoffmaterial 42 eingespritzt werden, um die Hohlräume 36 (9) zu füllen, die durch die Teilefixierungsmerkmale des ersten Formwerkzeugs gebildet wurden. Alternativ können die Hohlräume 36 auch einfach unverfüllt bleiben, falls dies für eine bestimmte Anwendung gewünscht wird. Es wird darauf hingewiesen, dass eine klare Grenze 43 zwischen Kunststoff 20 und Kunststoff 40 in 10 dargestellt ist, wobei der Kunststoff 20 und der Kunststoff 40 während des zweiten Spritzgießvorgangs wenigstens teilweise miteinander verschmelzen können, so dass die Kunststoffmaterialien 20 und 40 zusammengeschmolzen sind, wodurch eine fest verbundene einstückige Struktur entsteht. Falls dies für eine bestimmte Anwendung gewünscht wird, kann das Kunststoffmaterial 20 für den ersten Spritzgießvorgang ein anderes sein als das Kunststoffmaterial 40 für den zweiten Spritzgießvorgang. Zum Beispiel könnte das Material 20 für den ersten Spritzgießvorgang lichtundurchlässig sein, um eine fertiggestellte Fläche 44 mit einer gewünschten Erscheinungsform vorzusehen, und das Material 40 für den zweiten Spritzgießvorgang könnte transparenter oder lichtdurchlässig klar gefärbter Kunststoff sein, um eine Übertragung von Licht durch das Kunststoffmaterial 40 vorzusehen.
Weiter unter Bezugnahme auf 11 werden Widerstände 50 in den Taschen 22–25 in elektrischem Kontakt mit ausgewählten der Leiter 2–9 positioniert. Die Widerstände 50 werden durch die Seitenflächen 34 der erhöhten Wände oder Stege 20 innerhalb der Toleranz in Position gehalten, und eine dünne Schicht aus Fett oder einem anderen Material (nicht dargestellt) wird verwendet, um dazu beizutragen, dass der physikalische und elektrische Kontakt zwischen den Widerständen 50 und den elektrischen Leitern 2–9 gehalten wird. Nachdem der Widerstand 50 wie in 11 dargestellt in einer Tasche positioniert ist, kann im Wesentlichen die gesamte Tasche 22–25 mit einem Kunststoffmaterial 51 gefällt werden (1), um den Widerstand 50 vollständig einzukapseln. Die Hohlräume 36 können während des zweiten Spritzgießschritts ebenfalls mit einem Kunststoffmaterial gefüllt werden. Es wird darauf hingewiesen, dass das Kunststoffmaterial 51 nicht nur die Hohlräume 22–25 füllen kann, sondern ebenfalls die Stege 20 vollständig einkapseln kann, wodurch wenigstens ein Bereich der Außenflächen 52 der Stege 20 bedeckt wird.
Weiter unter Bezugnahme auf 12 kann eine Diode in einem Hohlraum 26 positioniert werden, wobei die elektrischen Kontakte 61 der Diode 60 mit ausgewählten der elektrischen Leiter 2–9 in Kontakt sind. Der Hohlraum 26 wird dann während des zweiten Spritzvorganges des Formvorgangs mit Kunststoffmaterial 62 gefüllt. Die Hohlräume 36 können optional während des zweiten Spritzvorganges des Formvorgangs mit Kunststoffmaterial gefüllt werden.
Rückbeziehend auf 1A umfasst der Vorgang des Bildens einer elektrischen Vorrichtung 1 gemäß einem Gegenstand der vorliegenden Erfindung das Bilden einer elektrischen Schaltung aus leitendem Material, wie beispielsweise einem Metallblech. Wenn ein Metallblech verwendet wird, kann die Schaltung unter Verwendung eines Folgeschnitts oder eines anderen geeigneten Werkzeugs gebildet werden. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die elektrische Schaltung aus einer breiten Vielfalt leitender Materialien unter Verwendung einer breiten Vielfalt von Vorgängen/Techniken gebildet werden kann, und das dargestellte Beispiel unter Verwendung eines in einem Folgeschnitt gebildeten Blechs ist nur ein Beispiel für einen geeigneten Vorgang/eine geeignete Komponente. Die elektrische Schaltung wird in einem ersten Formwerkzeug positioniert. Wie oben beschrieben, sind in dem Netz 17 vorzugsweise Fixierlöcher 19 gebildet, und die Fixierlöcher 19 werden verwendet, um das Netz 17 in dem ersten Formwerkzeug zu positionieren. Wie ebenfalls oben beschrieben, kann das erste Formwerkzeug eine Mehrzahl an Fixierflächen aufweisen, die mit dem Netz 17 in Kontakt sind, um das Netz 17 in dem ersten Formwerkzeug zu positionieren und so während des ersten Spritzgießvorgangs in dem ersten Formwerkzeug Hohlräume 36 zu bilden. Dann wird geschmolzener Kunststoff in die Formhöhlung eingespritzt, um die erhöhten Stege oder Wände 20 sowie den unteren Kunststoff 21 zu bilden. Es wird darauf hingewiesen, dass die spezifische Anordnung erhöhter Stege 20 sowie des unteren Kunststoffs 21 nur ein Beispiel für eine nahezu unbegrenzte Anzahl möglicher Anordnungen ist, die während des ersten Spritzgießformschritts gebildet werden können.
Weiter unter Bezugnahme auf 13 kann die LED 30 in dem Kunststoffmaterial 70 eingebettet sein, das während des ersten oder zweiten Spritzgießformschritts gebildet wird. Das Kunststoffmaterial 70 kann transparent oder lichtdurchlässig sein, um zu ermöglichen, dass sich Lichtstrahlen 72 in dem Material 70 ausbreiten. Die Außenfläche 71 des Kunststoffs 70 grenzt einen Konus 73 mit einer Spitze (Punkt) 74 ab, die direkt oberhalb der LED 30 zentriert ist. Die Lichtstrahlen 72, die von der LED 30 emittiert werden, kontaktieren die konische Fläche 73 und brechen nach innen und sind somit in dem Kunststoffmaterial 70 "gefangen". Es wird darauf hingewiesen, dass das Positionieren der LED 30 bezogen auf die konische Fläche 73 sowie die Geometrie des Konus 73 gewählt wurden, um zu gewährleisten, dass die Lichtstrahlen 72 nach innen gebrochen werden. Es wird ebenfalls darauf hingewiesen, dass, obwohl eine konische Fläche 73 bevorzugt wird, ebenfalls andere Flächen verwendet werden können, um das Licht, oder einen wesentlichen Bereich davon, nach innen zu brechen. Zum Beispiel könnte eine pyramidenartige Fläche oder Ähnliches verwendet werden, um das Licht nach innen zu brechen. Des Weiteren könnte ebenfalls eine Vielfalt gekrümmter oder anderer unregelmäßiger Flächen verwendet werden, um wenigstens einen Bereich des Lichts, das von der LED 30 emittiert wird, nach innen zu brechen.
Die Innenflächen 75–78 des Kunststoffmaterials 70 sind vorzugsweise in den meisten Bereichen glatte Flächen, derart, dass die Lichtstrahlen 72 nach innen gebrochen werden, anstatt zu streuen, wie es der Fall wäre, wenn die Flächen 75–78 unregelmäßige oder raue Flächen wären. Das Kunststoffmaterial 70 umfasst eine oder mehrere raue Oberflächenbereiche 79 mit einer mattierten oder anderen Licht streuenden Eigenschaft, so dass die Lichtstrahlen 72 gestreut werden und aus dem Kunststoffmaterial "entkommen", wenn die Lichtstrahlen 72 auf die rauen Bereiche 79 auftreffen. Die rauen Bereiche 79 können in einem wesentlichen Abstand von einer Achse A positioniert werden, entlang welcher Licht von der LED 30 anfänglich gerichtet ist. Die rauen Oberflächenbereiche 79 "hellen auf" und können Buchstaben, Designs oder Ähnliches bilden, die von der LED 30 beleuchtet werden. Da die Lichtstrahlen 72 nach innen in Bereichen von den rauen Oberflächenbereichen 79 weg gebrochen werden, sind die Lichtstrahlen 72 für einen Betrachter nicht sichtbar, mit Ausnahme der Lichtstrahlen 72, die auf die rauen Oberflächenbereiche 79 auftreffen und als gestreutes Licht 80 entkommen. Ebenfalls kann lichtundurchlässiges Material in dem Kunststoffmaterial 70 in der Nähe der LED 30 eingebettet sein, um Buchstaben, Designs und andere vorbestimmte Muster zu bilden. Zum Beispiel kann eine dünne Schicht lichtundurchlässigen Materials (nicht dargestellt) in dem Polymermaterial 70 zwischen der LED 30 und der Außenfläche 71 (beispielsweise zwischen der LED 30 und der Spitze 74 des Konus 73) eingebettet sein. Alternativ kann, wenn das Polymermaterial 70 keinen Konus 73 bildet, sondern eher eine Außenfläche 71 aufweist, die im Allgemeinen flach ist, eine dünne Schicht lichtundurchlässigen Materials zwi schen der LED 30 und der Fläche 71 eingebettet sein. Die Schicht aus lichtundurchlässigem Material kann eine oder mehrere Öffnungen in der Gestalt eines Buchstabens, Designs oder Ähnlichem aufweisen. Die Schicht aus lichtundurchlässigem Material blockiert die Lichtstrahlen von der LED 30 mit Ausnahme der Öffnungen in dem lichtundurchlässigen Material, so dass dadurch ein beleuchtetes Muster in der Gestalt der Öffnung gebildet wird.
Auf diese Weise können von der LED 30 emittierte Lichtstrahlen verwendet werden, um eine Vielfalt an Vorrichtungen, wie beispielsweise Warnlampen, Zierzeichen oder Ähnliches mit spezifischen Nachrichten, Mustern, Designs oder Ähnlichem, die durch die rauen Oberflächenbereiche 79 gebildet werden, zu bilden. Es wird darauf hingewiesen, dass eine Mehrzahl an LEDs 30 in einem einzelnen Teil aus Kunststoffmaterial 70 eingebettet sein kann, falls dies für eine bestimmte Anwendung gewünscht wird. Es wird ebenfalls darauf hingewiesen, dass, obwohl einige Lichtstrahlen 79 oder Bereiche davon aus dem Kunststoffmaterial 70 durch die glatten Oberflächen 75–78 entkommen, die glatten Oberflächen 75–78 einen wesentlichen Anteil des Lichts (beispielsweise ungefähr 80%) brechen, so dass ein hoher Prozentsatz des von der LED 30 emittierten Lichts an den rauen Oberflächenbereichen 79 aus dem Kunststoffmaterial 70 austritt. Weiterhin wird darauf hingewiesen, dass, obwohl der raue Oberflächenbereich 79 als im Wesentlichen flach dargestellt ist, die rauen Oberflächenabschnitte 79 in einem Hohlraum 81 oder Ähnlichem oder auf einer erhöhten Fläche 82 gebildet sein können.
Weiter unter Bezugnahme auf 14 kann die LED 30 ebenfalls in einem Kunststoffmaterial eingekapselt sein, das während des zweiten Spritzvorganges des oben beschriebenen Formvorgangs gebildet wird. Die Fläche 91 aus Kunststoffmaterial 90 kann eine Linse 92 abgrenzen, die mit Lichtstrahlen 93, die von der LED 30 emittiert werden, direkt in Reihe liegt. Auf diese Weise kann der zweite Spritzvorgang des Formvorgangs verwendet werden, um spezifische Linsenformen vorzusehen, die das von der LED 30 erzeugte Licht 93 in einem gewünschten Muster verteilen. Zum Beispiel kann die Linsenfläche 92 das Licht verteilen, um eine Innenarbeitsbeleuchtung für ein Kraftfahrzeug oder Ähnliches vorzusehen. Es wird darauf hingewiesen, dass das Kunststoffmaterial 90 transparent, lichtdurchlässig oder gefärbt sein kann, um die gewünschte Leuchtwirkung zu erzielen.
Die eingebetteten LEDs aus den 13 und 14 können während des zweiten Spritzvorganges des Formvorgangs mit einer elektrischen Vorrichtung 1 fest verbunden gebildet werden. Alternativ kann die LED 30 in den Kunststoff 70 hinein gebildet werden, um eine gesonderte Komponente zu bilden, die nicht Teil einer elektrischen Vorrichtung 1 ist. Es wird darauf hingewiesen, dass die Abmessungen des Kunststoffmaterials 70 und/oder 90 so gewählt werden können, dass eine Komponente gebildet wird, die wesentlich größer als die LED 30 an sich ist. Zum Beispiel könnte das Kunststoffmaterial 70 und/oder 90 bezogen auf die LED 30 relativ groß sein, und das Kunststoffmaterial 90 an sich könnte verwendet werden, um die Vorrichtung an einem größeren Bauteil, wie beispielsweise einem Armaturenbrett, einer Innenarbeitsleuchte oder Ähnlichem, anzubringen. Auf diese Weise kann das Kunststoffmaterial 70 und/oder 90 ein Konstruktionsteil des fertigen Produkts sein und/oder die Außenflächen 71 und/oder 91 können eine fertiggestellte Fläche bilden, die ein wesentlicher Bereich der Baugruppe ist, an der sie angebracht ist.
Nachdem das erste Spritzteil 15 aus dem ersten Formwerkzeug entfernt wurde, kann Fett oder ein anderes Material auf abisolierten leitenden Flächen 28 innerhalb der Taschen 22–27 abgelagert werden. Ein Werkzeug oder Ähnliches (nicht dargestellt) positioniert dann verschiedene elektrische Komponenten in den Taschen oder Hohlräumen 22–27, wobei die elektrischen Kontakte der Komponenten mit ausgewählten der elektrischen Leiter 2–9 in elektrischem Kontakt sind. Das erste Spritzteil 15 wird dann in dem zweiten Formwerkzeug positioniert, und es wird dann zusätzliches Kunststoffmaterial um die elektrischen Komponenten gespritzt, um so wenigstens teilweise die elektrischen Komponenten einzukapseln und zu gewährleisten, dass die elektrischen Komponenten in elektrischem Kontakt und Thermokontakt mit den elektrischen Leitern 2–9 bleiben.
Unter weiterer Bezugnahme auf 15–17 weist eine Vorrichtung 100 gemäß einem anderen Gegenstand der vorliegenden Erfindung eine LED-Leuchtanordnung mit einer elektrisch leitenden Schaltung 101 (siehe auch 18), die in Polymermaterial 102 eingebettet ist, auf. Die elektrisch leitende Schaltung 101 ist vorzugsweise aus einem Blech oder Ähnlichem unter Verwendung eines Blech-Stanzwerkzeugs gebildet, um anfänglich ein Netz zu bilden, wie oben genauer beschrieben wurde. Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist das Metallmaterial, das zur Bildung der Schaltung 101 verwendet wurde, eine Dicke von wenigstens ungefähr 0,003 Zoll (~0,08 mm) auf, und ist vorzugsweise wenigstens ungefähr 0,008 Zoll (~0,2 mm) dick. Gemäß anderen Gegenständen der vorliegenden Erfindung kann die Schaltung dicker sein und kann beispielsweise 0,010 Zoll (~0,25 mm) bis 0,020 Zoll (~0,51 mm) dick oder dicker sein, abhängig von den Erfordernissen für eine bestimmte Anwendung. Im Allgemeinen kann die Schaltung 101 aus einem Material mit einer Dicke von 0,25 Zoll (~6,35 mm) oder mehr gebildet sein. Im Allgemeinen können Materialdicken von mehr als ungefähr 0,020 Zoll (~0,51 mm) verwendet werden, wenn für eine bestimmte Anwendung eine größere Wärmeübertragungsfähigkeit erforderlich ist. Im Allgemeinen umfasst die Schaltung 101 ein Material, das wesentlich dicker ist als das auf herkömmlichen Schaltungsplatinen gebildete leitende Material.
Die Leuchtanordnung 100 umfasst eine erste Seite 103 (15) und eine zweite Seite 104 (16). In dem dargestellten Beispiel weist die erste Seite 103 einen ersten erhöhten ringförmigen Steg 105 und eine Mehrzahl erhöhter Bereiche 106 auf, die Linsen bilden, welche die Verteilung von Licht steuern, das von in dem Polymermaterial 102 eingebetteten, unmittelbar an die Linsenbereiche 106 angrenzenden LEDs emittiert wird. Die Linsenbereiche 106 können so gestaltet sein wie beispielsweise in 13 und 14 dargestellt ist oder die erhöhten Bereiche 106 können eine Gestalt wie in der gleichzeitig anhängigen US-Behelfsanmeldung Nr. 60/910,691, angemeldet am 09. April 2007, mit dem Titel LENS SYSTEM FOR LED LIGHTS, deren vollständiger Inhalt hier durch Bezugnahme eingeschlossen ist, offenbart aufweisen. In dem dargestellten Beispiel weisen die erhöhten Bereiche 106 kleine kuppelförmige Strukturen mit einer glatten Oberfläche auf, die Licht von den in dem Polymermaterial 102 eingebetteten LEDs verteilt, wie unten genauer beschrieben wird. Die Flächen des Kunststoffmaterials 102 angrenzend an die und zwischen den erhöhten Bereichen 106 können eine mattierte oder raue Oberfläche aufweisen, um das Herauslassen/Verteilen von Licht auf im Wesentlichen die gleiche Weise wie unter Bezugnahme auf 13 beschrieben vorzusehen. Auf diese Weise kann ein relativ großer Bereich der Fläche des Polymermaterials 102 von den LEDs, die direkt unter den erhöhten Bereichen 106 positioniert sind, beleuchtet werden. In dem dargestellten Beispiel erstreckt sich das Polymermaterial 102 nach außen, um einen Flansch 110 zu bilden, der eine Mehrzahl an Öffnungen 111 aufweist. In der Anwendung nehmen die Öffnungen 111 Gewinde-Verbindungselemente oder Ähnliches auf, um die Leuchtanordnung 100 auf einer Montagestruktur oder Ähnlichem zu befestigen. In dem dargestellten Beispiel weist die Leuchtanordnung 100 eine Außenleuchtanordnung auf, die zur Montage an einem Kraftfahrzeug oder Ähnlichem ge eignet ist. Die LED-Leuchtanordnung 100 kann eine Schlussleuchte für einen Sattelanhänger oder Ähnliches aufweisen. Das Polymermaterial 102 bildet eine Buchse 112 auf der zweiten Seite 104. Wie unten genauer beschrieben wird, bietet eine Mehrzahl an Anschlussstiften 113 des Schaltungsmaterials 101 eine Verbindung mit einer 12 V-Gleichstrom-Stromquelle oder Ähnlichem des Kraftfahrzeugs. Das Polymermaterial 102 kann einen oder mehrere Stege 114 bilden, die sich speichenartig erstrecken und mit einem zweiten ringförmigen Steg 115 verbinden, der aus der zweiten Seite 104 der Vorrichtung 100 nach außen vorsteht.
Unter Bezugnahme auf 18 ist das Material der elektrischen Schaltung 101 im Wesentlichen von dem Polymermaterial 102 eingekapselt. Insbesondere bedeckt eine erste Schicht 116 des Polymermaterials 102 eine erste Seitenfläche 118 der Schaltung 101, und eine zweite Schicht 117 des Polymermaterials 102 bedeckt eine zweite Seite 119 der Schaltung 101. Eine oder mehrere elektrische Komponenten 120 sind elektrisch oder mechanisch mit dem leitenden Material der Schaltung 101 verbunden, und das Polymermaterial 102 kapselt die elektrische(n) Komponente(n) 120 ein. Die elektrische Komponente 120 kann ein Widerstand, eine Diode, eine Zener-Diode, ein Transistor, eine integrierte Schaltung, ein Induktor, ein Widerstand, ein Überspannungsschutz ("TVS" = transient voltage suppressor), ein Metalloxid-Varistor ("MOV") oder nahezu jede andere elektrische Schaltungskomponente sein. Eine oder mehrere elektrische Komponenten 120 sind mit der Schaltung 101 verbunden, um den Strom und/oder die Spannung, die an die LEDs der Vorrichtung 100 geliefert wird, zu steuern.
Weiter unter Bezugnahme auf 19 wird während der Herstellung der Vorrichtung 100 zuerst das Blech durch Schneiden und/oder Biegen des Blechs geformt, um ein Netz 130 (20) mit wenigstens zwei leitenden Schaltungselementen zu bilden. Wie oben genauer beschrieben wurde, sind die leitenden Schaltungselemente anfänglich mittels kleiner Metallbereiche verbunden, die später geschnitten oder ausgestanzt werden, um die leitenden Schaltungselemente voneinander zu trennen. Nachdem das Netz 130 gebildet wurde, werden LEDs 131 (21) und/oder andere elektrische Komponenten 132, 133 auf den Schaltungselementen des Netzes 130 positioniert, und die LEDs 131 und/oder die anderen elektrischen Komponenten 132, 133 werden dann an dem Netz 130 befestigt. Die LEDs 131 und/oder die anderen elektrischen Komponenten 132 können unter Verwendung einer Löttechnik oder mittels anderer geeigneter Verfahren befestigt werden. Weiter unter Bezugnahme auf
22 umfasst eine Alternative zum Löten das Positionieren eines Drahtes 122 einer elektrischen Komponente in einer kegelförmigen Nut 123, die in einer Kante 124 des Materials der Schaltung 101 gebildet ist. Die Abmessung des Drahts 122 kann jener der Nut 123 entsprechen oder geringfügig dicker als jene der kegelförmigen Nut 123 sein, so dass der Draht 122 eine Presspassung mit der kegelförmigen Nut 123 bildet. Alternativ kann, unter Bezugnahme auf 23, ein Draht 126 einer elektrischen Komponente an dem Material der Schaltung 101 durch Crimpzungen 127 und 128 um den Draht 126 befestigt werden. Es wird darauf hingewiesen, dass gemäß der vorliegenden Erfindung auch andere geeignete Verbindungstechniken angewendet werden können.
Unter erneutem Bezug auf 19 wird, nachdem die LEDs 131 und/oder die anderen elektrischen Komponenten 132, 133 an dem Netz 130 befestigt sind, die sich ergebende Komponente in einem Formwerkzeug positioniert, und das thermoplastische Polymermaterial wird um die LEDs 131 und/oder die anderen elektrischen Komponenten 132, 133 in einem ersten Formspritzvorgang geformt. Das Verfahren kann optional das Positionieren der Komponente in einem zweiten Formwerkzeug aufweisen, und zusätzliches Polymermaterial kann dann um das Polymermaterial geformt werden, das in dem ersten Formspritzvorgang eingebracht wurde. Weiterhin können ebenfalls ein drittes, viertes, fünftes oder zusätzliche Formwerkzeuge verwendet werden, um zusätzliches Polymermaterial um das Polymermaterial zu formen, das während des ersten und zweiten Formspritzvorgangs gebildet wurde. Es wird darauf hingewiesen, dass gemäß einem anderen Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein einziger Formspritzvorgang angewendet werden kann.
Unter weiterer Bezugnahme auf 20 wird zuerst ein Blech aus leitendem Metall oder einem anderen geeigneten Material geschnitten und/oder geformt, um ein elektrisches Netz 130 zu bilden. Unter weiterer Bezugnahme auf 21 können, nachdem das Schaltungsnetz 130 gebildet wurde, eine oder mehrere LEDs 131 durch Löten oder mittels einer anderen geeigneten Technik an dem Netz 130 befestigt werden. Zusätzlich zu den LEDs 131 können weitere Schaltungskomponenten 132 durch Löten oder mittels einer anderen geeigneten Technik an dem Netz 130 befestigt werden. Die Schaltungskomponenten 132 können Dioden, Transistoren, Widerstände, Kondensatoren oder nahezu alle anderen elektrischen Komponenten umfassen, die zum Bilden einer Schaltung verwendet werden, die einen gewünschten Strom- und/oder Spannungspegel an die LEDs 131 liefern, wenn die Vorrichtung 100 mit einer 12 V-Stromversorgung eines Fahrzeugs verbunden ist. Eine integrierte Schaltung 133 kann ebenfalls durch Löten oder mittels einer anderen geeigneten Technik an dem Netz 130 befestigt werden.
Weiter wird dann unter Bezugnahme auf 24, nachdem die verschiedenen elektrischen Komponenten an dem Netz 130 wie in 21 dargestellt befestigt sind, das Netz 130 mit den elektrischen Komponenten in einem ersten Formwerkzeug positioniert, und es wird ein erstes thermoplastisches Polymermaterial 140 über das Netz 130 und um die Dioden 131 und die anderen elektrischen Komponenten 132 und/oder die integrierte Schaltung 133 geformt, um ein Zwischenteil 136 zu bilden. In 24 ist das erste Polymermaterial 140 so dargestellt, dass es im Wesentlichen klar ist, so dass die LEDs 131, die elektrischen Komponenten 132 und/oder die integrierte Schaltung 133 durch das zweite Polymermaterial 140 sichtbar sind. In 25 ist das erste Polymermaterial 140 so dargestellt, dass es lichtundurchlässig ist, um so die Oberflächenbeschaffenheit des ersten Polymermaterials 140 darzustellen. Gleichermaßen ist in 26 das Polymermaterial 140 als im Wesentlichen klar dargestellt, und in 27 ist das Polymermaterial 140 als lichtundurchlässig dargestellt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist das erste Polymermaterial 140 Licht übertragendes thermoplastisches Material auf, das Licht von den LEDs 131 überträgt. Insbesondere können die LEDs 131 rote LEDs umfassen, und das Polymermaterial, das die LEDs einkapselt, kann ebenfalls rot sein. Alternativ können die LEDs bernsteinfarben sein, und das Polymermaterial kann ebenfalls bernsteinfarben sein. Weiterhin können die LEDs 131 weiße LEDs umfassen, und das Polymermaterial kann ebenfalls im Wesentlichen klar sein. Es können nahezu jede Farbe für die LEDs und jedes Polymermaterial entsprechend den Erfordernissen für eine bestimmte Anwendung verwendet werden. Alternativ können die LEDs der Vorrichtung 100 eine beliebige Farbe aufweisen, so dass die Vorrichtung 100 Licht mit unterschiedlichen Farben erzeugt.
Unter Bezugnahme auf 25 ist die Höhlung des ersten Formwerkzeugs so gestaltet, dass über den LEDs 131 Schutzkapseln 141 aus dem Polymermaterial 140 gebildet werden. Gleichermaßen werden ebenfalls Schutzkapseln 142 aus Polymermaterial 140 über den elektrischen Komponenten 132 und der integrierten Schaltung 133 gebildet. In dem dargestellten Beispiel sind die Schutzkapseln 141 kuppelförmig und weisen eine im Allgemeinen kreisförmige periphere Kante 145 mit einem maximalen Durchmesser von ungefähr 0,375 Zoll (~9,52 mm) auf. Ebenfalls ist eine Schicht 146 aus Polymermaterial 140 über dem Netz 130 gebildet. Die Schicht 146 umfasst eine im Allgemeinen kreisförmige Kante 147, die von der kreisförmigen peripheren Kante 145 der Schutzkapseln 141 beabstandet ist, um so eine C-förmige Nut 148 zu bilden, die sich um die Schutzkapseln 141 erstreckt. Ein kleiner Brückenbereich 149 aus dem Polymermaterial 140 erstreckt sich zwischen der Schicht aus Polymermaterial 146 zu der Schutzkapsel 141. Wie unten genauer beschrieben wird, ist die kleine Brücke aus Material 149 durch einen kleinen Verbindungsgang in dem ersten Formwerkzeug gebildet, der das Fließen von Polymermaterial aus der Höhlung, die Schicht 146 bildet, zu dem kleinen Höhlungsbereich, der die Schutzkapseln 141 bildet, gebildet.
Die Schutzkapseln 142 gleichen den Schutzkapseln 141, mit der Ausnahme, dass die Gestalt der Schutzkapseln 142 im Allgemeinen den Schaltungskomponenten 132 und/oder der integrierten Schaltung 133 entsprechen. Jede der Schutzkapseln 142 ist von einer Nut 150 umgeben, die im Wesentlichen den Nuten 148 gleicht, und jede Schutzkapsel 142 ist mit der Schicht 146 aus Polymermaterial durch eine kleine Brücke 151 verbunden, die im Wesentlichen der Brücke 149 entspricht, die die Schutzkapseln 141 mit dem Polymermaterial 146 verbindet.
Unter Bezugnahme auf 28 umfasst ein erstes Formwerkzeug 155, das zur Herstellung des Zwischenteils 136 aus 24–27 verwendet wird, ein erstes Formteil 156 und ein zweites Formteil 157. Das Netz 130 kann eine Mehrzahl an Fixierlöchern (nicht dargestellt) oder Ähnlichem aufweisen, und das erste Formwerkzeug 155 kann eine Mehrzahl an Stiften aufweisen, die in die Öffnungen eingreifen, um so die Schaltung 101 im ersten Formwerkzeug 155 zu positionieren. Das erste Formwerkzeug 156 weist eine oder mehrere Höhlungen 158 auf, die die Schutzkapseln 141 und/oder 142 um die LEDs 131 und/oder die elektrischen Komponenten 132 und 133 bilden. Das erste Formteil 156 weist ebenfalls einen zweiten Höhlungsbereich 159 auf, der verwendet wird, um eine Schicht 146 aus Polymermaterial auf der Oberfläche 119 des Netzes oder der Schaltung 101 zu bilden. Das zweite Formteil 157 umfasst einen ersten Höhlungsbereich 160, der eine kleine Schicht 161 aus Polymermaterial auf der Fläche 118 der Schaltung 101 bildet. Im Allgemeinen kann die kleine Schicht 161 eine periphere Kante 163 aufweisen, die in der Draufsicht im Wesentlichen in Form und Größe der peripheren Kante 162 der Schutzkapsel 141 gleicht. Rückbeziehend auf 27 ist die Schicht 161 aus Polymermaterial auf einer Unterseite 137 des Zwischenteils 136 gebildet, und eine kleine Brücke aus Kunststoff 165 verbindet die Schicht 161 mit der Schicht 170, die sich über die untere Seite 137 des Zwischenteils 136 erstreckt. Wie in 28 dargestellt ist, wird die Schicht 170 durch einen zweiten Höhlungsbereich 171 des zweiten Formwerkzeugteils 156 gebildet.
Unter erneuter Bezugnahme auf 28 weist das erste Formteil 156 einen Steg 173 auf, der sich um einen ersten Höhlungsbereich 158 erstreckt. Der Steg 173 weist eine Kontaktfläche 174 auf, die gegen die Fläche 119 der Schaltung 101 stößt oder mit dieser in Kontakt ist. In dem dargestellten Beispiel ist die Kontaktfläche 174 im Wesentlichen flach und liegt eng an der Fläche 119 des Schaltungselements 101 an, um so Nuten 148 (siehe auch 25) zu bilden, die sich um die Schutzkapseln 141 erstrecken. Gleichermaßen weist das zweite Formteil 157 einen Steg 175 auf, der sich um einen ersten Höhlungsbereich 160 erstreckt. Eine aus dem Steg 175 gebildete Kontaktfläche 176 liegt dicht an der Fläche 118 des Schaltungselements 101 an, um so Nuten 164 (siehe auch 27) zu bilden, die sich um die kleine Schicht 161 aus Polymermaterial auf der unteren Seite 137 des Zwischenteils 136 erstrecken. Das erste Formteil 156 und das zweite Formteil 157 können eine Mehrzahl an Höhlungen aufweisen, die von Stegen/Kontaktflächen wie erforderlich umgeben sind, um die Schutzkapseln 141 und 142 über jeder der auf der Schaltung 101 angebrachten elektrischen Komponenten zu bilden.
Unter weiterer Bezugnahme auf 29 weist das erste Formteil 156 einen länglichen Verbindungsgang 178 auf, der den ersten Höhlungsbereich 158 mit dem zweiten Höhlungsbereich 159 verbindet. Wenn in den zweiten Höhlungsbereich 159 thermoplastisches Polymermaterial eingespritzt wird, fließt das Polymermaterial durch den länglichen Verbindungsgang 178 und in den ersten Höhlungsbereich 158, um so eine Schutzkapsel 141 oder 142 zu bilden. Im Allgemeinen weist der längliche Verbindungsgang 178 eine relativ kleine Querschnittfläche auf, so dass der Fluss des geschmolzenen Polymermaterials aus dem zweiten Höhlungsbereich 159 in den ersten Höhlungsbereich 158 im Wesentlichen eingeschränkt ist. Das Polymermaterial in dem länglichen Verbindungsgang 178 bildet die Polymerbrücken 149 (24–26), die die Kapseln 141 mit dem Polymermaterial 146 verbinden. Obwohl die genaue Größe und Gestaltung des länglichen Verbindungsgangs 178 abhängig von den Erfordernissen einer bestimmten Anwendung variieren können, weist der Verbindungsgang 178 in dem dargestellten Beispiel eine Breite und eine Höhe von ungefähr 0,060 Zoll (~1,52 mm) und einen ungefähr halbkreisförmigen Querschnitt auf. Die Fläche des Halbkreises ist gleich πr²/2, so dass die Querschnittsfläche des läng lichen Verbindungsgangs 178 ungefähr 0,0056 Quadratzoll (~3.61 mm²) beträgt. Es wird darauf hingewiesen, dass die Länge und die Querschnittsfläche des länglichen Verbindungsgangs 178 abhängig von der elektrischen Komponente, die von den Schutzkapseln 141 und 142 eingekapselt wird, der Art des verwendeten Polymermaterials und anderen derartigen Faktoren variieren kann.
Der Verbindungsgang 178 schränkt den Fluss des geschmolzenen Polymermaterials über die LEDs 131 und die anderen Schaltungskomponenten 132, 133 ein. Da der erste Höhlungsbereich 158 im Wesentlichen von dem Steg 173 und der Kontaktfläche 174 abgedichtet ist, kann geschmolzenes Polymermaterial, das von dem länglichen Verbindungsgang 178 in den ersten Höhlungsbereich 158 fließt, nicht ungehindert über die LED 131 oder die Schaltungskomponenten 132, 133 fließen. Auf diese Weise wird die an die LEDs 131 und/oder die Komponenten 132, 133 durch das geschmolzene Polymermaterial übermittelte Wärme- und Druckmenge begrenzt. Des Weiteren wird, da der Fluss des Polymermaterials in den ersten Höhlungsbereich 158 im Wesentlichen eingeschränkt ist, die auf die LED 131 und die Schaltungskomponenten 132 und 133 aufgrund des Flusses des geschmolzenen Polymermaterials ausgeübte Kraft deutlich verringert oder gesteuert. Auf diese Weise verhindert das Verwenden des ersten Höhlungsbereichs 158 mit einem kleinen länglichen Zufuhr-Verbindungsgang 178 ein Beschädigen der LEDs 131 und der Schaltungskomponenten 132, 133 und/oder Wegreißen dieser Komponenten, das andernfalls auftreten könnte, wenn nur eine einzige große Formhöhlung verwendet würde. Des Weiteren erfahren, da die Schutzkapseln 141 und 142 weitgehend von dem anderen Polymermaterial, das die Schicht 146 bildet, die die Schaltung 101 bedeckt, wenn das Zwischenteil 136 gebildet wird, getrennt sind, die LEDs 131 und die Komponenten 132 und 133 keine Kräfte, die andernfalls erzeugt werden könnten, wenn das Polymermaterial abkühlt und aushärtet.
Rückbeziehend auf 21 sind die LEDs 131 und die elektrischen Komponenten 132, 133 mit einem ersten Leiter 134 und einem zweiten Leiter 135 des Netzes 131 verbunden, um an die Komponenten positive und negative Leistung zu übermitteln. Im Allgemeinen sind Spalte 138 zwischen den ersten und zweiten Leitern 134 und 135 gebildet, und die LEDs 131 und die elektrischen Komponenten 132, 133 überspannen die Spalte 138. Rückbeziehend auf 28 ist die Kontaktfläche 174 des Stegs 173 des ersten Formteils 156 mit der oberen Fläche 119 der Schaltung 101 in Kontakt. Jedoch überspannt die Kontaktfläche 174 ebenfalls die Spalte 138 direkt angrenzend an die LED 131 oder die anderen Schaltungskomponenten 132 und 133. Somit füllen sich die Spalte 138 mit geschmolzenem Polymermaterial, das von dem zweiten Höhlungsbereich 159 und/oder dem ersten Höhlungsbereich 158 in die Spalte 138 fließt. Alternativ kann etwas Polymermaterial von dem zweiten Höhlungsbereich 159 durch den Spalt 138 in den ersten Höhlungsbereich 158 fließen. Somit kann, obwohl der längliche Verbindungsgang 178 im Allgemeinen die Hauptquelle für Polymerfluss von dem zweiten Höhlungsbereich 159 in den ersten Höhlungsbereich 158 bildet, etwas Polymermaterial ebenfalls durch Spalte 138 fließen. Die Spalte 138 können in Nähe der LEDs 131 und/oder der anderen Schaltungskomponenten 132 und 133 ziemlich klein sein, um den Fluss von Polymer durch die Spalte 138 einzuschränken. In dem dargestellten Beispiel haben die Spalte 138 eine Breite von ungefähr 0,015–0,030 Zoll (~0,38–~0,76 mm). Somit ist, wenn die Schaltung 101 0,020 Zoll (~0,51 mm) dick ist, der Spalt 138 ebenfalls 0,020 Zoll (~0,51 mm) dick, die Querschnittsfläche des Spaltes 138 beträgt 0,0004 Quadratzoll (~0.26 mm²), was wesentlich kleiner als die Querschnittsfläche eines üblichen Verbindungsgangs 178 wie oben angegeben ist.
Unter erneuter Bezugnahme auf 29 erstreckt sich ein länglicher Verbindungsgang 179 in dem zweiten Formteil 157 von einem ersten Höhlungsbereich 160 des zweiten Formteils 157 zu einem zweiten Höhlungsbereich 171, um einen Fluss von geschmolzenem Polymermaterial von dem zweiten Höhlungsbereich 171 zur ersten Höhlung 160 vorzusehen. Der längliche Verbindungsgang 179 in dem zweiten Formteil 157 bildet die Brücken 165 und 168 aus Polymermaterial, die die Polymerschicht 170 mit dem Polymermaterial 161 auf der Fläche 118 des Leiters 101 verbinden. Der Verbindungsgang 179 kann im Wesentlichen die gleiche Größe und Gestalt aufweisen wie der Verbindungsgang 178 und schränkt gleichermaßen den Fluss geschmolzenen Polymermaterials zwischen dem ersten Höhlungsbereich 160 des zweiten Formteils 157 und dem zweiten Höhlungsbereich 171 des zweiten Formteils 157 ein.
Nachdem das Zwischenteil 136 mit den Schutzkapseln 141 und 142 in dem ersten Formwerkzeug 155 gebildet wurde, wird das Zwischenteil 136 in einem zweiten Formwerkzeug 180 positioniert (30). Das zweite Formwerkzeug 180 kann eine Mehrzahl an Stiften oder Ähnlichem (nicht dargestellt) aufweisen, die in Fixieröffnungen (ebenfalls nicht dargestellt) in dem Zwischenteil 136 eingreifen, um so das Zwischenteil 136 in dem zweiten Formwerkzeug 180 zu positionieren. Das zweite Formwerkzeug 180 weist ein erstes Formteil 181 und ein zweites Formteil 182 auf. Das erste Formteil 181 weist einen ersten Höhlungsbereich 183 auf, der zwischen dem Zwischenteil 136 und der Innenfläche 185 gebildet ist. Gleichermaßen bildet das zweite Formteil 182 einen Höhlungsbereich 184 zwischen der Innenfläche 186 des zweiten Formteils 182 und dem Zwischenteil 136. Geschmolzenes Polymermaterial wird in die Höhlungsbereiche 183 und 184 gespritzt, um so die Schutzkapseln 141 und 142 zu überformen und das fertige Teil 100 (15) zu bilden. Da die LEDs und/oder die anderen elektrischen Komponenten durch die Schutzkapseln 141 und 142 geschützt sind, kommt das Polymermaterial, das in den Höhlungsbereich 183 fließt, nicht mit den LEDs und/oder den anderen elektrischen Komponenten in direkten Kontakt. Dadurch stellen die Schutzkapseln sicher, dass die LEDs und/oder die anderen elektrischen Komponenten nicht aufgrund übermäßiger Hitze von dem geschmolzenen Polymermaterial beschädigt werden. Die Schutzkapseln stellen ebenfalls sicher, dass die LEDs und/oder die anderen elektrischen Komponenten nicht aufgrund von Kräften, die von dem geschmolzenen Polymermaterial erzeugt werden, weggerissen werden. Die kleine Polymerschicht 161 auf der unteren Seite 137 des Zwischenteils 136 ist physikalisch mit den Kapseln 141 und 142 durch das Polymermaterial verbunden, das in die Spalte 138 geflossen ist (siehe auch 21), die unmittelbar an die LEDs und die anderen Komponenten angrenzen. Die kleine Schicht 161 befestigt dadurch mechanisch die Kapseln 141 und 142 an der Schaltung 101, um ein Wegreißen der Schutzkapseln 141 und 142 während des zweiten Spritzformschritts unter Verwendung des zweiten Formwerkzeugs 180 aus 30 zu verhindern. Die Kapseln 141, 142 und die Schicht 161 dienen ebenfalls dazu, das Zwischenteil 136 zu stärken, um einer Beschädigung aufgrund von Biegen oder Ähnlichem zu verhindern, um so die Handhabung des Teils 136 zu erleichtern.
Obwohl die Vorrichtung 100 so beschrieben wurde, dass sie durch einen zweischrittigen Formvorgang gebildet wurde, wird darauf hingewiesen, dass die Vorrichtung 100 oder andere derartige Komponenten gemäß anderen Gegenständen der vorliegenden Erfindung unter Verwendung eines einschrittigen Formvorgangs hergestellt werden kann. Wenn ein einschrittiger Formvorgang verwendet wird, wird zuerst ein Netz 130 (20) gebildet, und die LEDs und die anderen Komponenten werden dann an dem Netz 130 befestigt (21). Das Netz 130 mit den daran befestigten elektrischen Komponenten wird dann in einem Formwerkzeug mit einer Formhöhlung befestigt, die eine Gestalt abgrenzt, die im Wesentlichen der gewünschten Oberflächenbeschaffenheit des fertigen Teils gleicht.
Des Weiteren können gemäß anderen Gegenständen der vorliegenden Erfindung mehr als zwei Formvorgänge angewendet werden, wenn dies für eine bestimmte Anwendung erforderlich ist. Werden drei oder mehr Formvorgänge angewendet, werden ein drittes oder viertes Formwerkzeug (nicht dargestellt) mit zusätzlichen Höhlungsräumen verwendet. In dem dargestellten Beispiel weist das Polymermaterial, das zum Bilden des Teils 100 verwendet wird, ein Licht übertragendes gefärbtes Polymer auf, das rot, bernsteinfarben oder Ähnliches ist, um ein Fahrtrichtungssignal, Bremslicht oder Ähnliches für ein Kraftfahrzeug vorzusehen. Im Allgemeinen können die LEDs so gewählt werden, dass sie eine Farbe aufweisen, die der Farbe des Polymermaterials entspricht, um eine gewünschte Farbe vorzusehen. Falls dies für eine bestimmte Anwendung gewünscht wird, kann während eines ersten Formvorgangs über Bereiche des Leiters 101 ein lichtundurchlässiges Polymermaterial gespritzt werden, oder lichtundurchlässiges Polymermaterial kann in einem zweiten, dritten oder anschließendem Spritzgießvorgang überformt werden. Auf diese Weise kann das Teil 100 sowohl lichtundurchlässiges Polymermaterial als auch klares oder anders gefärbtes Licht übertragendes Polymermaterial je nach Erfordernis für eine bestimmte Anwendung aufweisen.
Unter weiterer Bezugnahme auf 31 und 32 weist eine Vorrichtung 200 gemäß einem anderen Gegenstand der vorliegenden Erfindung eine Leuchte mit einer oder mehreren LEDs 131 und elektrischen Komponenten 132 und 133 auf, die an einer Schaltung 201 befestigt sind. Die Schaltung 201 und die LEDs 131 sowie die anderen Komponenten 132, 133 sind in einen Polymermaterial-Körper 202 eingebettet, der im Wesentlichen auf die gleiche Weise gebildet sein kann wie oben genauer in Verbindung mit der LED-Leuchtanordnung 100 beschrieben wurde. Die Schaltung 201 weist einen im Allgemeinen flachen Hauptbereich 203 und einen Zwischenbereich 204 auf, der sich transversal von dem flachen Hauptbereich 203 weg erstreckt. Ein Endbereich 205 der Schaltung 201 erstreckt sich transversal von dem Zwischenbereich 204 und weist zwei oder mehr auskragende Anschlussstifte 206 auf. Die Anschlussstifte 206 sind in einer Buchse 210 positioniert, die durch eine im Allgemeinen zylindrische Seitenwand 207 mit einem offenen Ende 208 gebildet ist. Die Buchse 210 sieht einen herkömmlichen elektrischen Verbinder vor, um die Vorrichtung 200 mit einer 12 V-Gleichstrom-Stromquelle eines Kraftfahrzeugs zu verbinden. Anders als bei einer herkömmlichen flachen Schaltungsplatine kann die Metallschaltung 201 wie in 32 dargestellt in eine nicht-planare, dreidimensionale Gestalt verformt werden, und sie kann im Wesentlichen in ein Polymermaterial eingekapselt werden, das ein Gehäuse 212 der Vorrichtung 200 bildet. Die Vorrichtung 200 umfasst Linsenbereiche 213 über den LEDs 131, um die gewünschte Lichtverteilung vorzusehen. In dem dargestellten Beispiel sind die LEDs 131 der Vorrichtung 200 weiße LEDs, und das zum Bilden des Gehäuses 212 verwendete Polymermaterial ist ein im Wesentlichen transparentes Polymermaterial. Die Vorrichtung 200 weist Öffnungen 214 auf, die herkömmliche Gewinde-Verbindungselemente oder Ähnliches aufnehmen, um die Vorrichtung 200 an einem Fahrzeug, Fahrzeuganhänger oder Ähnlichem zu befestigen. Die Vorrichtung 200 kann ein Nummernschild oder ein anderes externes Bauteil eines Fahrzeugs beleuchten.
Obwohl die Vorrichtungen 100 und 200 als LED-Leuchtanordnungen beschrieben wurden, wird darauf hingewiesen, dass die Vorrichtung, Verfahren und Werkzeuge der vorliegenden Erfindung nicht auf Leuchtanordnungen beschränkt sind. Insbesondere können verschiedene elektrische Schaltungskomponenten, die keine LEDs sind, an einem Netz befestigt werden, und die Komponenten können unter Verwendung eines ein-, zwei- oder mehrschrittigen Spritzformvorgangs wie oben genauer beschrieben überformt werden. Das zum Überformen der elektrischen Komponenten verwendete Polymermaterial kann lichtundurchlässig sein und kann so gestaltet sein, dass eine fertige Dekorationsfläche vorgesehen wird. Auf diese Weise werden getrennte Gehäuse- und Schaltungsplatinenstrukturen vermieden. Auf diese Weise hergestellte Bauteile können eine nahezu unbegrenzte Spanne an Gestalten und Anordnungen aufweisen, wie für eine bestimmte Anwendung erforderlich ist. Weiterhin ist, da die elektrischen Komponenten und das Schaltungsmaterial überformt und vollständig innerhalb des Polymers abgedichtet werden (mit der möglichen Ausnahme des abisolierten Metalls, das zum elektrischen Verbinden der Vorrichtung mit einer externen Stromquelle verwendet wird), eine gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellte Vorrichtung im Wesentlichen wasserdicht und sehr haltbar. Da das zum Bilden der Schaltung verwendete Metall in eine breite Vielfalt an Gestalten gebogen werden kann, ist eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung nicht auf eine im Wesentlichen flache Anordnung begrenzt, wie dies bei herkömmlichen Schaltungsplatinen der Fall ist. Eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann so gestaltet sein, dass sie in einen relativ beengten dreidimensionalen Raum passt, der durch andere Gestaltungserwägungen, wie beispielsweise Ästhetik, Konfektionierung für andere Bauteile und Ähnliches vorgegeben ist.
Eine elektrische Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine beliebige einer breiten Vielfalt an Vorrichtungen umfassen, wie beispielsweise Leuchtanordnungen für Fahrzeuginnenräume, Bauteile des Armaturenbretts oder anderer elektrischer Vorrichtungen, die nicht Teil eines Fahrzeugs sind, wie beispielsweise einer Kamera, eines Druckers, eines Computers, von Audiogeräten, eines Fernsehers, eines DVD-Players, einer Mikrowelle oder eines anderen Haushaltsgeräts oder -utensils, für das elektrische Komponenten verwendet werden, Thermostaten zur Steuerung von Heizungs-, Klima- und Lüftungssystemen von Gebäuden, Kommunikationsgeräten. Die elektrische Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann ebenfalls eine elektrische Vorrichtung oder Leuchte zur Verwendung bei der Marine umfassen, oder sie kann ein Kinderspielzeug oder Ähnliches umfassen. Gleichermaßen kann die elektrische Vorrichtung ein beleuchtetes Schild zur Verwendung an einem Gebäude oder Ähnliches umfassen oder ein externes Schild, das beleuchtet werden kann und das an einem Gebäude befestigt werden kann oder freistehend ist oder an einer anderen Struktur befestigt sein kann. Des Weiteren kann die elektrische Vorrichtung eine freistehende Leuchte umfassen, die zur Verwendung auf einem Schreibtisch, einem Tisch oder Ähnlichem geeignet ist, oder die Vorrichtung kann eine tragbare Leuchte oder eine Leuchte umfassen, die an einer anderen Vorrichtung oder Ähnlichem anbringbar ist. Weiter kann die elektrische Vorrichtung eine Leuchte für einen Sattelanhänger, Bootanhänger oder eine andere derartige Anwendung umfassen. Des Weiteren kann die elektrische Vorrichtung eine Leuchte, die eine Fahrtrichtung anzeigt, ein Bremslicht für ein Fahrzeug oder Ähnliches umfassen. Es wird darauf hingewiesen, dass nahezu jede elektrische Komponente in eine Polymerstruktur überformt werden kann, und die dargestellten Beispiele der LEDs, Widerstände und Dioden sind nur Beispiele von Komponenten, die verwendet werden können, um eine elektrische Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zu bilden.
Es wird ebenfalls darauf hingewiesen, dass die elektrische Vorrichtung 1 so gebildet werden kann, dass sie eine breite Vielfalt an Gestalten aufweist, und die Vorrichtung 1 muss nicht auf eine im Allgemeinen planare Anordnung beschränkt sein, wie in dem dargestellten Beispiel aufgezeigt ist. Zum Beispiel können die Leiter, die die Schaltung bilden, als eine breite Vielfalt nicht-planarer Anordnungen gebildet werden, so dass die elektrischen Komponenten nicht alle in der gleichen Ebene positioniert sind. Auf diese Weise kann die elektrische Vorrichtung 1 so gestaltet werden, dass sie in einen begrenzten Raum passt, und dadurch kann der für die fertige Baugruppe erforderliche Platzbedarf verringert werden. Dadurch kann wiederum die Menge an ungenutztem Raum verringert werden, die sonst vorhanden wäre, sofern eine planare Schaltungsplatine verwendet würde.
Bei der vorstehenden Beschreibung wird dem Durchschnittsfachmann offensichtlich werden, dass an der Erfindung Modifikationen vorgenommen werden können, ohne von den hier offenbarten Konzepten abzuweichen. Derartige Modifikationen werden als in den nachstehenden Ansprüchen enthalten betrachtet, sofern durch die Wortwahl der Ansprüche nichts anderes ausgedrückt wird.
ZUSAMMENFASSUNG
Eine elektrische Vorrichtung, wie beispielsweise eine LED-Leuchtanordnung, weist eine leitende Schaltung und eine oder mehrere elektrische Komponenten auf, die mit der Schaltung verbunden sind. Die elektrischen Komponenten und die Schaltung sind wenigstens teilweise mit einem thermoplastischen Polymermaterial überformt, um die Komponenten einzukapseln. Das zum Bedecken der Schaltung und/oder der elektrischen Komponenten verwendete Material kann ebenfalls verwendet werden, um ein Gehäuse oder eine andere Struktur eines fertigen Teils zu bilden.

Claims

Leuchtanordnung, welche aufweist: eine Schaltung aus Blech, die wenigstens zwei elektrisch leitende Schaltungselemente umfasst, wobei jedes Schaltungselement gegenüberliegende Seitenflächen abgrenzt bzw. definiert; wenigstens eine LED, die mit den Schaltungselementen elektrisch verbunden ist; wenigstens eine elektrische Komponente, die mit den Schaltungselementen elektrisch verbunden ist, wobei die eine elektrische Komponente gewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einem Widerstand, einer Diode, einer Zener-Diode, einem Transistor, einer integrierten Schaltung, einem Kondensator, einem Induktor, einem Überspannungsschutz und einem Metalloxid-Varistor; und wobei die elektrische Komponente in der Lage ist, wenigstens entweder die Spannung oder den elektrischen Strom, die der LED zugeführt werden, zu steuern bzw. zu beeinflussen; einen einstückigen Körper, der thermoplastisches Polymermaterial umfasst, das die LED, die eine elektrische Komponente und wenigstens einen Bereich der gegenüberliegenden Seitenflächen der Schaltungselemente ummantelt.
Leuchtanordnung gemäß Anspruch 1, wobei: die elektrisch leitenden Schaltungselemente eine im Wesentlichen einheitliche Dicke von wenigstens ungefähr 0,008 Zoll (~0,2 mm) aufweisen.
Leuchtanordnung gemäß Anspruch 1, wobei: das thermoplastische Polymer einen Licht übertragenden Bereich aufweist, der die LED einkapselt.
Leuchtanordnung gemäß Anspruch 1, wobei: die Schaltung aus Blech wenigstens zwei auskragende Anschlussstifte mit abisoliertem bzw. freiliegendem Metall aufweist und das Polymermaterial einen Hohlraum mit einem offenen Ende aufweist, um dadurch eine Buchse um die Anschlussstifte zu bilden.
Leuchtanordnung gemäß Anspruch 1, wobei: das Polymermaterial einen Montageflansch mit wenigstens einer Öffnung in sich bildet, die so gestaltet ist, dass sie ein Verbindungselement aufnimmt, um die Leuchtanordnung anzubringen.
Leuchtanordnung gemäß Anspruch 1, wobei: die Leuchtanordnung eine Außenleuchte für ein Kraftfahrzeug umfasst, und wobei die elektrische Komponente eine Treiberschaltung bildet, die in der Lage ist, der LED einen gewünschten elektrischen Strom zuzuführen, wenn die Leuchtanordnung mit der 12 V-Gleichstrom-Stromquelle eines Fahrzeugs verbunden ist.
Leuchtanordnung gemäß Anspruch 6, wobei: das Polymermaterial ein lichtdurchlässiges bzw. transluzentes Material umfasst.
Leuchtanordnung gemäß Anspruch 7, wobei: alle Bereiche des Polymermaterials im Wesentlichen die gleiche Zusammensetzung und Farbe aufweisen.
Leuchtanordnung gemäß Anspruch 7, wobei: das Polymermaterial rot ist.
Leuchtanordnung gemäß Anspruch 7, wobei: das Polymermaterial bernsteinfarben ist.
Leuchtanordnung gemäß Anspruch 7, wobei: das Polymermaterial im Wesentlichen klar bzw. durchsichtig ist.
Leuchtanordnung gemäß Anspruch 1, wobei: die LED eine weiße LED umfasst.
Leuchtanordnung gemäß Anspruch 1, wobei: die LED eine gefärbte LED umfasst.
Leuchtanordnung gemäß Anspruch 1, wobei: das Polymermaterial über die LEDs hinaus erhöhte Außenflächenbereiche aufweist.
Leuchtanordnung gemäß Anspruch 1, wobei: die elektrische Komponente eine LED-Treiberschaltung bildet, die in der Lage ist, die LED mit einem gewünschten elektrischen Strom zu versorgen, wenn die Leuchtanordnung mit einer 120 V-Wechselstromquelle verbunden ist.
Leuchtanordnung gemäß Anspruch 1, wobei: die Schaltungselemente einen planaren bzw. ebenen Hauptbereich aufweisen und wobei die LED und die elektrische Komponente an dem Hauptbereich angebracht sind; die Schaltungselemente einen Zwischenbereich aufweisen, der sich transversal von dem Hauptbereich erstreckt, sowie einen Endbereich, der sich transversal von dem Zwischenbereich erstreckt, wobei die Schaltungselemente weiter auskragende Anschlussstifte aufweisen, die sich von dem Endbereich erstrecken, und wobei der Haupt-, der Zwischen- und der Endbereich von dem Polymermaterial eingekapselt sind und die Anschlussstifte abisoliert bzw. freiliegend sind.
Leuchtanordnung gemäß Anspruch 16, wobei: das Polymermaterial eine Buchse um die Anschlussstifte bildet.
Verfahren zum Bilden einer Leuchtanordnung, welches aufweist: Schneiden eines Blechs aus leitendem Material, um eine Schaltung aus Blech mit wenigstens zwei elektrisch leitenden Schaltungselementen zu bilden, die jeweils erste und zweite sich gegenüberliegende Seiten aufweisen; Befestigen wenigstens einer elektrischen Komponente an den ersten Seiten der Schaltungselemente; Positionieren der Schaltung und elektrischen Komponente in einer ersten Formhöhlung mit einer ersten Gestalt bzw. Form; Formen von thermoplastischem Polymermaterial um die elektrische Komponente, während sich diese in der ersten Formhöhlung befindet, um die elektrische Komponente in einer Schutzkapsel aus Polymermaterial einzukapseln, wobei die Schutzkapsel einen ersten Bereich aufweist, der mit den ersten Seiten der leitenden Schaltungselemente um die elektrische Komponente in Kon takt ist, wobei die Schutzkapsel periphere Kantenbereiche aufweist, die sich um wenigstens einen Bereich der elektrischen Komponente erstrecken; Positionieren des Schaltungselements und der elektrischen Komponente in einer zweiten Formhöhlung mit einer zweiten Gestalt, die sich deutlich von der ersten Gestalt unterscheidet; Formen von thermoplastischem Polymermaterial über wenigstens einem Bereich der Schutzkapsel.
Verfahren gemäß Anspruch 18, wobei: die ersten Seiten der leitenden Schaltungselemente im Allgemeinen flache erste Oberflächenbereiche abgrenzen bzw. definieren; sich die peripheren Kantenbereiche zu dem flachen ersten Oberflächenbereich erstrecken und eine periphere Kantenfläche abgrenzen bzw. definieren, die zu dem flachen Oberflächenbereich transversal ist.
Verfahren gemäß Anspruch 19, wobei: ein abisolierter Bereich des ersten Oberflächenbereichs vor dem Positionieren der Schaltung und der elektrischen Komponente in der zweiten Formhöhlung nicht von der Schutzkapsel aus Polymer bedeckt ist; und aufweisend: das Formen von thermoplastischem Polymermaterial über den abisolierten Bereich.
Verfahren gemäß Anspruch 20, wobei: die erste Formhöhlung so gestaltet ist, dass zusätzliches thermoplastisches Polymermaterial über wenigstens einen wesentlichen Bereich der ersten Seiten der leitenden Schaltungselemente geformt wird, wobei das zusätzliche thermoplastische Polymermaterial einen Randbereich umfasst, der von der Schutzkapsel beabstandet ist, um eine Nut abzugrenzen bzw. zu definieren, die sich um die elektrische Komponente erstreckt.
Verfahren gemäß Anspruch 21, wobei: die durch die erste Formhöhlung gebildete Nut in Draufsicht im Allgemeinen C-förmig ist, und wobei sich eine Brücke aus Polymermaterial von dem zusätzlichen Polymermaterial zu der Schutzkapsel erstreckt.
Verfahren gemäß Anspruch 21, wobei: die Nut eine Grundfläche abgrenzt und wenigstens ein Bereich der Grundfläche abisoliertes bzw. freiliegendes leitendes Material aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 18, wobei: der Schritt des Befestigens wenigstens einer elektrischen Schaltungskomponente das Löten der Schaltungskomponente an das Schaltungselement aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 18, wobei: der Schritt des Befestigens wenigstens einer elektrischen Schaltungskomponente das Verformen des leitenden Schaltungselements aufweist, um die Schaltungskomponente an das leitende Schaltungselement zu crimpen.
Verfahren gemäß Anspruch 18, wobei: die elektrische Komponente eine LED umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 26, welches aufweist: das Formen eines Lichtsteuerungsmerkmals über der LED unter Verwendung des thermoplastischen Materials.
Verfahren gemäß Anspruch 26, wobei: wenigstens eine zusätzliche elektrische Komponente zusätzlich zu der LED an dem Schaltungselement befestigt wird; und eine Schutzkapsel aus thermoplastischem Polymermaterial über die zusätzliche elektrische Komponente geformt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 26, wobei: die Kapsel im Allgemeinen kuppelförmig ist
Verfahren gemäß Anspruch 18, wobei: die elektrische Komponente eine integrierte Schaltung mit einem im Allgemeinen vierseitigen Perimeter bzw. Umfang bzw. Umriß umfasst; die periphere Kante der Kapsel aus Polymermaterial eine im Allgemeinen vierseitige Gestalt aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 18, welches aufweist: das Bilden eines ersten im Allgemeinen flachen Bereichs des leitenden Schaltungselements; das Bilden eines zweiten Bereichs des leitenden Schaltungselements, der sich transversal von dem ersten Bereich erstreckt; und das Formen von Polymermaterial über wenigstens einen wesentlichen Bereich des ersten und des zweiten Bereichs des leitenden Schaltungselements.
Verfahren gemäß Anspruch 31, wobei: die elektrische Komponente eine LED umfasst, die an dem ersten Bereich des leitenden Schaltungselements befestigt ist.
Verfahren gemäß Anspruch 31, welches aufweist: das Bilden eines dritten Bereiches des leitenden Schaltungselements, der sich transversal von dem zweiten Bereich erstreckt; das Bilden wenigstens zweier Anschlussstifte, die sich von dem dritten Bereich erstrecken; und das Formen einer Buchse in der Form einer röhrenförmigen Wand, die einen Hohlraum mit einem offenen äußeren Ende bildet, wobei die Anschlussstifte in dem Hohlraum angeordnet sind.
Verfahren gemäß Anspruch 18, wobei: das leitende Schaltungselement eine Außenkante abgrenzt; und aufweisend: das Formen von thermoplastischem Material, um einen Montageflansch zu bilden, der sich von der Außenkante nach außen erstreckt.
Formwerkzeug zum Überformen elektrischer Komponenten, die an einem leitenden Schaltungselement angebracht sind, wobei das Formwerkzeug aufweist: ein erstes und ein zweites Formteil, die so gestaltet sind, dass sie betriebsfähig ineinander eingreifen; das erste Formteil eine erste Kontaktfläche aufweist, die so gestaltet ist, dass sie mit einer ersten Seite eines im Allgemeinen flachen leitenden Schaltungselements, das in dem Formwerkzeug positioniert ist, in Kontakt ist; das zweite Formteil einen ersten Höhlungsbereich und eine Dichtungsfläche aufweist, die sich um die Höhlung erstreckt, wobei die Dichtungsfläche so gestaltet ist, dass sie mit einer zweiten Seite eines im Allgemeinen flachen leitenden Schaltungselements, das in dem Formwerkzeug positioniert ist, in Kontakt ist, wobei das zweite Formteil einen zweiten Höhlungsbereich aufweist, der mit dem ersten Höhlungsbereich mittels eines Verbindungsgangs verbunden ist, der es ermöglicht, dass geschmolzenes Polymermaterial von dem zweiten Höhlungsbereich in den ersten Höhlungsbereich fließt.
Formwerkzeug gemäß Anspruch 35, wobei: das zweite Formteil einen erhöhten Steg mit einer flachen Endfläche aufweist, die die Dichtfläche bildet.
Formwerkzeug gemäß Anspruch 35, wobei: die erste Höhlung im Allgemeinen schalenförmig ist.
Formwerkzeug gemäß Anspruch 35, wobei: das zweite Formteil eine Mehrzahl an ersten Höhlungsbereichen mit Dichtflächen aufweist, die sich um jeden ersten Höhlungsbereich erstrecken, sowie Verbindungsgänge, die jeden ersten Höhlungsbereich mit dem zweiten Höhlungsbereich verbinden.