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Die Erfindung betrifft ein Bauteil mit einem flächigen Bedienelement, welches Anzeigeelemente und/oder Sensorfelder aufweist, die auf einer Oberfläche des Bedienelements Kontaktflächen ausbilden.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Aus der deutschen Patentschrift
DE 100 61 217 C2 ist bereits ein Schaltelement zum Herstellen einer elektrischen Verbindung bekannt, welches ein Basisteil aus Kunststoff hat, mit einer Oberfläche, auf der ein erster und ein zweiter elektrischer Kontakt vorgesehen sind, und ein Deckelteil aus Kunststoff mit einer Oberfläche, auf der ein elektrisch leitendes Verbindungselement vorgesehen ist. Das Basisteil und das Deckelteil sind derart miteinander verbunden, dass sie einen Hohlraum ausbilden, in dem der erste und zweite elektrische Kontakt und das elektrisch leitende Verbindungselement angeordnet sind, wobei durch ein Verformen des Deckelteils beziehungsweise des Basisteils zueinander hin oder voneinander weg eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten elektrischen Kontakt über das Verbindungselement herstellbar oder unterbrechbar ist.
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Im Folgenden sollen drei Ausführungsbeispiele und eine Prinzipdarstellung der Erfindung anhand der Zeichnung dargestellt und näher erläutert werden.
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Ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Bauteils mit einem flächigen Bedienelement ist in den 1a und 1b in zwei Montagephasen dargestellt. Das Bauteil weist einen Kunststoffkörper 1 und ein flächiges Bedienelement auf, welches beispielhaft als Dekorfolie 9 ausgebildet ist. Auf der dem Kunststoffkörper 1 zugewandten Rückseite der Dekorfolie 9 sind elektrische Bauelemente, wie Anzeigeelemente oder kapazitive Sensorfelder angeordnet. Diese Bauelemente sind in der Realisierung von der Vorderseite der Dekorfolie 9 aus erkenn- bzw. betätigbar; hier in den Figuren allerdings nicht als Einzelteile dargestellt. Diese elektrischen Bauelemente stehen mit Kontaktflächen 8 auf der Rückseite der Dekorfolie 9 in elektrischer Verbindung und können daher über diese Kontaktflächen 8 mit einer, hier ebenfalls nicht dargestellten, Ansteuer- und/oder Auswerteelektronik verbunden werden.
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Um eine flexible Anschlussmöglichkeit zu schaffen, bildet das Bauteil einen Steckverbinder aus. Hierzu weist der Kunststoffkörper 1 Ausnehmungen 13 auf, in die Kontaktstifte 2 eingesetzt sind. In den Figuren ist jeweils nur einer von mehreren Kontaktstiften 2 dargestellt. Nach dem Einsetzen in die Ausnehmungen 13 sind die Kontaktstifte 2 in ihrer axialen Richtung verschiebbar angeordnet. Die Kontaktstifte 2 weisen vorteilhafterweise an einem Endabschnitt jeweils eine plateauförmig verbreiterte Stirnfläche 3 auf, so dass sie insgesamt die Form eines Stempels ausbilden.
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Die 1a zeigt eine Montagephase des Bauteils, in der der Kunststoffkörper 1 noch nicht mit Dekorfolie 9 verbunden ist. Zur mechanischen Anbindung wird der Kunststoffkörper 1 so zur Dekorfolie 9 ausgerichtet, dass die verbreiterten Stirnflächen 3 der Kontaktstifte 2 sich genau über den ihnen zugeordneten Kontaktflächen 8 befinden. Zwischen die Stirnfläche 3 jedes Kontaktstifts 2 und der zugehörigen Kontaktfläche 8 wird danach eine dosierte Menge eines anisotropen Leitklebers 4 eingebracht. Das Applizieren des anisotropen Leitklebers 4 kann insbesondere durch Auftragen auf die Stirnflächen 3 oder auf die Kontaktflächen 8 erfolgen.
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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 Leitkleber 4 kann entweder in flüssiger Form eingebracht werden oder auch Teil einer Folienmatrix sein.
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Vorteilhaft an der Verwendung eines anisotropen Leitklebers 4 ist, dass dieser lediglich in vertikaler Richtung zwischen den Kontaktflächen 8 und den Stirnflächen 3 der Kontaktstifte 2 elektrische Verbindungen herstellt, nicht dagegen zwischen nebeneinander liegenden Kontaktflächen 8 oder sonstigen elektrischen Komponenten auf der Dekorfolie 9. Hierdurch ist die Verwendung des Leitklebers 4 selbst bei einer großflächigen Aufbringung unkritisch für die Funktionssicherheit des Bauteils.
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Die mechanische Befestigung des Kunststoffkörpers 1 an die Dekorfolie 9 erfolgt vorzugsweise durch eine Klebeverbindung. Diese Klebeverbindung kann besonders vorteilhaft mittels eines UV-härtenden Klebers 10 hergestellt werden, der unter Bestrahlung mit ultraviolettem Licht schnell aushärtet.
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Der Kunststoffkörper 1 ist daher vorzugsweise transparent oder zumindest für UV-Licht transparent ausgeführt. Zur Montage des Kunststoffkörpers 1 wird der UV-härtende Kleber 10 zwischen der Dekorfolie 9 und einer dafür am Kunststoffkörper 1 vorgesehenen Fläche aufgetragen und nach der Ausrichtung der beiden Teile relativ zueinander durch Bestrahlung mit einer UV-Strahlungsquelle 11 ausgehärtet.
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Nach dem Verkleben des Kunststoffkörpers 1 mit der Dekorfolie 9 wird die mechanische und elektrische Verbindung zwischen den Kontaktstiften 2 und den Kontaktflächen 8 hergestellt. Dieser Vorgang ist besonders deutlich in der vergrößerten Darstellung der 3a und 3b erkennbar. Zur Aktivierung der Leitkleberverbindung werden die Kontaktflächen 8 mitsamt dem aufgetragenen anisotropen Leitkleber 4 erhitzt. Bei Erreichen der Montagetemperatur werden die Kontaktstifte 2 auf die Kontaktflächen 8 gepresst. Hierdurch fließt das Einbettmaterial 15 im Bereich des höchsten Drucks zur Seite, bis sich die im Einbettmaterial 15 befindlichen Kontaktkugeln 16 an dem Kontaktstift 2 und der Kontaktfläche 8 abstützen. Die Kontaktstifte 2 sind danach mechanisch und elektrisch mit den Kontaktflächen 8 verbunden. Vorteilhafterweise erzeugt der anisotrope Leitkleber 4 lediglich in den axialen Richtungen der Kontaktstifte 2 elektrische Verbindungen zu den Kontaktflächen 8, nicht jedoch in der dazu senkrechten Richtung parallel zu den Bedienflächen. Hierdurch bewirken seitlich aus dem Verbindungsbereichen der Kontaktstifte 2 fließende Reste des Leitklebers 4 keine störenden elektrischen Verbindungen auf der Dekorfolie 9.
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Eine zweite vorteilhafte Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Bauteils ist in den 2a und 2b wiederum in zwei Montagephasen dargestellt. Der Unterschied zum ersten, in den 1a und 1b dargestellten Ausführungsbeispiel besteht darin, dass die Bedienfläche und die elektrische Bauteile tragende funktionale Ebene hier nicht einstückig durch eine einzige Dekorfolie 9 ausgebildet. Stattdessen sind hier eine Dekorfolie 12 und eine Funktionsfolie 7 vorgesehen, die als Einzelteile gefertigt und anschließend über eine Klebeschicht 14 zu einem Bedienelement 17 miteinander verbunden sind.
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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 Dekorfolie 12 und der Funktionsfolie 7 gewählt werden. Ebenfalls vorteilhaft ist, dass die Funktionsfolie 7 und der Kunststoffkörper 1 ineinandergreifende Kodierungsmittel aufweisen können, wie etwa an der Unterseite des Kunststoffkörpers 1 angeformte Kodierelemente 5, die in korrespondierende Öffnungen 6 auf der Funktionsfolie 7 eingreifen können. Diese ermöglichen eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Kunststoffkörper 1 und der Funktionsfolie 7 und eine vereinfachte und genauere Positionierung der Kontaktstifte 2 zu den Kontaktflächen 8. Die weitere Montage dieses Bauteils verläuft analog zu der anhand der 1a und 1b beschriebenen Ausführungsform.
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Nach Abschluss bis hierhin beschriebenen Montageschritte wird die Dekorfolie 9 mit dem Funktionsdruck beziehungsweise die Dekorfolie 12 mit der Funktionsfolie 7 zusammen mit dem angeklebten Kunststoffkörper 1 in ein Spritzwerkzeug eingelegt. In diesem erfolgt eine Hinterspritzung, die den Kunststoffkörper 1 vollständig, und die daraus hervorstehenden Kontaktstifte 2 abschnittsweise umschließt.
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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 Kontaktstiften 2 und dem Folienmaterial. Die Kontaktstifte 2 werden durch den Kunststoffkörper 1 und die abschließende Umspritzung mechanisch stabilisiert.
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Eine dritte vorteilhafte Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Bauteils ist in den 4a und 4b wiederum in zwei Montagephasen dargestellt. Der Unterschied zu den zuvor dargestellten Varianten ist ein vergrößerter Kammerraum 19 innerhalb des Kunststoffkörpers 1. Dieser weist wenigstens eine nach außen führende Öffnung 18 auf. Während der Hinterspritzung des Gesamtaufbaus dringt Schmelze über die Öffnung 18 in den Kammerraum 19 ein und füllt diesen aus. Der besondere Vorteil der Verfüllung 20 der Kammer liegt in der Verfestigung der Position der Kontaktstifte 2 und in einem besonders massiven und stabilen Aufbau des Bauteils.
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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 Metalllayem, aufgedampften Strukturen oder MID-Anwendungen realisiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 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
