DE102012002467A1 - Bauteil mit einem flächigen Bedienelement - Google Patents
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Abstract
Beschrieben wird ein Bauteil mit einem flächigen Bedienelement, welches Anzeigeelemente und/oder Sensorfelder aufweist, die auf einer Oberfläche des Bedienelements Kontaktflächen ausbilden, wobei mindestens eine der Kontaktflächen mit einem Kontaktstift elektrisch verbunden ist, wobei der Kontaktstift durch einen Kunststoffkörper gehalten wird, der mit einer Oberfläche des Bedienelements verbunden ist, und wobei zwischen der mindestens einen Kontaktfläche und einer Stirnfläche des Kontaktstifts ein anisotroper Leitkleber eingebracht ist.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Bauteil mit einem flächigen Bedienelement, welches Anzeigeelemente und/oder Sensorfelder aufweist, die auf einer Oberfläche des Bedienelements Kontaktflächen ausbilden.
- Besonders im Automobilbau werden immer häufiger geschlossene Bedienfelder eingesetzt, die eine Dekorfläche und eine dahinter befindliche sensorische Schaltebene aufweisen. Diese sensorische Schaltebene kann insbesondere eine kapazitive Struktur aufweisen. Durch eine Berührung ändern sich Kapazitätswerte dieser Struktur und können dadurch Schaltvorgänge auslösen.
- Die Schaltebene kann beispielsweise durch eine mit Leiterstrukturen bedruckte sogenannte Funktionsfolie oder auch durch eine gestanzte Kupferlayoutfläche ausgebildet sein, die mit einer Dekorfolie mittels Klebung verbunden ist. Sehr vorteilhaft ist die Integration einer sensorischen Ebene in ein Kunststoffbauteil. Diese kann zum Beispiel durch ein Bedrucken der Rückseite einer Dekorfolie oder das Montieren einer separaten Folie mit elektrischen Strukturen auf der Rückseite der Dekorfolie erfolgen. Durch das nachträgliche Um- bzw. Hinterspritzen dieser Folie oder des Folienverbunds wird diese funktionale Ebene in ein Kunststoffmaterial eingeschlossen.
- Relativ schwierig und aufwendig ist bisher der elektrische Anschluss derartiger funktionaler Ebenen, etwa an einem Kabelbaum in einem Kraftfahrzeug, bei dem Kontaktstifte oder Steckverbinder mechanisch und elektrisch mit den Leiterstrukturen der funktionalen Ebene verbunden werden müssen.
- Es stellte sich daher die Aufgabe, eine einfache und zugleich stabile elektrische Kontaktierung einer funktionalen Ebene zu ermöglichen. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 genannte Merkmalskombination gelöst.
- Im Folgenden sollen drei Ausführungsbeispiele und eine Prinzipdarstellung der Erfindung anhand der Zeichnung dargestellt und näher erläutert werden.
- Ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Bauteils mit einem flächigen Bedienelement ist in den
1a und1b in zwei Montagephasen dargestellt. Das Bauteil weist einen Kunststoffkörper1 und ein flächiges Bedienelement auf, welches beispielhaft als Dekorfolie9 ausgebildet ist. Auf der dem Kunststoffkörper1 zugewandten Rückseite der Dekorfolie9 sind elektrische Bauelemente, wie Anzeigeelemente oder kapazitive Sensorfelder angeordnet. Diese Bauelemente sind in der Realisierung von der Vorderseite der Dekorfolie9 aus erkenn- bzw. betätigbar; hier in den Figuren allerdings nicht als Einzelteile dargestellt. Diese elektrischen Bauelemente stehen mit Kontaktflächen8 auf der Rückseite der Dekorfolie9 in elektrischer Verbindung und können daher über diese Kontaktflächen8 mit einer, hier ebenfalls nicht dargestellten, Ansteuer- und/oder Auswerteelektronik verbunden werden. - Um eine flexible Anschlussmöglichkeit zu schaffen, bildet das Bauteil einen Steckverbinder aus. Hierzu weist der Kunststoffkörper
1 Ausnehmungen13 auf, in die Kontaktstifte2 eingesetzt sind. In den Figuren ist jeweils nur einer von mehreren Kontaktstiften2 dargestellt. Nach dem Einsetzen in die Ausnehmungen13 sind die Kontaktstifte2 in ihrer axialen Richtung verschiebbar angeordnet. Die Kontaktstifte2 weisen vorteilhafterweise an einem Endabschnitt jeweils eine plateauförmig verbreiterte Stirnfläche3 auf, so dass sie insgesamt die Form eines Stempels ausbilden. - Die
1a zeigt eine Montagephase des Bauteils, in der der Kunststoffkörper1 noch nicht mit Dekorfolie9 verbunden ist. Zur mechanischen Anbindung wird der Kunststoffkörper1 so zur Dekorfolie9 ausgerichtet, dass die verbreiterten Stirnflächen3 der Kontaktstifte2 sich genau über den ihnen zugeordneten Kontaktflächen8 befinden. Zwischen die Stirnfläche3 jedes Kontaktstifts2 und der zugehörigen Kontaktfläche8 wird danach eine dosierte Menge eines anisotropen Leitklebers4 eingebracht. Das Applizieren des anisotropen Leitklebers4 kann insbesondere durch Auftragen auf die Stirnflächen3 oder auf die Kontaktflächen8 erfolgen. - Anisotrope Leitkleber
4 enthalten als Füllmaterial kugelförmige leitende Teilchen. Das Gesamtvolumen wird nur zu etwa 5% durch das leitfähige Material gebildet. Dadurch erreicht man eine lokal begrenzte elektrische Verbindung. Bei einem Auftrag als dünner Film wird die elektrische Verbindung nur vertikal, also zwischen den Oberflächen, aber nicht horizontal aufgebaut, da sich die Kugeln nicht berühren. Das gestattet den großflächigen Auftrag des Leitklebers ohne Justage. Ein anisotroper Leitkleber4 kann entweder in flüssiger Form eingebracht werden oder auch Teil einer Folienmatrix sein. - Vorteilhaft an der Verwendung eines anisotropen Leitklebers
4 ist, dass dieser lediglich in vertikaler Richtung zwischen den Kontaktflächen8 und den Stirnflächen3 der Kontaktstifte2 elektrische Verbindungen herstellt, nicht dagegen zwischen nebeneinander liegenden Kontaktflächen8 oder sonstigen elektrischen Komponenten auf der Dekorfolie9 . Hierdurch ist die Verwendung des Leitklebers4 selbst bei einer großflächigen Aufbringung unkritisch für die Funktionssicherheit des Bauteils. - Die mechanische Befestigung des Kunststoffkörpers
1 an die Dekorfolie9 erfolgt vorzugsweise durch eine Klebeverbindung. Diese Klebeverbindung kann besonders vorteilhaft mittels eines UV-härtenden Klebers10 hergestellt werden, der unter Bestrahlung mit ultraviolettem Licht schnell aushärtet. - Der Kunststoffkörper
1 ist daher vorzugsweise transparent oder zumindest für UV-Licht transparent ausgeführt. Zur Montage des Kunststoffkörpers1 wird der UV-härtende Kleber10 zwischen der Dekorfolie9 und einer dafür am Kunststoffkörper1 vorgesehenen Fläche aufgetragen und nach der Ausrichtung der beiden Teile relativ zueinander durch Bestrahlung mit einer UV-Strahlungsquelle11 ausgehärtet. - Nach dem Verkleben des Kunststoffkörpers
1 mit der Dekorfolie9 wird die mechanische und elektrische Verbindung zwischen den Kontaktstiften2 und den Kontaktflächen8 hergestellt. Dieser Vorgang ist besonders deutlich in der vergrößerten Darstellung der3a und3b erkennbar. Zur Aktivierung der Leitkleberverbindung werden die Kontaktflächen8 mitsamt dem aufgetragenen anisotropen Leitkleber4 erhitzt. Bei Erreichen der Montagetemperatur werden die Kontaktstifte2 auf die Kontaktflächen8 gepresst. Hierdurch fließt das Einbettmaterial15 im Bereich des höchsten Drucks zur Seite, bis sich die im Einbettmaterial15 befindlichen Kontaktkugeln16 an dem Kontaktstift2 und der Kontaktfläche8 abstützen. Die Kontaktstifte2 sind danach mechanisch und elektrisch mit den Kontaktflächen8 verbunden. Vorteilhafterweise erzeugt der anisotrope Leitkleber4 lediglich in den axialen Richtungen der Kontaktstifte2 elektrische Verbindungen zu den Kontaktflächen8 , nicht jedoch in der dazu senkrechten Richtung parallel zu den Bedienflächen. Hierdurch bewirken seitlich aus dem Verbindungsbereichen der Kontaktstifte2 fließende Reste des Leitklebers4 keine störenden elektrischen Verbindungen auf der Dekorfolie9 . - Eine zweite vorteilhafte Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Bauteils ist in den
2a und2b wiederum in zwei Montagephasen dargestellt. Der Unterschied zum ersten, in den1a und1b dargestellten Ausführungsbeispiel besteht darin, dass die Bedienfläche und die elektrische Bauteile tragende funktionale Ebene hier nicht einstückig durch eine einzige Dekorfolie9 ausgebildet. Stattdessen sind hier eine Dekorfolie12 und eine Funktionsfolie7 vorgesehen, die als Einzelteile gefertigt und anschließend über eine Klebeschicht14 zu einem Bedienelement17 miteinander verbunden sind. - Diese etwas aufwendigere Ausführungsform eines Bedienelements
17 bietet flexiblere Möglichkeiten bei den Ausgestaltungen der Bedienfläche und der funktionalen Ebene. Insbesondere können unterschiedliche Materialien zur Herstellung der Dekorfolie12 und der Funktionsfolie7 gewählt werden. Ebenfalls vorteilhaft ist, dass die Funktionsfolie7 und der Kunststoffkörper1 ineinandergreifende Kodierungsmittel aufweisen können, wie etwa an der Unterseite des Kunststoffkörpers1 angeformte Kodierelemente5 , die in korrespondierende Öffnungen6 auf der Funktionsfolie7 eingreifen können. Diese ermöglichen eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Kunststoffkörper1 und der Funktionsfolie7 und eine vereinfachte und genauere Positionierung der Kontaktstifte2 zu den Kontaktflächen8 . Die weitere Montage dieses Bauteils verläuft analog zu der anhand der1a und1b beschriebenen Ausführungsform. - Nach Abschluss bis hierhin beschriebenen Montageschritte wird die Dekorfolie
9 mit dem Funktionsdruck beziehungsweise die Dekorfolie12 mit der Funktionsfolie7 zusammen mit dem angeklebten Kunststoffkörper1 in ein Spritzwerkzeug eingelegt. In diesem erfolgt eine Hinterspritzung, die den Kunststoffkörper1 vollständig, und die daraus hervorstehenden Kontaktstifte2 abschnittsweise umschließt. - Es wird so ein einfacher Übergang von einer Oberflächenkontaktierung und insbesondere Folienkontaktierung zu einem stabil ausgebildeten Steckverbinder erreicht. Der anisotrope Leitkleber
4 schafft dabei auf einfache und kostengünstige Weise eine sichere elektrische Verbindung zwischen Kontaktstiften2 und dem Folienmaterial. Die Kontaktstifte2 werden durch den Kunststoffkörper1 und die abschließende Umspritzung mechanisch stabilisiert. - Eine dritte vorteilhafte Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Bauteils ist in den
4a und4b wiederum in zwei Montagephasen dargestellt. Der Unterschied zu den zuvor dargestellten Varianten ist ein vergrößerter Kammerraum19 innerhalb des Kunststoffkörpers1 . Dieser weist wenigstens eine nach außen führende Öffnung18 auf. Während der Hinterspritzung des Gesamtaufbaus dringt Schmelze über die Öffnung18 in den Kammerraum19 ein und füllt diesen aus. Der besondere Vorteil der Verfüllung20 der Kammer liegt in der Verfestigung der Position der Kontaktstifte2 und in einem besonders massiven und stabilen Aufbau des Bauteils. - Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf Bauteile beschränkt, bei denen das flächige Bedienelement
9 ,17 aus den hier beispielhaft beschriebenen Folienstrukturen besteht. Auf ähnlich einfache Weise wie in diesen Beispielen dargestellt, können entsprechende Bauteile auch mit flachbauenden gedruckten Schaltungsstrukturen in Siebdruck oder Digitaldruck, gestanzten Metalllayern, aufgedampften Strukturen oder MID-Anwendungen realisiert werden. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Kunststoffkörper
- 2
- Kontaktstift(e)
- 3
- Stirnfläche
- 4
- Leitkleber
- 5
- Kodierelemente
- 6
- Öffnungen
- 7
- Funktionsfolie
- 8
- Kontaktflächen
- 9
- Dekorfolie (Bedienelement)
- 10
- UV-Kleber
- 11
- UV-Strahlungsquelle
- 12
- Dekorfolie
- 13
- Ausnehmungen
- 14
- Klebeschicht
- 15
- Einbettmaterial
- 16
- Kontaktkugeln
- 17
- Bedienelement
- 18
- Öffnung
- 19
- Kammerraum
- 20
- Verfüllung
Claims (6)
- Bauteil mit einem flächigen Bedienelement (
9 ,17 ), welches Anzeigeelemente und/oder Sensorfelder aufweist, die auf einer Oberfläche des Bedienelements (9 ,17 ) Kontaktflächen (8 ) ausbilden, wobei mindestens eine der Kontaktflächen (8 ) mit einem Kontaktstift (2 ) elektrisch verbunden ist, wobei der Kontaktstift (2 ) durch einen Kunststoffkörper (1 ) gehalten wird, der mit einer Oberfläche des Bedienelements (9 ,17 ) verbunden ist, und wobei zwischen der mindestens einen Kontaktfläche (8 ) und einer Stirnfläche (3 ) des Kontaktstifts (2 ) ein anisotroper Leitkleber (4 ) eingebracht ist. - Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoffkörper (
1 ) und Kontaktstifte (2 ) Bestandteile eines elektrischen Steckverbinders ausbilden. - Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnfläche (
3 ) des Kontaktstifts (2 ) größer ist als die durchschnittliche Querschnittsfläche des Kontaktstifts (2 ). - Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der anisotrope Leitkleber (
4 ) in Form einer Flüssigkeit oder als ein Teil einer Folienmatrix eingebracht ist. - Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoffkörper (
1 ) transparent für ultraviolettes Licht ist. - Bauteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoffkörper (
1 ) mit dem Bedienelement (9 ,17 ) durch einen UV-härtenden Kleber (10 ) verbunden ist.
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