DE19740478A1 - Spritzgießling aus einem thermoplastischen Elastomer und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft zunächst einen Spritzgießling aus einem thermoplastischen Elastomer, insbesondere eine Schaltmatte für elektrische Geräte in Kraftfahr­ zeugen, mit einer Grundplatte und darin an vorgegebenen Positionen eingebetteten und mit der Grundplatte einstückig über Membranen verbundenen Betätigungs­ elementen.

Ein Spritzgießling und ein Verfahren zu seiner Her­ stellung geht beispielsweise aus der EP 0 263 575 B1 hervor. Ein derartiger Spritzgießling in Form einer Schaltmatte wird beispielsweise bei elektronischen Fernbedienungen, Schalttafeln u. dgl. verwendet, wobei durch Betätigen der Betätigungselemente Schaltvorgänge ausgelöst werden. Bei einem solchen Spritzgießling ist das als Gießmaterial verwendete thermoplastische Elastomer ein thermoplastisches Polyesterelastomer. Ein derartiges thermoplastisches Polyesterelastomer ist undurchsichtig, in den meisten Fällen schwarz, und eine aus ihm hergestellte Schaltmatte kann insbesondere nicht in Geräten, welche beleuchtet sind, beispiels­ weise Geräten, die in Automobilen zum Einsatz kommen und die zur Betätigung in der Dunkelheit eine Beleuch­ tung erfordern, verwendet werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Spritzgießling insbesondere eine Schaltmatte für elektrische Geräte in Kraftfahrzeugen der gattungs­ gemäßen Art derart zu verbessern, daß diese eine einfache Beleuchtung der mit den Betätigungselementen verbundenen Betätigungsknöpfen ermöglicht.

Vorteile der Erfindung

Diese Aufgabe wird bei einem Spritzgießling der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß er aus einem lichtdurchlässigen, klaren oder leicht trüben thermoplastischen Elastomer auf Styrolbasis (TPE-S) besteht.

Aufgrund umfänglicher Versuche hat es sich als beson­ ders vorteilhaft erwiesen, als Spritzgießling, ins­ besondere als Schaltmatte für elektrische Geräte in Kraftfahrzeugen, ein lichtdurchlässiges, thermopla­ stisches Elastomer auf Styrolbasis (TPE-S) zu ver­ wenden. Ein derartiges lichtdurchlässiges TPE-S weist nicht nur eine genügende Stabilität und Elastizität auf, um die an eine Schaltmatte gestellten Anforde­ rungen zu erfüllen, sondern leitet auch das Licht auf besonders vorteilhafte Weise. Hierdurch wird es möglich, mit wenigen Beleuchtungsquellen, die bei­ spielsweise in Form von Leuchtdioden auf einer Träger­ platte, über welcher die Schaltmatte angeordnet ist, sämtliche Betätigungselemente und mit diesen verbundene Betätigungsknöpfe u. dgl. bei Dunkelheit zu beleuchten.

Hinsichtlich der Membranen sind bislang noch keine näheren Ausführungen gemacht worden.

Vorteilhafterweise ist vorgesehen, daß die Membranen eine sich über die Grundplatte erhebende konvexe Gestalt aufweisen.

Vorzugsweise sind die Membranen in Betätigungsrichtung der Betätigungselemente kegelstumpfförmig ausgebildet.

Als Betätigungselemente kommen rein prinzipiell die unterschiedlichsten Ausführungsformen in Betracht. So können beispielsweise die Betätigungselemente Erhebun­ gen sein, wie sie beispielsweise aus der obenerwähnten EP 0 263 575 B1 hervorgeht.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform, die insbesondere eine sehr präzise Betätigung ermöglicht, sieht vor, daß die Betätigungselemente eine druckknopf­ förmige Erhebung und einen sich daran anschließenden, die Grundplatte durchsetzenden Schaltstößel aufweisen. Hierdurch ist es insbesondere möglich, eine Schaltmatte im Abstand von einer elektrische Bauelemente tragenden Trägerplatte anzuordnen, um dazwischen einen Licht­ leiter, einen Reflektor oder beides einzusetzen. Ein Schaltvorgang kann dabei durch die Schaltstößel sicher ausgeführt werden.

Um Kontakte einfach herzustellen, ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Schaltstößel an ihrer Unterseite mit einem elektrisch leitenden Material beschichtet sind. Es ist darüber hinaus auch die Betätigung von elektromechanischen Tippschaltern oder Schaltfolien möglich, so daß dann die Beschichtung entfallen kann.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Spritzgießlings aus einem thermopla­ stischen Elastomer, insbesondere einer Schaltmatte für elektrische Geräte in Kraftfahrzeugen, die eine oder mehrere flexibel bewegbare, sich über eine Grundplatte erhebende Betätigungselemente aufweist, die zusammen mit der Grundplatte unter Zwischenfügung von Membranen, die sich von den äußeren Rändern der Betätigungs­ elemente fortsetzen und in die Grundplatte übergehen, einstückig gegossen werden, wobei das Gießmaterial in eine Gußform des Spritzgießlings durch jeweils minde­ stens eine Öffnung in jeweils einen, jedem Betätigungs­ element entsprechenden Bereich der Gußform eingeführt wird, um die Betätigungselemente, die Membranen und die Grundplatte einstückig zu gießen.

Diesbezüglich liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein solches gattungsgemäßes Verfahren derart weiterzu­ bilden, daß auch thermoplastische Elastomere mit einer geringeren Härte als beispielsweise die aus der EP 0 263 575 B1 hervorgehenden thermoplastischen Polyestere­ lastomere verarbeitet werden können. Insbesondere soll das Verfahren so weitergebildet werden, daß auch thermoplastische Elastomere auf Styrolbasis verarbeitet werden können, so daß es möglich ist, die obenbe­ schriebenen Spritzgießlinge aus einem lichtdurch­ lässigen thermoplastischen Elastomer auf Styrolbasis herzustellen.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Herstellung eines Spritzgießlings aus einem thermoplastischen Elastomer der obenbeschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Öffnung seitlich an einer Position der Gußform mündet, die einer sich über die Grundplatte erhebenden Begrenzungsfläche der Betäti­ gungselemente entspricht.

Durch diese seitliche Anordnung der Öffnungen an der sich über die Grundplatte erhebenden Begrenzungsfläche der Betätigungselemente wird auf besonders vorteilhafte Weise eine Entformung der Spritzgießlinge ermöglicht. Es hat sich nämlich gezeigt, daß beispielsweise bei einer zentralen Anordnung der Öffnung, wie sie aus der EP 0 263 575 B1 hervorgeht, insbesondere bei weichen thermoplastischen Elastomeren, beim Entformen des fertig gegossenen Spritzgießlings aus der Gußform an der Stelle der Mündung der Öffnung Fäden auftreten, die dadurch entstehen, daß ein Teil des Spritzgießlings im Bereich der Mündung der Öffnung praktisch immer an der Gußform hängen bleibt und beim Entformungsvorgang langgezogen wird, bis er schließlich abreißt.

Demgegenüber hat die seitliche Anordnung der Öffnung den besonders großen Vorteil, daß bei einer Entformung die in der Gußform ausgebildete Mündung der Öffnung eine scharfe Kante bildet, welche beim Entformen ein Abscheren des fertigen Spritzgießlings hervorruft. Die Kante übt so gewissermaßen eine Messer- oder Scher­ funktion aus, sie schneidet den erstarrten Teil, der sich nach Fertigstellung des Spritzgießlings noch in der Öffnung befindet, von der Begrenzungsfläche des Betätigungselements sauber ab. Hierdurch werden die obenbeschriebenen "Fäden" vollständig vermieden. Wie sich aus einer Vielzahl von umfänglichen Versuchen gezeigt hat, ermöglicht erst eine derartige seitliche Anordnung der Öffnung zur Zufuhr des Gießmaterials die Verarbeitung von thermoplastischen Elastomeren auf Styrolbasis, die eine geringere Härte aufweisen, als beispielsweise die aus der EP 0 263 575 B1 hervor­ gehenden thermoplastischen Polyesterelastomere.

Um insbesondere den Spritzgießvorgang weiter zu vereinfachen und sicherzustellen, daß bei einer Entformung die Spritzgießlinge auf der Auswurfseite der Gußform so lange haften bleiben, bis sie durch einen Auswerfer entformt werden, ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß an den Betätigungselementen auf ihrer der Auswurfseite der Gußform zugewandten Seite Hinter­ schnitte vorgesehen sind. Aufgrund dieser Hinter­ schnitte der Betätigungselemente bleiben die Spritz­ gießlinge gewissermaßen an der Auswurfseite der Gußform hängen, bis sie durch an sich bekannte Auswerfer von der Gußform weggestoßen werden.

Rein prinzipiell können bei dem Verfahren zur Her­ stellung von Spritzgießlingen die unterschiedlichsten thermoplastischen Elastomere, insbesondere auch thermoplastische Elastomere geringerer Härte zum Einsatz kommen.

Vorteilhafterweise verwendet man als Spritzgießmaterial ein lichtdurchlässiges thermoplastisches Elastomer auf Styrol-Basis (TPE-S).

Zeichnung

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung einiger Ausführungsbei­ spiele.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Spritzgießling in Form einer Schaltmatte, der von der Erfin­ dung Gebrauch macht;

Fig. 2 eine entlang der Linie II-II in Fig. 1 geschnittene Darstellung der in Fig. 1 dargestellten Schaltmatte;

Fig. 3 eine entlang der Linie III-III geschnittene Darstellung der in Fig. 1 dargestellten Schaltmatte;

Fig. 4 eine entlang der Linie IV-IV in Fig. 1 geschnittene Darstellung der in Fig. 1 dargestellten Schaltmatte;

Fig. 5 den Kraft-Wegverlauf eines Betätigungsele­ ments einer in Fig. 1 bis Fig. 4 dargestell­ ten Schaltmatte und

Fig. 6 schematisch eine Gußform für eine in Fig. 1 bis Fig. 4 dargestellte Schaltmatte.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Ein Spritzgießling in Form einer Schaltmatte, darge­ stellt in Fig. 1, Fig. 2, Fig. 3 und Fig. 4, umfaßt eine Grundplatte 10, in der an vorgegebenen Positionen Betätigungselemente eingebettet sind, die einstückig über Membranen 30 mit der Grundplatte 10 verbunden sind.

Die Betätigungselemente 20 weisen eine druckknopf­ förmige Erhebung 21 und einen sich daran anschließen­ den, die Grundplatte 10 durchragenden Schaltstößel 22 auf. Auf der druckknopfförmigen Erhebung kann bei­ spielsweise eine aus einem harten Kunststoffmaterial bestehende Kappe 23 vorgesehen sein.

Die Membranen 30 erheben sich über die Grundplatte 10 und können, wie dargestellt, eine in Betätigungs­ richtung des Betätigungselements kegelstumpfförmige Gestalt aufweisen.

Es versteht sich, daß jegliche andere konvexe Gestalt ebenfalls in Frage kommt, beispielsweise eine gekrümm­ te, kreissegmentartige Gestalt oder dergleichen.

Durch die kegelstumpfförmige Form der Membranen 30 ergibt sich ein Schnappverhalten der Betätigungs­ elemente 20 dann, wenn Druck auf die druckknopfförmige Erhebung 21 der Betätigungselemente 20 ausgeübt wird.

An der Unterseite der Schaltstößel 22 ist eine elek­ trisch leitende Beschichtung aufgebracht, die einen elektrischen Kontakt herstellt, wenn der Schaltstößel 22 auf zwei sich gegenüberliegenden Kontaktflächen einer Trägerplatte (nicht dargestellt) zur Anlage kommt.

Die in den Fig. 1 bis 4 dargestellte Schaltmatte besteht aus einem lichtdurchlässigen thermoplastischen Elastomer auf Styrolbasis, einem sogenannten TPE-S. Ein solches weist nicht nur eine genügende Elastizität bei einer hinreichenden Härte auf, sondern leitet das Licht, welches von auf einer Trägerplatte angeordneten Beleuchtungskörpern, beispielsweise Leuchtdioden (nicht dargestellt), abgestrahlt wird, sehr gut und trans­ portiert es so zu den Betätigungselementen 20 und den Kappen 23, welche beispielsweise an ihrer Oberseite lichtdurchlässige Bereiche aufweisen, so daß eine Beleuchtung der Kappen 23 bei Dunkelheit gewährleistet ist.

Das Schnappverhalten der Betätigungselemente 20 ist in Fig. 5 anhand einer Kraft-Weg-Kennlinie schematisch dargestellt. Der Kennlinie läßt sich entnehmen, daß bis zu einem gewissen Betätigungshub eine zunehmende Kraft erforderlich ist, die dann nach Überschreiten des Maximums Ma schlagartig bis zu einem Minimum Mi abnimmt, um dann, wenn der Schaltstößel 22 auf der Trägerplatte aufliegt und einen Kontakt herstellt, wieder stark zuzunehmen.

Der abfallende Teil zwischen dem Maximum Ma und dem Minimum Mi ist Ausdruck für das erwähnte Schnapp­ verhalten.

Ein Verfahren zur Herstellung einer in Fig. 1 bis Fig. 4 dargestellten Schaltmatte wird nachfolgend anhand der Fig. 6 näher beschrieben.

Wie aus Fig. 6 schematisch hervorgeht, ist eine Gußform aus zwei Hälften 70, 80 zusammengesetzt. Die erste Hälfte 70 ist auf der sogenannten Düsenseite einer Spritzgußmaschine angeordnet, während die zweite Hälfte 80 auf der sogenannten Auswurfseite angeordnet ist.

In beiden Hälften 70, 80 sind Ausnehmungen vorgesehen, die zu der Gestalt des durch Spritzguß herzustellenden Spritzgießlings komplementär ausgebildet sind. Bei der in Fig. 6 dargestellten Gußform weisen die beiden Hälften 70, 80 Bereiche auf, die der Schaltmatte entsprechen.

In der düsenseitigen Hälfte 70 der Gußform sind Öffnungen oder Zulaufkanäle 72 vorgesehen, die in das Betätigungselement 20 bildende Ausnehmungen 74 der Gußform an Stellen münden, welche seitlichen Positionen der sich über der Grundplatte erhebenden Begrenzungs­ flächen des Betätigungselements 20 entsprechen. Durch diese Öffnungen 72 wird das Gießmaterial in Form eines thermoplastischen Elastomers auf Styrol-Basis (TPE-S) eingeführt. Dabei füllt sich zunächst der Bereich, der der druckknopfförmigen Erhebung 21 und dem Schaltstößel 22 entspricht, mit Gießmaterial. Das Gießmaterial strömt hierbei auch gleichzeitig radial nach außen in Bereiche, die die Membranen 30 bilden.

Die von den Hohlräumen ausströmenden Ströme des Gießmaterials, welche die Membranen 30 bilden, treffen sich an Stellen der Gußform, welche die Grundplatte 10 bilden, im wesentlichen etwa in der Mitte zwischen jeweils den Ausnehmungen, die den Betätigungselementen 20 entsprechen. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß an den Membranen 30 keine Bindenähte entstehen, die beim Entformen des Spritzgießlings zu einer Beschädi­ gung der Membranen führen können. Die Bindenähte entstehen vielmehr in der Grundplatte 10 selbst und sind insoweit beim Entformungsvorgang unproblematisch.

Wie aus Fig. 6 weiter hervorgeht, sind in dem Bereich der Ausnehmungen, welche die Schaltstößel 22 bilden, Hinterschnitte 78 angeordnet (übertrieben dargestellt), welche ebenfalls mit Gießmaterial gefüllt werden.

Durch diese Hinterschnitte wird sichergestellt, daß das fertiggestellte Spritzgußteil bei einem Öffnen der Gußform, d. h. dann wenn sich die auswurfseitige Hälfte 80 der Gußform von der düsenseitigen Hälfte 70 (in Fig. 6 nach unten) entfernt, an der auswurfseitigen Hälfte 80 so lange aufgrund dieser mit Gießmaterial gefüllten Hinterschnitte haften bleibt und der Anguß in der Düsenseite sauber abgetrennt wird, bis es durch (nicht dargestellte) Auswerfer, die durch die auswurfseitige Hälfte 80 hindurchfahren, zur Entformung von der auswurfseitigen Hälfte 80 weggestoßen und an einer geeigneten Stelle aufgefangen wird.

Bei dem Öffnen der Gußform 80 wird dabei das in den Öffnungen 72 verbleibende erstarrte Gießmaterial durch Herausziehen des fertig gegossenen Spritzgießlings durch eine die Mündung bildende umlaufende Kante der in der düsenseitigen Hälfte angeordneten Öffnung 72 gewissermaßen abgeschert. Dabei übt die Kante der Mündung der Öffnung 72 eine Messer- oder Scherfunktion aus.

Durch die seitliche Anordnung der Öffnung 72 an einer sich über die Grundplatte 10 erhebenden Begrenzungs­ fläche des Betätigungselements 20 wird auf diese Weise insbesondere bei thermoplastischen Elastomeren auf Styrol-Basis, welche eine geringere Härte aufweisen als andere thermoplastische Elastomere, beispielsweise plastische Polyesterelastomere, eine sichere und rückstandsfreie Entformung des fertiggestellten Spritzgießlings ermöglicht.

Es versteht sich, daß das obenbeschriebene Verfahren nicht auf thermoplastische Elastomere auf Styrol-Basis beschränkt ist, sondern auch bei thermoplastischen Elastomeren, welche eine höhere Härte und eine geringe­ re Elastizität aufweisen, als thermoplastische Elasto­ mere auf Styrol-Basis zum Einsatz kommen kann.

Claims (9)

1. Spritzgießling aus einem thermoplastischen Elasto­ mer, insbesondere Schaltmatte für elektrische Geräte in Kraftfahrzeugen, mit einer Grundplatte (10) und darin an vorgegebenen Positionen einge­ betteten und mit der Grundplatte einstückig über Membranen (30) verbundenen Betätigungselementen (20), dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem lichtdurchlässigen, klaren oder leicht trüben thermoplastischen Elastomer auf Styrolbasis (TPE-S) besteht.

2. Spritzgießling nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Membranen (30) eine sich über die Grundplatte (10) erhebende konvexe Gestalt aufweisen.

3. Spritzgießling nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Membranen (30) in Betätigungs­ richtung der Betätigungselemente (20) kegelstumpf­ förmig ausgebildet sind.

4. Spritzgießling nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungselemen­ te (20) jeweils eine druckknopfförmige Erhebung (21) und einen sich daran anschließenden, die Grundplatte durchragenden Schaltstößel (22) aufweisen.

5. Spritzgießling nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schaltstößel (22) an ihrer Unterseite mit einem elektrisch leitenden Material beschichtet sind.

6. Spritzgießling nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungselemen­ te (20), die Membranen (30) und die Grundplatte (10) derart angeordnet sind, daß die Betätigungs­ elemente (20) ein Schnappverhalten zeigen, wenn Druck auf sie ausgeübt wird.

7. Verfahren zur Herstellung eines Spritzgießlings aus einem thermoplastischen Elastomer, insbesonde­ re einer Schaltmatte für elektrische Geräte in Kraftfahrzeugen, welcher eine oder mehrere flexi­ bel bewegbare, sich über eine Grundplatte (10) erhebende Betätigungselemente (20) aufweist, die zusammen mit der Grundplatte (10) unter Zwischen­ fügung von Membranen (30), die sich von den äußeren Rändern der Betätigungselemente (20) fortsetzen und in die Grundplatte (10) übergehen, einstückig gegossen werden, wobei das Gießmaterial in eine Gußform des Spritzgießlings durch jeweils mindestens eine Öffnung (72) in jeweils einen, jedem Betätigungselement (20) entsprechenden Bereich der Gußform eingeführt wird, um die Betätigungselemente (20), die Membranen (30) und die Grundplatte (10) einstückig zu gießen, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Öffnung (72) seitlich an einer Position der Gußform mündet, die einer sich über die Grundplatte (10) erhebenden seitlichen Begrenzungsfläche der Betätigungselemente (20) entspricht.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß an einer auswurfseitigen Hälfte (80) der Gußform Hinterschnitte (78) vorgesehen sind.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß man als Spritzgießmaterial ein lichtdurchlässiges thermoplastisches Elastomer auf Styrolbasis (TPE-S) verwendet.