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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines mindestens ein elektrisches, insbesondere elektronisches, Bauteil umfassenden Produktes.
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Aus dem Stand der Technik sind, wie in der
DE 10 2011 003 239 A1 beschrieben, ein Sensormodul, ein Montageelement und ein Verfahren zur Herstellung eines Sensormoduls bekannt. Das Sensormodul umfasst einen Sensorträger mit einem Sensor und zumindest einer elektrischen Anschlussleitung sowie ein Montageelement mit einer Anlagefläche. Der Sensorträger ist zum Bilden eines Montagemoduls so auf dem Montageelement angeordnet, dass der Sensorträger bei einer Bewegung des Montageelements entlang einer Einführrichtung durch die Anlagefläche mit dem Montageelement mit bewegt wird. Das Sensormodul umfasst ferner ein Gehäuse mit einer Einführöffnung zum Einführen des Montagemoduls in das Gehäuse und einem Führungselement zum Führen des Montagemoduls in einem Inneren des Gehäuses entlang der Einführrichtung. Das Montagemodul ist in dem Gehäuse eingeführt angeordnet.
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Das Patent
DE 100 10 088 C1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer Fahrzeugkomponente, wie einer Türverkleidung, eines Armaturenbrettes, einer Mittelkonsole die mindestens eine Schalteinrichtung aufweist. Ein hochproduktives Verfahren mit einem ausgezeichneten Schutz der Schalteinrichtung gegen äußere Einwirkungen ergibt sich, wenn in einem Formwerkzeug eine Haut aus einem Weichcoatingmaterial gegossen wird, wenn die Innenseite der Haut im Formwerkzeug mit einer Schicht aus einem Reaktions-Schaummaterial hinterschäumt, und wenn an der Innenseite der Schaumschicht ein formstabiler Trägerkörper flächig festgelegt wird, der mindestens eine Ausnehmung aufweist, in der die jeweilige Schalteinrichtung angeordnet wird. Die Haut wird an ihrer Außen- bzw. Sichtseite, der Schalteinrichtung zugeordnet, mit einer Konturierung und/oder mit einer Markierung ausgebildet.
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Die deutsche Patentanmeldung
DE 10 2009 032 815 A1 beschreibt ein Lackfolienprodukt zur Bereitstellung einer fugenlosen Oberfläche über einem in ein Trägerelement eingebetteten Objekt. Dabei weist das Lackfolienprodukt einen transparenten Bereich auf, der über dem Objekt anordenbar ist, und umfasst eine transparente Folienschicht. Es umfasst ferner eine, mittels einer aus einem härtbaren Material durch zugeführte Energie in situ gefertigte transparente Deckschicht, die auf einer von dem Trägerelement abgewandten Seite der Folienschicht angeordnet ist. Die Folienschicht hat an einem Bereich, der nicht den transparenten Bereich umfasst, eines von einer Siebdruckschicht und einer Basislackschicht auf einer Seite der Folienschicht. Ferner ist ein Trägerelement mit eingebettetem Objekt offenbart, wobei dieses Trägerelement mit dem erfindungsgemäßen Lackfolienprodukt beschichtet ist und es wird ein Verfahren zur Bereitstellung eines Trägerelements unter Verwendung des Lackfolienprodukts dargelegt.
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Die Patentanmeldung
DE 10 2009 032 816 A1 beschriebt ein Lackfolienprodukt, das eine fugenlose Oberfläche über einem Trägerelement bereitstellt, in das ein Objekt eingebettet ist. Das Lackfolienobjekt umfasst dabei ein Betätigungselement und eine Folienschicht mit einer bereichsweise vorliegenden farbgebenden Beschichtung. Ferner umfasst das Lackfolienprodukt eine mittels einer aus einem härtbaren Material durch zugeführte Energie in situ gefertigte transparente Deckschicht, die auf einer von dem Trägerelement abgewandten Seite der Folienschicht angeordnet ist. Die in dem Lackfolienprodukt umfasste Folienschicht umfasst eine bereichsweise vorliegende elektrisch leitfähige Schicht, die das Betätigungselement bereitstellt. Ferner offenbart die vorliegende Erfindung eine Betätigungseinheit, die das Lackfolienelement umfasst, für eine elektrisch betätigbare Vorrichtung, sowie ein Verfahren zur Bereitstellung der Betätigungseinheit für eine elektrisch betätigbare Vorrichtung des Lackfolienprodukts.
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Die Patentanmeldung
DE 10 2009 048 334 A1 beschreibt ein 3D-Folienteil und Verfahren zu seiner Herstellung, wobei das 3D-Folienteil einen randnahen umgeformten Bereich hat, und zu dessen Herstellung ein ebener, eine gegebene ursprüngliche Schichtdicke aufweisender Folienabschnitt an einem, in definierter Anordnung an einem Rahmen gehaltenen Folienstück, unter den Bedingungen des High-Pressure-Forming-Verfahrens isostatisch umgeformt worden ist. Es zeichnet sich dadurch aus, dass dieser randnahe umgeformte Bereich eine Schichtdicke aufweist, die mehr als 90% der ursprünglichen Schichtdicke am Folienabschnitt ausmacht. Die ansonsten bei einer isostatischen Umformung nach dem HPF-Verfahren im randnahen umgeformten Bereich auftretende Dehnungsbeanspruchung des Folienmaterials kann dadurch weitgehend vermieden werden, dass innerhalb des Folienstückes außerhalb des Folienabschnittes und benachbart sowie im Abstand zu diesem randnahen, zu verformenden Bereich ein, das Folienstück längs einer begrenzten Länge durchtrennender Schnitt erzeugt wird, bevor das Folienstück an dem Rahmen angebracht wird. Das 3D-Folienteil kann teilweise mit einer Bedruckung, Metallisierung und/oder sonstigen Beschichtung versehen sein.
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Gattungsbildend beschreibt die Patentanmeldung
DE 10 2011 003 239 A1 ein Sensormodul umfassend einen Sensorträger mit einem Sensor und einer elektrischen Anschlussleitung sowie ein Montageelement mit einer Anlagefläche. Der Sensorträger ist zum Bilden eines Montagemoduls so auf dem Montageelement angeordnet, so dass der Sensorträger bei einer Bewegung des Montageelements entlang einer Einführrichtung durch die Anlagefläche mit dem Montageelement mit bewegt wird. Das Sensormodul umfasst ferner ein Gehäuse mit einer Einführöffnung zum Einführen des Montagemoduls in das Gehäuse und einem Führungselement zum Führen des Montagemoduls in einem Inneren des Gehäuses entlang der Einführrichtung. Das Montagemodul ist in dem Gehäuse eingeführt angeordnet. Weiterer Stand der Technik ist den Druckschriften
DE 10 2008 008 442 A1 und
US 9 724 869 B2 zu entnehmen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Herstellung eines mindestens ein elektrisches, insbesondere elektronisches, Bauteil umfassenden Produktes anzugeben, bei dem auch temperatursensible elektrische, insbesondere elektronische Bauteile wie beispielsweise Sensoren, stoffschlüssig mit einer Folie, die insbesondere ein Oberflächendekorationsmaterial bildet, verbunden werden können, ohne dass diese während des Produktionsprozesses zerstört oder in Ihrer Funktion beeinträchtigt werden.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines mindestens ein elektrisches, insbesondere elektronisches, Bauteil umfassenden Produktes mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist Gegenstand des Unteranspruchs.
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In einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines mindestens ein elektrisches, insbesondere elektronisches, Bauteil, insbesondere einen Sensor, umfassenden Produktes, insbesondere für ein Fahrzeug, erfolgt eine Herstellung eines Trägerbauteils, des insbesondere als Sensor ausgebildeten elektrischen, insbesondere elektronischen, Bauteils und einer Folie, insbesondere aus Kunststoff, in separaten Schritten und die Teile entstehen in separaten Prozessen. Prozessgemäß erfolgt eine formschlüssige Vormontage des insbesondere als Sensor ausgebildeten elektrischen, insbesondere elektronischen, Bauteils in das Trägerbauteil.
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Durch Folienmontage / Montageformen werden in einer High- Pressure- Forming-Anlage mit Drücken von insbesondere 30 bar bis 150 bar und einem Temperaturbereich der Folie von insbesondere ca. 120°C alle Teile, insbesondere das Trägerbauteils, das insbesondere als Sensor ausgebildete elektrische, insbesondere elektronische, Bauteil und die Folie, durch diese Folie stoffschlüssig miteinander verbunden. Das High-Pressure-Forming wird auch als Hochdruckverformen bezeichnet. Nach der Abkühlphase sind die Teile miteinander verbunden und ein Folienüberstand wird in einem finalen Prozessschritt beschnitten.
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Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens können beispielsweise temperatursensible elektrische, insbesondere elektronische, Bauteile, beispielsweise Sensoren, stoffschlüssig mit der Folie, die insbesondere ein Oberflächendekorationsmaterial bildet, verbunden werden. Dabei beträgt eine Temperatur des elektrischen, insbesondere elektronischen, Bauteils, beispielsweise des Sensors, ca. 90°C bis 100°C während der Beschichtung mit der Folie. Dies liegt in einem unkritischen Bereich.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht beispielsweise eine Einstellung einer gezielten Transparenz der Folie im Bereich des elektrischen, insbesondere elektronischen, Bauteils, beispielsweise des Sensors, durch Siebdruck und/oder Digitaldruck.
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In diesem erfindungsgemäßen Verfahren kann beispielsweise eine Folie mit Kratzschutz verwendet werden, so dass das elektrische, insbesondere elektronische, Bauteil, beispielsweise der Sensor, gleichzeitig gegen ein Verkratzen geschützt ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine Ressourceneinsparung und Kostenreduktion, denn es ist ein geringerer Materialeinsatz erforderlich, da ein Verkleben entfällt. Zudem wird kein FIM-Spritzwerkzeug benötigt (FIM = Film Insert Molding = Folienhinterspritzen), und es ist kein Lackieren des insbesondere als Sensor ausgebildeten elektrischen, insbesondere elektronischen, Bauteils, erforderlich.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine freie Oberflächengestaltung.
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Das High-Pressure-Forming-Verfahren und zugehörige Maschinen, d. h. die High-Pressure-Forming-Anlage, werden beispielsweise insbesondere dann eingesetzt, wenn eine Präzision auf +/- 0,3 mm in der Dekoration des Produkts, beispielsweise mit Symbolen, erforderlich ist. Insbesondere wenn die Oberfläche des Produkts beispielsweise ohne ein Tag-/Nacht-Design ausgeführt wird und somit keine Symbole aufweist, kann zum Beispiel auch ein Thermoformprozess oder ein Vakuum-Tiefziehprozess verwendet werden, welcher ohne Überdruck auf der Sichtseite arbeitet.
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Ein solcher Thermoformprozess oder Vakuum-Tiefziehprozess wird beispielsweise für Produkte im Exterieur-Bereich von Fahrzeugen verwendet, insbesondere für großformatige Produkte, welche beispielsweise nicht in eine High-Pressure-Forming-Anlage passen, während das High-Pressure-Forming-Verfahren beispielsweise für Produkte im Interieur-Bereich von Fahrzeugen verwendet wird, insbesondere für kleinere Produkte und/oder für Produkte, welche Symbole auf der Oberfläche aufweisen.
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Unifarbene Produkte, beispielsweise Schlüsselkappen in schwarz oder in Chrom-Optik, benötigen ebenfalls nicht zwingend eine Hochdruckverformung. Auch hier kann stattdessen beispielsweise der Thermoformprozess oder der Vakuum-Tiefziehprozess oder ein anderes Verfahren verwendet werden.
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Sowohl bei Verwendung des High-Pressure-Forming-Verfahrens als auch bei Verwendung alternativer Verfahren, wie Thermoformprozess oder Vakuum-Tiefziehprozess oder andere Verfahren, ist beispielsweise insbesondere von Bedeutung, welche Temperaturen erforderlich sind und/oder wann, insbesondere bei welcher Temperatur, ein Haftvermittler aktiv wird und/oder wann, insbesondere bei welcher Temperatur, die Folie verformbar ist, d. h in einen formbaren Temperaturbereich kommt, um das Ziel zu erreichen, sensible elektrische, insbesondere elektronische, Bauteile, beispielsweise Sensoren, auf das jeweilige Trägerbauteil zu montieren, insbesondere fugenfrei und kratzbeständig auf das jeweilige Trägerbauteil zu montieren. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
- 1 schematisch ein Trägerbauteil eines mindestens ein elektrisches, insbesondere elektronisches, Bauteil umfassenden Produktes,
- 2 schematisch ein das Trägerbauteil aus 1 und mindestens ein elektrisches, insbesondere elektronisches, Bauteil umfassendes Produkt,
- 3 schematisch ein mindestens ein elektrisches, insbesondere elektronisches, Bauteil umfassendes Produkt, hergestellt mittels einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines solchen mindestens ein elektrisches, insbesondere elektronisches, Bauteil umfassenden Produktes,
- 4 schematisch ein Trägerbauteil und ein elektrisches, insbesondere elektronisches, Bauteil eines mindestens ein elektrisches, insbesondere elektronisches, Bauteil umfassenden Produktes,
- 5 schematisch ein mindestens ein elektrisches, insbesondere elektronisches, Bauteil umfassendes Produkt, hergestellt mittels einer weiteren Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines solchen mindestens ein elektrisches, insbesondere elektronisches, Bauteil umfassenden Produktes,
- 6 schematisch eine weitere Darstellung des Produktes aus 5 während einer Bedienung des elektrischen, insbesondere elektronischen, Bauteils, und
- 7 schematisch eine weitere Darstellung des Produktes aus 5 und 6.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Anhand der 1 bis 7 wird im Folgenden ein Verfahren zur Herstellung eines mindestens ein elektrisches, insbesondere elektronisches, Bauteil 1 umfassenden Produktes 2, insbesondere für ein Fahrzeug, insbesondere für einen Innenraum des Fahrzeugs, beschrieben. Das elektrische, insbesondere elektronische, Bauteil 1 ist in den hier dargestellten Beispielen als ein Sensor 1 ausgebildet und wird daher im Folgenden als Sensor 1 bezeichnet. Der Sensor 1 bildet beispielsweise eine Bedien- und/oder Eingabeschnittstelle für einen Bediener, beispielsweise für einen Nutzer des Fahrzeugs.
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Nachteilig ergeben sich bei derartigen Produkten 2 mit Sensoren 1, welche direkt an einer Oberfläche zum Bediener gerichtet sind, durch eine Montage des Sensors 1 in einem Trägerbauteil 3 Spalte zwischen dem einen Rahmen für den Sensor 1 bildenden Trägerbauteil 3 und dem zu integrierenden Sensor 1, wie im Beispiel gemäß den 1 und 2 gezeigt.
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1 zeigt ein als Folienbauteil ausgebildetes Trägerbauteil 3, d. h. das Trägerbauteil 3 ist bereits mit einer Folie 4 beschichtet. Das Trägerbauteil 3 weist einen Durchbruch zur Aufnahme des Sensors 1 auf, hier geschnitten dargestellt.
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Der Sensor 1 wird in diesem Durchbruch vormontiert, wie in 2 gezeigt. Zwischen dem Sensor 1 und dem Trägerbauteil 3 sind nun Spalte, hier in Form einer Fuge, vorhanden.
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In die Spalte können beispielsweise Flüssigkeiten eindringen und einen elektrischen Aufbau zerstören. Deshalb müssen diese Spalte, hier in Form der Fuge, in einem separaten Bearbeitungsschritt abgedichtet werden.
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Des Weiteren muss der Sensor 1, da sich die Folie 4 nicht über diesen hinweg erstreckt, mit einem speziellen Lack beschichtet werden, um eine Kratz- und Chemikalienbeständigkeit zu erreichen.
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Diese Vorgehensweise zur Herstellung des Produktes 2 ist somit mit entsprechenden Nachteilen verbunden. Des Weiteren wird auch aus Designgründen eine homogene geschlossene Oberfläche angestrebt. Eine Sensorfläche soll dabei unsichtbar sein. Ein Luftspalt zwischen einer Oberfläche des Sensors 1 und einer Bedienerfläche ist unzulässig, wodurch eine Montagelösung von einer Rückseite des Trägerbauteils 3 aus entfällt.
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Das im Folgenden beschriebene Verfahren ermöglicht eine Integration eines oder mehrerer elektrischer, insbesondere elektronischer, Bauteile 1, insbesondere Sensoren 1, in hochwertige Oberflächen, wobei keine Spalte zwischen Rahmen und dem jeweils zu integrierenden elektrischen, insbesondere elektronischen, Bauteil 1, insbesondere Sensor 1, auftreten.
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Um dies zu ermöglichen, ist in dem hier beschriebenen Verfahren vorgesehen, dass eine Herstellung des Trägerbauteils 3, des Sensors 1 und der Folie 4 in separaten Schritten erfolgt und die Teile 1, 3, 4 in separaten Prozessen entstehen. Es erfolgt eine formschlüssige Vormontage des Sensors 1 in das Trägerbauteil 3. Durch Folienmontage / Montageformen in einer High-Pressure-Forming-Anlage mit Drücken von 30 bar bis 150 bar und einem Temperaturbereich der Folie 4 von ca. 120°C werden alle Teile 1, 3, 4 durch die Folie 4, welche insbesondere aus Kunststoff ausgebildet ist, stoffschlüssig miteinander verbunden. Das High-Pressure-Forming wird auch als Hochdruckverformen bezeichnet. Dabei wird die beispielsweise bedruckte Folie 4 erwärmt und mit Hochdruck verformt. Nach der Abkühlphase sind die Teile miteinander verbunden. Ein Folienüberstand wird beschnitten.
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In einer in 3 dargestellten Ausführungsform des Verfahrens wird das Trägerbauteil 3 mit dem Durchbruch zur Aufnahme des Sensors 1 hergestellt. Der Sensor 1 wird im Trägerbauteil 3 montiert, insbesondere formschlüssig vormontiert. Anschließend erfolgt die stoffschlüssige Verbindung des Sensors 1 mit dem Trägerbauteil 3 mittels der Folie 4 im Trägerformprozess, in welchem die Folie 4 mittels Montageformen, insbesondere mittels High-Pressure-Forming, aufgebracht und angeformt wird.
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Das Ergebnis ist ein als ein fugenfreies, sensorintegriertes, beispielsweise durchleuchtbares Folienbauteil ausgebildetes Produkt 2. Ein Sensorbereich ist hier starr gelagert.
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In einer in den 4 bis 7 dargestellten weiteren Ausführungsform wird ebenfalls das Trägerbauteil 3 mit dem Durchbruch zur Aufnahme des Sensors 1 hergestellt. Ebenfalls wird hier der Sensor 1 im Trägerbauteil 3 montiert, insbesondere vormontiert, wie in 4 gezeigt, wobei der Sensor 1 hier federgelagert ist. Es erfolgt hier eine mechanische Verbindung im Trägerformprozess, insbesondere mittels High-Pressure-Forming, mit einer als Polyesterfolie ausgebildeten Folie 4, welche auf das Trägerbauteil 3 aufgebracht wird. Im Bereich des beweglichen Sensorbereichs ist kein Haftvermittler aufgebracht, so dass sich die Folie 4 wie eine Membran über dem federgelagerten Sensor 1 bewegen kann, wie in 5 gezeigt. 6 zeigt eine entsprechende Bedienung des Sensors 1 durch Druck mittels eines Fingers F des Bedieners.
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Das Ergebnis ist ein als ein fugenfreies, sensorintegriertes, beispielsweise durchleuchtbares Folienbauteil ausgebildetes Produkt 2 mit taktiler Bewegungsfreiheit, d. h. mit einem elastisch gelagerten Sensorbereich, wie in 7 gezeigt.