DE102011117985A1

DE102011117985A1 - Kunstoffteil sowie Verfahren zur Herstellung eines Kunstoffteils

Info

Publication number: DE102011117985A1
Application number: DE201110117985
Authority: DE
Inventors: Ulrich Schindler; Martin Hahn
Original assignee: Leonhard Kurz Stiftung and Co KG
Current assignee: Leonhard Kurz Stiftung and Co KG
Priority date: 2011-11-09
Filing date: 2011-11-09
Publication date: 2013-05-16
Anticipated expiration: 2031-11-10
Also published as: DE102011117985B4; DE102011117985B8

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kunststoffteil (1), ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffteils (1), ein Folienelement (30) sowie eine Spritzgussform (60) zur Herstellung des Kunststoffteils. Das Kunststoffteil (1) umfasst eine Spritzgussschicht (50) und ein Folienelement (30) mit mindestens einer dielektrischen Schicht und mindest einer elektrisch leitfähigen Schicht. Die elektrisch leitfähige Schicht bildet in einem Funktionsbereich mindestens eine elektrische Funktionsstruktur aus, die in einem Kontaktierungsbereich kontaktierbar ist. Die Spritzgussschicht (50) ist zumindest bereichsweise im Funktionsbereich, nicht jedoch im Kontaktierungsbereich auf das Folienelement (30) aufgebracht. Das Folienelement (30) ist mit mindestens einem Verstärkungselement (41) versehen, welches den Kontaktierungsbereich zumindest bereichsweise bedeckt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kunststoffteil, ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffteils, ein Folienelement sowie eine Spritzgussform zur Herstellung des Kunststoffteils.
Zur Oberflächendekoration von Kunststoffteilen werden unter anderem im Automobilbau Kunststofffolien eingesetzt. So wird beim Einsatz der IMD-Technologie oder der IML-Technologie (IML = In-Mould Labeling; IMD = In-Mould Decoration) eine Kunststofffolie in eine Spritzgussform eingelegt und sodann mit der Spritzgussmasse hinterspritzt.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabenstellung zugrunde, eine verbesserte Herstellung eines Kunststoffteils mit einer elektrischen Funktionsstruktur zu ermöglichen bzw. ein entsprechend verbessertes Kunststoffteil bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Kunststoffteil umfassend eine Spritzgussschicht und einem Folienelement mit mindestens einer dielektrischen Schicht und mindestens einer elektrisch leitfähigen Schicht, welche in einem Funktionsbereich mindestens eine elektrische Funktionsstruktur ausbildet, die in einem Kontaktierungsbereich kontaktierbar ist, wobei die Spritzgussschicht zumindest bereichsweise im Funktionsbereich, nicht jedoch im Kontaktierungsbereich auf das Folienelement aufgebracht ist und das Folienelement mit mindestens einem Verstärkungselement versehen ist, welches den Kontaktierungsbereich zumindest bereichsweise bedeckt. Diese Aufgabe wird weiter von einem Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffteils gelöst, bei dem ein Folienelement bereitgestellt wird, welches eine dielektrische Schicht und mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht aufweist, welche in einem Funktionsbereich mindestens eine elektrische Funktionsstruktur ausbildet, die in einem Kontaktierungsbereich kontaktierbar ist, bei dem mindestens ein Verstärkungselement derart aufgebracht wird, dass das mindestens eine Verstärkungselement den Kontaktierungsbereich zumindest bereichsweise bedeckt und bei dem das Folienelement in ein Spritzgusswerkzeug eingebracht wird und mit einem Spritzgussmaterial zum Ausbilden einer Spritzgussschicht derart hinterspritzt wird, dass die Spritzgussschicht zumindest bereichsweise in dem Funktionsbereich, nicht jedoch in dem Kontaktierungsbereich auf das Folienelement aufgebracht wird. Diese Aufgabe wird weiter von einem insbesondere in dem vorhergehenden Verfahren einsetzbaren Folienelement gelöst, welches mindestens eine dielektrische Schicht und mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht aufweist, welche in einem Funktionsbereich mindestens eine elektrische Funktionsstruktur ausbildet, die in einem Kontaktierungsbereich kontaktierbar ist, wobei das Folienelement mindestens einen, ein Verstärkungselement ausbildenden, umklappbaren Verstärkungsbereich aufweist, der mit dem Kontaktierungsbereich und/oder dem Funktionsbereich des Folienelements und/oder mit einem anderen der Verstärkungsbereiche verbunden ist, insbesondere über eine Faltlinie, insbesondere Perforationslinie oder Kerblinie verbunden ist, und der so ausgeformt und angeordnet ist, dass dieser den Kontaktierungsbereich im umgeklappten Zustand zumindest bereichsweise überdeckt. Diese Aufgabe wird weiter von einer Spritzgussform zur Herstellung eines solchen Kunststoffteils gelöst, welche eine Ausnehmung zur Aufnahme des mit dem mindestens einen Verstärkungselement versehenen Kontaktierungsbereichs des Folienelements sowie ein beweglich gelagertes Klemmelement aufweist, wobei die Ausnehmung durch das beweglich gelagerte Klemmelement nach Einführen des Folienelements derart verschließbar ist, dass die Spritzgussschicht beim Hinterspritzen des Folienelements in der Spritzgussform in dem Funktionsbereich, nicht jedoch in dem Kontaktierungsbereich auf das Folienelement aufgebracht wird.
Die Erfindung ermöglicht es, Kunststoffteile mit elektrischer Funktionalität, beispielsweise ein insbesondere rückseitiges, Gehäuseteil eines elektronischen Gerätes mit integriertem Touch-Sensor, kostengünstig herzustellen und weiter auch hierbei eine robuste elektrische Kontaktierung der elektrischen Funktionsstruktur eines solchen Kunststoffteils zu ermöglichen. Dadurch, dass in dem Kontaktierungsbereich die Spritzgussschicht nicht vorgesehen ist und stattdessen ein insbesondere vor dem Hinterspritzen des Folienelements aufgebrachtes Verstärkungselement vorgesehen ist, wird zum einen eine Herstellung des Kunststoffteils unter Zuhilfenahme eines Spritzgussprozesses ermöglicht und zum anderen sichergestellt, dass eine elektrische Kontaktierung der Funktionsstruktur sicher erfolgen kann. So ist es möglich, das Folienelement speziell für die Anwendung in einem IML-Prozess, insbesondere bezüglich seiner Verformbarkeit, mechanischen Stabilität und Dicke auszulegen und in dem Kontaktierungsbereich ohne Hinterspritzen dennoch eine ausreichende Stabilität zu gewährleisten, um eine sichere elektrische Kontaktierung der elektrischen Funktionsstruktur zu ermöglichen.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen bezeichnet.
Eine elektrische Funktionsstruktur kann beispielsweise von einem elektrischen Schwingkreis, einer Antenne, einem Sensorelement oder Sensorfeld, beispielsweise in einem kapazitiven oder resistiven Touch-Sensorfeld, einer elektrischen Anzeigeeinrichtung oder einer elektrischen Schaltung mit Leiterbahnen oder einem elektrischen Bauelement gebildet werden.
Vorzugsweise weist das Folienelement nicht nur eine elektrisch leitfähige Schicht, sondern zwei oder mehrere elektrisch leitfähige Schichten und gegebenenfalls noch weitere elektrische Funktionsschichten, beispielsweise halbleitende Schichten oder weitere dielektrische Schichten auf. Die elektrisch leitfähige Schicht kann bei einem solchen mehrschichtigen Aufbau so als elektrische Funktionsstruktur beispielsweise auch eine oder mehrere Elektroden eines elektrischen Bauelements ausbilden, dessen weitere Elektroden durch weitere elektrisch leitfähige Schichten bereitgestellt werden, beispielsweise die Elektroden einer Solarzelle oder eines Feldeffekttransistors ausbilden.
Die dielektrische Schicht wird vorzugsweise von einer Trägerfolie mit einer Schichtdicke zwischen 5 μm bis 200 μm, vorzugsweise einer Kunststofffolie aus PET, mit einer Schichtdicke im Bereich von 20 μm bis 100 μm gebildet.
Bei dem Spritzgussmaterial handelt es sich bevorzugt um ein polymeres Spritzgussmaterial, beispielsweise ABS; ASA; EPDM; EVA; PA6; PA6.6; PBT; PC; PE-HD; PE-LD; PE-LLD; PETP; PMMA; POM; PP; PS; PVC; PVDF; SAN; TPE; TPU; TPX; Blends bzw. Mixturen verschiedener Materialtypen; gefüllte Kunststoffe, insbesondere gefüllt mit anorganischen Materialien oder auch mit Nanomaterialien; faserverstärkte, insbesondere glasfaserverstärkte Kunststoffe etc. Die Spritzgussschicht weist bevorzugt eine Schichtdicke zwischen 0,5 mm und 5 mm, weiter bevorzugt zwischen 0,5 und 2 mm auf.
Zur Kontaktierung der elektrischen Funktionsstruktur im Kontaktierungsbereich sind in dem Folienelement vorzugsweise im Kontaktierungsbereich eine oder mehrere in der mindestens einen elektrisch leitfähigen Schicht ausgebildete Kontaktelemente vorgesehen, welche eine galvanische oder kapazitive elektrische Kontaktierung der mindestens einen elektrischen Funktionsstruktur ermöglichen. Hierzu sind vorzugsweise in dem Kontaktierungsbereich entsprechende, mit der mindestens einen elektrischen Funktionsstruktur verbundene und in der mindestens einen elektrisch leitfähigen Schicht ausgebildete elektrische Leiterbahnen vorgesehen, welche diese Kontaktelemente mit der elektrischen Funktionsstruktur elektrisch verbinden.
Das Folienelement weist somit bei Betrachtung in Draufsicht zum einen einen Funktionsbereich auf, in dem mindestens eine elektrische Funktionsstruktur in dem Folienelement vorgesehen ist, und einen Kontaktierungsbereich auf, in dem Kontaktelemente vorgesehen sind, mittels denen die mindestens eine elektrische Funktionsstruktur elektrisch kontaktierbar ist.
Das Verstärkungselement weist vorzugsweise eine Kunststofffolie einer Dicke zwischen 5 μm und 200 μm auf, welche vorzugsweise aus 2 bis 4 Lagen besteht.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das mindestens eine Verstärkungselement integraler Bestandteil des Folienelements. Hierdurch ist es möglich, die Gesamtkosten des Kunststoffteils weiter zu verringern und die Prozesszeiten weiter zu verkürzen.
Hierzu werden bevorzugt separate Folienbereiche, im Folgenden als Verstärkungsbereiche bezeichnet, auf der ursprünglichen Folie über einen Labelschneidprozess (z. B. Laserschneiden, Stanzen, Schneiden oder dergleichen) mit vorgesehen, die schließlich als Verstärkungselemente dienen. Vorzugsweise werden weiter Haftvermittler vollflächig und/oder partiell auf die Folie in diesem Bereich je nach Ausführungsform front-, rück- oder auch beidseitig appliziert, welche eine Verklebung oder partielle Verklebung mit dem Kontaktierungsbereich und somit dessen Verstärkung ermöglichen. Diese Verklebung kann auch nur temporär vorgesehen sein, das heißt zum Beispiel nur für einen bestimmten nachfolgenden Prozessschritt und nicht für die weitere Lebensdauer des Folienelements.
Vorzugsweise wird das Verstärkungselement oder mindestens eines der Verstärkungselemente von einem umklappbaren Verstärkungsbereich des Folienelements gebildet.
Vorzugsweise wird bei der Bereitstellung des Folienelements das Folienelement aus einer Folie derart ausgeschnitten oder ausgestanzt oder dergleichen, dass das Folienelement mindestens einen umklappbaren Verstärkungsbereich aufweist, der mit dem Kontaktierungsbereich und/oder dem Funktionsbereich des Folienelements verbunden ist. Eine zwischen dem mindestens einen Verstärkungsbereich und dem Kontaktierungsbereich und/oder Funktionsbereich des Folienelements zum Umklappen vorgesehene Faltlinie oder partielle Faltlinie ist bevorzugt als Perforationslinie oder Kerblinie ausgeführt, so dass das Folienelement im Bereich der Faltlinie mechanisch geschwächt und damit das Umklappen des Verstärkungsbereichs erleichtert wird. Die Anordnung und Formgebung des mindestens einen Verstärkungsbereichs wird hierbei vorzugsweise so gewählt, dass dieser entlang einer Faltlinie umklappbar ist und dass dieser den Kontaktierungsbereich im umgeklappten Zustand zumindest bereichsweise überdeckt und so im umgeklappten Zustand ein Verstärkungselement ausbildet, welches den Kontaktierungsbereich zumindest bereichsweise bedeckt. Vorzugsweise ist so der Verstärkungsbereich lediglich über eine im Wesentlichen gerade ausgebildete Faltlinie mit dem Funktionsbereich und/oder Kontaktierungsbereich des Folienelements verbunden, die in Bezug auf den Kontaktierungsbereich so angeordnet ist, dass bei einem Umklappen um diese Faltlinie der Verstärkungsbereich die Vorder- oder Rückseite des Kontaktierungsbereichs zumindest bereichsweise überdeckt.
Unter „den Kontaktierungsbereich zumindest bereichsweise bedecken” ist hierbei eine Überlappung des Kontaktierungsbereichs des Folienelements in Bezug auf eine Normale zu der vom Kontaktierungsbereich aufgespannten Ebene zu verstehen. Üblicherweise weist das Folienelement eine erheblich größere Breiten- und Längenausdehnung als Dickenausdehnung auf und kann so näherungsweise als flächige Struktur betrachtet werden. Falls dies nicht der Fall ist, wird unter der von dem Kontaktierungsbereich des Folienelements aufgespannten Ebene die von der oberen oder unteren Oberfläche des Folienelements aufgespannte Ebene betrachtet. Unter „Umklappen eines Verstärkungsbereichs” wird ein Falten des Verstärkungsbereichs entlang einer vordefinierten Faltlinie um vorzugsweise etwa 180 Grad verstanden, so dass der Verstärkungsbereich auf der Ober-/Unterseite des Folienelements im Kontaktierungsbereich/Funktionsbereich aufliegt.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist mindestens eines der Verstärkungselemente mit einem anderen Verstärkungselement verbunden, insbesondere über eine Faltlinie verbunden, welche als Perforationslinie oder Kerblinie ausgebildet ist. Hierzu kann in gleicher Weise wie oben beschrieben bei der Bereitstellung des Folienelements das Folienelement derart aus einer Folie ausgeschnitten oder ausgestanzt oder dergleichen werden, dass zwei oder mehrere Verstärkungsbereiche hintereinander und miteinander gekoppelt angeordnet sind, so dass der nachfolgende Verstärkungsbereich jeweils insbesondere über eine Faltlinie, die als Perforationslinie oder Kerblinie ausgebildet ist, mit dem vorhergehenden Verstärkungsbereich verbunden ist. Damit umfasst das Folienelement einen oder mehrere umklappbare Verstärkungsbereiche, die mit einem anderen der umklappbaren Verstärkungsbereiche verbunden sind. Auch diese Verstärkungsbereiche sind so angeordnet und ausgeformt, dass sie vorzugsweise lediglich über eine, im Wesentlichen in Form einer Geraden ausgebildeten Faltlinie mit einem anderen Verstärkungsbereich verbunden sind, so dass der Verstärkungsbereich entlang der Faltlinie gefaltet und umgeklappt werden kann und sodann diesen anderen Verstärkungsbereich nach dem Umklappen zumindest bereichsweise überdeckt. Zum Aufbringen des Verstärkungselements werden die ein oder mehreren umklappbaren Verstärkungsbereiche des Folienelements entsprechend umgeklappt, so dass diese auf der Vorder- oder Rückseite des Folienelements im Kontaktierungsbereich und/oder Funktionsbereich aufliegen oder auf der Vorder-/Rückseite des Folienelements in einem anderen Verstärkungsbereich aufliegen und den Kontaktierungsbereich zumindest bereichsweise überdecken. Im umgeklappten Zustand bilden diese Verstärkungsbereiche so entsprechende Verstärkungselemente aus, die den Kontaktierungsbereich zumindest bereichsweise überdecken.
Vorzugsweise ist der Verstärkungsbereich oder mindestens einer der Verstärkungsbereiche an der Längsseite des Kontaktierungsbereichs angeordnet und/oder überdeckt den Kontaktierungsbereich vollständig.
Weiter ist es auch möglich, dass das Verstärkungselement nicht von einem umgeklappten Verstärkungsbereich des Folienelements gebildet wird, sondern ein separates weiteres Folienelement darstellt, welches auf das Folienelement im Kontaktierungsbereich vorzugsweise registergenau appliziert wird.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Verstärkungselement oder mindestens eines der Verstärkungselemente über eine Kleberschicht zumindest bereichsweise mit dem Kontaktierungsbereich des Folienelements oder mit einem anderen der Verstärkungselemente verbunden. Vorzugsweise wird das Folienelement hierbei vor dem Umklappen der ein oder mehreren Verstärkungsbereiche mit einer entsprechenden Kleberschicht auf der Vorder- und/oder Rückseite versehen. Vorzugsweise handelt es sich bei der Kleberschicht um eine Schicht aus einem thermisch aktivierbaren Kleber (Heißkleber). Es ist jedoch auch möglich, dass die Kleberschicht von einer Schicht aus einem Kaltkleber, Selbstkleber oder UV-härtbaren Kleber gebildet ist.
Die Verstärkungselemente können auf der der dielektrischen Schicht und/oder der elektrisch leitfähigen Schicht zugewandten Seite des Folienelements angeordnet sein. Wird eines oder mehrere der Verstärkungselemente auf der der dielektrischen Schicht zugewandten Seite angeordnet, so wird hierdurch insbesondere die mechanische Stabilität des Folienelements im Kontaktierungsbereich erhöht. Bei Anordnung eines oder mehrerer der Verstärkungselemente auf der der elektrisch leitfähigen Schicht zugewandten Seite des Folienelements können die Verstärkungselemente zusätzlich auch als Schutzelemente eingesetzt werden, die eine Beschädigung der elektrischen Struktur im Herstellungsprozess weiter verhindern. Zusätzlich ist es auch üblich, dass sich die Verstärkungselemente auch in den Funktionsbereich des Folienelements erstrecken. Die Verstärkungselemente können zum einen so zusätzlich als Schutzelemente eingesetzt werden, die die elektrischen Strukturen während des Spritzvorgangs schützen. Weiter wird hierbei der Vorteil erzielt, dass – bevorzugt auch durch das entsprechende bereichsweise Hinterspritzen der Verstärkungselemente – die mechanische Stabilität des Kontaktierungsbereichs und des Übergangs zwischen Kontaktierungsbereich und Funktionsbereich weiter erheblich erhöht wird, eine direkte Nivellierung im Werkzeug ermöglicht wird, wodurch Spannungen durch den Spritzvorgang ausgeglichen und elektrische Strukturen geschützt werden und ein zusätzlicher Schutz der elektrischen Strukturen beim Spritzvorgang insbesondere vor der sehr heiß und mit hohem Druck einfließenden Spritzgussmasse bereitgestellt wird, wenn sich das Verstärkungselement in den Bereich des Anspritzpunktes erstreckt.
Vorzugsweise sind zwei oder mehrere Verstärkungselemente in Bezug auf einer, von dem Folienelement in dem Kontaktierungsbereich aufgespannten Ebene übereinander angeordnet und überdecken sich zumindest bereichsweise. Hierdurch wird es möglich, im Verstärkungsbereich eine Dicke des Mehrschichtkörpers bereitzustellen, die einem Vielfachen der ursprünglichen Dicke des Folienelements entspricht, um hierdurch einen hohen Steifigkeitsgrad im Kontaktierungsbereich zu erzielen.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die ein oder mehreren Verstärkungselemente im Kontaktierungsbereich nicht vollflächig ausgebildet, sondern bedecken den Kontaktierungsbereich jeweils nur bereichsweise, so dass das Kunststoffteil im Kontaktierungsbereich auf der Vorderseite und/oder Rückseite ein Oberflächenprofil aufweist. Dieses Oberflächenprofil ist bevorzugt so ausgelegt, dass eine mechanische Verkopplung mit einem Kontaktverbinder ermöglicht wird. Bevorzug sind hierzu zwei oder mehrere Verstärkungselemente in Bezug auf eine von dem Folienelement im Kontaktierungsbereich aufgespannten Ebene nebeneinander und voneinander beabstandet im Kontaktierungsbereich angeordnet, so dass der Mehrschichtkörper bestehend aus Folienelement und Verstärkungselement auf der Vorder- und/oder Rückseite ein Oberflächenprofil mit einer oder mehreren Erhebungen und Vertiefungen aufweist. Diese Erhebungen und Vertiefungen sind insbesondere so ausgebildet, dass eine mechanische Führung oder mechanische Verkopplung, beispielsweise als Klick- oder Rast-Verbindung, mit einem Kontaktverbinder ermöglicht wird.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung erbringt das Verstärkungselement oder mindestens eines der Verstärkungselemente eine Zusatzfunktion, insbesondere eine optische und/oder elektrische Zusatzfunktion. Diese optische und/oder elektrische Zusatzfunktion wird von einer oder mehreren Funktionsschichten des Verstärkungselements bereitgestellt, welche über entsprechende optische und/oder elektrische Eigenschaften verfügen. Eine solche Funktionsschicht wird bevorzugt von einer oder mehreren der folgenden Schichten ausgebildet: Dekorschicht, beispielsweise mindestens eine vollflächig oder musterförmig ausgeformte Farblackschicht oder Metallschicht oder Schicht enthaltend optisch variable Pigmente, Hologrammschicht, Volumenhologrammschicht, Schicht enthaltend optisch wirksame Beugungsstrukturen, Linsen oder Prismen, einen blickwinkelabhängigen Farbverschiebungseffekt generierende Dünnfilmschicht oder vernetzte Flüssigkristallschicht, eine Registriermarke enthaltende Schicht, eine haptisch/taktil erfassbare Markierung enthaltende Schicht, elektrische Funktionsschicht, beispielsweise elektrisch leitende oder halbleitende Schicht. Die Zusatzfunktion des Verstärkungselements kann so beispielsweise die eines zusätzlichen Dekorelements, eines optischen oder elektrischen Sicherheitselements, einer Registriermarke oder auch eines Positionierungsloches, beide zur lagegenauen Positionierung während eines Produktionsschrittes umfassen.
Von besonderem Vorteil ist weiter, wenn das Verstärkungselement oder mindestens eines der Verstärkungselemente eine oder mehrere Funktionsschichten aufweist, welche mit einer oder mehreren Funktionsschichten des Folienelements zur Ausbildung einer optischen oder elektrischen Funktion zusammenwirken. So könnten beispielsweise Funktionsschichten des Verstärkungselements im Kontaktierungsbereich zur Ausbildung eines Gesamtdekors zusammenwirken, durch Überlagerung ein ansonsten unsichtbares Moiré-Bild zum Vorschein bringen oder ein elektrisches Bauelement mit beispielsweise einen Kondensator, eine Antenne oder einen Schaltkreis im Funktionsbereich/Kontaktierungsbereich realisieren. So ist es beispielsweise möglich, durch Umklappen eines Verstärkungsbereichs, der über entsprechende Leiterbahnen mit einer oder mehreren Leiterbahnen des Kontaktierungsbereichs oder Funktionsbereichs des Folienelements verbunden ist, zusätzliche elektrische Kontaktelemente bereitzustellen, welche die elektrische Kontaktierbarkeit der elektrischen Funktionsstruktur verbessern.
Es ist vorteilhaft, die Verstärkungselemente vor Einbringen des Folienelements in das Spritzgusswerkzeug aufzubringen, d. h. das Folienelement mit aufgebrachtem, mindestens einem Verstärkungselement in das Spritzgusswerkzeug einzubringen und zu hinterspritzen.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird das Verstärkungselement oder die Verstärkungselemente erst im Spritzgusswerkzeug mittels eines beheizten Klemmelements mit dem Kontaktierungsbereich des Folienelements bzw. mit einem anderen der Verstärkungselemente verklebt oder partiell verklebt.
Vorzugsweise ist in dem Funktionsbereich die mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht zwischen der dielektrischen Schicht und der Spritzgussschicht angeordnet.
Das Folienelement wird so derart in das Spritzgusswerkzeug eingebracht, dass sich eine entsprechende Anordnung von dielektrischen Schutzschichten und Spritzgussschichten im Funktionsbereich ergibt. Hierdurch ist die elektrisch leitfähige Schicht des Kunststoffteils im Funktionsbereich sicher vor Beschädigungen und Korrosion geschützt.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von mehreren Ausführungsbeispielen unter Zuhilfenahme der beiliegenden Zeichnungen beispielhaft erläutert.
1a zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Folie mit einer elektrischen Funktionsstruktur.
1b zeigt eine schematische Schnittdarstellung der Folie nach 1a.
2 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Folienelement.
3 zeigt eine schematische Darstellung des Folienelements nach 2 während des Umklappens eines Verstärkungsbereichs des Folienelements.
4 zeigt eine schematische Darstellung eines Kunststoffteils.
5a zeigt eine schematische Darstellung einer Spritzgussform in geschlossenem Zustand.
5b zeigt eine schematische Darstellung der Spritzgussform nach 5a in geöffnetem Zustand.
5c zeigt eine schematische Darstellung der Spritzgussform nach 5b nach Einlegen eines Folienelements.
5d zeigt eine schematische Darstellung der Spritzgussform nach 5c nach Verfahren eines Klemmelements.
5e zeigt eine schematische Darstellung der Spritzgussform nach 5d während des Hinterspritzens.
5f zeigt eine schematische Darstellung der Spritzgussform nach 5e bei der Entnahme eines Kunststoffteils aus der Spritzgussform.
6a zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Folienelement.
6b zeigt eine schematische Darstellung des Folienelements nach 6a während des Umklappens von Verstärkungsbereichen.
6c zeigt eine schematische Darstellung eines Kunststoffteils.
7a zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Folienelement.
7b zeigt eine schematische Darstellung des Folienelements nach 7a während des Umklappens von Verstärkungsbereichen.
7c zeigt eine schematische Darstellung eines Kunststoffteils.
8a zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Folienelement.
8b zeigt eine schematische Darstellung des Folienelements nach 8a während des Umklappens eines Verstärkungsbereichs.
8c zeigt eine schematische Darstellung eines Kunststoffteils.
9a zeigt eine schematische Darstellung eines Folienelements während des Umklappens von Verstärkungsbereichen.
9b zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Ausschnitts des sich nach dem Umklappen gem. 9a und Hinterspritzen ergebenden Mehrschichtkörpers.
9c zeigt eine schematische Schnittdarstellung der Kontaktierung des Mehrschichtkörpers nach 9b durch einen Kontaktverbinder.
9d zeigt eine schematische Darstellung eines Kunststoffteils.
Anhand der Figuren 1a bis 5f wird im Folgenden zunächst ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffteils sowie einer hierzu vorzugsweise eingesetzten Spritzgussform erläutert.
1a und 1b zeigen eine Folie 10. Die Folie 10 weist eine dielektrische Schicht 11 und eine elektrisch leitfähige Schicht 12 auf. In der elektrisch leitfähigen Schicht ist eine elektrische Funktionsstruktur 21 ausgebildet, beispielsweise die in 1a angedeutete schleifenförmige, einen elektrischen Schwingkreis ausbildende Struktur. Weiter ist in der elektrisch leitfähigen Schicht 12 eine Kontaktierungsstruktur 22 ausgebildet, welche die elektrische Kontaktierung der elektrischen Funktionsstruktur 21 ermöglicht. Die Kontaktierungsstruktur 22 besteht so beispielsweise aus elektrischen Kontaktelementen 23, die mittels elektrischer Leiterbahnen mit der elektrischen Funktionsstruktur 21 verbunden sind. Die elektrischen Kontaktelemente 23 sind beispielsweise auf einer Seite frei zugänglich und besitzen eine Abmessung, um diese Kontaktelemente mittels Kontaktelementen eines Kontaktverbinders, beispielsweise Kontaktstiften oder Kontaktfedern, galvanisch zu kontaktieren. Die Kontaktelemente können jedoch auch von galvanisch isolierten Kontaktfeldern oder Spulen gebildet sein, die eine kapazitive oder induktive Kontaktierung ermöglichen.
Die elektrische Funktionsstruktur 21 bildet vorzugsweise eine Antenne, ein Sensorelement, ein Sensorfeld, insbesondere ein kapazitives oder resistives Touch-Sensorfeld, eine Anzeigeneinrichtung, ein elektrisches Bauelement oder eine elektrische Schaltung aus. Wie im Weiteren auch ausgeführt, können neben der elektrisch leitfähigen Schicht 12 in der Folie 10 noch eine oder mehrere weitere elektrisch leitende, halbleitende und dielektrische Schichten vorgesehen sein, welche mit der elektrisch leitfähigen Schicht 12 zur Ausbildung solcher elektrischen Funktionsstrukturen zusammenwirken. Unter elektrischer Funktionsstruktur werden hierbei auch Elektrodenebenen solcher komplexerer Bauelemente verstanden, die zur Erbringung der Gesamtfunktion beitragen.
Weiter ist es auch möglich, dass die Folie 10 nicht nur eine elektrische Funktionsstruktur 21, sondern zwei oder mehrere elektrische Funktionsstrukturen 21 aufweist.
Weiter ist es auch möglich, dass die Folie 10 nicht nur eine Kontaktierungsstruktur 22, sondern mehrere voneinander räumlich getrennte Kontaktierungsstrukturen 23 aufweist. Weiter ist es auch möglich, dass in der Folie 10 noch weitere elektrisch leitfähige Schichten vorgesehen sind, welche ebenfalls eine Kontaktierungsstruktur 22 ausbilden, welche räumlich benachbart zu der Kontaktierungsstruktur 22 nach 1a angeordnet oder auch bei dieser räumlich getrennt angeordnet sind.
Die dielektrische Schicht 11 besteht vorzugsweise aus einer flexiblen Kunststofffolie vorzugsweise einer Dicke von 5 μm bis 250 μm. Die dielektrische Schicht 11 ist hierbei so gewählt, dass sie als Trägerschicht für die elektrisch leitfähige Schicht 12 in dem nachfolgend beschriebenen Spritzguss-Prozess dienen kann und damit über ausreichend thermische Stabilität, Flexibilität und Festigkeit verfügt, um eine Zerstörung der elektrisch leitfähigen Schicht 12 während des Spritzgussprozesses zu verhindern und dennoch eine flexible Verformung gemäß der Oberflächenkontur der Spritzgussform zu ermöglichen. Vorzugsweise besteht die dielektrische Schicht aus einem thermoplastischen Kunststoff, vorzugsweise aus PET in einer Schichtdicke von vorzugsweise 50 μm.
Vorzugsweise ist die dielektrische Schicht 11 farblos transparent oder transluzent ausgebildet. Es ist jedoch auch möglich, dass die dielektrische Schicht 11 opak oder eingefärbt ist oder partiell opak oder partiell eingefärbt ist.
Die elektrisch leitfähige Schicht 12 besteht vorzugsweise aus einer Schicht aus einem metallischen Material mit einer Schichtdicke zwischen 5 nm und 50 μm. Als Metall für die metallische Schicht wird vorzugsweise Aluminium, Silber, Gold oder Kupfer oder dergleichen eingesetzt. Die elektrisch leitfähige Schicht 12 ist hierbei nicht vollflächig, sondern lediglich in Bereichen 121 vorgesehen, welche die Funktionsstruktur 21 und die Kontaktierungsstruktur 22 ausbilden. Zur Ausbildung der elektrisch leitfähigen Schicht 12 wird die dielektrische Schicht 11 vorzugsweise vollflächig mit einer elektrisch leitfähigen Schicht versehen, beispielsweise durch Aufdampfen oder Aufsputtern einer Metallschicht, und sodann durch Positiv- oder Negativ-Ätzen oder mittels eines Waschverfahrens die elektrisch leitfähige Schicht entsprechend zur Ausbildung der elektrischen Funktionsstruktur 21 und Kontaktierungsstruktur 22 bereichsweise wieder entfernt. Weiter ist es auch möglich, dass mittels Bedampfungsmasken, durch Aufdruck von elektrisch leitfähigem Material oder durch galvanisches Nachverstärken einer aufgedruckten Struktur die elektrisch leitfähige Schicht 12 bereits in der Formgebung gemäß Funktionsstruktur 21 und Kontaktierungsstruktur 22 auf die dielektrische Schicht 11 aufgebracht ist.
Die elektrisch leitfähige Schicht 12 kann hierbei auch mehrschichtig ausgebildet sein und aus mehreren Teilschichten, vorzugsweise gebildet aus unterschiedlichen elektrisch leitfähigen Materialien, bestehen.
Neben den in 1b gezeigten Schichten kann die Folie 10 noch weitere Schichten aufweisen. Zum einen kann die Folie 10 noch weitere elektrisch leitfähige Schichten aufweisen, welche vorzugsweise jeweils ebenfalls eine oder mehrere elektrische Funktionsstrukturen und/oder Kontaktierungsstrukturen ausbilden und/oder mit der elektrisch leitfähigen Schicht 12 zur Ausbildung solcher Strukturen zusammenwirken. Weiter kann die Folie 10 noch weitere elektrische Funktionsschichten, beispielsweise weitere dielektrische Schichten, oder eine oder mehrere halbleitende Schichten umfassen. Weiter kann die Folie 10 noch eine oder mehrere optische Funktionsschichten umfassen. Optische Funktionsschichten werden hierbei vorzugsweise von Dekorschichten, beispielsweise Farblackschichten gebildet. Es ist jedoch auch möglich, dass optische Funktionsschichten optisch variable Effekte zeigen oder optische Sicherheitsmerkmale ausbilden. So ist es auch möglich, dass die Folie 10 auch eine oder mehrere Oberflächenrelief-Hologrammschichten, Volumen-Hologrammschichten, einen Blickwinkel abhängigen Farbverschiebungseffekt zeigende Dünnfilmschichten, Flüssigkristallschichten oder Mikrolinsenstrukturen ausbildende Schichten aufweist.
Weiter kann die Folie 10 auch noch eine oder mehrere Haftvermittlungs- oder Kleberschichten aufweisen, welche eine Verbesserung der Zwischenschichthaftung oder eine Verbesserung des Anhaftens des Spritzgussmaterials ermöglichen.
Zur Bereitstellung eines Folienelements wird nun aus der Folie 10 das in 2 gezeigte Folienelement 30 ausgeschnitten. Das Ausschneiden kann hierbei mittels eines mechanischen Verfahrens, beispielsweise mittels eines Stanzprozesses, erfolgen oder auch beispielsweise durch Laser- oder Wasserstrahlschneiden erfolgen.
Hierbei ist es weiter bevorzugt, dass die Folie 10 in Form eines Folienbandes vorgesehen ist, welches eine iterative Abfolge der anhand von 1a und 1b erläuterten Strukturen aufweisen und bei der so in einem Rolle-zu-Rolle-Prozess in jedem der aufeinander folgenden Bereiche ein entsprechendes Folienelement 30 ausgeschnitten wird.
Das Folienelement 30 weist einen Funktionsbereich 31, einen Kontaktierungsbereich 32 und einen Verstärkungsbereich 33 auf. In dem Funktionsbereich 31 ist die mindestens eine elektrische Funktionsstruktur 21 vorgesehen und in dem Kontaktierungsbereich 32 sind zumindest die Kontaktelemente 23 der Kontaktierungsstruktur 22 vorgesehen. In der Darstellung nach 2 ist die Trennlinie zwischen Funktionsbereich 31 und Kontaktierungsbereich 32 durch eine gestrichelte Linie angedeutet.
Der Schichtaufbau des Folienelements 30 sowie der Aufbau der Funktionsstruktur 21 und Kontaktierungsstruktur 22 entspricht dem der Folie 10, aus welcher das Folienelement 30 geschnitten ist, so dass diesbezüglich auf die entsprechenden Ausführungen nach 1a und 1b verwiesen wird.
In das Folienelement 30 sind weiter optional Positionierungslochungen 24 eingebracht, welche für die lagegenaue bzw. registergenaue bzw. passergenaue Ausrichtung des Folienelements 30 in der Spritzgussform vorgesehen sind.
Wie in 2 gezeigt, besitzt der Kontaktierungsbereich 32 vorzugsweise eine im Wesentlichen rechteckförmige Formgebung. An einer der beiden Längsseiten ist der Kontaktierungsbereich 32 mit dem Verstärkungsbereich 33 verbunden. Der Verstärkungsbereich 33 besitzt ebenfalls eine im Wesentlichen rechteckförmige Formgebung, welche mit der Formgebung des Kontaktierungsbereichs 32 bevorzugt im Wesentlichen übereinstimmt. Der Verstärkungsbereich 33 ist hierbei nur entlang einer Faltlinie 34 mit dem übrigen Bereich des Folienelements 30, hier mit dem Kontaktierungsbereich 32 verbunden. Die übrigen Bereiche der Umrandungslinie des Verstärkungsbereichs 33 sind nicht mit dem Kontaktierungsbereich 32 oder mit dem Funktionsbereich 31 verbunden, so dass der Verstärkungsbereich 33 um die Faltlinie 34 umklappbar ist, wie dies weiter auch in 3 gezeigt ist. Das Umklappen des Verstärkungsbereichs 33 um die Faltlinie 34 wird vorzugsweise noch durch Ausbilden von Perforationen 35 entlang der Faltlinie vereinfacht, da hierdurch die mechanische Stabilität des Folienelements 30 entlang der Faltlinie 34 herabgesetzt und somit geschwächt wird. Dies kann weiter auch durch das Einbringen einer Kerblinie entlang der Faltlinie 34 erreicht werden.
Beim Ausschneiden des Folienelements 30 aus der Folie 10 wird so nicht nur das Folienelement 30 aus der Folie 10 in der gewünschten Formgebung vereinzelt, sondern es wird zusätzlich noch mindestens ein Verstärkungsbereich 33 aus der Folie 10 ausgeschnitten, eine Schnittlinie 36 zwischen dem Funktionsbereich 31 und dem mindestens einen Verstärkungsbereich 33 eingebracht und durch entsprechendes punktförmiges Ansteuern des Schneidelements (Lasers) die Perforationen 35 entlang der Faltlinie eingebracht.
Wie in 3 gezeigt, wird anschließend der umklappbare Verstärkungsbereich 33 um die Faltlinie 34 umgeklappt und bildet so ein Verstärkungselement 41 aus, welches das Folienelement 30 im Kontaktierungsbereich 32 zusätzlich verstärkt.
In dem Ausführungsbeispiel nach 3 wird der Verstärkungsbereich 33 hierbei so umgeklappt, dass dieser auf der der dielektrischen Schicht 11 zugewandten Oberfläche des Folienelements 30 aufliegt. Vorzugsweise wird der Verstärkungsbereich 33 in dieser Position sodann mittels einer hier nicht gezeigten Kleberschicht fixiert, so dass der das Verstärkungselement 41 ausbildende Verstärkungsbereich 33 fest mit der Oberfläche des Folienelements 30 im Kontaktierungsbereich 32 verbunden ist.
Nachdem durch Umklappen des Verstärkungsbereichs 33 das Verstärkungselement 41 auf den Kontaktierungsbereich 32 derart aufgebracht worden ist, dass das Verstärkungselement 41 den Kontaktierungsbereich 32 zumindest bereichsweise bedeckt, wird das Folienelement 30 in ein Spritzgusswerkzeug eingebracht und mit Spritzgussmaterial zum Ausbilden einer Spritzgussschicht hinterspritzt. Hierbei wird die Spritzgussschicht zumindest bereichsweise in dem Funktionsbereich 31, nicht jedoch in dem Kontaktierungsbereich 32 auf das Folienelement 30 aufgebracht. Das sich so ergebende Kunststoffteil 1 ist beispielhaft in 4 gezeigt. In bevorzugten Ausführungsformen können vordefinierte untere Bereiche des verstärkten Kontaktierungsbereiches 32 auch mit hinterspritzt werden, wodurch eine bessere Einbindung des verstärkten Kontaktierungsbereiches 32 gewährleistet wird und evtl. Schwachstellen vermieden werden.
Das Kunststoffteil 1 weist vorzugsweise eine polymere Spritzgussschicht 50 sowie das Folienelement 30 mit dem Verstärkungselement 41 auf. Das Folienelement 30 weist hierbei den anhand von 1b erläuterten Schichtaufbau mit der elektrischen Funktionsstruktur 21 und der elektrischen Kontaktierungsstruktur 22 auf, so dass diesbezüglich auf die entsprechenden Ausführungen nach 1a bis 1b verwiesen wird. Das Folienelement 30 weist, wie vorhergehend anhand von 2 und 3 erläutert, einen Funktionsbereich 31 und einen Kontaktierungsbereich 32 auf, auf welchem durch Umklappen eines Verstärkungsbereichs 33 ein Verstärkungselement 41 aufgebracht ist, welches den Kontaktierungsbereich 32 des Folienelements 30 mechanisch verstärkt. Diesbezüglich wird auf die obigen Ausführungen nach 2 bis 3 verwiesen. Wie in 4 gezeigt, weist das Spritzgussteil 1 und damit auch das Folienelement 30 eine durch den Spritzgussprozess bestimmte dreidimensionale Formgebung auf, wobei der Kontaktierungsbereich 32 und der Funktionsbereich 31 nun nicht mehr in derselben Ebene, sondern im Wesentlichen rechtwinkelig aufeinander stehen. Wie in 4 gezeigt, ist die Spritzgussschicht 50 lediglich auf den Funktionsbereich des Folienelements 30, nicht jedoch auf den Kontaktierungsbereich 32 aufgebracht und der Kontaktierungsbereich 32 stattdessen durch das Verstärkungselement 41 mechanisch verstärkt, welches den Kontaktierungsbereich 32 passergenau überdeckt. Durch die oben beschriebene Herstellung des Verstärkungselements 41 wird hierbei auch eine passergenaue Positionierung des Verstärkungselements 41 auf dem Kontaktierungsbereich 32 ermöglich, ohne dass dies zusätzlicher Maßnahmen bedarf.
Weiter ist es natürlich auch möglich, dass das Verstärkungselement 41 den Kontaktierungsbereich 32 nicht vollflächig (in Bezug auf die Flächennormale des Kontaktierungsbereichs) überdeckt, sondern lediglich bereichsweise überdeckt.
Die Spritzgussschicht 50 weist vorzugsweise eine Schichtdicke zwischen 0,5 mm und 5 mm auf und besteht vorzugsweise aus ABS; ASA; EPDM; EVA; PA6; PA6.6; PBT; PC; PE-HD; PE-LD; PE-LLD; PETP; PMMA; POM; PP; PS; PVC; PVDF; SAN; TPE; TPU; TPX; Blends bzw. Mixturen verschiedener Materialtypen; gefüllte Kunststoffe, insbesondere gefüllt mit anorganischen Materialien oder auch mit Nanomaterialien; faserverstärkte, insbesondere glasfaserverstärkte Kunststoffe etc.
Anhand der Figuren 5a bis 5f wird nun im Folgenden das Hinterspritzen des Folienelements 30 mit dem Spritzgussmaterial unter Verwendung einer besonders vorteilhaften Spritzgussform 60 erläutert.
5a zeigt die Spritzgussform 60 in geschlossenem Zustand. Die Spritzgussform 60 weist eine Matrize 61 und einen Stempel 62 auf. Der Stempel 62 weist eine Ausnehmung 67 auf, in welcher ein Klemmelement 63 beweglich gelagert ist. Weiter ist in 5a noch eine Einfüllöffnung 64 gezeigt, mittels der das Spritzgussmaterial in die Spritzgussform eingebracht wird.
Die Spritzgussform 60 wird nun zunächst geöffnet. Dies ist in 5b dargestellt. So wird zum einen die Matrize 61 in eine Richtung 71 in die Offen-Stellung verfahren und sodann das Klemmelement 63 in eine Richtung 72 in eine Offen-Stellung verfahren. Wie in 5b erkennbar ist, weist der Stempel 62 eine in Form der Unterseite des Kunststoffteils 1 ausgeformte Stempelfläche 66 auf. Weiter ist die im Offen-Zustand weit geöffnete Ausnehmung 67 derart in Bezug auf die Stempelfläche 66 positioniert, dass der Kontaktierungsbereich 32 des Folienelements 30 von der Ausnehmung 67 aufgenommen wird, wie dies im Folgenden auch erläutert wird. Weiter weist der Stempel 62 noch Positionierungsstifte 65 auf, welche mit entsprechenden Positionierungsbohrungen der Matrize 61 zusammenwirken und eine lagegenaue Positionierung der Matrize 61 und des Stempels 62 im geschlossenen Zustand ermöglichen.
In einem nächsten Schritt wird nun das Folienelement 30 in die Spritzgussform 60 eingebracht. Dieser Schritt ist in 5c gezeigt. Hierzu wird das Folienelement 30 auf die Stempelfläche 66 des Stempels 62 aufgelegt und der Kontaktierungsbereich 32 in die Ausnehmung 67 eingeführt. Zusätzlich ist es hierbei auch noch möglich, dass die Positionierung des Folienelements 30 in der Spritzgussform 60 noch mittels auf der Stempelfläche 66 aufgebrachter (nicht gezeigter) Positionierungsstifte erfolgt oder dass in der Stempelfläche 66 noch Öffnungen zur Generierung eines Luft-Unterdrucks eingebracht sind, welcher eine feste Positionierung des Folienelements 30 auf der Stempelfläche 66 und ein formschlüssiges Anliegen des Folienelements 30 auf der Stempelfläche 66 sicherstellt. Wie in 5c gezeigt, verfügt das Folienelement 30 hierbei über eine ausreichende Flexibilität, um sich entsprechend der Formgebung der Stempelfläche 66 zu verformen. Es kann hier jedoch noch vorgesehen sein, dass zusätzliche Heizvorrichtungen vorgesehen sind oder die Folie entsprechend vorher erwärmt wird, um eine entsprechende Verformbarkeit des Folienelements 30 sicherzustellen.
In einem nächsten Schritt wird nun das Klemmelement 63 in eine Richtung 73, d. h. in Richtung des Kontaktbereichs 32 des Folienelements 30 verfahren. Dieser Schritt ist in 5d gezeigt. Hierdurch wird die Ausnehmung 67 derartig verschlossen, dass beim späteren Hinterspritzen kein Spritzgussmaterial auf den Kontaktierungsbereich des Folienelements aufgebracht wird. Im Weiteren wird hierdurch der Kontaktierungsbereich des Folienelements 30 gegen eine entsprechende Gegenlagerfläche der Stempelfläche 66 gepresst, wodurch zum einen das Folienelement 30 zusätzlich mechanisch durch diese Verklemmung in dem Stempel 62 fixiert wird. Weiter kann hierdurch auch auf vorteilhafte Weise eine mechanische Fixierung des Verstärkungselements 41 auf der Oberfläche des Folienelements 30 im Kontaktierungsbereich 32 erfolgen. Wird weiter beispielsweise zwischen dem Verstärkungselement 41 und der entsprechenden Oberfläche des Folienelements 30 im Kontaktierungsbereich 32 eine thermisch aktivierbare Kleberschicht vorgesehen oder eine Kaltkleberschicht vorgesehen, so wird durch den von dem Klemmelement 63 beim Verschließen der Ausnehmung 67 ausgeübten Anpressdruck diese Kleberschicht aktiviert und damit eine endgültige Verklebung des Verstärkungselements 41 bewirkt. Hierzu wird bei Verwendung eines thermisch aktivierbaren Klebers das Klemmelement 63 vorzugsweise noch zusätzlich beheizt, um eine thermische Aktivierung des Klebers zu ermöglichen.
Weiter ist es bei einer derartigen Ausbildung der Spritzgussform 60 auch nicht notwendig, dass der Verstärkungsbereich 33 bereits vollständig vor Einlegen des Folienelements 30 in die Spritzgussform 60 umgeklappt wird, sondern ein Teil des Umklappens des Verstärkungsbereichs 33 kann auch durch das Verfahren des Klemmelements 63 in Richtung 73 bewirkt werden.
In einem nächsten Schritt wird die Matrize 61 in Richtung 74 in die geschlossene Stellung gefahren, wie dies in 5e gezeigt ist. Anschließend wird das Spritzgussmaterial in die Spritzgussform eingepresst und damit die Folie 10 entsprechend der Formgebung der Matrize 61 mit dem Spritzgussmaterial hinterspritzt. Durch die oben dargelegte Ausbildung des Stempels 62 wird hierbei weiter sichergestellt, dass die Spritzgussschicht 50 beim Hinterspritzen zwar in dem Funktionsbereich 31 des Folienelements 30, nicht jedoch in dem Kontaktierungsbereich 32 auf das Folienelement 30 aufgebracht wird.
Anschließend wird die Matrize 61 und das Klemmelement 63 in die Richtung 71 bzw. 72, d. h. die die Offenstellung verfahren. Dies ist in 5f gezeigt. Nach Öffnen der Spritzgussform wird sodann das Kunststoffteil 1 entnommen, welches gemäß 4 aufgebaut ist und eine gemäß der Matrizenfläche und Stempelfläche 66 geformte Spritzgussschicht 50 sowie das hinterspritzte Folienelement 30 aufweist, welches im Kontaktierungsbereich 32 mit dem Verstärkungselement 41 versehen ist.
6a zeigt ein Folienelement 30 mit dem Funktionsbereich 31, dem Kontaktierungsbereich 32, Verstärkungsbereichen 33, der elektrischen Funktionsstruktur 21 und der Kontaktierungsstruktur 22. Weiter weist das Folienelement 30 die optionalen Positionierungslöcher 24 auf. Das Folienelement 30 ist bis auf folgendem Unterschied wie das Folienelement 30 nach 2 und 3 aufgebaut, so dass bezüglich der Ausgestaltung des Folienelements 30 auf die Ausführungen zu 1a bis 5f verwiesen wird:
Das Folienelement 30 weist zwei Verstärkungsbereiche 33 auf, welche jeweils entlang einer Faltlinie 34 umklappbar sind. Der eine Verstärkungsbereich 33 ist über die Faltlinie 34 mit dem Kontaktierungsbereich 32 verbunden. Der zweite Verstärkungsbereich 33 ist über die Faltlinie 34 mit dem anderen Verstärkungsbereich 33 verbunden. Die Verstärkungsbereiche 33 sind damit jeweils lediglich über eine im Wesentlichen in Form einer Geraden ausgebildeten Faltlinie mit dem Kontaktierungsbereich 32 bzw. mit einem anderen Verstärkungsbereich 33 verbunden. Die Verstärkungsbereiche 33 werden nun wie in 6b gezeigt umgeklappt und bilden hierdurch Verstärkungselemente 41 und 42 aus, welche nach dem Umklappen das Folienelement 30 im Kontaktierungsbereich 32 mechanisch verstärken. Durch das aneinander gekoppelte Vorsehen von zwei Verstärkungsbereichen 33 ist es so möglich, nicht nur ein, sondern zwei Verstärkungselemente passergenau übereinander angeordnet auf dem Kontaktierungsbereich 32 zu positionieren und damit die mechanische Stabilität des Folienelements in diesem Bereich noch weiter zu verbessern. Hierbei können prinzipiell nicht nur zwei, sondern eine Vielzahl von Verstärkungsbereichen 33 entsprechend wie die Verstärkungsbereiche 33 nach 6a und 6b hintereinander angeordnet vorgesehen und entsprechend umgeklappt werden, so dass die mechanische Stabilität des Folienelements 30 im Kontaktierungsbereich 32 entsprechend weiter erhöht werden kann.
6c zeigt das beim Hinterspritzen des Folienelements nach 6a und 6b herstellte Kunststoffteil 1 mit der Spritzgussschicht 50, dem Folienelement 30 und den Verstärkungselementen 41 und 42. Das Folienelement 30 nach 6c entspricht hierbei dem Folienelement 30 nach 4, bis auf den Unterschied, dass nun nicht nur ein Verstärkungselement 41, sondern zwei übereinander angeordnete Verstärkungselemente 41 und 42 auf die zu der elektrisch leitfähigen Schicht 12 abgewandten Seite der dielektrischen Schicht 11 im Kontaktierungsbereich 32 aufgebracht sind. Im Übrigen wird auf die Ausführung nach 1a bis 5f verwiesen.
7a zeigt ein Folienelement 30 mit dem Funktionsbereich 31, dem Kontaktierungsbereich 32 und mehreren Verstärkungsbereichen 33. Das Folienelement 30 ist wie das Folienelement 30 nach 6a ausgebildet mit dem Unterschied, dass ein zusätzlicher Verstärkungsbereich 33 auf der linken Seite des Kontaktierungsbereichs 32 angeordnet ist. Dieser Verstärkungsbereich 33 ist über eine Faltlinie 34, die als Perforationslinie ausgebildet ist, mit dem Kontaktierungsbereich 32 umklappbar verbunden. Wie in 7b dargestellt, wird dieser Verstärkungsbereich 33 zum Aufbringen eines zusätzlichen Verstärkungselements 43 nun so umgeklappt, dass das Verstärkungselement 43 die der elektrisch leitfähigen Schicht 12 zugewandte Seite des Folienelements 30 bedeckt und damit einen zusätzlichen Schutz der Kontaktierungsstruktur 22 in diesem Bereich bereitstellt. Wie in 7b gezeigt, ist dieser Verstärkungsbereich 33 hierbei so ausgeformt und angeordnet, dass er nach dem Umklappen den Kontaktierungsbereich 32 nicht vollständig bedeckt und damit die elektrisch leitfähige Schicht 12 in einem Teilbereich des Kontaktierungsbereichs 32 zugänglich verbleibt.
7c zeigt ein Kunststoffteil 1, welches durch Hinterspritzen des Folienelements nach 7a und 7b hergestellt worden ist. Das Kunststoffteil 1 weist die Spritzgussschicht 50 und das Folienelement 30 mit den Kontaktierungsbereichen 31 und 32 auf. Wie in 7c dargestellt, sind auf der der dielektrischen Schicht 11 zugewandten Seite des Folienelements 30 im Kontaktierungsbereich 32 die Verstärkungselemente 42 und 42 und auf der gegenüberliegenden Seite das Verstärkungselement 43 aufgebracht, so dass neben einer mechanischen Verstärkung des Folienelements im Kontaktierungsbereich auch ein bereichsweiser Schutz der Kontaktierungsstruktur 22 realisiert wird.
Im Übrigen wird auf die vorhergehenden Ausführungen zu den Figuren 1a bis 5f verwiesen.
8a zeigt ein Folienelement 30, welches wie das Folienelement 30 nach 2 mit dem Unterschied aufgebaut ist, dass der Verstärkungsbereich 33 nicht auf der rechten, sondern auf der linken Seite des Kontaktierungsbereichs 32 angeordnet ist und im Weiteren sowohl mit dem Kontaktierungsbereich 32, als auch mit dem Funktionsbereich 31 über eine Faltlinie 34 verbunden ist. Der Verstärkungsbereich 33 ist hierbei lediglich über die hier als Perforationslinie ausgebildete Faltlinie 34 mit den übrigen Bereichen des Folienelements 30 verbunden, so dass das Verstärkungselement 33 umklappbar ist und – wie in 8b gezeigt – nach dem Umklappen sowohl den Kontaktierungsbereich 32 als auch den Funktionsbereich 31 teilweise überdeckt. Durch diese Anordnung und Ausformung des Verstärkungsbereichs 33 wird ein Verstärkungselement 44 bereitgestellt, welches sowohl auf einen Teilbereich des Kontaktierungsbereichs 32 als auch auf einen Teilbereich des Funktionsbereichs 31 aufgebracht wird. Durch eine derartige Anordnung und Ausbildung des Verstärkungselements 44 wird auch der Übergangsbereich zwischen Kontaktierungsbereich 32 und Funktionsbereich 31 zusätzlich durch das Verstärkungselement 33 mechanisch stabilisiert und eine vorteilhafte mechanische Lastabtragung erzielt. Dies wird auch in vorteilhafter Weise dadurch erzielt, dass der über dem Funktionsbereich 31 liegende Flächenbereich des Verstärkungselements 33 mit hinterspritzt und dadurch zusätzlich mechanisch verstärkt wird.
8c zeigt nun ein Kunststoffteil 1, welches durch Hinterspritzen des Folienelements 30 nach 8a und 8b hergestellt ist und die Spritzgussschicht 50 sowie das Folienelement 30 mit dem Verstärkungselement 44 aufweist. In 8c ist die sich so ergebende Anordnung des Verstärkungselements 44 nochmals gezeigt, welches sowohl den Kontaktierungsbereich 32 als auch den Funktionsbereich 31 des Folienelements 30 teilweise abdeckt und so zum einen eine verbesserte mechanische Stabilität des Kontaktierungsbereichs 32 gewährleistet, als auch die elektrisch leitfähige Schicht 12 teilweise schützt.
Im Übrigen ist das Kunststoffteil 1 wie das Kunststoffteil 1 nach 4 aufgebaut und es wird auf die diesbezüglichen Ausführungen nach 1a bis 5f verwiesen.
Im Weiteren ist hier noch anzumerken, dass bei sämtlichen der vorhergehenden Ausführungsformen nach 1a bis 8c das Folienelement 30 entsprechend in die Spritzgussform 60 eingelegt werden kann, dass die elektrisch leitfähige Schicht 12 zwischen der dielektrischen Schicht 11 und der Spritzgussschicht 50 angeordnet ist, wodurch sich die oben geschilderten weiteren Vorteile ergeben.
Weiter ist es auch möglich, dass durch eine entsprechende Anordnung und Ausformung von einem oder mehreren Verstärkungsbereichen auf der Vorder- und/oder Rückseite des Folienelements im Kontaktierungsbereich ein Oberflächenbereichsprofil mit einer oder mehreren Erhebungen/Vertiefungen generiert werden kann, um insbesondere eine mechanische Verkopplung mit einem Kontaktverbinder zu ermöglichen. Dies wird im Folgenden beispielhaft anhand der Figuren 9a bis 9d erläutert.
9a zeigt ein Folienelement 30 mit einem Funktionsbereich 31, einem Kontaktierungsbereich 32, einer elektrischen Funktionsstruktur 21 und einer Kontaktierungsstruktur 22. Weiter weist das Folienelement 30 mehrere Verstärkungsbereiche 33 auf. Auf der linken Seite des Kontaktierungsbereichs 32 sind zwei hintereinander gekoppelte Verstärkungsbereiche 33 vorgesehen, welche umgeklappt die Verstärkungselemente 41 und 42 ausbilden. Auf der linken Längsseite des Kontaktierungsbereichs 32 sind zwei Verstärkungsbereiche 33 vorgesehen, welche jeweils lediglich über eine Faltlinie 34 mit den übrigen Bereichen des Folienelements 30, hier mit dem Kontaktierungsbereich 32 umklappbar verbunden sind, und Verstärkungselemente 45 und 46 ausbilden.
Im Übrigen wird bezüglich des Schichtaufbaus und der Ausgestaltung des Folienelements 30 auf die entsprechenden Ausführungen nach 1a bis 5f sowie 6a bis 6c verwiesen.
Nach dem Umklappen der Verstärkungsbereiche 33 ergibt sich im Kontaktierungsbereich 32 die in 9b gezeigte Schichtfolge: Auf das Folienelement 30 mit der elektrisch leitfähigen Schicht 12 und der dielektrischen Schicht 11 sind die Verstärkungselement 41, 42, 45 und 46 aufgebracht. Die Verstärkungselemente 41 und 42 sind hierbei auf der der dielektrischen Schicht 11 zugewandten Seite des Folienelements 30 aufgebracht und überlappen den Kontaktierungsbereich 32 vollflächig. Die Verstärkungselemente 45 und 46 sind auf der der elektrisch leitfähigen Schicht 12 zugewandten Seite des Folienelements 30 aufgebracht und überdecken den Kontaktierungsbereich 32 lediglich bereichsweise. Die Verstärkungselemente 45 und 46 bilden so auf der der elektrisch leitfähigen Schicht 12 zugewandten Seite des Folienelements 30 eine durch Erhebungen (Verstärkungselemente 45 und 46) und Vertiefungen gekennzeichnetes Oberflächenprofil aus. Es ist hierbei auch anzumerken, dass ein solches Oberflächenprofil auch von einem einzigen Verstärkungselement ausgebildet sein kann, welches entsprechend ausgeformt ist (beispielsweise durch ein entsprechendes Verstärkungselement, welches ein Loch oder eine Ausnehmung aufweist) oder dass ein entsprechendes Oberflächenprofil auch auf der der dielektrischen Schicht 11 zugewandten Seite des Folienelements 30 oder beidseits durch entsprechende Ausformung der Verstärkungselemente 41 und/oder 42 ausgebildet sein kann.
Das so ausgebildete Oberflächenprofil ist entsprechend gewählt, um insbesondere eine Führung und/oder Kopplung mit einem elektrischen Kontaktverbinder zu ermöglichen. 9c zeigt eine entsprechende Darstellung, in der ein Kontaktverbinder 80 in den in 9b gezeigten Bereich des Folienelements 30 eingreift. Der Kontaktverbinder 80 weist hierbei zum einen federnd gelagerte Kontaktelemente 81 auf, welche eine galvanische Kontaktierung mit den Kontaktelementen der Kontaktierungsstruktur 22 bereitstellt. Weiter weist der Kontaktverbinder 80 ein Rastelement 82 auf, welches in die Vertiefung zwischen den Verstärkungselementen 45 und 46 in Form einer Klick- oder Rast-Verbindung eingreift und so eine mechanische Fixierung des Kontaktverbinders 80 am Folienelement 30 ermöglicht.
9d zeigt ein entsprechendes Kunststoffteil 1, welches durch entsprechendes Hinterspritzen des Folienelements 30 nach 9a bis 9c hergestellt ist. Das Kunststoffteil 1 weist die Spritzgussschicht 50, das Folienelement 30 mit dem Funktionsbereich 31 und dem Kontaktierungsbereich 32 sowie den Verstärkungselementen 41, 42, 45 und 46 auf. Bezüglich des übrigen Aufbaus des Kunststoffteils 1 wird auf die diesbezüglichen Ausführungen nach den Figuren 1a bis 5f verwiesen.

Claims

Kunststoffteil (1) umfassend eine Spritzgussschicht (50) und ein Folienelement (30) mit mindestens einer dielektrischen Schicht (11) und mindest einer elektrisch leitfähigen Schicht (12), welche in einem Funktionsbereich (31) mindestens eine elektrische Funktionsstruktur (21) ausbildet, die in einem Kontaktierungsbereich (32) kontaktierbar ist, wobei die Spritzgussschicht (50) zumindest bereichsweise im Funktionsbereich (31), nicht jedoch im Kontaktierungsbereich (32) auf das Folienelement (30) aufgebracht ist, und wobei das Folienelement (30) mit mindestens einem Verstärkungselement (41 bis 46) versehen ist, welches den Kontaktierungsbereich (32) zumindest bereichsweise bedeckt.
Kunststoffteil (1) nach Anspruch 1, wobei in dem Funktionsbereich (31) die mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht (12) zwischen der dielektrischen Schicht (11) und der Spritzgussschicht (15) angeordnet ist.
Kunststoffteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Verstärkungselement (41 bis 46) integraler Bestandteil des Folienelements (30) ist.
Kunststoffteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (41 bis 46) oder mindestens eines der Verstärkungselemente (41 bis 46) von einem umgeklappten Verstärkungsbereich (33) des Folienelements (30) gebildet ist.
Kunststoffteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (41, 43 bis 46) oder mindestens eines der Verstärkungselemente (41, 43 bis 46) mit dem Kontaktierungsbereich (32) und/oder dem Funktionsbereich (31) des Folienelements über eine Faltlinie (34), insbesondere über eine Perforationslinie oder Kerblinie verbunden ist.
Kunststoffteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Verstärkungselemente (42) mit einem anderen der Verstärkungselemente (41) über eine Faltlinie (34), insbesondere über eine Perforationslinie oder Kerblinie verbunden ist.
Kunststoffteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (41 bis 46) oder mindestens eines der Verstärkungselemente (41 bis 46) über eine Kleberschicht zumindest bereichsweise mit dem Kontaktierungsbereich (32) des Folienelements (30) oder mit einem anderen der Verstärkungselemente (41 bis 46) verbunden ist.
Kunststoffteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (41 bis 46) auf der der dielektrischen Schicht (11) und/oder der der elektrisch leitfähigen Schicht (12) zugewandten Seite des Folienelements (30) angeordnet ist.
Kunststoffteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehrere der Verstärkungselemente (41, 42, 45, 46) in Bezug auf eine von dem Folienelement (30) im Kontaktierungsbereich (32) aufgespannten Ebene übereinander angeordnet sind und sich zumindest bereichsweise überdecken.
Kunststoffteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehrere der Verstärkungselemente (41 bis 46) in Bezug auf eine von dem Folienelement (30) im Kontaktierungsbereich (32) aufgespannten Ebene nebeneinander und voneinander beabstandet im Kontaktierungsbereich (32) angeordnet sind, so dass der Mehrschichtkörper bestehend aus Folienelement (30) und Verstärkungselementen (41 bis 46) auf der Vorder- und/oder Rückseite ein Oberflächenprofil mit einer oder mehreren Erhebungen und Vertiefungen aufweist, welches insbesondere dazu ausgebildet ist, eine mechanische Verkopplung mit einem Kontaktverbinder (70) zu ermöglichen.
Kunststoffteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (41 bis 46) oder mindestens eines der Verstärkungselemente (41 bis 46) eine Zusatzfunktion, insbesondere eine optische oder elektrische Zusatzfunktion erbringt, und insbesondere eine oder mehrere Funktionsschichten aufweist ausgewählt aus: Dekorschicht, ein optisches Sicherheitselement enthaltende Schicht, eine Registriermarke enthaltende Schicht, eine haptisch erfassbare Markierung enthaltende Schicht, elektrische Funktionsschicht, insbesondere elektrisch leitende oder halbleitende Schicht.
Kunststoffteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (41 bis 46) oder mindestens eines der Verstärkungselemente (41 bis 46) eine oder mehrere Funktionsschichten aufweist, welche mit einer oder mehreren Funktionsschichten des Folienelements zur Ausbildung einer optischen oder elektrischen Funktion zusammenwirken, insbesondere zusammen ein Gesamtdekor, ein Moiré-Bild oder ein elektrisches Bauelement ausbilden.
Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffteils (1) umfassend die Schritte: Bereitstellen eines Folienelements (30), welches mindestens eine dielektrische Schicht (11) und mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht (12) aufweist, welche in einem Funktionsbereich (31) mindestens eine elektrische Funktionsstruktur (21) ausbildet, die in einem Kontaktierungsbereich (32) kontaktierbar ist, Aufbringen von mindestens einem Verstärkungselement (41 bis 46) derart, dass das mindestens eine Verstärkungselement (41 bis 46) den Kontaktierungsbereich (32) zumindest bereichsweise bedeckt, Einbringen des Folienelements (30) in ein Spritzgusswerkzeug und Hinterspritzen desselben mit einem Spritzgussmaterial derart, dass die Spritzgussschicht (50) zumindest bereichsweise in dem Funktionsbereich (31), nicht jedoch in dem Kontaktierungsbereich (32) auf das Folienelement (30) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Bereitstellens des Folienelements (30) das Ausschneiden des Folienelements aus einer Folie (10) umfasst derart, dass das Folienelement mindestens einen umklappbaren Verstärkungsbereich (33) aufweist, der mit dem Kontaktierungsbereich (32) und/oder dem Funktionsbereich (31) des Folienelements und/oder mit einem anderen der Verstärkungsbereiche (33) verbunden ist, insbesondere über eine Faltlinie (34), insbesondere über eine Perforationslinie oder Kerblinie verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 13 oder Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zum Aufbringen des Verstärkungselements (41 bis 46) oder mindestens eines der Verstärkungselemente (41 bis 46) mindestens ein umklappbarer Verstärkungsbereich (33) des Folienelements, welcher das Verstärkungselement bereitstellt, derart umgeklappt wird, dass dieser den Kontaktierungsbereich (32) zumindest bereichsweise überdeckt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Folienelement (30) derart in der Spritzgussform angeordnet wird, dass das Verstärkungselement (41 bis 46) oder mindestens eines der Verstärkungselemente (41 bis 46) den Bereich des Anspritzpunktes überlappt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Verstärkungselement (41 bis 46) im Spritzgusswerkzeug (60) mittels eines beheizten Klemmelements (63) mit dem Kontaktierungsbereich (32) verklebt wird.
Folienelement (30) mit mindestens einer dielektrischen Schicht (11) und mindestens einer elektrisch leitfähigen Schicht (12), welche in einem Funktionsbereich (31) mindestens eine elektrische Funktionsstruktur (21) ausbildet, die in einem Kontaktierungsbereich (32) kontaktierbar ist, wobei das Folienelement (30) mindestens einen, ein Verstärkungselement ausbildenden, umklappbaren Verstärkungsbereich (33) aufweist, der mit dem Kontaktierungsbereich (32) und/oder dem Funktionsbereich (31) des Folienelements und/oder mit einem anderen der Verstärkungsbereiche (33) verbunden ist, insbesondere über eine Faltlinie (34), insbesondere über eine Perforationslinie oder Kerblinie verbunden ist, und der so ausgeformt und angeordnet ist, dass dieser den Kontaktierungsbereich (32) im umgeklappten Zustand zumindest bereichsweise überdeckt.
Spritzgussform (60) zu Herstellung eines Kunststoffteils (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spritzgussform (60) eine Ausnehmung aufweist, die zur Aufnahme des mit dem mindestens einen Verstärkungselement (41 bis 46) versehenen Kontaktierungsbereich des Folienelements (30) ausgebildet ist, und ein beweglich gelagertes Klemmelement (63) aufweist, wobei die Ausnehmung und das Klemmelement so ausgebildet sind, dass die Ausnehmung durch das beweglich gelagerte Klemmelement nach Einbringen des Folienelements (30) derart verschließbar ist, dass die Spritzgussschicht (50) beim Hinterspritzen des Folienelements (30) in der Spritzgussform (60) in dem Funktionsbereich (31), nicht jedoch in dem Kontaktierungsbereich (32) auf das Folienelement (30) aufgebracht wird.