DE102009041244A1 - Mehrschichtiger Formkörper und ein Verfahren zum Herstellen des Formkörpers - Google Patents
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Classifications
-
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- B60K2360/33—
Abstract
Description
- Anwendungsgebiet der Erfindung
- Die Erfindung betrifft mehrschichtige Formkörper aus Materialien mit verschiedenen optischen Eigenschaften und ein Spritzgiessverfahren zu deren Herstellung. Der Formkörper besteht aus einem vorgefertigten Formteil beispielsweise aus Kunststoff und weiteren Materialschichten. Komplexe Formkörper dieser Art werden unter anderem als Gerätefronten von Geräten zur Aufnahme von Bedienelementen, Anzeige- und als Bedienelemente für den Einsatz in Kraftfahrzeugen verwendet. Die Bedienelemente und Anzeigeelemente können Symbole und Schriftzeichen aufweisen, die einen Hinweis auf deren Funktion oder auf Betriebszustände geben und durch Beleuchtungsmittel selektiv beleuchtbar sein. Bei den Geräten kann es sich beispielsweise um Rundfunkgeräte, Multimediaterminals, Klimaanlagen und Fensterhebevorrichtungen handeln. Multimediaterminals können neben der Funktion als Rundfunkempfänger noch weitere Medienfunktionen, wie Verkehrsinformationsanzeige, Routenführungsanzeige und Bordcomputerfunktion zum Einstellen und der Ausgaben von Fahrzeugbetriebsdaten ausführen.
- Hintergrund der Erfindung
- Im Sinne des vorliegenden Dokumentes ist unter einem Bedienelement der jenige Teil eines Gerätes, wie beispielsweise die Tasten oder Drehknöpfe eines Rundfunkgerätes, die Tasten der Steuerung von elektrischen Fensterhebern, der Klimaanlage, eines Multimediaterminals zu verstehen, mit deren Hilfe das Bedienen des Gerätes oder das Einstellen von Parametern am Gerät erfolgt und die sich im Inneren eines Kraftfahrzeuges befinden. Für den beanspruchten Schutz ist es unerheblich, ob die in einer Gerätefront aufgenommenen Bedienelemente oder Anzeigenelemente in die Armaturentafel integriert, auf diese aufgesetzt sind oder sich in einem anderen Bereich, beispielsweise im Türbereich des Kraftfahrzeuges befinden. Ebenso ist es nicht erforderlich, dass das Gerät und das Bedienteil eine kompakte Einheit bilden und das Gerät alle oben genannten Funktionen realisiert.
- An die Eigenschaften von Bedienelementen zum Einsatz in Kraftfahrzeugen werden Anforderungen gestellt, die weit über die Anforderungen von Geräteelementen im Heimelektronikbereich hinausgehen. Neben einer guten Zugängigkeit und Leichtgängigkeit der integrierten Bedienelemente, wie beispielweise Tasten oder Drehknöpfe, gelten verschärfte Erfordernisse hinsichtlich der Sicherheit des Nutzersundes müssen besondere optische Anforderungen erfüllt werden.
- An die in Kraftfahrzeugen integrierten Elemente werden erhöhte sicherheitstechnische Anforderungen gestellt, um eine mögliche Verletzungsgefahr, wie beim Aufprall einer Person auf diese Teile im Falle eines Unfalls zu reduzieren oder auszuschließen. Aus diesem Grund müssen Gerätefronten und eingesetzte Bedienelemente in Richtung Fahrgastraum eine möglichst kompakte Oberfläche aufweisen, die sich bei einem Aufprall einer Person ohne Zersplittern verformt.
- Die besonderen optischen Anforderungen ergeben sich aus den wechselnden Lichtverhältnissen denen der Führer eines Kraftfahrzeuges ausgesetzt ist. Die Bedienelemente und Anzeigeelemente müssen bei hoher Sonneneinstrahlung, Gegenlicht, als auch bei Fahrten in Dunkelheit, wie bei Durchfahrt durch einen Tunnel und wechselndem Umgebungslicht, durch Straßenbeleuchtung verursacht, problemlos erkennbar und lesbar sein. Die Erkennbarkeit der Funktion der Bedienelemente und eine gute Lesbarkeit und werden durch eine klare, eindeutige Kennzeichnung, Beschriftung sowie die Beleuchtung der Bedienelemente erreicht.
- An die in eine Gerätefront integrierten Bedienelemente und Anzeigeelemente werden neben den bereits genannten Anforderungen auch hohe hinsichtlich der Ästhetik gestellt. Weiterhin unterliegen alle sich im Fahrzeug befindlichen Komponenten und Elemente extremen Temperaturschwankungen und dürfen dadurch in ihrer Funktion und Erkennbarkeit nicht eingeschränkt werden.
- Zum Herstellen von Formkörpern zum Beispiel Gerätefronten und in diese integrierte Bedienelemente sind in der Fachwelt verschiedene Spritzgiesstechnologien, wie das sogenannte In-Mold-Labeling, auch IML und In-Mold-Decoration kurz IMD bekannt. Mit diesen Verfahren werden in einem Spritzgießwerkzeug mehrschichtige Strukturen geschaffen. Sie umfassen Prozesse, bei denen flächige, ebene oder bereits geformte, oder strukturierte Substrate, Folien mit einer Materialmasse, zum Beispiel mit Kunststoff, metall- oder glashaltigen Materialien hinterspritzt oder hinterschäumt werden. Vorgeformte Folien beispielsweise aus Kunststoff wie Polykarbonat oder Holzfurnier erhalten vor der Hinterspritzung die gewünschte endgültige dreidimensionale Form in einem Verformprozess und können zumindest teilweise bedruckt sein. Mit den vorstehend genannten Spritzgiesstechnologien entstehen mit relativ geringem Aufwand Erzeugnisse mit anspruchsvollen, nahezu beliebig strukturierten Oberflächen und komplexen Formen.
- Beispielsweise ist aus der Offenlegungsschrift
DE 3322418 ein Herstellungsverfahren für eine griffsichere, schmutzunempfindliche und beleuchtbare Taste bekannt, die mit auf Dauer gut lesbaren Schriftzeichen versehen ist, dazu wird ein Grundkörper mit einer Folie versehen. Ein erster Teil, eine Folie wird nach ihrer Präparierung mehrdimensional verformt und dann direkt mit einem zweiten Teil, einem Grundkörper verbunden. Die beiden Teile können unter anderem auch dadurch zusammengefügt werden, dass die mehrdimensional verformte Folie in ein Werkzeug eingelegt wird, in das anschließend geschmolzener Kunststoff zur Herstellung des Grundkörpers eingespritzt wird. Wenn Folie und Grundkörper aus transparentem Material hergestellt werden sind aufgebrachte Symbole oder Zeichen besonders gut lesbar, da Licht ungehindert hindurch treten kann. - Aus der europäischen Patentanmeldung
EP 0534185 mit dem Titel „Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers” ist bereits bekannt, Formkörper durch den Einsatz von lichtdurchlässigen Materialien beleuchtbar zu gestalten. Dazu wird eine Lichtquelle hinter oder in unmittelbarer Nähe des Formkörpers angeordnet, damit dem Anwender bei Dunkelheit bestimmte Funktionszustände sichtbar gemacht werden. Diese teilweise transparenten oder transluzenten Folien werden auf der Rückseite mit spiegelbildlicher Symbolik bedruckt und dann mit zumindest teilweise transparenter Spritzgussmasse hinterspritzt, durch die Licht einer Lichtquelle hindurchstrahlt. Die Aufgabe des Verfahrens derEP 0534185 ist es Herstellungsschritte eines Formkörpers zu reduzieren, aus diesem Grund wird der erste Teil des Formkörpers, der aus einer oder mehreren Folien besteht nicht vorgeformt, sondern er erhält in der Spritzgussform seine endgültige Kontur. Bei diesem Herstellungsverfahren ist es von hoher Bedeutung, dass die Folie in einer stabilen, sicheren Lage positioniert wird, weil ungenaues Einlegen zu unsauberen Nahtstellen und Unschärfen führt. Da der erste Teil des Formkörpers aus mehreren Folien besteht, kann es auch zu Delaminierungen kommen. - Ein weiterer Nachteil des bekannten Standes der Technik besteht darin, dass es bei der Beleuchtung von in Kraftfahrzeugen integrierten Formkörpern, wie beispielsweise Tasten, Drehknöpfen, Gerätefronten zu Austritt von Licht an unerwünschten Stellen, dem sogenanntem Nebenlicht kommen kann. Der Austritt von Nebenlicht ist besonders störend in einem Fahrzeug bei Nachtfahrten. Der Austritt von unerwünschtem, unkontrolliertem Licht an be- oder hinterleuchteten Bereichen, beispielsweise von Bedienelementen oder Anzeigeelementen kann bei eingeschalteter Armaturenbeleuchtung die Erkennbarkeit und Lesbarkeit der Kennzeichnung oder angezeigter Information verschlechtern, zum Blenden und zur Irritation der Augen des Fahrzeugführers und schnellerer Ermüdung bei Nachtfahrten führen.
- Fertigungstechnisch bedingt das Verformen Materialausdünnungen an den Randbereichen der verformten Materialien selbst. Je tiefer das Material verformt wird, desto höher ist der Stress der auf das Material ausgeübt wird, es kommt zu kleinsten Öffnungen, Haarrissen, durch die bei Beleuchtung der Formkörper Nebenlicht austritt. Die Praxis hat gezeigt, dass es beim Bedrucken einer Materialschicht, wie beispielsweise einer Folienoberfläche aus Kunststoff zu Einschlüssen von Luft, Staub und Fremdkörpern kommt. Das Ausführen der nachfolgenden Herstellungsschritte, wie das Zusammenfügen von einer bedrucktem, vorgefertigten Folienoberfläche und weiteren Materialschichten, beispielsweise im Spritzgiessverfahren, verursacht partiell Beschädigungen des bedruckten Bereiches, Störungen der Oberfläche, wie Auswaschungen oder Ablösungen der aufgebrachten Farbschicht. Durch die Be- bzw. Hinterleuchtung dieser beschädigten Bereiche kommt es zu unerwünschtem, unkontrolliertem Lichtaustritt. Dieser unerwünschte Austritt von Licht entsteht auch, wenn Zwischenräume zwischen den hinterleuchteten Bedienelementen in der Gerätefront zu groß dimensioniert sind, so dass bei eingeschalteter Beleuchtung wie beispielsweise Leuchtdioden Licht an diesen Zwischenräumen unerwünscht austritt.
- Wesen der Erfindung
- Ausgehend von den oben genannten Nachteilen der bekannten Lösungen besteht die Aufgabe der Erfindung darin ein Bedienelement als Formkörper zur Aufnahme in einer Gerätefront und Verwendung in einem Kraftfahrzeug zu schaffen, dass die vorstehend beschriebenen Anforderungen berücksichtigt und zusätzlich den unerwünschten, unkontrolliertem Lichtaustritt beispielsweise zwischen den Bedienelementen, an Randbereichen oder innerhalb der bedruckten Bereiche der Bedienelemente verhindert.
- Zur Lösung der benannten Aufgabe, der Vermeidung von Nebenlicht, geht die Erfindung von einem als Bedienelement ausgebildeten Formkörper aus, der eine mehrschichtige Materialfolge aufweist.
- Gemäß der Erfindung beinhaltet das Bedienelement:
- • einen als drei-dimensional geformte Oberflächenschicht ausgebildeten Folieneinleger, beispielsweise eine transparente, kratzfeste, lichtstabile und teilweise bedruckte Folie. Dieser Folieneinleger hat stabile, Randgebiete und ist so ausgebildet, dass er die endgültige Oberflächenform des Bedienelementes bereits definiert
- • eine lichtdurchlässige Schicht, die als Lichtleiter ausgeführt ist
- • eine lichtundurchlässige Schicht, die durch ihre Materialeigenschaften und Gestaltung in Bezug auf den Folieneinleger und die lichtdurchlässige Schicht so angeordnet ist, dass sie den unkontrollierten Austritt von Nebenlicht an beleuchteten bzw. hinterleuchteten Bereichen verhindert.
- Der besondere Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass beim mehrschichtigen Aufbau der komplex ausgeführten Bedienelemente Materialien mit verschiedenen optischen und mechanischen Eigenschaften kombiniert werden. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind der Folieneinleger, die lichtdurchlässige und die lichtundurchlässige Schicht als Spritzgußverbund ausgeführt. Die hohen qualitativen Anforderungen, die an Geräte und deren Komponenten für den Einsatz im Kraftfahrzeug gestellt werden finden in dem Spritzgiessverfahren eine preisgünstige Realisierung.
- Die lichtundurchlässige Schicht, als Trägerelement des Folieneinlegers und der lichtdurchlässigen Schicht, weist einen Durchbruch für die Beleuchtung des Bedienelementes und Führungen beispielsweise in Form von Schächten, Kanälen auf. Mit Hilfe dieser Führungsschächte, Führungskanälen wird das Bedienelement in der Gerätefront des Gerätes aufgenommen und sicher geführt.
- Durch den Einsatz von optimiertem Material im Bereich der lichtundurchlässigen Schicht, wird das Gleitverhalten der aufgenommenen Bedienelemente in den Führungskanälen verbessert, ein zusätzlicher Wartungsaufwand durch das Behandeln der Führungen entfällt.
- Die lichtundurchlässige Schicht wird so ausgeführt, dass sie den Folieneinleger und die lichtdurchlässige Schicht an der Schmalfläche mit einem lichtdichten Randgebiet abschließt, damit der Austritt von Nebenlicht an unerwünschten Stellen verhindert wird.
- Die lichtdurchlässige Schicht, als Lichtleiter ausgeführt, gewährleistet die gleichmäßige Lichtverteilung im Bedienelement. Das Licht wird von einer Lichtquelle ausgestrahlt, welche sich im Bereich der Gerätefront hinter jedem Bedienelement befindet. Als Lichtquellen werden beispielsweise Leuchtdioden verwendet.
- Die lichtdurchlässige Schicht ist mindestens im Bereich der Funktionsanzeige des Bedienelementes schlüssig mit dem Folieneinleger verbunden. Das Material der lichtdurchlässigen Schicht kann eingefärbt, beispielsweise rauchglasfarben sein.
- Der teilweise mit lichtundurchlässiger Farbe bedruckte Folieneinleger erlangt durch das Hinterspritzen mit einem Material, beispielsweise einem lichtdurchlässigen Kunststoff oder Harz, seine Formstabilität und Festigkeit. Der Aufdruck im Anzeigenbereich des Folieneinlegers, in Form eines Symbols oder Schriftzeichens dient der Kennzeichnung der Funktion des Bedienelementes oder der Anzeige von Betriebszuständen, beispielsweise dem einer Klimaanlage oder Radiogerätes. Der Folieneinleger schließt fertigungstechnisch bedingt mit geringem Abstand, im anzustrebenden Idealfall bündig, mit der lichtdurchlässigen Schicht ab.
- Durch den Aufbau des Bedienelementes, der Ausführung der lichtundurchlässigen Schicht, welche die lichtdurchlässige Schicht und den Folieneinleger mit einem lichtdichten Randgebiet abschließt wird erreicht, dass vorteilhafter Weise der Folieneinleger bei der Herstellung weniger tief verformt werden muss. Dadurch wird er im Herstellungsprozess schonender behandelt, der Stress der auf das Material des Folieneinlegers wirkt verringert, das Entstehen von kleinsten Öffnungen, wie Haarrisse beim Verformen insbesondere an den Kanten minimiert und damit ein unkontrollierter Lichtaustritt im Bereich des Folieneinlegers verhindert.
- Vorteilhafter Weise besitzt die vom Nutzer abgewandte Seite des Folieneinlegers im Bereich der Anzeige des Funktionshinweises eine optische Mikrostruktur, beispielsweise eine aufgeraute oder gerillte Oberfläche, um das Licht aus der lichtdurchlässigen Schicht, die als Lichtleiter fungiert, im weiten Winkel so auszukoppeln, dass eine gleichmäßige Lichtintensität und Kontrastverteilung im Anzeigenbereich des Bedienelementes erreicht wird. Das Hinterspritzen der aufgerauten Oberfläche des Folieneinlegers mit einem Licht durchlässigen Material erhöht die Durchsichtigkeit des verbundenen Materiales in diesem Bereich und verbessert die Lesbarkeit einer Anzeige des Bedienelements, sie wird klarer und brillanter. Um zu vermeiden, dass im Anzeigebereich der Bedienelemente durch die Materialeinbringung gehäuft Oberflächenfehler auftreten, wird Material im Bereich von Anspritzlaschen außerhalb des Anzeigebereiches eingebracht. Beispielsweise werden diese Anspritzlaschen von der Spritzgussform ausgebildet.
- Die besonderen Merkmale der Erfindung sollen nachstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mit dazugehörigen Figuren erläutert werden:
-
1 : drei-dimensionale Ansicht einer vereinfachten Gerätefront -
2 : Ansicht auf Vorderseite eines Bedienelementes -
3 : Schnitt durch ein Bedienelement -
4 : Schnitt durch ein Bedienelement mit Detail -
5 : drei-dimensionale Ansicht der Rückseite eines Bedienelementes - Die
1 stellt eine drei-dimensionale vereinfachte Ansicht einer Gerätefront1 mit einem Führungsschacht2 zur Aufnahme eines Bedienelementes3 , wie zum Beispiel einer Taste oder eines Drehknopfes dar. Um ein einheitliches Erscheinungsbild zu erzielen, werden die Gerätefront1 und die von ihr aufgenommenen und geführten Bedienelemente3 als Formkörper ausgebildet, wobei der Strukturaufbau der Bedienelemente3 dem der Gerätefront1 entspricht. Zur besseren Übersichtlichkeit wurden auf die Darstellung weiterer Führungsschächte in der Gerätefront zur Aufnahme von weiteren Bedienelementen, sowie der Beleuchtungsmitteln der einzelnen Bedienelemente verzichtet. - Im Sinne der vorliegenden Erfindung zeigt
2 die Vorderansicht eines Bedienelementes3 , eine Taste mit einem Anzeigenbereich4 der eine Beschriftung umfasst, die in Zusammenhang mit der Funktion des Bedienelementes3 steht oder der Anzeige von Funktionszuständen dient und beleuchtbar ist. - Aus
3 einem Schnitt durch das Bedienelement3 ist dessen mehrschichtiger Aufbau entnehmbar. Die lichtundurchlässige Schicht7 dient als Träger für die lichtdurchlässige Schicht6 und den teilweise bedruckten Folieneinleger5 und umschließt deren Randgebiete, wie in3 und4 dargestellt, mit einem lichtundurchlässigen Material und verhindert somit den unerwünschten Austritt von Nebenlicht in diesen Bereichen. Die lichtundurchlässige Schicht bildet die Führung8 des Bedienelementes für die Aufnahme in der Gerätefront1 aus, wie in5 dargestellt und gewährleistet die Ausbreitung des Lichts einer nicht dargestellten Lichtquelle in die gewünschte Richtung, beispielsweise durch einen Kanal9 und verhindert durch ihre Gestaltung den unkontrollierten Austritt von Nebenlicht. Dieser Kanal9 , durch die Führung ausbildet wird in5 dargestellt. Durch den Kanal9 gelangt Licht, beispielsweise einer Leuchtdiode, zur lichtdurchlässigen Schicht6 . Durch das Material und die Ausformung der lichtundurchlässigen Schicht7 tritt Licht nur an den erwünschten Stellen, durch die lichtdurchlässige Schicht6 und den Folieneinleger5 definiert aus. Die lichtdurchlässige Schicht6 weist entsprechend3 zur Erreichung einer homogenen Symbolausleuchtung eine Verdickung nach einem ermittelten Profil auf. - 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
-
- DE 3322418 A [0008]
- EP 0534185 [0009, 0009]
Claims (11)
- Beleuchtetes Bedienelement (
3 ) zur Aufnahme in eine Gerätefront (1 ) und zum Bedienen eines Gerätes in einem Kraftfahrzeug mit Mitteln zur Anzeige von Funktionsbezeichnungen und Betriebszuständen enthält einen als drei-dimensional geformte Oberflächenschicht ausgebildeten Folieneinleger (5 ), der transparent, kratzfest, lichtstabil, und teilweise bedruckt ist, der stabile Randgebiete und bereits die endgültige Oberflächenform des Bedienelementes (3 ) festlegt, eine lichtdurchlässige Schicht (6 ) die aus Licht streuendem Material besteht, als Lichtwellenleiter ausgebildet ist und eine lichtundurchlässige Schicht (7 ), welches so ausgeführt ist, dass die lichtundurchlässige Schicht (7 ) Gebiete des Folieneinlegers (5 ) und der lichtdurchlässigen Schicht (6 ) gegen unkontrolliertem Lichtaustritt abgedeckt. - Bedienelement (
3 ) nach Anspruch 1, bei dem der Folieneinleger (5 ) auf der vom Nutzer abgewendeten Seite eine optische Mikrostruktur aufweist, welche die Erkennbarkeit einer beleuchteten Anzeige über einen weiten Betrachtungswinkel verbessert. - Bedienelement (
3 ) nach Anspruch 2, bei der die optische Mikrostruktur eine Licht streuende Oberfläche ist. - Bedienelement (
3 ) nach Anspruch 1, bei dem die lichtundurchlässige Schicht (7 ) mindestens einen Durchbruch für den kontrollierten Austritt von einfallendem Licht einer Lichtquelle zur Beleuchtung des Bedienelementes (3 ) aufweist. - Bedienelement (
3 ) nach Anspruch 1, bei der eine Schicht Bereiche aufweist, den unkontrollierten Austritt von Licht an unerwünschten Stellen behindert. - Bedienelement (
3 ) nach Anspruch 5, bei dem die Gestaltung der Führung (8 ) des Bedienelementes (3 ) die Lichtausbreitung in unerwünschte Richtung verhindert. - Bedienelement (
3 ) nach Anspruch 1, bei dem das Bedienelement (3 ) als Formkörper ausgebildet ist und deren Strukturaufbau dem der Gerätefront (1 ) entspricht. - Bedienelement (
3 ) nach Anspruch 1, bei der die lichtundurchlässige Schicht (7 ) eine Metallisierung beinhaltet, um das Reflektionsverhalten und die Lichtwellenausbreitung der licht-durchlässigen Schicht (6 ) zielgerichtet zu verändern. - Bedienelement (
3 ) nach Anspruch 1, bei der die lichtdurchlässige Schicht (6 ) ein aufgedicktes Profil zur homogenen Symbolausleuchtung umfasst. - Verfahren zur Herstellung eines Bedienelementes (
3 ) zur Aufnahme in einer Gerätefront (1 ) und zum Bedienen eines Gerätes in einem Kraftfahrzeug, bei dem der als drei-dimensional geformte Oberflächenschicht ausgebildete Folieneinleger (5 ) des Bedienelementes (3 ) in einem Spritzgussverfahren mit einem lichtdurchlässigen Material und einem lichtundurchlässigen Material hinterspritzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Materialeintritt hinter dem Folieneinleger (5 ) außerhalb eines Anzeigebereiches (4 ) der Funktionskennzeichnung erfolgt. - Verfahren zur Herstellung eines Bedienelementes (
3 ) nach Anspruch 10, bei dem das Hinterspritzen des lichtdurchlässigen und lichtundurchlässigen Materiales zeitversetzt erfolgt.
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