WO2021170309A1 - Operating element comprising an electroplated surface and a force-sensitive sensor system - Google Patents

Operating element comprising an electroplated surface and a force-sensitive sensor system Download PDF

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WO2021170309A1
WO2021170309A1 PCT/EP2021/050699 EP2021050699W WO2021170309A1 WO 2021170309 A1 WO2021170309 A1 WO 2021170309A1 EP 2021050699 W EP2021050699 W EP 2021050699W WO 2021170309 A1 WO2021170309 A1 WO 2021170309A1
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sensor arrangement
base body
element according
control element
visible side
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PCT/EP2021/050699
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Felix Alexander Heinzler
Wjatscheslaw WELITSCHKO
Markus Dahlhaus
Ullrich Gutgar
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Bia Kunststoff- Und Galvanotechnik Gmbh & Co. Kg
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Publication date
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    • H03K17/975—Switches controlled by moving an element forming part of the switch using a capacitive movable element
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Definitions

  • the present invention relates to an operating element with the features of the preamble of claim 1.
  • Control elements for example in the form of pressure switches or rotary switches in motor vehicles, are often formed from a base body that is manufactured using an injection molding process.
  • This base body can be provided with a galvanic coating if the plastic offers the appropriate conditions.
  • This coating generally has a layer structure which initially comprises a nickel layer, then a copper layer and finally a chromium layer. The chrome layer is then the visible surface, which on the one hand has the optical impression and on the other hand the haptic impression of metal.
  • the operating element can be designed easily and in a variety of ways, for example for mechanical adaptation to electrical switches that carry the operating element in the installed state.
  • An essential development step with such control elements was to selectively coat the surface so that individual areas of the base body were not provided with a metallic surface.
  • Such operating elements and corresponding production methods are known from DE 102 08 674 A1, DE 102 46 695 A1 and patent specification DE 10 2007 015 625 B4. These methods enable symbols to be created on the surface of the control element and, if the base body is transparent in this area, and the control element is also illuminated for better visibility during night-time operation.
  • Such control elements are known in motor vehicles and are used as rotary switches and pressure switches.
  • the publication DE 10 2017 125 446 A1 shows operating elements with sensors that work capacitively and thereby utilize the change in the dielectric constant when the galvanized surfaces are touched.
  • dedicated areas must be formed in the electroplating that can act as electrodes.
  • Flat, uninterrupted galvanic coatings are not suitable for this.
  • exposed areas must be large enough not to shield the electrical fields of the sensors below the electroplating, since otherwise approaching a fingertip would not lead to a detectable change in the sensor. This limits the design options.
  • the base body in an operating element with a base body made of plastic, which has a visible side and a rear side and which comprises at least one galvanizable plastic component, and with an electroplated metal layer applied to the visible side, which covers at least part of the visible side, the base body in one
  • the area carrying the sensor arrangement preferably has a wall thickness of has less than 3 mm
  • the sensor arrangement is a pressure-sensitive capacitive working sensor arrangement, in which a change in the distance between the capacitor elements is detected, the sensor element can be used without interference from the electroplated coating and can be electronically evaluated during operation.
  • the use of capacitively operating sensor foils as a sensor element in such an operating element with a continuously galvanized surface is possible.
  • the sensor arrangement is mechanically connected to the base body after the production and electroplating of the base body, in particular directly positively and / or indirectly with the interposition of a carrier, the sensor arrangement can be detachably connected to the base body without gluing or overmolding.
  • a direct indirect or immediate frictional connection is advantageous for reliable function.
  • the sensor element is attached adhesively or cohesively to the rear of the base body in the area, in particular with reduced thickness, after the production and electroplating of the base body, a quality check of the base body can be carried out before the sensor is installed. As a result, unlike in the prior art, the previously installed sensor components are not discarded in the event of a fault.
  • the galvanic coating can be perforated and / or translucent in the area of the sensor arrangement.
  • a layer facing the rear side of the finished operating element is preferably made of polycarbonate and a layer facing the visible side is made of ABS or an ABS copolymer.
  • the base body is preferably manufactured using the multi-component injection molding process.
  • control element designed in this way has on the one hand the mechanical properties of known control elements, but can largely with one surface that can be freely designed and functionally not only function as a button, but also act as a one-dimensional or two-dimensional sensor field, so that, for example, stroking gestures such as wiping can be recorded on a continuous metallic surface.
  • Such an operating element can also be operated reliably with gloves, without the gloves having to be provided with special conductive fingertips.
  • Unintentional operating errors as can occur with conventional touch fields, for example as a result of the vehicle's own movements while driving, can be avoided by specifically setting signal threshold values for the parameters time and force.
  • FIG. 2 another operating element in a view corresponding to FIG. 1;
  • FIG. 2 another operating element in a view corresponding to FIG. 1;
  • FIG. 3 a further operating element in a view corresponding to FIG. 1 with a central clearance on its visible side;
  • FIG. 4 shows another operating element in a view corresponding to FIG. 1 with an electroplated second injection-molded component in a central area of the visible side;
  • FIG. 5 an operating element in a view corresponding to FIG. 1 with an uncoated decorative film visible on the visible side; FIG. as
  • FIG. 6 Another operating element in a view corresponding to FIG. 1 with a particularly thin-layer structure.
  • an operating element 1 according to the invention is shown in a cross section from the side.
  • a visible side 2 is arranged at the top in this illustration, a rear side 3 points downward.
  • the operating element 1 has a base body 4 which is made from a single component, namely from a galvanically coatable, injection-moldable plastic such as ABS.
  • the outer surface of the base body 2 is fully provided with a galvanically generated coating 5 and thus has a closed metal surface, which is interrupted at most by small, production-related points arranged outside the visible side 2.
  • Such a continuously metallic surface is not suitable for capacitive sensors whose function is based on a change in the dielectric constant when touched.
  • a sensor element 6 that is sensitive to pressure or the action of force is arranged on the rear side 3 of the operating element 1 facing away from the visible side 2. As can be seen from the layer structure, the sensor element 6 is only fastened after the galvanic coating of the base body 4. The sensor element 6 is fastened at this point by means of gluing or hot stamping, so that a permanent and non-positive connection is ensured.
  • a connecting line 7 connects the sensor element 6 to evaluation electronics (not shown).
  • FIG. 2 shows an operating element 1 similar to FIG. 1. Identical or functionally identical elements have the same reference numbers.
  • the base body here has been manufactured using the two-component injection molding process.
  • one component is the galvanically coatable base body 4 made of ABS, which faces the visible side 2.
  • Another component is a layer 8 made of a plastic that cannot be electroplated, for example a polycarbonate (PC), which is sprayed onto the rear side of the ABS base body 4.
  • PC polycarbonate
  • This layer 8 faces the rear side 3 of the operating element 1.
  • the sensor element 6 is attached to the uncoated rear side 3 as described above.
  • the advantages of this layer structure are different mechanical properties of the base body and a different material pairing in the connection area of the sensor element 6.
  • FIG. 3 shows the same layer structure as FIG. 2.
  • an exposure 9 is provided in the visible side 2 of the operating element 1. This release enables the material of the base body 4 to be seen as a symbol in the galvanic coating 5. The symbol can clarify the function of the operating element 1.
  • FIG. 1 Another structure of an operating element 1 is illustrated in FIG.
  • the operating element 1 is constructed similarly to FIG. 3, but a third component 10 was injected in the injection molding process, which is initially surrounded on the outside circumferentially by the ABS base body 4 and protrudes beyond the visible side 2.
  • the component 10 cannot be electroplated.
  • a metal layer is then produced on the ABS base body 4, the thickness of which corresponds to the protrusion of the component 10 over the base body 4, so that the surface on the visible side 2 is essentially free of steps, but carries the component 10 as a visible design element.
  • the component 10 can be colored and / or transparent or translucent. If, for example, the second component 8 and the component 10 are made of a transparent polycarbonate, the polycarbonate can be illuminated and transilluminated from the rear, so that the component 10 represents a luminous symbol on the visible side 2. At the same time, in this embodiment, the component 10 marks the central area of the operating element 1, in which a force acting on the visible side 2 leads to a particularly large electrically evaluable signal from the sensor element 6.
  • FIG. 5 shows a structure similar to FIG. 3, the ABS component that can be electroplated being designed as a thin film 11.
  • Such films are known from the area of injection molding and are colored or colored for production Printing of decorated surfaces used in multi-component parts.
  • An advantage of this embodiment is the greater mechanical resilience of the layer structure compared to FIG. 3, which when actuated with the same leads to a larger evaluable sensor signal force.
  • the film can e.g. B. be an ABS / PC copolymer.
  • FIG. 6 shows an operating element with a layer structure as in FIG. 5 and resulting similar mechanical properties, but with a closed surface on the visible side 2.
  • FIGS. 1, 2 and 6 have in common that the visible side 2 each forms a closed metallic surface which is not suitable for conventional capacitive sensors that react to the above-mentioned change in the dielectric constant when touched.
  • the force-based sensor element 6 reacts to pressure on the visible side 2 in that even a slight deformation leads to a change in capacitance, because the dielectric of the sensor is deformed and the effective distance between the capacitor electrodes changes.
  • the detected external influence on the sensor is therefore purely mechanical.
  • the electrical properties of the control element are not important.
  • the surfaces of the visible sides 2 of the operating elements from FIGS. 1, 2 and 6 can be locally heated, for example by means of a laser, so that tempering colors develop on the metal surface.
  • This laser treatment can be used to create labels or symbols. The resulting heat cannot damage the sensor element 6, since it is not yet mounted at the time of the laser processing.
  • the sensor element 6 can not only comprise a single sensor, but in particular also represent a linear or flat, two-dimensional array. Such sensors are available in film form and can, such as. B. shown in Figure 6 cover the back of a control element in a larger area. If a user is now using one finger a force above the detection threshold of the sensor element 6 moves over the visible side 2 of the operating element 1, the sensor element 6 can pick up the trace of the movement and thus simulate functions that are similar to those of a touchscreen. It is also possible to design the sensor in that one side of the capacitor is formed by the sensor film and the other side by the electroplating surface itself. The operating principle and the advantages achieved remain essentially the same.

Landscapes

  • Switches That Are Operated By Magnetic Or Electric Fields (AREA)
  • Injection Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

The invention relates to an operating element (1) having a visible side (2) and a rear side (3), said operating element comprising: a main body made of plastic which has at least one plastic component (4) that can be electroplated; and a metal layer (5) produced by electroplating which is applied to the visible side and covers at least part of the visible side, wherein the main body carries at least one touch-sensitive sensor arrangement (6) on its rear side, wherein the sensor arrangement (6) is a pressure-sensitive capacitive sensor arrangement (6) using which an effective change in the spacing of the capacitor electrodes is detected.

Description

Bedienelement mit galvanisierter Oberfläche und kraftsensitiver Sensorik Control element with galvanized surface and force-sensitive sensors
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bedienelement mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. The present invention relates to an operating element with the features of the preamble of claim 1.
Bedienelemente zum Beispiel in Form von Druckschaltern oder Drehschaltern in Kraftfahrzeugen werden vielfach aus einem Grundkörper geformt, der im Spritzgussverfahren gefertigt wird. Dieser Grundkörper kann, wenn der Kunststoff die entsprechenden Voraussetzungen bietet, mit einer galvanischen Beschichtung versehen werden. Diese Beschichtung hat im Allgemeinen einen Schichtaufbau, der zunächst eine Nickelschicht, darauf eine Kupferschicht und schließlich eine Chromschicht umfasst. Die Chromschicht ist dann die sichtbare Oberfläche, die einerseits den optischen Eindruck und andererseits den haptischen Eindruck von Metall aufweist. Dennoch ist das Bedienelement aufgrund des Kunststoffgrundkörpers leicht und vielfältig gestaltbar, beispielsweise zur mechanischen Anpassung an elektrische Schalter, die das Bedienelement im eingebauten Zustand tragen. Control elements, for example in the form of pressure switches or rotary switches in motor vehicles, are often formed from a base body that is manufactured using an injection molding process. This base body can be provided with a galvanic coating if the plastic offers the appropriate conditions. This coating generally has a layer structure which initially comprises a nickel layer, then a copper layer and finally a chromium layer. The chrome layer is then the visible surface, which on the one hand has the optical impression and on the other hand the haptic impression of metal. Nevertheless, due to the plastic base body, the operating element can be designed easily and in a variety of ways, for example for mechanical adaptation to electrical switches that carry the operating element in the installed state.
Ein wesentlicher Entwicklungsschritt bei derartigen Bedienelementen bestand darin, die Oberfläche selektiv zu beschichten, so dass einzelne Bereiche des Grundkörpers nicht mit einer metallischen Oberfläche versehen wurden. An essential development step with such control elements was to selectively coat the surface so that individual areas of the base body were not provided with a metallic surface.
Solche Bedienelemente und entsprechende Herstellungsverfahren sind bekannt aus der DE 102 08 674 Al, der DE 102 46 695 Al und der Patentschrift DE 10 2007 015 625 B4. Diese Verfahren ermöglichen das Ausbilden einer Symbolik auf der Oberfläche des Bedienelementes und, wenn der Grundkörper in diesem Bereich transparent ist, auch ein Durchleuchten des Bedienelementes zur besseren Erkennbarkeit im Nachtbetrieb. Solche Bedienelemente sind in Kraftfahrzeugen bekannt und werden als Drehschalter und Druckschalter eingesetzt. Such operating elements and corresponding production methods are known from DE 102 08 674 A1, DE 102 46 695 A1 and patent specification DE 10 2007 015 625 B4. These methods enable symbols to be created on the surface of the control element and, if the base body is transparent in this area, and the control element is also illuminated for better visibility during night-time operation. Such control elements are known in motor vehicles and are used as rotary switches and pressure switches.
Die Druckschrift DE 10 2017 125 446 Al zeigt Bedienelemente mit Sensoren, die kapazitiv arbeiten und dabei die Änderung der Dielektrizitätskonstante bei Berührung der galvanisierten Oberflächen ausnutzen. Dazu müssen dezidierte Bereiche in der Galvanik ausgebildet werden, die als Elektrode wirken können. Flächige, ununterbrochene galvanische Beschichtungen sind dazu nicht geeignet. Außerdem müssen freigestellte Bereiche groß genug sein, um die elektrischen Felder der Sensoren unterhalb der Galvanik nicht abzuschirmen, da ansonsten eine Annäherung einer Fingerspitze nicht zu einer detektierbaren Änderung im Sensor führen würde. Die Designmöglichkeiten sind dadurch beschränkt. The publication DE 10 2017 125 446 A1 shows operating elements with sensors that work capacitively and thereby utilize the change in the dielectric constant when the galvanized surfaces are touched. For this purpose, dedicated areas must be formed in the electroplating that can act as electrodes. Flat, uninterrupted galvanic coatings are not suitable for this. In addition, exposed areas must be large enough not to shield the electrical fields of the sensors below the electroplating, since otherwise approaching a fingertip would not lead to a detectable change in the sensor. This limits the design options.
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, gattungsgemäße Bedienelemente so weiterzubilden, dass berührungsempfindliche Sensoren weitgehend unabhängig von der Gestaltung der die Sensoren abdeckenden Oberfläche verwendet werden können und insbesondere in das Bedienelement integriert werden können. Es ist außerdem Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Bedienelements mit einem Sensor zu schaffen, bei dem bei der Qualitätsprüfung ein Fehler in der Fertigung des Grundkörpers oder der Metallbeschichtung nicht zu einem Verlust der Sensorkomponente führt. It is therefore the object of the present invention to develop generic operating elements in such a way that touch-sensitive sensors can be used largely independently of the design of the surface covering the sensors and, in particular, can be integrated into the operating element. It is also an object of the present invention to create a method for producing an operating element with a sensor in which, during the quality check, an error in the production of the base body or the metal coating does not lead to a loss of the sensor component.
Diese Aufgaben werden von einem Bedienelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und von einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. These objects are achieved by an operating element with the features of claim 1 and by a method with the features of claim 12.
Weil bei einem Bedienelement mit einem Grundkörper aus Kunststoff, der eine Sichtseite und eine Rückseite aufweist und der wenigstens eine galvanisierbare Kunststoffkomponente umfasst, und mit einer auf der Sichtseite aufgebrachten galvanisch erzeugten Metallschicht, die wenigstens einen Teil der Sichtseite abdeckt, wobei der Grundkörper in einem eine Sensoranordnung tragenden Bereich vorzugsweise eine Wandstärke von weniger als 3 mm aufweist, weiter vorgesehen ist, dass die Sensoranordnung eine auf Druck empfindliche kapazitive arbeitende Sensoranordnung ist, bei der eine Änderung des Abstandes der Kondensatorelemente detektiert wird, kann das Sensorelement ohne störende Beeinflussung durch die Galvanikbeschichtung eingesetzt und im Betrieb elektronisch ausgewertet werden. Insbesondere ist dadurch die Verwendung kapazitiv arbeitender Sensorfolien als Sensorelement in einem solchen Bedienelement mit einer durchgehend galvanisierten Oberfläche möglich. Because in an operating element with a base body made of plastic, which has a visible side and a rear side and which comprises at least one galvanizable plastic component, and with an electroplated metal layer applied to the visible side, which covers at least part of the visible side, the base body in one The area carrying the sensor arrangement preferably has a wall thickness of has less than 3 mm, it is further provided that the sensor arrangement is a pressure-sensitive capacitive working sensor arrangement, in which a change in the distance between the capacitor elements is detected, the sensor element can be used without interference from the electroplated coating and can be electronically evaluated during operation. In particular, the use of capacitively operating sensor foils as a sensor element in such an operating element with a continuously galvanized surface is possible.
Wenn die Sensoranordnung nach der Herstellung und Galvanisierung des Grundkörpers mechanisch mit dem Grundkörper verbunden wird, insbesondere unmittelbar formschlüssig und/oder mittelbar unter Zwischenschaltung eines Trägers, kann die Sensoranordnung ohne Kleben oder Umspritzen lösbar mit dem Grundkörper verbunden werden. Ein direkter mittelbarer oder unmittelbarer Kraftschluss ist dabei für die zuverlässige Funktion vorteilhaft. If the sensor arrangement is mechanically connected to the base body after the production and electroplating of the base body, in particular directly positively and / or indirectly with the interposition of a carrier, the sensor arrangement can be detachably connected to the base body without gluing or overmolding. A direct indirect or immediate frictional connection is advantageous for reliable function.
Wenn das Sensorelement nach der Herstellung und Galvanisierung des Grundkörpers adhäsiv oder stoffschlüssig auf der Rückseite des Grundkörpers in dem Bereich, insbesondere mit reduzierter Dicke, angebracht wird, kann eine Qualitätsprüfung des Grundkörpers bereits vor der Sensormontage durchgeführt werden. Dadurch werden, anders als im Stand der Technik, im Fehlerfall nicht die zuvor bereits montierten Sensorkomponenten verworfen.If the sensor element is attached adhesively or cohesively to the rear of the base body in the area, in particular with reduced thickness, after the production and electroplating of the base body, a quality check of the base body can be carried out before the sensor is installed. As a result, unlike in the prior art, the previously installed sensor components are not discarded in the event of a fault.
Die galvanische Beschichtung kann im Bereich der Sensoranordnung perforiert und/oder durchleuchtbar sein. The galvanic coating can be perforated and / or translucent in the area of the sensor arrangement.
Vorzugsweise bestehen eine der Rückseite des fertigen Bedienelements zugewandte Schicht aus Polycarbonat und eine der Sichtseite zugewandte Schicht aus ABS oder einem ABS-Copolymer. A layer facing the rear side of the finished operating element is preferably made of polycarbonate and a layer facing the visible side is made of ABS or an ABS copolymer.
Der Grundkörper ist bevorzugt im Mehrkomponenten-Spritzgießverfahren gefertigt. The base body is preferably manufactured using the multi-component injection molding process.
Das so ausgebildete Bedienelement weist einerseits die mechanischen Eigenschaften bekannter Bedienelemente auf, kann aber mit einer weitgehend frei gestaltbaren Oberfläche versehen werden und funktional nicht nur als Taster funktionieren, sondern als eindimensionales oder zweidimensionales Sensorfeld wirken, so dass beispielsweise Streichgesten wie Wischen auf einer durchgehenden metallischen Oberfläche erfasst werden können. The control element designed in this way has on the one hand the mechanical properties of known control elements, but can largely with one surface that can be freely designed and functionally not only function as a button, but also act as a one-dimensional or two-dimensional sensor field, so that, for example, stroking gestures such as wiping can be recorded on a continuous metallic surface.
Schließlich ist ein solches Bedienelement auch mit Handschuhen zuverlässig bedienbar, ohne dass die Handschuhe mit besonderen leitfähigen Fingerspitzen versehen sein müssen. Unbeabsichtigte Fehlbedienungen, wie sie bei konventionellen Touch-Feldern beispielsweise infolge von Eigenbewegungen des Fahrzeugs während der Fahrt Vorkommen können, können durch eine gezielte Einstellung von Signal-Schwellenwerten für die Parameter Zeit und Kraft vermieden werden. Finally, such an operating element can also be operated reliably with gloves, without the gloves having to be provided with special conductive fingertips. Unintentional operating errors, as can occur with conventional touch fields, for example as a result of the vehicle's own movements while driving, can be avoided by specifically setting signal threshold values for the parameters time and force.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung, die nur schematisch den jeweiligen Schichtaufbau der Bedienelemente zeigt, näher beschrieben. In the following, exemplary embodiments of the invention are described in more detail with reference to the drawing, which only schematically shows the respective layer structure of the operating elements.
Es zeigen: Show it:
Fig. 1: ein Bedienelement in einem Querschnitt von der Seite; 1: an operating element in a cross section from the side;
Fig. 2: ein anderes Bedienelement in einer Ansicht entsprechend Fig. 1;FIG. 2: another operating element in a view corresponding to FIG. 1; FIG.
Fig. 3: ein weiteres Bedienelement in einer Ansicht entsprechend Fig. 1 mit einer zentralen Freistellung an seiner Sichtseite; FIG. 3: a further operating element in a view corresponding to FIG. 1 with a central clearance on its visible side; FIG.
Fig. 4: ein anderes Bedienelement in einer Ansicht entsprechend Fig. 1 mit einer galvanoinerten zweiten Spritzgusskomponente in einem zentralen Bereich der Sichtseite; FIG. 4 shows another operating element in a view corresponding to FIG. 1 with an electroplated second injection-molded component in a central area of the visible side; FIG.
Fig. 5: ein Bedienelement in einer Ansicht entsprechend Fig. 1 mit einer an der Sichtseite sichtbaren, nicht beschichteten Dekorfolie; sowie FIG. 5: an operating element in a view corresponding to FIG. 1 with an uncoated decorative film visible on the visible side; FIG. as
Fig. 6: ein anderes Bedienelement in einer Ansicht entsprechend Fig. 1 mit einem besonders dünnschichtigen Aufbau. In der Figur 1 ist ein erfindungsgemäßes Bedienelement 1 in einem Querschnitt von der Seite dargestellt. Eine Sichtseite 2 ist in dieser Darstellung oben angeordnet, eine Rückseite 3 weist nach unten. Das Bedienelement 1 weist einen Grundkörper 4 auf, der aus einer einzigen Komponente gefertigt ist, nämlich aus einem galvanisch beschichtbaren, spritzgießfähigen Kunststoff wie ABS. Der Grundkörper 2 ist an seiner äußeren Oberfläche vollumfänglich mit einer galvanisch erzeugten Beschichtung 5 versehen und weist somit eine geschlossene Metalloberfläche auf, die allenfalls von kleinen, produktionstechnisch bedingten und außerhalb der Sichtseite 2 angeordneten Punkten unterbrochen ist. FIG. 6: Another operating element in a view corresponding to FIG. 1 with a particularly thin-layer structure. In FIG. 1, an operating element 1 according to the invention is shown in a cross section from the side. A visible side 2 is arranged at the top in this illustration, a rear side 3 points downward. The operating element 1 has a base body 4 which is made from a single component, namely from a galvanically coatable, injection-moldable plastic such as ABS. The outer surface of the base body 2 is fully provided with a galvanically generated coating 5 and thus has a closed metal surface, which is interrupted at most by small, production-related points arranged outside the visible side 2.
Eine solche durchgehend metallische Oberfläche ist für kapazitive Sensoren, deren Funktion auf einer Änderung der Dielektrizitätskonstante bei Berührung basiert, nicht geeignet. Such a continuously metallic surface is not suitable for capacitive sensors whose function is based on a change in the dielectric constant when touched.
Ein auf Druck bzw. Krafteinwirkung sensitives Sensorelement 6 ist an der der Sichtseite 2 abgewandten Rückseite 3 des Bedienelements 1 angeordnet. Die Befestigung des Sensorelements 6 erfolgt, wie aus dem Schichtaufbau erkennbar ist, erst nach der galvanischen Beschichtung des Grundkörpers 4. Das Sensorelement 6 ist an dieser Stelle mittels Kleben oder Heißprägen befestigt, so dass eine dauerhafte und kraftschlüssige Verbindung gewährleistet ist. A sensor element 6 that is sensitive to pressure or the action of force is arranged on the rear side 3 of the operating element 1 facing away from the visible side 2. As can be seen from the layer structure, the sensor element 6 is only fastened after the galvanic coating of the base body 4. The sensor element 6 is fastened at this point by means of gluing or hot stamping, so that a permanent and non-positive connection is ensured.
Eine Anschlussleitung 7 verbindet das Sensorelement 6 mit einer nicht dargestellten Auswerteelektronik. A connecting line 7 connects the sensor element 6 to evaluation electronics (not shown).
Die Figur 2 zeigt ein Bedienelement 1 ähnlich Figur 1. Gleiche oder funktionsgleiche Elemente tragen gleiche Bezugsziffern. FIG. 2 shows an operating element 1 similar to FIG. 1. Identical or functionally identical elements have the same reference numbers.
Abweichend von Figur 1 ist hier der Grundkörper im Zweikomponenten- Spritzgussverfahren gefertigt worden. Eine Komponente ist wie in Figur 1 der galvanisch beschichtbare Grundkörper 4 aus ABS, der der Sichtseite 2 zugewandt ist. Eine weitere Komponente ist eine auf die Rückseite des ABS- Grundkörpers 4 aufgespritzte Schicht 8 aus einem nicht galvanisch beschichtbaren Kunststoff, beispielsweise einem Polycarbonat (PC). Diese Schicht 8 ist der Rückseite 3 des Bedienelements 1 zugewandt. Nach dem galvanischen Erzeugen der metallischen Beschichtung 5, die sich nur auf dem ABS-Grundkörper 4 ausbildet, wird das Sensorelement 6 auf der unbeschichteten Rückseite 3 wie oben beschrieben angebracht. Vorteil dieses Schichtaufbaus sind andere mechanische Eigenschaften des Grundkörpers und eine andere Materialpaarung im Verbindungsbereich des Sensorelements 6.In contrast to FIG. 1, the base body here has been manufactured using the two-component injection molding process. As in FIG. 1, one component is the galvanically coatable base body 4 made of ABS, which faces the visible side 2. Another component is a layer 8 made of a plastic that cannot be electroplated, for example a polycarbonate (PC), which is sprayed onto the rear side of the ABS base body 4. This layer 8 faces the rear side 3 of the operating element 1. After this galvanic production of the metallic coating 5, which is only formed on the ABS base body 4, the sensor element 6 is attached to the uncoated rear side 3 as described above. The advantages of this layer structure are different mechanical properties of the base body and a different material pairing in the connection area of the sensor element 6.
Die Figur 3 zeigt den gleichen Schichtaufbau wie Figur 2. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine Freistellung 9 in der Sichtseite 2 des Bedienelements 1 vorgesehen. Diese Freistellung ermöglicht die Sichtbarkeit des Materials des Grundkörpers 4 als Symbol in der galvanischen Beschichtung 5. Das Symbol kann die Funktion des Bedienelements 1 verdeutlichen. FIG. 3 shows the same layer structure as FIG. 2. In this exemplary embodiment, an exposure 9 is provided in the visible side 2 of the operating element 1. This release enables the material of the base body 4 to be seen as a symbol in the galvanic coating 5. The symbol can clarify the function of the operating element 1.
Ein weiterer Aufbau eines Bedienelements 1 ist in der Figur 4 veranschaulicht. Hier ist das Bedienelement 1 ähnlich wie in Figur 3 aufgebaut, jedoch wurde im Spritzgießprozess eine dritte Komponente 10 eingespritzt, die zunächst außen umfänglich von dem ABS-Grundkörper 4 umgeben ist und zu der Sichtseite 2 hin über diesen hinaussteht. Die Komponente 10 ist nicht galvanisierbar. In der Galvanik wird dann auf dem ABS-Grundkörper 4 eine Metallschicht erzeugt, deren Dicke dem Überstand der Komponente 10 über den Grundkörper 4 entspricht, so dass die Oberfläche an der Sichtseite 2 im Wesentlichen absatzfrei ist, aber die Komponente 10 als sichtbares Gestaltungselement trägt. Another structure of an operating element 1 is illustrated in FIG. Here, the operating element 1 is constructed similarly to FIG. 3, but a third component 10 was injected in the injection molding process, which is initially surrounded on the outside circumferentially by the ABS base body 4 and protrudes beyond the visible side 2. The component 10 cannot be electroplated. In the electroplating process, a metal layer is then produced on the ABS base body 4, the thickness of which corresponds to the protrusion of the component 10 over the base body 4, so that the surface on the visible side 2 is essentially free of steps, but carries the component 10 as a visible design element.
Die Komponente 10 kann gefärbt und/oder transparent oder transluzent sein. Wenn beispielsweise die zweite Komponente 8 und die Komponente 10 aus einem transparenten Polycarbonat gefertigt sind, kann das Polycarbonat von der Rückseite her beleuchtet und durchleuchtet werden, so dass die Komponente 10 auf er Sichtseite 2 ein leuchtendes Symbol darstellt. Gleichzeitig markiert bei dieser Ausführungsform die Komponente 10 den zentralen Bereich des Bedienelements 1, in dem eine Krafteinwirkung auf die Sichtseite 2 zu einem besonders großen elektrisch auswertbaren Signal des Sensorelements 6 führt. The component 10 can be colored and / or transparent or translucent. If, for example, the second component 8 and the component 10 are made of a transparent polycarbonate, the polycarbonate can be illuminated and transilluminated from the rear, so that the component 10 represents a luminous symbol on the visible side 2. At the same time, in this embodiment, the component 10 marks the central area of the operating element 1, in which a force acting on the visible side 2 leads to a particularly large electrically evaluable signal from the sensor element 6.
Die Figur 5 zeigt einen Aufbau ähnlich Figur 3, wobei die galvanisierbare ABS- Komponente als dünne Folie 11 ausgeführt ist. Solche Folien sind aus dem Spritgießbereich bekannt und werden zur Herstellung farbig oder durch Bedruckung dekorierter Oberflächen in Mehrkomponentenbauteilen eingesetzt. Ein Vorteil dieser Ausführungsform ist die größere mechanische Nachgiebigkeit des Schichtaufbaus gegenüber Figur 3, was bei Betätigung mit derselben zu einem größeren auswertbaren Sensorsignal Kraft führt. Die Folie kann z. B. ein ABS/PC-Copolymer sein. FIG. 5 shows a structure similar to FIG. 3, the ABS component that can be electroplated being designed as a thin film 11. Such films are known from the area of injection molding and are colored or colored for production Printing of decorated surfaces used in multi-component parts. An advantage of this embodiment is the greater mechanical resilience of the layer structure compared to FIG. 3, which when actuated with the same leads to a larger evaluable sensor signal force. The film can e.g. B. be an ABS / PC copolymer.
Figur 6 zeigt schließlich ein Bedienelement mit einem Schichtaufbau wie in Figur 5 und daraus resultierend ähnlichen mechanischen Eigenschaften, jedoch mit einer geschlossenen Oberfläche auf der Sichtseite 2. Finally, FIG. 6 shows an operating element with a layer structure as in FIG. 5 and resulting similar mechanical properties, but with a closed surface on the visible side 2.
Die Ausführungsformen der Figuren 1, 2 und 6 haben gemeinsam, dass die Sichtseite 2 jeweils eine geschlossene metallische Oberfläche bildet, die für herkömmliche kapazitive Sensoren, die auf der oben erwähnten Änderung der Dielektrizitätskonstante bei Berührung reagieren, nicht geeignet ist. Das kraftbasierte Sensorelement 6 reagiert auf einen Druck auf die Sichtseite 2, indem bereits eine geringfügige Verformung zu einer Kapazitätsänderung führt, weil sich das Dielektrikum des Sensors verformt und sich dabei der effektive Abstand der Kondensatorelektroden ändert. Die detektierte äußere Einwirkung auf den Sensor ist also rein mechanisch. Es kommt auf die elektrischen Eigenschaften des Bedienelements nicht an. The embodiments of FIGS. 1, 2 and 6 have in common that the visible side 2 each forms a closed metallic surface which is not suitable for conventional capacitive sensors that react to the above-mentioned change in the dielectric constant when touched. The force-based sensor element 6 reacts to pressure on the visible side 2 in that even a slight deformation leads to a change in capacitance, because the dielectric of the sensor is deformed and the effective distance between the capacitor electrodes changes. The detected external influence on the sensor is therefore purely mechanical. The electrical properties of the control element are not important.
Deshalb ist auch die Anbringung des Sensorelements 6 nach der Fertigstellung der galvanischen Beschichtung möglich. It is therefore also possible to attach the sensor element 6 after the galvanic coating has been completed.
Die Oberflächen der Sichtseiten 2 der Bedienelemente aus den Figuren 1,2 und 6 können zum Beispiel mittels Laser lokal erhitzt werden, so dass sich Anlassfarben auf der Metalloberfläche ausbilden. Diese Anlasslaserung kann zur Ausbildung von Beschriftungen oder Symbolen genutzt werden. Die dabei entstehende Wärme kann nicht zu einer Beschädigung des Sensorelements 6 führen, da dieses zum Zeitpunkt der Laserbearbeitung noch nicht montiert ist.The surfaces of the visible sides 2 of the operating elements from FIGS. 1, 2 and 6 can be locally heated, for example by means of a laser, so that tempering colors develop on the metal surface. This laser treatment can be used to create labels or symbols. The resulting heat cannot damage the sensor element 6, since it is not yet mounted at the time of the laser processing.
Das Sensorelement 6 kann nicht nur einen einzelnen Sensor umfassen, sondern insbesondere auch ein lineares oder flächiges, zweidimensionales Array darstellen. Solche Sensoren sind in Folienform verfügbar und können wie z. B. in Figur 6 dargestellt die Rückseite eines Bedienelements in einem größeren Bereich abdecken. Wenn ein Benutzer nun mit einem Finger mit einer Kraft oberhalb der Detektionsschwelle des Sensorelements 6 über die Sichtseite 2 des Bedienelements 1 fährt, kann das Sensorelement 6 die Spur der Bewegung aufnehmen und so Funktionen nachbilden, die denen eines Touchscreens ähneln. Es ist auch möglich, den Sensor dadurch auszubilden, dass eine Seite des Kondensators durch die Sensorfolie und die andere Seite durch die Galvanikoberfläche selbst gebildet werden. Das Bedienprinzip und die erzielten Vorteile bleiben dabei im Wesentlichen gleich. The sensor element 6 can not only comprise a single sensor, but in particular also represent a linear or flat, two-dimensional array. Such sensors are available in film form and can, such as. B. shown in Figure 6 cover the back of a control element in a larger area. If a user is now using one finger a force above the detection threshold of the sensor element 6 moves over the visible side 2 of the operating element 1, the sensor element 6 can pick up the trace of the movement and thus simulate functions that are similar to those of a touchscreen. It is also possible to design the sensor in that one side of the capacitor is formed by the sensor film and the other side by the electroplating surface itself. The operating principle and the advantages achieved remain essentially the same.

Claims

Patentansprüche Claims
1. Bedienelement (1) mit einer Sichtseite (2) und einer Rückseite (3), mit einem Grundkörper aus Kunststoff, der wenigstens eine galvanisierbare Kunststoffkomponente (4) umfasst, und mit einer auf der Sichtseite aufgebrachten galvanisch erzeugten Metallschicht (5), die zumindest einen Teil der Sichtseite bedeckt, wobei der Grundkörper an seiner Rückseite wenigstens eine berührungsempfindliche Sensoranordnung (6) trägt, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (6) eine auf Druck sensitive, kapazitiv arbeitende Sensoranordnung (6) ist, bei der eine effektive Änderung des Abstandes der Kondensatorelektroden detektiert wird. 1. Control element (1) with a visible side (2) and a rear side (3), with a base body made of plastic, which comprises at least one galvanizable plastic component (4), and with a galvanically generated metal layer (5) applied to the visible side, which covers at least part of the visible side, the base body carrying at least one touch-sensitive sensor arrangement (6) on its rear side, characterized in that the sensor arrangement (6) is a pressure-sensitive, capacitive sensor arrangement (6), in which an effective change in the Distance of the capacitor electrodes is detected.
2. Bedienelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (6) eine zweidimensional ortsauflösende kapazitiv arbeitende Sensorfolie ist. 2. Operating element according to claim 1, characterized in that the sensor arrangement (6) is a two-dimensionally spatially resolving capacitively operating sensor film.
3. Bedienelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (6) eine eindimensional ortsauflösende kapazitiv arbeitende Sensorfolie ist. 3. Operating element according to claim 1, characterized in that the sensor arrangement (6) is a one-dimensional, spatially resolving capacitively operating sensor film.
4. Bedienelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (6) nach der Herstellung und Galvanisierung des Grundkörpers mechanisch mit dem Grundkörper verbunden wird, insbesondere unmittelbar formschlüssig und/oder mittelbar unter Zwischenschaltung eines Trägers. 4. Control element according to one of claims 1 to 3, characterized in that the sensor arrangement (6) is mechanically connected to the base body after the production and electroplating of the base body, in particular directly positively and / or indirectly with the interposition of a carrier.
5. Bedienelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (6) nach der Herstellung und Galvanisierung des Grundkörpers adhäsiv oder stoffschlüssig auf der Rückseite (3) des Grundkörpers in einem Bereich mit reduzierter Dicke angebracht ist. 5. Control element according to one of claims 1 to 3, characterized in that the sensor arrangement (6) after the production and electroplating of the base body is attached adhesively or cohesively on the back (3) of the base body in an area of reduced thickness.
6. Bedienelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die galvanische Beschichtung (5) im Bereich der darunter angebrachten Sensoranordnung (6) perforiert und/oder durchleuchtbar ist. 6. Control element according to one of the preceding claims, characterized in that the galvanic coating (5) is perforated and / or transilluminated in the area of the sensor arrangement (6) attached below it.
7. Bedienelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Rückseite (3) des fertigen Bedienelements (1) zugewandte Schicht (8) aus einem Polycarbonat und eine der Sichtseite (2) zugewandte Schicht (4) aus ABS oder einem ABS/PC-Copolymer gefertigt ist. 7. Control element according to one of the preceding claims, characterized in that one of the rear side (3) of the finished control element (1) facing layer (8) made of a polycarbonate and one of the visible side (2) facing layer (4) made of ABS or an ABS / PC copolymer is made.
8. Bedienelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper im Mehrkomponenten- Spritzgießverfahren gefertigt ist. 8. Control element according to one of the preceding claims, characterized in that the base body is manufactured in a multi-component injection molding process.
9. Bedienelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die galvanische Beschichtung (5) in dem Bereich, der die Sensoranordnung (6) überdeckt, frei von Durchbrüchen ist. 9. Control element according to one of the preceding claims, characterized in that the galvanic coating (5) is free of perforations in the area which covers the sensor arrangement (6).
10. Bedienelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die galvanische Beschichtung (5) in dem Bereich, der die Sensoranordnung (6) überdeckt, durch lokale Erhitzung verfärbt ist. 10. Operating element according to one of the preceding claims, characterized in that the galvanic coating (5) is discolored by local heating in the area which covers the sensor arrangement (6).
11. Bedienelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die galvanische Beschichtung (5) in dem Bereich, der die Sensoranordnung (6) überdeckt, mittels Laser beschriftet oder dekoriert ist. 11. Operating element according to one of the preceding claims, characterized in that the galvanic coating (5) is labeled or decorated by means of a laser in the area which covers the sensor arrangement (6).
12. Verfahren zur Herstellung eines Bedienelements (1) mit einer Sichtseite (2) und einer Rückseite (3), mit einem Grundkörper aus Kunststoff, der wenigstens eine galvanisierbare Kunststoffkom ponente (4) umfasst, und mit einer auf der Sichtseite aufgebrachten galvanisch erzeugten Metallschicht (5), die zumindest einen Teil der Sichtseite bedeckt, wobei der Grundkörper an seiner Rückseite wenigstens eine berührungsempfindliche Sensoranordnung (6) trägt, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (6) eine auf Druck sensitive, kapazitiv arbeitende Sensoranordnung (6) ist, bei der eine effektive Änderung des Abstandes der Kondensatorelektroden detektiert wird und dies Sensoranordnung nach der Fertigstellung der Metallschicht (5) montiert wird. 12. A method for producing a control element (1) with a visible side (2) and a rear side (3), with a base body made of plastic, which comprises at least one galvanizable Kunststoffkom component (4), and with a galvanically generated metal layer applied to the visible side (5), which covers at least part of the visible side, the base body carrying at least one touch-sensitive sensor arrangement (6) on its rear side, thereby characterized in that the sensor arrangement (6) is a pressure-sensitive, capacitive sensor arrangement (6) in which an effective change in the distance between the capacitor electrodes is detected and this sensor arrangement is mounted after the metal layer (5) has been completed.
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