DE102009041244B4

DE102009041244B4 - Spritzgießverfahren zum Herstellen eines Bedienelementes

Info

Publication number: DE102009041244B4
Application number: DE102009041244.1A
Authority: DE
Inventors: Christian Porth; Rochus Werner Jentsch
Original assignee: Joynext GmbH
Current assignee: Joynext GmbH
Priority date: 2009-09-03
Filing date: 2009-09-03
Publication date: 2022-02-03
Anticipated expiration: 2029-09-04
Also published as: DE102009041244A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Spritzgießverfahren, bei dem ein aus mehreren Schichten bestehendes Bedienelement derart ausgebildet wird, dass das Bedienelement in eine Gerätefront in einem Kraftfahrzeug aufnehmbar ist und das Gerät mittels des Bedienelementes bedienbar ist, wobei ein Folieneinleger, der als dreidimensional vorgeformte Oberflächenschicht ausgebildet ist, stabile Randgebiete hat und bereits die endgültige Form des Bedienelementes festlegt, mit einem lichtdurchlässigen Material und einem lichtundurchlässigen Material hinterspritzt wird, sodass eine lichtdurchlässige Schicht und eine lichtundurchlässige Schicht ausgebildet werden, die lichtdurchlässige Schicht, die lichtundurchlässige Schicht und der Folieneinleger als Spritzgussverbund ausgebildet werden und Randgebiete des Folieneinlegers und der lichtdurchlässigen Schicht gegen unkontrollierten Lichtaustritt von der lichtundurchlässigen Schicht abgedeckt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Spritzgießverfahren zum Herstellen eines Bedienelementes.
Ein mehrschichtiger Formkörper aus Materialien mit verschiedenen optischen Eigenschaften 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 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 Ausgabe von Fahrzeugbetriebsdaten ausführen.
Im Sinne des vorliegenden Dokumentes ist unter einem Bedienelement derjenige 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 Nutzers und es 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 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 diesen integrierten Bedienelementen 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.
Die Erfindung beansprucht ein Spritzgießverfahren (M1), bei dem ein aus mehreren Schichten bestehendes Bedienelement (M2) derart ausgebildet wird, dass das Bedienelement in eine Gerätefront in einem Kraftfahrzeug aufnehmbar ist und das Gerät mittels des Bedienelementes bedienbar ist, wobei ein Folieneinleger, der als dreidimensional vorgeformte Oberflächenschicht ausgebildet ist, stabile Randgebiete hat und bereits die endgültige Form des Bedienelementes festlegt (M3), mit einem lichtdurchlässigen Material und einem lichtundurchlässigen Material hinterspritzt wird (M4), sodass eine lichtdurchlässige Schicht und eine lichtundurchlässige Schicht ausgebildet werden.
Aus DE 92 12 971 U1 ist eine Anzeigevorrichtung mit einer lichtundurchlässigen Vorderfläche und einer Einstecköffnung bekannt, in der ein Lichtleiter angeordnet ist. Durch die erfindungsgemäße Abschrägung der im Bereich der Einstecköffnung entsprechend gespritzten seitlichen Flächen des Lichtleiters werden die dort austretenden Streulicht-Strahlen entweder gegen lichtschluckende dunkle Deckelteile bzw. in das Innere des Gehäuses des Bediengerätes und somit von der Frontfläche des Lichtleiters weggerichtet; dadurch kann in vorteilhafter Weise auf einen abdeckenden Farbauftrag auf die Seitenflächen des vorzugsweise aus einem lichtleitenden farblosen oder in bestimmter Signalfarbe eingefärbten Kunststoff gespritzten Lichtleiters verzichtet werden.
Aus dieser Druckschrift sind die Merkmale M1 und M2 bekannt, nicht jedoch ein Folieneinleger (M3), der mit lichtdurchlässigem und lichtundurchlässigem Material hinterspritzt wird (M4).
In DE 10 2005 032 717 B3 ist eine Bedieneinheit offenbart, die einen mit einer Oberflächenbeschichtung versehenen lichtdurchlässigen Kunststoffgrundkörper aufweist, wobei der Kunststoffgrundkörper einen ersten Bereich mit einer lichtundurchlässigen Oberflächenbeschichtung und einen zweiten Bereich mit einer lichtdurchlässigen Oberflächenbeschichtung aufweist und die lichtundurchlässige Oberflächenbeschichtung eine sichtbare metallische Beschichtung enthält. Dies wird erreicht, indem die lichtdurchlässige Oberflächenbeschichtung eine sichtbare lichtdurchlässige, metallische Beschichtung enthält und die metallische Beschichtung der lichtdurchlässigen Oberflächenbeschichtung und die metallische Beschichtung der lichtundurchlässigen Oberflächenbeschichtung ein unterschiedliches optisches Erscheinungsbild aufweisen.
Aus dieser Druckschrift sind die Merkmale M1 und M2 bekannt, nicht jedoch ein Folieneinleger (M3), der mit lichtdurchlässigem und lichtundurchlässigem Material hinterspritzt wird (M4).
Der lichtundurchlässige Bereich der Oberfläche des Bedienelementes wird hier mittels Metallisierung geschaffen.
In DE 41 30 691 A1 wird ein Verfahren zur Herstellung eines Spritzgussteiles aus zwei Teilen beschrieben, indem das erste Teil in die Gussform eingelegt wird und danach die Kunststoffmasse zur Herstellung des zweiten Teiles und zur Verbindung beider Teile untereinander in die Gussform eingespritzt wird, wobei der Spritzdruck so gewählt wird, dass er ausreicht, um dem ersten Teil die endgültige Form zu geben.
Aus dieser Druckschrift sind die Merkmale M1 und M2 bekannt, nicht jedoch ein Folieneinleger, der als dreidimensional vorgeformte Oberflächenschicht ausgebildet ist, stabile Randgebiete hat und bereits die endgültige Form des Bedienelementes festlegt (M3), die mit einem lichtdurchlässigen Material und einem lichtundurchlässigen Material hinterspritzt wird (M4).
Aus der Offenlegungsschrift DE 33 22 418 A1 ist 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 hindurchtreten kann.
Aus dieser Druckschrift sind die Merkmale M1, M2 und M3 bekannt, nicht jedoch dass ein Folieneinleger mit lichtdurchlässigem und lichtundurchlässigem Material hinterspritzt wird (M4).
Aus der europäischen Patentanmeldung EP 0 534 185 A1 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 der EP 0 534 185 A1 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.
Aus dieser Druckschrift sind die Merkmale M1 und M2 bekannt, nicht jedoch ein Folieneinleger, der als dreidimensional vorgeformte Oberflächenschicht ausgebildet ist, stabile Randgebiete hat und bereits die endgültige Form des Bedienelementes festlegt (M3), die mit einem lichtdurchlässigen Material und einem lichtundurchlässigen Material hinterspritzt wird (M4).
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 bedruckten, 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.
Ausgehend von den oben genannten Nachteilen der bekannten Lösungen besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Spritzgießverfahren anzugeben, bei dem ein Bedienelement als Formkörper zur Aufnahme in einer Gerätefront und Verwendung in einem Kraftfahrzeug geschaffen wird, das die vorstehend beschriebenen Anforderungen berücksichtigt und zusätzlich den unerwünschten, unkontrollierten Lichtaustritt, beispielsweise zwischen den Bedienelementen, an Randbereichen oder innerhalb der bedruckten Bereiche der Bedienelemente, verhindert.
Zur Lösung der benannten Aufgabe, der Vermeidung von Nebenlicht, wird das Spritzgießverfahren gemäß Anspruch 1 ausgeführt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Patentanspruch 1 ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Ein mit dem Spritzgießverfahren hergestelltes Bedienelement kann aufweisen:

• einen als dreidimensional 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. Insbesondere 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.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Hinterspritzen mit dem lichtundurchlässigen Material zeitversetzt zum Hinterspritzen des Folieneinlegers mit dem lichtdurchlässigem Material.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das lichtundurchlässige Material hinter dem Folieneinleger außerhalb eines Anzeigebereiches einer Funktionskennzeichnung eingespritzt.
Die besonderen Ausgestaltungen der Erfindung sollen nachstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mit dazugehörigen Figuren erläutert werden:

1: dreidimensionale Ansicht einer vereinfachten Gerätefront
2: Ansicht auf Vorderseite eines Bedienelementes
3: Schnitt durch ein Bedienelement
4: Schnitt durch ein Bedienelement mit Detail
5: dreidimensionale Ansicht der Rückseite eines Bedienelementes

Die 1 stellt eine dreidimensionale vereinfachte Ansicht einer Gerätefront 1 mit einem Führungsschacht 2 zur Aufnahme eines Bedienelementes 3, wie zum Beispiel einer Taste oder eines Drehknopfes, dar. Um ein einheitliches Erscheinungsbild zu erzielen, werden die Gerätefront 1 und die von ihr aufgenommenen und geführten Bedienelemente 3 als Formkörper ausgebildet, wobei der Strukturaufbau der Bedienelemente 3 dem der Gerätefront 1 entspricht. Zur besseren Übersichtlichkeit wurde auf die Darstellung weiterer Führungsschächte in der Gerätefront zur Aufnahme von weiteren Bedienelementen, sowie der Beleuchtungsmittel der einzelnen Bedienelemente verzichtet.
2 zeigt die Vorderansicht eines Bedienelementes 3, eine Taste mit einem Anzeigenbereich 4, der eine Beschriftung umfasst, die in Zusammenhang mit der Funktion des Bedienelementes 3 steht oder der Anzeige von Funktionszuständen dient und beleuchtbar ist.
Aus 3, einem Schnitt durch das Bedienelement 3, ist dessen mehrschichtiger Aufbau entnehmbar. Die lichtundurchlässige Schicht 7 dient als Träger für die lichtdurchlässige Schicht 6 und den teilweise bedruckten Folieneinleger 5 und umschließt deren Randgebiete, wie in den 3 und 4 dargestellt, mit einem lichtundurchlässigen Material und verhindert somit den unerwünschten Austritt von Nebenlicht in diesen Bereichen. Die lichtundurchlässige Schicht bildet die Führung 8 des Bedienelementes für die Aufnahme in der Gerätefront 1 aus, wie in 5 dargestellt, und gewährleistet die Ausbreitung des Lichts einer nicht dargestellten Lichtquelle in die gewünschte Richtung, beispielsweise durch einen Kanal 9, und verhindert durch ihre Gestaltung den unkontrollierten Austritt von Nebenlicht. Dieser Kanal 9, durch die Führung ausgebildet, wird in 5 dargestellt. Durch den Kanal 9 gelangt Licht, beispielsweise einer Leuchtdiode, zur lichtdurchlässigen Schicht 6. Durch das Material und die Ausformung der lichtundurchlässigen Schicht 7 tritt Licht nur an den erwünschten Stellen, durch die lichtdurchlässige Schicht 6 und den Folieneinleger 5 definiert, aus. Die lichtdurchlässige Schicht 6 weist entsprechend 3 zur Erreichung einer homogenen Symbolausleuchtung eine Verdickung nach einem ermittelten Profil auf.

Claims

Spritzgießverfahren, bei dem ein aus mehreren Schichten bestehendes Bedienelement (3) derart ausgebildet wird, dass das Bedienelement (3) in eine Gerätefront (1) in einem Kraftfahrzeug aufnehmbar ist und das Gerät mittels des Bedienelementes (3) bedienbar ist, wobei o ein Folieneinleger (5), der als dreidimensional vorgeformte Oberflächenschicht ausgebildet ist, stabile Randgebiete hat und bereits die endgültige Form des Bedienelementes (3) festlegt, mit einem lichtdurchlässigen Material und einem lichtundurchlässigen Material hinterspritzt wird, sodass eine lichtdurchlässige Schicht (6) und eine lichtundurchlässige Schicht (7) ausgebildet werden, o die lichtdurchlässige Schicht (6), die lichtundurchlässige Schicht (7) und der Folieneinleger (5) als Spritzgussverbund ausgebildet werden und o Randgebiete des Folieneinlegers (5) und der lichtdurchlässigen Schicht (6) gegen unkontrollierten Lichtaustritt von der lichtundurchlässigen Schicht abdeckt werden.
Spritzgießverfahren nach Anspruch 1, bei dem das Hinterspritzen des Folieneinlegers (5) mit dem lichtundurchlässigen Material zeitversetzt zum Hinterspritzen des Folieneinlegers (5) mit dem lichtdurchlässigen Material erfolgt.
Spritzgießverfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das lichtundurchlässige Material hinter dem Folieneinleger (5) außerhalb eines Anzeigebereiches (4) einer Funktionskennzeichnung eingespritzt wird.