DE102008044974A1

DE102008044974A1 - Bauteil mit einem Kunststoffkörper mit einem metallisch beschichteten Oberflächenbereich und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102008044974A1
Application number: DE200810044974
Authority: DE
Inventors: Marcel Dipl.-Ing. Bastiaanse; Udo Dipl.-Ing. Gayer (Fh)
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2008-08-29
Filing date: 2008-08-29
Publication date: 2010-03-04

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bauteil (1) mit einem Kunststoffkörper (2), der aus elektrisch isolierendem Kunststoff besteht und einem mit einer metallischen Beschichtungssubstanz (4) beschichteten Oberflächenbereich (3) aufweist. In den Kunststoffkörper (2) ist für jeden zusammenhängenden Teilbereich (3.1, 3.2) des beschichteten Oberflächenbereiches (3) ein diesem Teilbereich (3.1, 3.2) zugeordnetes elektrisch leitfähiges Kontaktelement (5.1, 5.2) eingelassen. Jedes Kontaktelement (5.1, 5.2) ist an einem ersten Ende (6) mit der metallischen Beschichtungssubstanz (4) des jeweiligen Teilbereiches (3.1, 3.2) elektrisch leitend verbunden, verläuft von diesem Teilbereich (3.1, 3.2) durch den Kunststoffkörper (2) zu einer Rückseite (7) des Bauteils (1) und ist dort an einem zweiten Ende (8) elektrisch kontaktierbar. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Bauteils (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Bauteil mit einem Kunststoffkörper mit einem mit einer metallischen Beschichtungssubstanz beschichteten Oberflächenbereich und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Bauteile mit einem Kunststoffkörper wie Bedienelemente von Betätigungsflächen, z. B. in Fahrzeugen, werden häufig wenigstens teilweise metallisch beschichtet, beispielsweise um sie optisch aufzuwerten, mit Symbolen zu versehen oder ihre Oberfläche widerstandsfähiger zu machen.
Aus US 20040227688 A1 ist ein Bauteil bekannt, das unter anderem aus einem mit Metall beschichteten, elektrisch leitfähigen Material besteht, welches sich aus Harz und elektrisch leitfähigen Stoffen zusammensetzt. Ferner ist aus US 20040227688 A1 ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Bauteils bekannt.
Aus US 20060222824 A1 ist ein mehrfarbiges, aus Harz geformtes Bauteil für mobile Geräte bekannt, das aus verschiedenen Harztypen gebildet wird. Dabei sind verschiedene voneinander getrennte Bereiche einer Oberfläche des Bauteils mit de gleichen oder verschiedenen Metallen beschichtet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Bauteil mit einem Kunststoffkörper anzugeben, der zumindest teilweise metallisch beschichtet ist. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Bauteils anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Bauteil mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen und ein Verfahren mit den im Anspruch 7 angegebenen Merkmalen gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße Bauteil weist einen Kunststoffkörper auf, der aus elektrisch isolierendem Kunststoff besteht und einen mit einer metallischen Beschichtungssubstanz beschichteten Oberflächenbereich aufweist. In den Kunststoffkörper ist für jeden zusammenhängenden Teilbereich des beschichteten Oberflächenbereiches ein diesem Teilbereich zugeordnetes elektrisch leitfähiges Kontaktelement eingelassen. Jedes Kontaktelement ist an einem ersten Ende mit der metallischen Beschichtungssubstanz des jeweiligen Teilbereiches elektrisch leitend verbunden, verläuft von diesem Teilbereich durch den Kunststoffkörper zu einer Rückseite des Bauteils und ist dort an einem zweiten Ende elektrisch kontaktierbar.
Jeder zusammenhängende Teilbereich des metallisch beschichteten Oberflächenbereiches kann somit vorteilhaft einzeln über das zweite Ende des ihm zugeordneten Kontaktelementes elektrisch kontaktiert werden. Dadurch kann jedes Kontaktelement beispielsweise elektrische Signale von einem ihm zugeordneten Bereich der metallischen Oberflächenschicht zu einem mit seinem zweiten Ende elektrisch verbundenen elektronischen System leiten. Unter anderem können zwei metallisch beschichtete Felder nebeneinander angeordnet und einzeln kontaktiert werden, so dass ein Schaltkreis durch gleichzeitiges Berühren beider Felder mit einem Finger geschlossen wird. Auf diese Weise können berührungsempfindliche Schaltelemente realisiert werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Bauteils wird dessen Kunststoffkörper durch Spritzgießen aus dem elektrisch isolierenden Kunststoff hergestellt und der mit der metallischen Beschichtungssubstanz zu beschichtende Oberflächenbereich des Kunststoffkörpers galvanisierbar gemacht. Dabei werden die Kontaktelemente bei dem Spritzgießen in den Kunststoffkörper eingebracht, so dass jedes Kontaktelement an seinem ersten Ende den ihm zugeordneten Teilbereich des zu beschichtenden Oberflächenbereiches des Kunststoffkörpers berührt. Die metallische Beschichtungssubstanz wird durch ein Galvanisieren des mit den Kontaktelementen versehenen Kunststoffkörpers aufgebracht, wobei an jedes Kontaktelement über dessen zweites Ende eine elektrische Spannung gelegt wird.
Dadurch, dass das Kontaktelement an seinem ersten Ende den ihm zugeordneten Teilbereich des zu beschichtenden Oberflächenbereiches berührt, ist es nach dem Galvanisierbarmachen dieses Bereiches elektrisch leitend mit ihm verbunden. Dadurch kann über das zweite Ende des Kontaktelementes eine elektrische Spannung an diesen Bereich gelegt werden. Beim Galvanisieren des Kunststoffkörpers wird auf diese Weise jeweils eine Spannung an die zu beschichtenden Oberflächenbereiche gelegt. Dadurch werden nur diese Bereiche der Oberfläche des Kunststoffkörpers galvanisiert und somit die Oberfläche selektiv metallisch beschichtet.
Gegenüber herkömmlichen Galvanisierungsverfahren, bei denen ein Oberflächenbereich eines Kunststoffkörpers metallisch beschichtet wird, vereinfacht und verbessert das erfindungsgemäße Verfahren die elektrische Kontaktierung des zu beschichtenden Oberflächenbereiches. Insbesondere erfordert das erfindungsgemäße Verfahren keine elektrischen Stromstege, die zur elektrischen Kontaktierung des zu beschichtenden Oberflächenbereiches zu diesem Bereich gelegt werden müssen. Dadurch werden Ausschusszahlen bei der Herstellung von Bauteilen reduziert, die bei herkömmlichen Galvanisierungsverfahren durch Fehlbelegung infolge von durchgebrannten Stromstegen entstehen.
Der Wegfall von Stromstegen erhöht außerdem die Flexibilität der Anordnung metallisch beschichteter Teile einer Oberfläche. Dadurch nimmt die gestalterische Freiheit bei der Beschichtung der Oberfläche vorteilhaft zu. Bei der Verwendung von transluzentem Kunststoff können ferner Bauteile erzeugt werden, die hinterleuchtet werden können, so dass auf der Oberfläche der Bauteile beispielsweise nachts leuchtende Symbole gezeigt werden können, ohne dass zur Fertigung verwendete Stromstege sichtbar werden. Dadurch kann die Wertanmutung von erfindungsgemäß hergestellten Bedienelementen deutlich gesteigert werden. Bei einer geschickten Anordnung der Kontaktelemente können zudem mittels eines Werkzeuges mehrere Symbolvarianten erzeugt werden.
Insgesamt wird durch die Erfindung somit eine Erhöhung der Funktionalität, Wertanmutung und Gestaltungsvielfalt von galvanisierten Bauteilen ermöglicht und der Fertigungsprozess derartiger Bauteile verbessert.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Zeichnungen beschrieben. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen in:
1 schematisch ein erfindungsgemäßes Bauteil in einer Schnittdarstellung,
2 einen Ausschnitt eines Schnittes durch einen Kunststoffkörper eines erfindungsgemäßen Bauteils mit einem in den Kunststoffkörper eingelassenen Kontaktelement,
3 einen Warnblinkschalter in einer perspektivischen Schnittdarstellung, und
4 einen Heckscheibenheizungsschalter in einer perspektivischen Draufsicht.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt ein erfindungsgemäßes Bauteil 1 in einer schematischen Schnittdarstellung. Das Bauteil 1 weist einen Kunststoffkörper 2 aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff auf. Der Kunststoffkörper 2 weist einen mit einer metallischen Beschichtungssubstanz 4 beschichteten Oberflächenbereich 3 auf, der sich aus zwei voneinander getrennten Teilbereichen 3.1, 3.2 zusammensetzt.
In den Kunststoffkörper 2 sind zwei gleichartig ausgebildete elektrisch leitfähige Kontaktelemente 5.1, 5.2, auch Pins genannt, eingelassen, die vorzugsweise aus Edelstahl bestehen. Dabei ist ein erstes Kontaktelement 5.1 einem ersten Teilbereich 3.1 des Oberflächenbereiches 3 zugeordnet und schließt an einem ersten Ende 6 bündig mit dem ersten Teilbereich 3.1 ab. Das zweite Kontaktelement 5.2 ist dem zweiten Teilbereich 3.2 des Oberflächenbereiches 3 zugeordnet und schließt an seinem ersten Ende 6 bündig mit dem zweiten Teilbereich 3.2 ab.
Jedes der Kontaktelemente 5.1, 5.2 ist ferner an seinem ersten Ende 6 elektrisch leitend mit der metallischen Beschichtungssubstanz 4 des ihm zugeordneten Teilbereiches 3.1, 3.2 des Oberflächenbereiches 3 verbunden und verläuft von diesem Teilbereich 3.1, 3.2 durch den Kunststoffkörper 2 zu einer Rückseite 7 des Bauteils 1, wo es aus dem Kunststoffkörper 2 heraus ragt, so dass es an einem zweiten Ende 8 elektrisch kontaktierbar ist.
Die Kontaktelemente 5.1, 5.2 sind im Wesentlichen stabförmig ausgebildet, wobei sie im durch den Kunststoffkörper 2 verlaufenden Bereich jeweils eine Verengung 9 ihres Querschnittes aufweisen. Diese Verengungen 9 verankern die Kontaktelemente 5.1, 5.2 in dem Kunststoffkörper 2 und wirken somit vorteilhaft einem Herausrutschen der Kontaktelemente 5.1, 5.2 aus dem Kunststoffkörper 2 entgegen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Bauteils 1 wird der Kunststoffkörper 2 aus dem elektrisch isolierenden Kunststoff spritzgegossen, wobei gleichzeitig die Kontaktelemente 5.1, 5.2 in den Kunststoffkörper 2 derart eingebracht werden, dass jedes Kontaktelement 5.1, 5.2 an seinem ersten Ende 6 den ihm zugeordneten Teilbereich 3.1, 3.2 des zu beschichtenden Oberflächenbereiches 3 berührt.
Die Beschichtung des Oberflächenbereiches 3 mit der metallischen Beschichtungssubstanz 4 erfolgt durch einen Galvanisierungsprozess. Da der Kunststoffkörper 2 aus elektrisch isolierendem Kunststoff besteht, werden zunächst die Teilbereiche 3.1, 3.2 des zu beschichtenden Oberflächenbereiches 3 für den eigentlichen Galvanisierprozess aktiviert, d. h. galvanisierbar gemacht. Dazu werden auf die Teilbereiche 3.1, 3.2 elektrisch leitfähige Partikel, vorzugsweise Kupfer- und/oder Nickelpartikel, aufgebracht, so dass die Teilbereiche 3.1, 3.2 elektrisch leitfähig und damit für den eigentlichen Galvanisierprozess aktiviert werden.
Für eine derartige Aktivierung der Teilbereiche 3.1, 3.2 eignen sich verschiedene auf dem Gebiet der Kunststoffgalvanisierung bereits bekannte Verfahren. Bei vielen dieser Verfahren werden die zu aktivierenden Teilbereiche 3.1, 3.2 zunächst aufgeraut. Die aufgerauten Teilbereiche 3.1, 3.2 werden anschließend häufig außenstromlos vernickelt oder verkupfert, indem zunächst in die aufgerauten Teilbereiche 3.1, 3.2 Palladiumkeime eingelagert werden, an denen sich dann in einem chemischen Nickel- oder Kupferbad Nickel oder Kupfer anlagert.
Dabei können die zu aktivierenden Teilbereiche 3.1, 3.2 auf verschiedene Weisen aufgeraut werden. In einem dazu verwendbaren bekannten Verfahren wird beispielsweise zunächst der mit den Kontaktelementen 5.1, 5.2 versehene Kunststoffkörper 2 lackiert. Anschließend wird der Lack von den Teilbereichen 3.1, 3.2 abgetragen. Die lackfreien Teilbereiche 3.1, 3.2 werden dann chemisch durch Beizen aufgeraut. Von den noch lackierten Oberflächenbereichen kann schließlich optional der Lack ebenfalls abgetragen werden. Anstelle einer Lackierung der nicht aufzurauenden Oberflächenbereiche können diese auch mittels einer Maskentechnik abgedeckt werden.
Alternativ können die Teilbereiche 3.1, 3.2 beispielsweise durch Laserbestrahlung aufgeraut werden.
Nach der Aktivierung der Teilbereiche 3.1, 3.2 wird die metallische Beschichtungssubstanz 4 durch einen Galvanisierungsprozess auf den Oberflächenbereich 3 aufgebracht. Dazu wird an jedes Kontaktelement 5.1, 5.2 eine elektrische Spannung gelegt, indem das zweite Ende 8 des Kontaktelementes 5.1, 5.2 über einen elektrischen Kontakt 10.1, 10.2 mit einer nicht dargestellten elektrischen Spannungsquelle elektrisch verbunden wird.
Da die Kontaktelemente 5.1, 5.2 an ihrem ersten Ende 6 jeweils einen der aktivierten Teilbereiche 3.1, 3.2 berühren, wird dadurch auch eine elektrische Spannung an die aktivierten Teilbereiche 3.1, 3.2 gelegt. Beim Galvanisierungsprozess lagert sich durch die anliegende elektrische Spannung metallische Beschichtungssubstanz 4 an den aktivierten Teilbereichen 3.1, 3.2 und den an der Vorderseite 11 des Bauteils 1 liegenden Oberflächen 12.1, 12.2 der Kontaktelemente 5.1, 5.2 ab, während die übrigen Bereiche der Oberfläche der Vorderseite 11 des Bauteils 1 unbeschichtet bleiben, da sie nicht für das Galvanisieren aktiviert wurden.
2 zeigt einen Ausschnitt eines Schnittes durch einen Kunststoffkörper 2 eines erfindungsgemäßen Bauteils 1 mit einem in den Kunststoffkörper 2 eingelassenen elektrisch leitfähigen Kontaktelement 5.1. Zur Verankerung in dem Kunststoffkörper 2 weist das Kontaktelement 5.1 in seinem in dem Kunststoffkörper 2 verlaufenden Bereich eine Verengung 9 seines Querschnittes auf. Das Kontaktelement 5.1 schließt an der Vorderseite 11 des Bauteils 1 bündig mit der Oberfläche des Kunststoffkörpers 2 ab und ragt an der Rückseite 7 des Bauteils 1 aus dem Kunststoffkörper 2 heraus.
3 zeigt ein als Warnblinkschalter 1.1 ausgestaltetes erfindungsgemäßes Bauteil 1 in einer perspektivischen Schnittdarstellung.
Der Warnblinkschalter 1.1 weist einen Kunststoffkörper 2 auf und ist auf seiner Vorderseite 11 teilweise mit metallischer Beschichtungssubstanz 4 derart beschichtet, dass die beschichtete Fläche aus zwei dreieckigen Rahmen besteht, die zusammen ein Warnblinkschaltersymbol bilden. Dabei ist die einen ersten dieser Rahmen bildende metallische Beschichtungssubstanz 4 mit einem ersten Kontaktelement 5.1 elektrisch verbunden, das, wie oben anhand der 1 beschrieben, in den Kunststoffkörper 2 eingelassen ist und an der Rückseite 7 des Warnblinkschalters 1.1 aus dem Kunststoffkörper 2 heraus ragt. Entsprechend ist die einen zweiten dieser Rahmen bildende metallische Beschichtungssubstanz 4 mit einem zweiten Kontaktelement 5.2 elektrisch verbunden, das ebenfalls in den Kunststoffkörper 2 eingelassen ist und an der Rückseite 7 des Warnblinkschalters 1.1 aus ihm heraus ragt.
Vorzugsweise besteht der Kunststoffkörper 2 des Warnblinkschalters 1.1 aus einem transluzenten Kunststoff. Dies hat den Vorteil, dass er durch Hinterleuchten nachts beleuchtet werden und somit von einem Bediener nachts besser wahrgenommen werden kann.
Ferner sind die Kontaktelemente 5.1, 5.2 in diesem Ausführungsbeispiel bevorzugt über ihre zweiten Enden 8 an einen elektrischen Schaltkreis angeschlossen, so dass der Schaltkreis durch gleichzeitiges Berühren der beiden dreieckigen Rahmen des Warnblinkschaltersymbols mit einem Finger geschlossen wird. Auf diese Weise kann ein Warnblinklicht durch Berühren des Warnblinkschalters 1.1 eingeschaltet werden.
4 zeigt ein als Heckscheibenheizungsschalter 1.2 ausgestaltetes erfindungsgemäßes Bauteil 1 in einer perspektivischen Draufsicht.
In diesem Ausführungsbeispiel weist die Vorderseite 11 des Heckscheibenheizungsschalters 1.2 ein aus metallischer Beschichtungssubstanz 4 gebildetes Heckscheibenheizungsschaltersymbol auf.
Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist der Kunststoffkörper 2 des Heckscheibenheizungsschalters 1.2 bevorzugt transluzent ausgeführt, so dass der Heckscheibenheizungsschalter 1.2 bei Nacht durch Hinterleuchten besser wahrgenommen werden kann.

1: Bauteil
1.1: Warnblinkschalter
1.2: Heckscheibenheizungsschalter
2: Kunststoffkörper
3: Oberflächenbereich
3.1, 3.2: Teilbereiche
4: Beschichtungssubstanz
5.1, 5.2: Kontaktelemente
6: erstes Ende eines Kontaktelementes
7: Rückseite eines Bauteils
8: zweites Ende eines Kontaktelementes
9: Verengung
10.1, 10.2: elektrischer Kontakt
11: Vorderseite eines Bauteils
12.1, 12.2: Oberflächen von Kontaktelementen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 20040227688 A1 [0003, 0003]
- US 20060222824 A1 [0004]

Claims

Bauteil (1) mit einem Kunststoffkörper (2) mit einem mit einer metallischen Beschichtungssubstanz (4) beschichteten Oberflächenbereich (3), wobei der Kunststoffkörper (2) aus elektrisch isolierendem Kunststoff besteht, dadurch gekennzeichnet, dass in den Kunststoffkörper (2) für jeden zusammenhängenden Teilbereich (3.1, 3.2) des beschichteten Oberflächenbereiches (3) ein diesem Teilbereich (3.1, 3.2) zugeordnetes elektrisch leitfähiges Kontaktelement (5.1, 5.2) eingelassen ist, das an einem ersten Ende (6) mit der metallischen Beschichtungssubstanz (4) des jeweiligen Teilbereiches (3.1, 3.2) elektrisch leitend verbunden ist, von diesem Teilbereich (3.1, 3.2) durch den Kunststoffkörper (2) zu einer Rückseite (7) des Bauteils (1) verläuft und dort an einem zweiten Ende (8) elektrisch kontaktierbar ist.
Bauteil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Kontaktelement (5.1, 5.2) an der Rückseite (7) des Bauteils (1) aus dem Kunststoffkörper (2) heraus ragt.
Bauteil (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Bereich des Kunststoffkörpers (2) transluzent ist.
Bauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ende (6) jedes Kontaktelementes (5.1, 5.2) bündig mit dem ihm zugeordneten Teilbereich (3.1, 3.2) des beschichteten Oberflächenbereiches (3) des Kunststoffkörpers (2) abschließt.
Bauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktelemente (5.1, 5.2) stabförmig ausgebildet sind.
Bauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktelemente (5.1, 5.2) aus Edelstahl bestehen.
Verfahren zur Herstellung eines Bauteils (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der Kunststoffkörper (2) durch Spritzgießen aus dem elektrisch isolierenden Kunststoff hergestellt wird und der mit der metallischen Beschichtungssubstanz (4) zu beschichtende Oberflächenbereich (3) des Kunststoffkörpers (2) galvanisierbar gemacht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktelemente (5.1, 5.2) bei dem Spritzgießen in den Kunststoffkörper (2) eingebracht werden, so dass jedes Kontaktelement (5.1, 5.2) an seinem ersten Ende (6) den ihm zugeordneten Teilbereich (3.1, 3.2) des zu beschichtenden Oberflächenbereiches (3) des Kunststoffkörpers (2) berührt, und die metallische Beschichtungssubstanz (4) durch ein Galvanisieren des mit den Kontaktelementen (5.1, 5.2) versehenen Kunststoffkörpers (2) aufgebracht wird, wobei an jedes Kontaktelement (5.1, 5.2) über dessen zweites Ende (8) eine elektrische Spannung gelegt wird.