DE102009053765A1 - 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 - Google Patents

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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.

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.The invention relates to a motor vehicle component with at least one photovoltaic element according to the preamble of patent claim 1 and to a method for the production thereof according to the preamble of patent claim 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.From the US 2007/0295400 A1 For example, a method for applying organic electronic components to plastic films is known. As a result, thin plastic films can be provided for example with organic solar cells. Components that are to receive a photovoltaic additional function can be covered with such films, so as to use the incident on a surface of the component solar energy. However, the use of adhesive foils in motor vehicle construction is limited. Car components that are exposed to the sun and should receive a photovoltaic additional function are usually exposed to other, often extreme environmental influences. However, films of the type described are resistant to such influences only to a limited extent.

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.The present invention is therefore the object of a motor vehicle component according to the preamble of claim 1 and a method for its preparation according to the preamble of claim 3 to develop so that an improved integration of photovoltaic elements in motor vehicle components is made possible.

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.This object is achieved by a motor vehicle component having the features of patent claim 1 and by a method for producing a motor vehicle component having the features of patent claim 3.

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.Such a motor vehicle component has at least one photovoltaic element which can be connected via at least one conductor track and / or at least one contacting element to an electrical consumer, in particular a vehicle electrical system of the motor vehicle. According to the invention it is provided that the at least one conductor track and / or the at least one contacting element is formed as a microstructured surface structure of the component, which is constructed from individual pixels of a conductive material. In other words, the conductor track and / or the contacting element is integrated directly into the component, so that these electrical structures do not have to be provided in the form of a foil or the like. The integration of printed conductors and / or contacting elements directly to the motor vehicle component, a particularly resilient electrical structure is created, which is able to withstand the stresses during operation of the motor vehicle. By applying the conductor track and / or the contacting element in the form of individual pixels, a particularly flexible production of such motor vehicle components is possible. Arrangement and course of conductor tracks and / or contacting elements can be easily adapted by such a technique to different forms of the motor vehicle component or different arrangements of photovoltaic elements.

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.Each pixel of the at least one interconnect and / or of the at least one contacting element preferably overlaps with at least one adjacent pixel. As a result, any planar electrically conductive structures can be created.

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.The invention further relates to a method for producing a motor vehicle component with at least one photovoltaic element. In a method according to the invention at least one conductor track and / or at least one contacting element for contacting the photovoltaic element by means of a printing process in the form of individual pixels of a conductive material is printed on a surface of the component. This so-called pixel technology is z. B. in the DE 10 2007 046 910 A1 disclosed. As already mentioned, it is possible to create electrical structures which are as flexible as possible and particularly durable on the motor vehicle component, without having to glue the motor vehicle component with foils or the like.

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.As a printing method for printing the individual pixels, printing form-based methods such as screen printing, drum printing or pad printing can be used. Alternatively, printhead-based methods can also be used. These may be printhead-based continuous drop stream or discontinuous drop stream methods in which the single drops are generated mechanically or thermally. Especially with such a printhead-based method, a particularly flexible design of electrical elements is possible even on complex-shaped motor vehicle components, since the printhead can be guided in such a method in any space curves. This can be done particularly advantageously with a printhead as in the DE 10 2008 056 899 is disclosed.

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.In a further embodiment of the invention, after printing the at least one printed conductor and / or the at least one contacting element, the motor vehicle component is subjected to a thermal after-treatment in which the material of the pixels is at least partially melted and / or hardened. By partially melting the pixels, their overlap can be improved, so that the internal resistance is such produced conductor tracks and / or contacting elements is particularly low. By curing the material of the pixels, particularly durable electrical structures are created.

Alternativ oder additiv kann im Bedarfsfall die Haftung der Pixeln auf der Bauteiloberfläche verbessert werden, z. B. mittels einer Plasmaaktivierung der Bauteiloberfläche.Alternatively or additionally, the adhesion of the pixels on the component surface can be improved if necessary, for. B. by means of a plasma activation of the component surface.

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.In a preferred embodiment of the method according to the invention, finally, a protective layer is applied. This can also be done by printing, but z. B. also by steaming or dipping. Suitable layers consist for. B. from commercial clearcoat.

Im Folgenden soll die Erfindung und ihre Ausführungsformen anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Hierbei zeigen:In the following, the invention and its embodiments will be explained in more detail with reference to the drawing. Hereby show:

1A bis C unterschiedliche Schichten einer aus Einzelpixeln aufgebauten Leiterbahnstruktur für ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftwagenbauteils und 1A to C different layers of a single-pixel printed circuit board structure for an embodiment of a motor vehicle component according to the invention and

2A und B eine weitere Ansicht der Oberflächenstruktur eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kraftwagenbauteils. 2A and B is another view of the surface structure of an embodiment of a motor vehicle component according to the invention.

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.To conductor tracks 10 to provide for a motor vehicle component with a photovoltaic element, the conductor tracks 10 in the form of microstructured surface structures of the component, which consist of individual pixels 12 are constructed, printed on the surface of the motor vehicle component. The pressure can take place in several layers, of which in 1A and B two are shown. In the first layer according to 1 the pixels are arranged so that each horizontally extending tracks 10 result. A second layer of the surface structure according to 1B has a pixel array which has vertically extending tracks. The tracks 10 are used to contact photovoltaic elements, not shown, which also in pixel technology on a surface 14 of the motor vehicle component 16 can be printed.

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.Insulating materials can be applied selectively, locally or areally between individual layers, so that the horizontal and vertical conductor tracks 10 can cross over the surface structure, as in 2A shown. The actual photovoltaic elements would be in the track structure according to the 2A between the horizontally and vertically running tracks 10 so that the horizontally running group of tracks 10 a first and the vertically extending group of tracks 10 contacted a second electrode of the photovoltaic elements.

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.In the same direction extending traces are each with a common tap element 18 connected, which may also be applied in pixel technology. About the common contacting elements 18 is the interconnect structure and thus also the respectively associated photovoltaic element with electrical loads, such as a vehicle electrical system of a motor vehicle connectable.

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.The individual pixels 12 every trace 10 are arranged so that every pixel 12 at least one more pixel 12 overlaps, resulting in a continuous conductor track structure. Optionally, after printing the pixels 12 on the surface 14 of the component 16 the component 16 be subjected to a heat treatment in which the pixels at least partially melt and thus connect to each other. To protect the pixels 12 Before mechanical stresses can be applied to the entire structure nor a topcoat.

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.For printing the pixels 12 on the surface 14 of the component 16 Different methods can be used. Printing form-based processes, such as screen printing, drum printing or pad printing make it possible to apply large-area structures quickly. In screen printing, a close-meshed screen is used as the printing plate, with the ink being applied to the surface to be printed with a squeegee 14 is pushed through. In pad printing, the printed image is transferred by means of a flexible pad, for example made of rubber, from a cliché and onto the surface to be printed 14 transferred. In contrast to the printing form-based methods, the desired surface structure is applied piecewise in the case of print head-based methods. There are methods with continuous droplet jet, so-called continuous drop methods. In this case, a constant liquid jet of the liquid to be printed is broken down into drops by mechanical vibrations and deflected in the desired manner by an electric field. The so-called drop-on-demand method, individual drops are generated mechanically or thermally in a printhead, the drop generation is activated only at the points that are actually printed. Printhead-based processes are particularly flexible and enable the application of complex microstructures on component surfaces 14 even with complex shaped components.

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Leiterbahnconductor path
1212
Pixelpixel
1414
Oberflächesurface
1616
Bauteilcomponent
1818
Kontaktierungselementcontacting

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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

Claims (6)

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.Car component ( 16 ) with at least one photovoltaic element which has at least one conductor track ( 10 ) and / or at least one contacting element ( 18 ) is connectable to an electrical load, in particular with an electrical system of the motor vehicle, characterized in that the at least one conductor track ( 10 ) and / or the at least one contacting element ( 18 ) is formed as a microstructured surface structure of the component, which consists of individual pixels ( 12 ) is constructed of a conductive material. 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.Component ( 16 ) according to claim 1, characterized in that each pixel ( 12 ) the at least one conductor track ( 10 ) and / or the at least one contacting element ( 18 ) with at least one adjacent pixel ( 12 ) overlaps. 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.Method for producing a motor vehicle component ( 16 ) with at least one photovoltaic element, characterized in that at least one conductor track ( 10 ) and / or at least one contacting element ( 18 ) for contacting the photovoltaic element by means of a printing process in the form of individual pixels ( 12 ) is printed from a conductive material on a surface of the component. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Druckverfahren ein druckformbasiertes Verfahren verwendet wird, insbesondere Siebdruck, Trommeldruck oder Tampondruck.Method according to claim 3, characterized in that as printing method a printing form based method is used in particular screen printing, drum printing or pad printing. 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.Method according to claim 3, characterized in that as a printing method a printhead-based method is used, in particular, a printhead-based continuous drop stream method or a printhead-based discontinuous drop stream process in which single drops are generated mechanically or thermally. 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.Method according to one of claims 3 to 5, characterized in that after the printing of the at least one conductor track ( 10 ) and / or the at least one contacting element ( 18 ) the motor vehicle component ( 16 ) is subjected to a thermal aftertreatment in which the material of the pixels ( 12 ) is at least partially melted and / or cured.
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