Title:
Motor vehicle component, has photovoltaic element connected with power supply, of motor vehicle by conductive path and/or contacting element, which are formed as micro-structured surface structure comprising pixels
Kind Code:
A1


Abstract:
The component (16) has a photovoltaic element connected with an electrical load i.e. power supply, of a motor vehicle by a conductive path (10) and/or a contacting element, which are formed as a micro-structured surface structure comprising pixels (12) made of a conductive material. The conductive path and the contacting element for contacting the photovoltaic element is pressed on a surface (14) of the component by printing process such as screen printing process, drum printing process or pad printing process. An independent claim is also included for a method for manufacturing a motor vehicle component.



Inventors:
SCHLAYER STEFAN (DE)
WIEDEMANN BERNHARD (DE)
Application Number:
DE102009053765
Publication Date:
05/19/2011
Filing Date:
11/18/2009
Assignee:
DAIMLER AG (DE)
Domestic Patent References:
DE102008056899A1N/A2010-02-18
DE102007046910A1N/A2008-04-03



Foreign References:
200702954002007-12-27
Claims:
1. Kraftwagenbauteil (16) mit zumindest einem photovoltaischen Element,
welches über wenigstens eine Leiterbahn (10) und/oder
wenigstens ein Kontaktierungselement (18)
mit einem elektrischen Verbraucher verbindbar ist,
insbesondere mit einem Bordnetz des Kraftwagens,
dadurch gekennzeichnet, dass
die wenigstens eine Leiterbahn (10) und/oder
das wenigstens eine Kontaktierungselement (18)
als mikrostrukturierte Oberflächenstruktur des Bauteils ausgebildet ist,
welche aus einzelnen Pixeln (12) aus einem leitfähigen Material aufgebaut ist.

2. Bauteil (16) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
jedes Pixel (12)
der wenigstens einen Leiterbahn (10) und/oder
des wenigstens einen Kontaktierungselements (18)
mit wenigstens einem benachbarten Pixel (12) überlappt.

3. Verfahren zum Herstellen eines Kraftwagenbauteils (16)
mit zumindest einem photovoltaischen Element,
dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens eine Leiterbahn (10) und/oder
wenigstens ein Kontaktierungselement (18)
zum Kontaktieren des photovoltaischen Elements mittels eines Druckverfahrens
in Form einzelner Pixel (12) aus einem leitfähigen Material
auf eine Oberfläche des Bauteils aufgedruckt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
als Druckverfahren ein druckformbasiertes Verfahren verwendet wird,
insbesondere Siebdruck, Trommeldruck oder Tampondruck.

5. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
als Druckverfahren ein druckkopfbasiertes Verfahren verwendet wird,
insbesondere ein druckkopfbasiertes Verfahren mit kontinuierlichem Tropfenstrom
oder ein druckkopfbasiertes Verfahren mit diskontinuierlichem Tropfenstrom, bei welchem Einzeltropfen mechanisch oder thermisch erzeugt werden, verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
nach dem Aufdrucken
der wenigstens einen Leiterbahn (10) und/oder
des wenigstens einen Kontaktierungselements (18)
das Kraftwagenbauteil (16) einer thermischen Nachbehandlung unterzogen wird,
bei welcher das Material der Pixel (12) wenigstens teilweise aufgeschmolzen und/oder ausgehärtet wird.

Description:

Die Erfindung betrifft ein Kraftwagenbauteil mit zumindest einem photovoltaischen Element nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 3.

Aus der US 2007/0295400 A1 ist ein Verfahren zum Aufbringen organischer elektronischer Komponenten auf Kunststofffolien bekannt. Hierdurch können dünne Kunststofffolien beispielsweise mit organischen Solarzellen versehen werden. Bauteile, welche eine photovoltaische Zusatzfunktion erhalten sollen, können mit derartigen Folien beklebt werden, um so die auf eine Oberfläche des Bauteils einfallende Solarenergie zu nutzen. Die Verwendung von Aufklebefolien im Kraftwagenbau ist jedoch beschränkt. Kraftwagenbauteile, die der Sonne ausgesetzt sind und eine photovoltaische Zusatzfunktion erhalten sollen, sind in der Regel auch gegenüber anderen, oftmals extremen Umwelteinflüssen exponiert. Folien der beschriebenen Art sind gegenüber solchen Einflüssen jedoch nur eingeschränkt beständig.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde ein Kraftwagenbauteil nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 3 so weiter zu entwickeln, dass eine verbesserte Integration photovoltaischer Elemente in Kraftwagenbauteile ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird durch ein Kraftwagenbauteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zum Herstellen eines Kraftwagenbauteils mit den Merkmalen des Patentanspruchs 3 gelöst.

Ein solches Kraftwagenbauteil weist wenigstens ein photovoltaisches Element auf, welches über wenigstens eine Leiterbahn und/oder wenigstens ein Kontaktierungselement mit einem elektrischen Verbraucher, insbesondere einem Bordnetz des Kraftwagens, verbindbar ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Leiterbahn und/oder das wenigstens eine Kontaktierungselement als mikrostrukturierte Oberflächenstruktur des Bauteils ausgebildet ist, welche aus einzelnen Pixeln aus einem leitfähigen Material aufgebaut ist. Mit anderen Worten ist die Leiterbahn und/oder das Kontaktierungselement direkt in das Bauteil integriert, so dass diese elektrischen Strukturen nicht in Form einer Folie oder dergleichen bereitgestellt werden müssen. Durch die Integration von Leiterbahnen und/oder Kontaktierungselementen direkt an das Kraftwagenbauteil wird eine besonders belastbare elektrische Struktur geschaffen, die auch den Belastungen im Betrieb des Kraftwagens stand zu halten vermag. Durch das Aufbringen der Leiterbahn und/oder des Kontaktierungselements in Form einzelner Pixel ist eine besonders flexible Fertigung solcher Kraftwagenbauteile möglich. Anordnung und Verlauf von Leiterbahnen und/oder Kontaktierungselementen können durch eine derartige Technik problemlos an unterschiedliche Formen des Kraftwagenbauteils oder unterschiedliche Anordnungen von photovoltaischen Elementen angepasst werden.

Bevorzugt überlappt jedes Pixel der wenigstens einen Leiterbahn und/oder des wenigstens einen Kontaktierungselements mit wenigstens einem benachbarten Pixel. Hierdurch können beliebige flächige elektrisch leitfähige Strukturen geschaffen werden.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Herstellen eines Kraftwagenbauteils mit zumindest einem photovoltaischen Element. Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren wird wenigstens eine Leiterbahn und/oder wenigstens ein Kontaktierungselement zum Kontaktieren des photovoltaischen Elements mittels eines Druckverfahrens in Form einzelner Pixel aus einem leitfähigen Material auf eine Oberfläche des Bauteils aufgedruckt. Diese sogenannte Pixeltechnik wird z. B. in der DE 10 2007 046 910 A1 offenbart. Wie eingangs bereits geschildert können so flexibel gestaltbare und besonders haltbare elektrische Strukturen auf dem Kraftwagenbauteil geschaffen werden, ohne dass das Kraftwagenbauteil mit Folien oder dergleichen beklebt werden muss.

Als Druckverfahren zum Aufdrucken der einzelnen Pixel können druckformbasierte Verfahren, wie zum Beispiel Siebdruck, Trommeldruck oder Tampondruck verwendet werden. Alternativ sind auch druckkopfbasierte Verfahren einsetzbar. Hierbei kann es sich um druckkopfbasierte Verfahren mit kontinuierlichem Tropfenstrom oder mit diskontinuierlichen Tropfenstrom handeln, bei welchem die Einzeltropfen mechanisch oder thermisch erzeugt werden. Gerade mit solchen druckkopfbasierten Verfahren ist eine besonders flexible Gestaltung elektrischer Elemente auch auf komplex geformten Kraftwagenbauteilen möglich, da der Druckkopf bei einem solchen Verfahren in beliebigen Raumkurven geführt werden kann. Dies kann besonders vorteilhaft mit einem Druckkopf erfolgen wie er in der DE 10 2008 056 899 offenbart wird.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird das Kraftwagenbauteil nach dem Aufdrucken der wenigstens einen Leiterbahn und/oder des wenigstens einen Kontaktierungselements einer thermischen Nachbehandlung unterzogen, bei welcher das Material der Pixel wenigstens teilweise aufgeschmolzen und/oder ausgehärtet wird. Durch ein teilweises Aufschmelzen der Pixel kann deren Überlappung verbessert werden, so dass der Innenwiderstand derart erzeugter Leiterbahnen und/oder Kontaktierungselemente besonders niedrig ist. Durch das Aushärten des Materials der Pixel werden besonders haltbare elektrische Strukturen geschaffen.

Alternativ oder additiv kann im Bedarfsfall die Haftung der Pixeln auf der Bauteiloberfläche verbessert werden, z. B. mittels einer Plasmaaktivierung der Bauteiloberfläche.

In bevorzugter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird abschließend noch eine Schutzschicht aufgebracht. Dies kann ebenfalls drucktechnisch erfolgen, aber z. B. auch durch Bedampfen oder Tauchen. Geeignete Schichten bestehen z. B. aus handelsüblichem Klarlack.

Im Folgenden soll die Erfindung und ihre Ausführungsformen anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Hierbei zeigen:

1A bis C unterschiedliche Schichten einer aus Einzelpixeln aufgebauten Leiterbahnstruktur für ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftwagenbauteils und

2A und B eine weitere Ansicht der Oberflächenstruktur eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kraftwagenbauteils.

Um Leiterbahnen 10 für ein Kraftwagenbauteil mit einem photovoltaischen Element bereitzustellen, werden die Leiterbahnen 10 in Form von mikrostrukturierten Oberflächenstrukturen des Bauteils, welche aus einzelnen Pixeln 12 aufgebaut sind, auf die Oberfläche des Kraftwagenbauteils aufgedruckt. Der Druck kann dabei in mehreren Schichten erfolgen, von denen in 1A und B zwei dargestellt sind. In der ersten Schicht gemäß 1 sind die Pixel so angeordnet, dass sich jeweils horizontal verlaufende Leiterbahnen 10 ergeben. Eine zweite Schicht der Oberflächenstruktur gemäß 1B weist eine Pixelanordnung auf, welche vertikal verlaufende Leiterbahnen besitzt. Die Leiterbahnen 10 dienen dem Kontaktieren von nicht dargestellten photovoltaischen Elementen, welche ebenfalls in Pixeltechnik auf eine Oberfläche 14 des Kraftwagenbauteils 16 aufgedruckt sein können.

Zwischen einzelnen Schichten können dabei Isoliermaterialien punktuell, lokal oder flächig aufgetragen werden, so dass sich die horizontalen und vertikalen Leiterbahnen 10 der Oberflächenstruktur überkreuzen können, wie in 2A dargestellt. Die eigentlichen photovoltaischen Elemente würden sich in der Leiterbahnstruktur gemäß der 2A zwischen den horizontal und vertikal verlaufenden Leiterbahnen 10 befinden, so dass die horizontal verlaufende Gruppe von Leiterbahnen 10 eine erste und die vertikal verlaufende Gruppe von Leiterbahnen 10 eine zweite Elektrode der photovoltaischen Elemente kontaktiert.

In gleiche Richtungen verlaufende Leiterbahnen sind dabei jeweils mit einem gemeinsamen Abgriffselement 18 verbunden, welches ebenfalls in Pixeltechnik aufgetragen sein kann. Über die gemeinsamen Kontaktierungselemente 18 ist die Leiterbahnstruktur und damit auch das jeweils zugeordnete photovoltaische Element mit elektrischen Verbrauchern, wie beispielsweise einem Bordnetz eines Kraftwagens verbindbar.

Die einzelnen Pixel 12 jeder Leiterbahn 10 sind dabei so angeordnet, dass jedes Pixel 12 wenigstens ein weiteres Pixel 12 überlappt, so dass sich eine durchgehende Leiterbahnstruktur ergibt. Gegebenenfalls kann nach dem Aufdrucken der Pixel 12 auf die Oberfläche 14 des Bauteils 16 das Bauteil 16 noch einer Wärmebehandlung unterzogen werden, bei welcher die Pixel zumindest teilweise aufschmelzen und sich so miteinander verbinden. Zum Schutz der Pixel 12 vor mechanischen Beanspruchungen kann auf die gesamte Struktur noch eine Decklackschicht aufgebracht werden.

Zum Druck der Pixel 12 auf die Oberfläche 14 des Bauteils 16 können verschiedene Verfahren verwendet werden. Druckformbasierte Verfahren, wie beispielsweise der Siebdruck, der Trommeldruck oder der Tampondruck ermöglichen es, großflächige Strukturen schnell aufzubringen. Beim Siebdruck wird als Druckform ein engmaschiges Sieb verwendet, wobei die Farbe mit einem Rakel auf die zu bedruckende Oberfläche 14 durchgedrückt wird. Beim Tampondruck wird das Druckbild mittels eines flexiblen Kissens, beispielsweise aus Kautschuk, von einem Klischee übernommen und auf die zu bedruckende Oberfläche 14 überführt. Im Gegensatz zu den druckformbasierten Verfahren wird bei druckkopfbasierten Verfahren die gewünschte Oberflächenstruktur stückweise aufgetragen. Hierbei existieren Verfahren mit kontinuierlichem Tropfenstrahl, so genannte Continuous-Drop-Methoden. Hierbei wird ein konstanter Flüssigkeitsstrahl der aufzudruckenden Flüssigkeit durch mechanische Schwingungen in Tropfen zerlegt und durch ein elektrisches Feld auf gewünschte Weise abgelenkt. Der so genannten Drop-On-Demand-Verfahren werden einzelne Tropfen mechanisch oder thermisch in einem Druckkopf erzeugt, wobei die Tropfenerzeugung nur an den Stellen aktiviert wird, die tatsächlich bedruckt werden. Druckkopfbasierte Verfahren sind besonders flexibel und ermöglichen das Aufbringen komplexer Mikrostrukturen auf Bauteiloberflächen 14 auch bei komplex geformten Bauteilen.

Bezugszeichenliste

10
Leiterbahn
12
Pixel
14
Oberfläche
16
Bauteil
18
Kontaktierungselement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.

Zitierte Patentliteratur

  • US 2007/0295400 A1 [0002]
  • DE 102007046910 A1 [0007]
  • DE 102008056899 [0008]