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Die
Erfindung betrifft ein Kunststoffformteil zur Montage in einem Elektrogerät mit einem
Grundkörper
aus einem ersten Kunststoff, der mindestens eine Ausnehmung aufweist,
und mindestens einem Element aus einem zweiten Kunststoff, das zumindest
teilweise in der Ausnehmung des Grundkörpers angeordnet ist, sowie
ein Verfahren zu seiner Herstellung.
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Derartige
Kunststoffformteile werden beispielsweise als Blenden oder Bedienelemente
für Elektrogeräte wie Waschmaschinen,
Trockner, Geschirrspüler,
Saunasteuerungen, Rollladensteuerungen, Geschirrspüler Backöfen, Dunstabzugshauben, Kochfelder
oder in der Medizintechnik verwendet. Hierbei können die Bedienelemente Teil
der Blende oder als eigenständige,
von der Blende entkoppelte Bauteile vorgesehen sein.
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Die
Bedienelemente in Form von Drehknöpfen, Schaltern, Tastern, Berührungsflächen oder
dergleichen erlauben einem Benutzer eine manuelle Bedienung des
Elektrogeräts.
Zur Anzeige des Gerätezustandes und/oder
zur Anzeige von Werten, beispielsweise Temperaturwerten oder dergleichen, sind
häufig
Anzeigeeinrichtungen vorgesehen, die einem Bereich der Blende bzw.
des Bedienelements zugeordnet sind. Zur Anzeige von Werten dienen
regelmäßig Mehrsegmentanzeigen,
beispielsweise in Form von LC-Displays. Zur Anzeige von Zuständen werden
in der Regel LED-Anzeigen verwendet, die normalerweise so angesteuert
werden, dass sie dann aufleuchten, wenn ein entsprechender Zustand aktiv
ist.
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Zur
Montage der LC-Displays oder der Leuchtdioden werden in das Formteil
Ausnehmungen in Form von formangepassten Durchgangsöffnungen
entweder bereits beim Spritzen geformt oder durch nachträgliche mechanische
Bearbeitung eingebracht. Besonders für Anwendungen in Feuchträumen, wie
beispielsweise bei Waschmaschinen oder Wäschetrocknern, ist es zweckmäßig, den
Bereich der eingesetzten Anzeigeeinrichtungen abzudichten, damit
keine Feuchtigkeit durch die Durchgangsöffnung des Formteils in die üblicherweise
hinter dem Formteil angeordnete elektronische Steuereinrichtung
des Gerätes
gelangt. Dies kann beispielsweise durch Einsetzen eines Elementes,
beispielsweise in Form eines Sichtfensters, in die Ausnehmung bzw. Durchgangsöffnung des
einen Grundkörper
bildenden Kunststoffformteils erfolgen. Um das entstehende Kunststoffformteil,
bestehend aus dem Grundkörper-Kunststoffformteil
und dem in dessen Durchgangsöffnung
eingesetzten Element, abzudichten, ist es jedoch notwendig, die
zwischen dem Grundkörper-Kunststoffformteil
und dem Element gebildeten Grenzflächen miteinander zu verkleben.
Das Grundkörper-Kunststoffformteil
und das in dessen Durchgangsöffnung
eingesetzte Element werden üblicherweise
getrennt durch jeweilige Spritzgussverfahren hergestellt und anschließend in
einem weiteren Arbeitsschritt zusammengesetzt und beispielsweise verklebt.
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Eine
weitere Möglichkeit
die Dichtigkeitsanforderungen in Feuchträumen zu erfüllen besteht darin, die Ausnehmungen
nicht als Durchgangsöffnungen
auszuführen,
sondern das Kunststoffformteil in einem für die Anzeigeeinrichtung vorgesehenen
Bereich lediglich in seiner Materialstärke gegenüber der Norm-Materialstärke derart
zu reduziert, dass dieser Bereich vom Licht der dahinter angeordneten
Anzeige bzw. Lichtquelle durchleuchtbar ist. Wenn jedoch auf diese
Weise beispielsweise eine Sieben-Segment-Anzeige gebildet werden
soll oder die durchscheinenden Bereiche relativ gross ausfallen,
reduziert sich aufgrund der geringeren Materialstärke in diesen
Bereichen deren Stabilität.
So ist bei einer Krafteinwirkung, beispielsweise bedingt durch eine Bedienung,
eine Beschädigung
bzw. eine Zerstörung des
Formteils nicht auszuschließen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kunststoffformteil der
eingangs erwähnten
Art sowie ein Herstellungsverfahren zu schaffen, die eine kostengünstige Herstellung,
eine hohen Grad an Gestaltungsfreiheit beim Design und Funktionssicherheit,
insbesondere mechanische Stabilität, gewährleisten.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe stellt die Erfindung ein Kunststoffformteil mit den
Merkmalen von Anspruch 1 sowie ein Herstellungsverfahren mit den Merkmalen
von Anspruch 11 bereit. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung
sind in den weiteren Ansprüchen
angegeben und werden im folgenden näher erläutert. Der Wortlaut sämtlicher
Ansprüche
wird durch ausdrückliche
Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
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Erfindungsgemäß sind der
Grundkörper
und das Element im wesentlichen an allen zwischen dem Grundkörper und
dem Element gebildeten Grenzflächen
oder benachbarten Bereichen unmittelbar stoffschlüssig miteinander
verbunden. Unmittelbar stoffschlüssig
bedeutet hierbei, dass die Grenzflächen insbesondere nicht verklebt
sind, d.h. es befindet sich keine Klebemittelschicht zwischen den
Grenzflächen.
Die Grenzflä chen
sind derart miteinander verbunden, dass sie lediglich durch Krafteinwirkung trennbar
sind. Die stoffschlüssige
Verbindung erhöht die
Stabilität
des Kunststoffformteils, da der Grundkörper und das Element sich aufgrund
des Formschlusses gegenseitig stabilisieren. Die Reduktion der Materialstärke im Bereich
der Ausnehmung wird dadurch, mindestens teilweise, wieder kompensiert. Die
Kunststoffe des Grundkörpers
und des Elements können
unterschiedliche Kunststoffe sein, sie können sich jedoch auch lediglich
durch ihre Farbe unterscheiden.
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In
einer Weiterbildung des Kunststoffformteils bildet die Ausnehmung
eine Durchgangsöffnung des
Grundkörpers
und das Element füllt
die Durchgangsöffnung
vollständig
derart aus, dass diese flüssigkeitsdicht
abgeschlossen ist. Flüssigkeitsdicht
bedeutet hierbei, dass Feuchtigkeit oder Flüssigkeiten nicht durch die
Durchgangsöffnung
des Formteils in die üblicherweise
hinter dem Formteil angeordnete elektronische Steuereinrichtung
eines Gerätes
gelangen. Dies ermöglicht
die Verwendung auch in feuchter oder nicht spritzwassergeschützter Umgebung.
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In
einer Weiterbildung des Kunststoffformteils bildet die Ausnehmung
eine Durchgangsöffnung des
Grundkörpers
und das Element füllt
die Durchgangsöffnung
vollständig
derart aus, dass die Durchgangsöffnung
auf einer Seite des Kunststoffformteils oberflächenbündig abgeschlossen ist. Die
oberflächenbündig abgeschlossene
Seite ist hierbei üblicherweise
die einem Benutzer zuzuwendende Seite. Insgesamt entstehen dadurch
glatte Oberflächen,
die leicht zu reinigen und optisch ansprechend sind.
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In
einer Weiterbildung des Kunststoffformteils ist das Element lichtdurchlässig. Dies
ermöglicht die
Anordnung eines Leuchtmittels hinter dem Element, da dessen Licht
bei aktiviertem Leuchtmittel sichtbar bleibt.
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In
einer Weiterbildung des Kunststoffformteils bildet das Element ein
Fenster. Hinter dem Fenster können
Anzeigeelemente, vorzugsweise selbstleuchtend, in Form einer LC-Anzeige
odgl. angeordnet sein.
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In
einer Weiterbildung des Kunststoffformteils bildet das Element einen
Lichtleiter. Mit Hilfe des Lichtleiters kann beispielsweise das
Licht eines Leuchtmittels gezielt in bestimmte Bereiche des Kunststoffformteils
geführt
werden.
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In
einer Weiterbildung des Kunststoffformteils ist die Ausnehmung länglich.
Dies bedeutet, dass eine Länge
deutlich größer als
eine Breite der Ausnehmung ist. Ohne einen erfindungsgemäßen Stoffschluss
zwischen dem in der länglichen
Ausnehmung angeordneten Element und dem Grundköper ergäbe sich eine stark reduzierte
Stabilität
des Kunststoffformteils im Bereich der Ausnehmung. Vorteilhaft bildet
bzw. verläuft
die Ausnehmung entlang einer im wesentlichen geschlossenen Linie
als Umrandung, insbesondere in Form eines Kreises oder in Form eines
Dreiecks. Bei geschlossenen Linien besteht bei herkömmlichen
Ausführungsformen
die Gefahr, dass bei mechanischem Druck auf einen Bereich innerhalb
der geschlossenen Linie dieser Bereich kollabiert, d.h. eingedrückt wird.
Die erfindungsgemäße Lösung ermöglich selbst
die Realisierung einer geschlossenen Linie, wenn diese eine Durchgangsöffnung bildet.
Aufgrund des Stoffschlusses zwischen dem Element und dem Grundkörper bildet
das Element eine Brücke
zwischen den durch die geschlossenen Linie gebildeten äußeren und
inneren Bereichen, so dass eine Beschädigung aufgrund einer Krafteinwirkung
auf den inneren Bereich verhindert wird.
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In
einer Weiterbildung des Kunststoffformteils weist die Ausnehmung
die Form eines Symbols, insbesondere die Form einer Mehrsegmentanzeige, auf.
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In
einer Weiterbildung des Kunststoffformteils ist die Kombination
aus dem Grundkörper
und dem Element mit Hilfe eines Mehrkomponentenspritzgussverfahrens,
insbesondere mit Hilfe eines Zweikomponentenspritzgussverfahrens,
hergestellt. Bei geeigneter Wahl der Kunststoffe des Grundkörpers und
des Elements sowie der Prozessparameter des Mehrkomponentenspritzgussverfahrens
ergibt sich automatisch eine unmittelbare stoffschlüssige Verbindung
zwischen allen durch den Grundkörper und
das Element gebildeten Grenzflächen,
da sich diese beim Spritzen der zweiten Komponente verbinden.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
zur Herstellung eines Kunststoffformteils zur Montage in einem Elektrogerät wird ein
Grundkörper
aus einem ersten Kunststoff, der mindestens eine Ausnehmung aufweist,
in einem Schritt eines Mehrkomponentenspritzgussverfahrens erzeugt
und mindestens ein Element aus einem zweiten Kunststoff, das zumindest
teilweise in der mindestens einen Ausnehmung des Grundkörpers angeordneten
ist, in einem weiteren Schritt des Mehrkomponentenspritzgussverfahrens
erzeugt.
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In
einer Weiterbildung des Verfahrens wird ein Werkzeuggrundkörpers mit
einem ersten Werkzeugelement derart gekoppelt, dass diese einen Hohlraum
bilden, der dem Grundkörper
oder dem Element entspricht. Anschließend wird ein flüssiger Kunststoff
in den derart gebildeten Hohlraum eingespritzt und gewartet, bis
der eingespritzte Kunststoff wenigstens teilweise erstarrt ist.
Nachfolgend wird das erste Werkzeugelement entfernt, wobei das erstarrte
Werkstück
im Werkzeuggrundkörper
verbleibt und der Werkzeuggrundkörper
mit einem zweiten Werkzeugelement derart gekoppelt wird, dass diese einen
Hohlraum bilden, der dem herzustellenden Kunststoffformteil entspricht.
Anschließend
wird ein weiterer flüssiger
Kunststoff in den derart gebildeten Hohlraum eingespritzt. Hierbei
wird der Werkzeuggrundkörper
bei beiden Spritzvorgängen
verwendet, wodurch sich die erforderlichen Werkzeugkosten reduzieren.
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Die
Kopplung des Werkzeuggrundkörpers mit
dem ersten Werkzeugelement kann beispielsweise durch Einschwenken
des ersten Werkzeugelements in den Werkzeuggrundkörper erfolgen.
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In
einer Weiterbildung des Verfahrens bleibt der Werkzeuggrundkörper ortsfest,
d.h. er verändert seine
Position relativ zu einer den Werkzeuggrundkörper aufnehmenden Spritzgussmaschine
während des
Spritzgussvorgangs nicht. Es wird folglich lediglich das erste und
zweite Werkzeugelement während des
Spritzgießens
bewegt. Dies reduziert die für
einen Spritzvorgang benötigte
Zeitdauer.
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In
einer Weiterbildung des Verfahrens wird das mindestens eine Element
vor dem Grundkörper erzeugt.
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Diese
und weitere Merkmale gehen außer aus
den Ansprüchen
auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die
einzelnen Merkmale jeweils für
sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei
einer Ausführungsform der
Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte
sowie für
sich schutzfähige
Ausführungen
darstellen können,
für die
hier Schutz beansprucht wird. Die Unterteilung der Anmeldung in einzelne
Abschnitte sowie Zwischen-Überschriften beschränken die
unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen
der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und
werden nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigen:
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1 einen
Ausschnitt aus einem Kunststoffformteil in Form einer Blende in
einer Draufsicht,
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2 das
Kunststoffformteil von 1 entlang einer Schnittlinie
A-A',
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3 einen
mit einem ersten Werkzeugelement gekoppelten Werkzeuggrundkörper und
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4 den
mit einem zweiten Werkzeugelement gekoppelten Werkzeuggrundkörper von 3.
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1 zeigt
einen Ausschnitt aus einem Kunststoffformteil KF in Form einer Blende
in einer Draufsicht, das zur Montage in einem nicht gezeigten Wäschetrockner
vorgesehen ist. Das Kunststoffformteil KF umfasst einen Grundkörper GK
aus einem ersten Kunststoff, beispielsweise ABS, der Ausnehmungen,
teilweise in Form von Durchgangsöffnungen,
aufweist, in denen Elemente FE, LL1, LL2, TA1, TA2, SP und SS aus
einem zweiten, transparenten Kunststoff angeordnet sind.
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Die
Kunststoffformteil KF, d.h. die Kombination aus dem Grundkörper GK
und den Elementen FE, LL1, LL2, TA1, TA2, SP und SS, ist mit Hilfe
eines Zweikomponentenspritzgussverfahrens hergestellt. Aufgrund
des Herstellungsverfahrens sind der Grundkörper GK und die Elemente FE,
LL1, LL2, TA1, TA2, SP und SS an allen zwischen dem Grundkörper GK
und den Elementen FE, LL1, LL2, TA1, TA2, SP und SS gebildeten Grenzflächen unmittelbar stoffschlüssig miteinander
verbunden.
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2 zeigt
das Kunststoffformteil von 1 entlang
einer in 1 gezeigten Schnittlinie A-A'. Das als Fenster
wirkende, rechteckförmige
Element FE ist in einer Durchgangsöffnung des Grundkörpers angeordnet
und füllt
die Durchgangsöffnung
wie in 1 bzw. 2 gezeigt vollständig derart
aus, dass diese auf einer Bedienerseite BS des Kunststoffformteils
oberflächenbündig und
flüssigkeitsdicht
abgeschlossen ist. In montiertem Zustand ist hinter dem Element
FE eine nicht gezeigte LCD-Anzeige angeordnet.
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In
einer weiteren Durchgangsöffnung
ist ein Element LL1 angeordnet, das einen Lichtleiter bildet, der
das Licht eines nicht gezeigten Leuchtmittels punktförmig auf
die Bedienerseite BS des Kunststoffformteils abbildet. Die Durchgangsöffnung weist
die Form von zwei übereinander
angeordneten, konzentrischen Zylindern auf, wobei der obere Zylinder
einen in etwa doppelt so großen
Radius aufweist wie der untere Zylinder. Das Element LL1 füllt den
oberen Zylinder nicht vollständig
aus. Der untere Zylinder wird jedoch durch das Element LL1 vollständig derart ausgefüllt, dass
dieser auf der Bedienerseite BS des Kunststoffformteils oberflächenbündig und
flüssigkeitsdicht
abgeschlossen ist.
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Neben
dem Lichtleiter LL1 ist in einer Ausnehmung ein weiterer Lichtleiter
LL2 angeordnet. Wie aus 2 ersichtlich, ist die Ausnehmungen
hier jedoch nicht als Durchgangsöffnung
ausgeführt,
sondern der Grundkörper
GK ist lediglich in seiner Materialstärke gegenüber der Norm-Materialstärke derart reduziert,
dass dieser Bereich vom Licht der dahinter angeordneten Lichtquelle
durchleuchtbar ist.
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Neben
dem zweiten Lichtleiter LL2 sind zwei linienförmige Durchgangsöffnungen
in Form von Dreiecken angeordnet, in denen ein Lichtleiter TA1 bzw.
TA2 angeordnet bzw. eingesetzt ist. Die Lichtleiter TA1 und TA2
füllen
die Durchgangsöffnungen
vollständig
derart aus, dass diese auf der Bedienerseite BS des Kunststoffformteils
oberflächenbündig und flüssigkeitsdicht
abgeschlossen sind. In montiertem Zustand ist hinter den Elementen
TA1 und TA2 jeweils ein nicht gezeigter berührungssensitiver Taster angeordnet,
die Benutzereingaben für
das Gerät
ermöglichen.
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Neben
den Elementen TA1 und TA2 sind Durchgangsöffnungen angeordnet, welche
eine Siebensegmentanzeige bilden. In die Durchgangsöffnungen
sind oberflächenbündig und
flüssigkeitsdichtend
Elemente SS eingesetzt. Die Elemente SS dienen zur Sichtbarmachung
einer nicht gezeigten, im montierten Zustand hinter den Elementen
SS angeordneten Siebensegmentanzeige.
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Unterhalb
der bisher genannten Elemente FE, LL1, LL2, TA1, TA2 und SS ist
in eine S-förmige Durchgangsöffnung ein
lichtleitendes Element SP oberflächenbündig und
flüssigkeitsdichtend
eingesetzt. Das Element dient zur Fortschrittsanzeige eines Trockenvorgangs.
Das Element ist hierbei in verschiedene, einem Zustand zugeordnete
Segmente eingeteilt, die jeweils von einem Leuchtmittel beleuchtet
werden.
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3 zeigt
exemplarisch einen mit einem ersten Werkzeugelement WE1 gekoppelten
Werkzeuggrundkörper
WG. Das erste Werkzeugelement WE1 und der Werkzeuggrundkörper WG
bilden einen Hohlraum HR1, der als Negativform den Elementen FE,
LL1, LL2, TA1, TA2, SP und SS aus 1 entspricht.
Aus Gründen
der einfacheren Darstellung ist beispielhaft lediglich ein einfach
gebildeter Hohlraum HR1 gezeichnet, der zwei Fenstern mit unterschiedlicher
Fläche
entspricht. In den Hohlraum HR1 wird unter Druck ein erster, flüssiger,
transparenter Kunststoff eingespritzt, bis sich der Hohlraum HR1
vollständig
mit dem ersten Kunststoff gefüllt
hat. Anschließend
wird gewartet, bis der eingespritzte Kunststoff erstarrt ist, der
dann ein Element EL bzw. die Elemente FE, LL1, LL2, TA1, TA2, SP
und SS bildet.
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Anschließend wird
das erste Werkzeugelement WE1 entfernt, wobei das erstarrte Werkstück bzw.
Element EL im Werkzeuggrundkörper
WG verbleibt. Hierbei findet keine Bewegung des Werkzeuggrundkörpers WG
und des Elements EL statt. Lediglich das erste Werkzeugelement WE1
wird entfernt, was beispielsweise durch eine Ausschwenkbewegung,
eine Drehung und/oder ein Verschieben des ersten Werkzeugelements
WE1 relativ zum Werkzeuggrundkörper
WG bewirkt werden kann.
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Wie
in 4 gezeigt, wird in einem nächsten Schritt der Werkzeuggrundkörper WG
mit einem zweiten Werkzeugelement WE2 gekoppelt. Hierbei findet
wiederum keine Bewegung des Werkzeuggrundkörpers WG und des Elements EL
statt. Lediglich das zweite Werkzeugelement WE2 wird beispielsweise
durch eine Einschwenkbewegung, eine Drehung und/oder ein Verschieben
des zweiten Werkzeugelements WE2 relativ zum Werkzeuggrundkörper mit
diesem gekoppelt. Es entsteht ein Hohlraum HR2, der dem herzustellenden
Kunststoffformteil KF entspricht. Das Element EL bildet folglich gemeinsam
mit dem Werkzeuggrundkörper
WG und dem zweiten Werkzeugelement WE2 die Negativform für das Kunststoffformteil
KF. In den Hohlraum HR2 wird unter Druck ein zweiter flüssiger Kunststoff eingespritzt,
bis sich der Hohlraum HR2 vollständig mit
Kunststoff gefüllt
hat. Anschließend
wird gewartet, bis der eingespritzte Kunststoff erstarrt ist, der dann
zusammen mit dem Element EL das fertige Kunststoffformteil KF bildet.
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Aufgrund
des beschriebenen Kunststoffspritzverfahrens, bei dem der zweite
Kunststoff auf den ersten, bereits erstarrten Kunststoff gespritzt wird,
ergibt sich, eine entsprechende Kunststoffpaarung und Prozessparameter
vorausgesetzt, an den Grenzflächen
zwischen dem ersten und dem zweiten Kunststoff ohne weiteres Zutun
eine stoffschlüssige Verbindung.
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Es
entsteht so ein Kunststoffformteil KF aus zwei Komponenten, einem
Grundkörper
GK und den Elementen FE, LL1, LL2, TA1, TA2, SP und SS bzw. EL,
ohne dass hierfür
zusätzliche
Montageschritte zum Fügen
der Komponenten notwendig sind. Durch den Stoffschluss an den Grenzflächen ist
zusätzlich eine
Flüssigkeitsdichtigkeit
gewährleistet.
Weiterhin sind Gestaltungsvarianten realisierbar, beispielsweise
geschlossene Formen, Mehrsegmentanzeigen und/oder lange Linien,
die bei herkömmlicher
Technologie, ohne eine stoffschlüssige
Verbindung zwischen den Komponenten, zu einem instabilen Formteil
führen
würden
bzw. bei geschlossenen Elementen nicht realisierbar sind.