Werkstoffe im Automobil

LED-Leuchten mit hohen Anforderungen

Dickwandiger PMMA-Körper in 2K-Technik spritzgießen. Für den Porsche Macan entwickelte Hella ein Heckleuchtensystem mit Lichtleisten zur Ausrichtung von LED-Licht. Im Kern handelt es sich um ein dickwandiges Spritzgieß-Bauteil aus PMMA mit komplexer Prismengeometrie. Es wird in Zwei-Komponententechnik gefertigt und ist besonders „eng“ toleriert.

Lichtbaustein aus PMMA mit hoher Wanddicke und Prismen-Technologie.

Das Funktionsprinzip dieser patentierten bandförmigen Signalleuchten soll das Bremslicht verbessern. Trotzdem soll sie bauraumsparend in die Außenhaut der Fahrzeugkarosserie integriert werden. Für den Betrachter ist die Leuchte ein wichtiges Designelement. Trotz hoher Wanddicken muss der sogenannte sogenannte Lichtbaustein aus PMMA, der Lichtleiter, verzugsarm produziert werden. Ein dementsprechend hoher Aufwand wurde beim Unternehmen Hofmann in den Formen- und Modellbau gesteckt.

Eine LED-Leiste speist das Licht über eine Kollimatoroptik in das Bauteil ein, darin wird es umgelenkt und durch eine Auskoppeloptik, in die gewünschten Lichtrichtungen abgestrahlt. Bedingung für das Wirkprinzip einer solchen Dickwandoptik aus PMMA (Altuglas HT 121 oder Plexiglas 8N) sind hochpräzise Optikflächen mit einer sehr guten Flächengüte bei möglichst geringem Verzug im Teil. Die Geometrie des PMMA-Lichtleiters wurde an den beiden Enden so gestaltet, dass das Licht möglichst gebündelt ein- und wieder austritt. Der Lichteindruck der Heckleuchte wirkt so homogen und hell.

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Mehrkomponenten-Drehwerkzeug im Einsatz bei Hella.

Eingebaut in die Heckleuchte bilden diese „Edgelights“ in Kombination mit weiteren Einzelteilen, die sicherheitsrelevante Funktion des Bremslichtes am Fahrzeugheck ab. Die Heckleuchten-Baugruppen bestehen außerdem aus weiteren Komponenten wie Lichtscheiben aus PMMA in vier Farben (Rot transparent, Grau transparent, Schwarz opak und Hellrot transparent), die in 3-Takt-Technik spritzgegossen werden. Außergewöhnlich ist die stark gestufte Außenkontur der oberen Lichtscheibe.

An die Lichtbausteine werden hohe Erwartungen in Bezug auf Design, Oberflächenoptik und Funktion gestellt. Gleichzeitig erwartet wurde eine kunststoffgerechte Auslegung für hohe Prozessstabilität in der Fertigung bei Verzugsarmut. Hofmann nutzte dafür auch die Einfahr- und Nullserienfertigungen in seinem Spritzgießtechnikum.

Die Serienproduktion bei Hella produziert die Bauteile aus transparentem PMMA im Zwei-Takt-Verfahren als Mehrkomponententeile auf Drehwerkzeugen. Jedes Werkzeug produziert je Zyklus ein linkes und ein rechtes Bauteil. Sie werden in 2K-Technik vor- und fertiggespritzt. Die Herausforderung für die Produktion liegt hier in korrekter geometrischer Ausformung, bei gleichzeitiger lupenreiner Sauberkeit der Spritzlinge, um ausreichende optische Qualität zu gewährleisten.

Das dickwandige PMMA-Teil aus Altuglas HAT 121 oder Plexiglas 8N stellt im 2K-Verfahren hohe Ansprüche an die Bindenähte. Ebenfalls entscheidend ist die komplexe Prismengeometrie beim Ein- und Austritt des LED-Lichts. Im Rahmen der Werkzeugentwicklung war es die Aufgabe des Werkzeugbaus, eine 3D-Kontur zu entwerfen, die hohe Lichtausbeute beim Austritt verspricht und dabei fertigungstechnisch beherrschbar ist. Das galt für die Herstellbarkeit der Serienwerkzeuge als auch in Bezug auf Entformbarkeit sowie Verzugsarmut und Prozesssicherheit.

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