Funktionselement |
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申请号 | EP09164025.0 | 申请日 | 2009-06-29 | 公开(公告)号 | EP2139013A1 | 公开(公告)日 | 2009-12-30 |
申请人 | Ditter Plastic GmbH + Co. KG; | 发明人 | Ditter, Rolf Peter; | ||||
摘要 | Die Erfindung betrifft eine Bedientaste oder ein Anzeigelement (1) mit einem darauf aufgebrachten Symbol. Dabei wird eine optische Tiefenwirkung (3-D-Effekt) des Symbols erzielt, indem das Symbol als Unterbrechung in der lichtundurchlässigen Beschichtung (3c) auf der Rückseite einer lichtdurchlässigen Frontplatte (3) erzeugt wird und der Lichtdurchlass insbesondere eine erhabene oder vertiefte Struktur der lichtdurchlässigen Platte mit umfasst. | ||||||
权利要求 | |||||||
说明书全文 | Die Erfindung betrifft ein Funktionselement für Bedien- oder Anzeigepaneele wie etwa am Armaturenbrett eines Kraftfahrzeuges oder die Bedienpaneele einer Maschine. Dort tragen derartige Funktionselemente auf ihrer Frontseite in der Regel ein Symbol oder eine Beschriftung und dienen entweder als Bedientaste zum Ein- und Ausschalten einer Funktion mittels Eindrücken der Taste, oder als reines Anzeigeelement für den momentanen Status, etwa indem das Symbol beleuchtet wird bei eingeschaltetem Status und nicht beleuchtet und damit schlechter oder garnicht sichtbar ist bei ausgeschaltetem Status, oder als reines Dekorelement, z. B. als Beschriftung unter einem digitalen oder analogen Anzeigeelement. Insbesondere bei den Armaturenbrettern von Kraftfahrzeugen bestehen solche Funktionselemente meist aus einem hülsenförmigen, rechteckigen, Führungskörper, dessen vordere offene Seite einer Frontabdeckung verschlossen ist, auf der das gewünschte Symbol sichtbar sein soll. Der Führungskörper dient zum formschlüssigen Einsetzen in eine umgebende Struktur - meist das Bedienpaneel - und wird dort entweder fest verrastet - falls es sich um ein unbewegliches Funktionselement handelt - oder in Tiefenrichtung formschlüssig geführt und auf der Rückseite mittels z. B. einer Feder oder Schaltmatte nach vorne vorgespannt, falls es sich um eine Bedientaste handelt. Bei einem Bedienpaneel kann eine Vielzahl von der Form her gleicher Funktionselemente vorhanden sein, die somit mittels der gleichen Werkzeuge hergestellt werden könnten, die jedoch meist jeweils unterschiedliche Symbole tragen sollen. Um den Herstellungsaufwand für die verschiedenen Symbole gering zu halten, wurde dies in der Vergangenheit so gelöst, dass die Frontabdeckung - die in aller Regel ebenso wie das gesamte Funktionselement aus Kunststoff besteht - aus einem lichtdurchlässigen Kunststoff hergestellt wurde und mit einem lichtundurchlässigen Lack auf der Frontseite oder Rückseite abgedeckt wurde, der eine Lücke in Form des gewünschten Symbols aufwies. Insbesondere durch Hinterleuchtung ist dann das Symbol sehr gut erkennbar. Die Lücke in der lichtundurchlässigen Schicht kann entweder bei dessen Aufbringung durch ein entsprechendes Druckverfahren wie etwa Tampondruck der Siebdruck erzeugt werden oder die lichtundurchlässige Schicht wird zunächst durchgängig aufgebracht und anschließend wieder entfernt mittels Ätzen, Lasern oder Ähnlichem, was jedoch immer den Nachteil aufwies, dass dann das darunterliegende, durchsichtige Material meist etwas verfärbt war, sei es durch das Ätzmittel oder durch den energiereichen Laserstrahl. Da zusätzlich wegen des sich nach hinten, in Tiefenrichtung, an die Frontabdeckung anschließenden Führungskörpers, der vorzugsweise einstückig zusammen mit der Frontabdeckung hergestellt wurde, die Zugänglichkeit zur Frontabdeckung von der Rückseite sehr erschwert war, erfolgte dies jeweils von der Frontseite her. Eine andere Möglichkeit derartige Symbole in der Frontabdeckung zu erzeugen, ist das Mehrkomponentenspritzen unterschiedlicher, also einerseits lichtdurchlässiger und andererseits lichtundurchlässiger, Kunststoffkomponenten nebeneinander entsprechend dem gewünschten Symbol. Dies erfordert jedoch jeweils eine neue Form für jedes neue Symbol, was die Herstellung unterschiedlicher Symbole extrem verteuert und deshalb in der Vergangenheit kaum gewählt wurde. Unabhängig davon ergab sich bei beiden Verfahren jeweils eine nur zweidimensionale optische Wirkung des dargestellten Symbols auf dem Funktionselement für den Betrachter. Es ist daher die Aufgabe gemäß der Erfindung, bei einem gattungsgemäßen Funktionselement eine dreidimensionale optische Tiefenwirkung des Symbols bei einem Betrachter zu erzeugen und dies mit möglichst geringem Herstellungsaufwand und trotz der Möglichkeit der Einbringung von Zusatzfunktionen wie etwa Benutzerorientierung oder Anzeige unterschiedlicher Symbole. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und xxx gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Alleine durch das Anbringen eines Lichtdurchlasses in der lichtundurchlässigen Rückseite der ansonsten lichtdurchlässigen Frontplatte wird bereits eine optische Tiefenwirkung erzielt. Um diesen Lichtdurchlass in der lichtundurchlässigen Rückseite, die meist durch Lackieren vorher hergestellt wurde, unbeeinträchtigt von dem in Tiefenrichtung sich lang erstreckenden Führungskörper z. B. mittels Laserbeschuss herstellen zu können, werden Frontabdeckung und Führungskörper separat hergestellt und erst nach Herstellen des Lichtdurchlasses miteinander verbunden. Um das mittels Lichtdurchlass für den Betrachter sichtbare und meist hinterleuchtete Symbol beim Betrachten in einer bestimmten Farbe sichtbar werden zu lassen, kann entweder die lichtdurchlässige Frontplatte in einer bestimmten Farbe eingefärbt sein, ohne ihre Lichtdurchlässigkeit zu verlieren, oder - was für die Herstellung unterschiedlicher Farben die einfachere Lösung ist - nach Herstellung des fertigen Lichtdurchlasses wird von der Rückseite her eine Farbschicht aus lichtdurchlässigem Material in der gewünschten Farbe über den Lichtdurchlass gelegt und kann sich dabei auch über die gesamte Rückseite der Frontabdeckung, also auch über die noch vorhandene lichtundurchlässige Schicht, hinweg erstrecken, so dass das Aufbringen mittels Lackieren, Bedrucken oder Bedampfen kein Problem darstellt. Um die optische Tiefenwirkung zu verbessern, wird in Form des gewünschten Symbols nicht nur ein Lichtdurchlass in der lichtundurchlässigen Schicht hergestellt, sondern zusätzlich in der darunterliegenden lichtdurchlässigen Frontplatte deckungsgleich eine entsprechend geformte vertiefte Struktur oder auch eine erhabene Struktur. Das Herstellen einer vertieften Struktur kann theoretisch auf unterschiedliche Art und Weise wie Heißprägen oder Urformen beim Herstellen der Frontabdeckung erfolgen, wird vorzugsweise jedoch ebenfalls mittels Laserbeschuss von der Rückseite her erzeugt, nachdem die lichtundurchlässige Schicht im gewünschten Bereich abgetragen wurde. Je tiefer die vertiefte Struktur in die Dicke der Frontabdeckung eindringt, umso stärker ist in der Regel der optische dreidimensionale Effekt. Ein optischer dreidimensionaler Effekt kann jedoch auch durch eine bezogen auf die Rückseite der lichtdurchlässigen Frontplatte erhabene Struktur erzielt werden, was mittels Laser dadurch geschehen kann, dass das umgebende Material der Frontplatte um die gewünschte erhabene Struktur herum weggebrannt wird. Dann ist vorher kein Auftragen einer lichtundurchlässigen Schicht auf der Rückseite der lichtdurchlässigen Frontplatte notwendig, sondern diese muss nach dem Wegbrennen des umgebenden Materials erst aufgebracht werden. Statt dies mittels Lackieren zu bewerkstelligen, wird vorzugsweise eine Schwärzung dieser übrigen Oberflächenbereiche um die erhabene Struktur herum ebenfalls mittels Laserbeschuss durchgeführt, indem dabei die Energie des Lasers so hoch eingestellt wird - bezogen auf den Auftreffpunkt - dass dort eine Schwärzung des Kunststoffmaterials eintritt, während bei Bearbeitung der Oberfläche der vertieften oder erhabenen Struktur mittels Laser die Energie - vor allem beim Abtrag der letzten Schicht - so eingestellt werden muss, dass die lichtdurchlässige Eigenschaft der Oberfläche der erhabenen oder vertieften Struktur erhalten bleibt. Um die dreidimensionale optische Tiefenwirkung zu verstärken, können die vertieften Strukturen wenigstens einen linsenförmigen Boden aufweisen oder insgesamt im Querschnitt linsenförmig gestaltet sein, so dass bei Hinterleuchtung das Licht nach außen gestreut wird und aus verschiedenen Richtungen im Wesentlichen gleich gut betrachtet werden kann. Wird dagegen eine optische Wirkung mittels einzelner konvexer Erhebungen auf der Rückseite der lichtdurchlässigen Schicht erzielt, so wird das Licht einer Hinterleuchtung nach vorne zum Betrachter hin gebündelt und an bestimmten Punkten, bzw. aus bestimmten Richtungen, ist das Symbol dann besonders lichtstark zu erkennen. Dabei spielt es keine Rolle, ob diese konvexen Erhebungen mit einer Linsenwirkung Bestandteil einer insgesamt erhabenen Struktur auf der Rückseite der lichtdurchlässigen Schicht 3a sind, oder auch Bestandteil einer vertieften Struktur. Auch der Querschnitt einer erhabenen Struktur insgesamt kann eine solche konvexe Linsenwirkung besitzen, die dementsprechend auch auf einem bestimmten Betrachtungspunkt als Brennpunkt der Linsenwirkung gerichtet sein kann, von dem aus dann das Symbol besonders gut oder überhaupt nur von diesem Betrachtungspunkt aus zu erkennen ist. Gleiches kann bei mehreren, nebeneinander liegenden Erhebungen mit Linsenwirkung dadurch erreicht werden, dass alle auf einem gemeinsamen Brennpunkt hin fokussiert und ausgerichtet sind. Eine Benutzerzuordnung kann ferner auch bei einer vertieften Struktur durch eine definierte Beschussrichtung des Lasers beim Herstellen der vertieften Struktur erreicht werden:
An den dann parallel zueinander verlaufenden Seitenwänden der einzelnen Einschusskanäle werden die Lichtstrahlen der Hinterleuchtung reflektiert und am Boden des sacklochförmigen Einschussloches konzentriert in die lichtdurchlässige Schicht hinein. Die dreidimensionale Wirkung kann ferner durch schräg zur Hauptebene der Frontplatte verlaufende Seitenwände einer vertieften Struktur verstärkt werden. Dies kann entweder durch schrägen Einschuss mittels Laser erreicht werden oder durch schichtweisen Abtrag der vertieften Struktur durch einen Laser, wobei die Schichten am Rand stufig zueinander versetzt sind und dadurch eine schräge Seitenfläche ergeben. Die Stufung ist dabei so gering, dass sie in der Regel mit bloßem Auge nicht mehr zu erkennen ist. Ferner können ein und dasselbe Symbol oder auch zwei verschiedene Symbole hergestellt werden durch Laserbeschuss aus zwei verschiedenen Beschussrichtungen und anschließend durch entsprechende Beleuchtung mit gerichtetem Licht, beispielsweise jeweils einer Leuchtdiode mit vorgeschalteter Blendeneinrichtung, indem nur eines der beiden Symbole abwechselnd zum Leuchten gebracht wird. Dies kann in ein und derselben Rückseite des lichtdurchlässigen Materials vorgenommen werden oder es können hierfür übereinander liegende, verschiedene Schichten benutzt werden, die jeweils lichtdurchlässig sind, jedoch Laserlicht unterschiedlicher Frequenzen absorbieren. Auf diese Art und Weise können auch in einer tiefer liegenden, abgedeckten Schicht Hohlräume, also vertiefte Strukturen in der Rückseite dieser Schicht, erzeugt werden, ohne die darüberliegende Schicht zu beeinträchtigen, indem der Beschuss für jede Schicht mittels einem Laser der entsprechenden Wellenlänge erfolgt. In diesem Fall empfiehlt sich eine Beleuchtung der so entstehenden Symbole nicht von der Rückseite her, sondern von der Seite durch Lichteinbringung jeweils getrennt in die einzelnen Schichten, während die Rückseite durchgängig mit einer lichtundurchlässigen Schicht abgedeckt ist. Die Frontabdeckung besteht außer der lichtdurchlässigen Schicht, in der das Symbol erzeugt wird, aus einem im äußeren Randbereich auf der Rückseite umlaufenden Schweißrahmen aus lichtundurchlässigem, z. B. schwarzem, Kunststoff, bei dem es sich vorzugsweise um das gleiche Material handelt, wie dem Material des Führungskörpers. Anschließend, also nach Herstellung des Symbols in Form des Lichtdurchlasses und/oder der erhabenen und vertieften Struktur, wird die Frontabdeckung auf der vorderen offenen Stirnfläche des Führungskörpers durch Verschweißen, vorzugsweise mittels Ultraschall oder auch mittels Laser, fixiert. Für das Ultraschall-Verschweißen sind auf der Rückseite des Schweißrahmens Schweißerhebungen vorgesehen, die das Schweißmaterial bilden, welches bei Erhitzung mittels Ultraschall das Verschweißen bzw. Verkleben bewirkt. Die Frontplatte und der Schweißrahmen sind vorzugsweise einstückig miteinander ausgebildet und durch einen mehrstufigen Spritzprozess hergestellt. Anstelle der Einbringung lediglich einer erhabenen oder vertieften Struktur auf der Rückseite der durchsichtigen Frontplatte kann dort auch ein komplettes Hologramm oder auch ein Vexierbild eingebracht werden. Ebenso ist es möglich, nicht nur ein dreidimensional wirkendes Symbol, sondern ein tatsächlich dreidimensionales Symbol im Inneren, also im Dickenbereich, der lichtdurchlässigen Frontplatte auszubilden:
Dieser Kreuzungspunkt kann durch entsprechende Steuerung des Lasers dreidimensional im Inneren der Frontplatte verfahren werden, so dass dort das gewünschte dreidimensionale Bild erzeugt wird. Anstelle durch Beschuss mittels Laser können dreidimensionale erhabene oder vertiefte Strukturen und ebenso auch die Lücke in der lichtundurchlässigen Schicht auf der Rückseite der Frontplatte auch durch andere Methoden wie etwa Umformen oder Urformen, also beim Herstellen der Frontplatte mittels Spritzen oder nachträglichem Detailstempel etc. hergestellt werden. Dies ist jedoch nachteilig, da dann in der Regel jeweils neue Werkzeuge für ein neues Symbol benötigt werden. Gleiches gilt für das Herstellen von lichtdurchlässigen Bereichen in einer ansonsten nicht lichtdurchlässigen Kunststoffschicht mittels Mehrkomponentenspritzen, in dem diese beiden Kunststoffarten nebeneinander gezielt angeordnet werden und dadurch die lichtdurchlässigen Bereiche - die natürlich von der Vorderseite bis zur Rückseite durchgehend lichtdurchlässig sein müssen - nebeneinander angeordnet werden. Ausführungsformen gemäß der Erfindung sind im Folgenden beispielhaft näher beschrieben. Es zeigen:
Die beiden Teile sind mittels Ultraschall-Verschweißen einstückig miteinander verbunden, weshalb vor dem Verschweißen auf der Rückseite 3' der Frontabdeckung 3 Schweiß-Erhebungen 9 nach hinten vorstehen, welche das Schweißmaterial für das Ultraschallverschweißen darstellen und beim Einbringen der Ultraschall-Schwingungen unter Druck und Gegeneinanderpressen der beiden Teile erhitzt werden und die beiden Teile gegeneinander verkleben bzw. verschweißen. Da die Frontabdeckung 3 in der Hauptsache aus einer lichtdurchlässigen Frontplatte 3a besteht, würde man diese Verschweißung von vorne durch die lichtdurchsichtige Frontplatte 3a hindurch, die in der Regel über ihre gesamte Fläche durchlässig ist, erkennen können. Um dies zu vermeiden, ist auf der Rückseite der lichtdurchlässigen Frontplatte 3a - wie am besten in Schweißrahmen 3b und lichtdurchlässige Frontplatte 3a sind dabei in der Regel einstückig miteinander in einem mehrstufigen Kunststoffspritzverfahren hergestellt. Zur Darstellung des gewünschten Symbols auf dem Funktionselement 1 ist die Rückseite der durchsichtigen Frontplatte 3a mit einer lichtundurchlässigen Schicht 3c abgedeckt, die einen oder mehrere Lichtdurchlässe 4 in Form des gewünschten Symbols aufweist. Diese Lichtdurchlässe 4 können lediglich eine Unterbrechung in der lichtundurchlässigen Schicht 3c sein oder zusätzlich eine bezüglich der lichtdurchlässigen Frontplatte 3 erhabene oder - wie in Ist im Inneren des Funktionskörpers 2 - vorzugsweise in dessen hinteren Bereich wie in Diese dreidimensionale Tiefenwirkung wird noch verstärkt und kann sehr gut gesteuert werden durch die vorerwähnten vertieften oder erhabenen Strukturen 5, 5' zusätzlich zur Unterbrechung in der lichtundurchlässigen Schicht 3', wie anhand der folgenden Dabei ist es für die optische Wirkung im wesentlich unabhängig, ob erhabene oder vertiefte Strukturen 5 auf der Rückseite 3' der durchsichtigen Abdeckplatte 3a mittels Formwerkzeugen, mittels Ätzen, mittels mechanischer Bearbeitung wie Fräsen oder mittels Abbrennen bzw. Verdampfen mittels Laser, hergestellt werden. Da es sich bei einer solchen Frontplatte 3a in der Regel um eine Größe von wenigen cm2 handelt, wird unter dem Gesichtspunkt der Herstellkosten eine mechanische Spanabnahme kaum in Betracht kommen, zumal sie keine klar durchsichtige Oberfläche hinterlässt. Eine Herstellung mittels Formen, z. B. beim Spritzgießen dieser Frontplatte 3a oder Einpressen mittels eines Heißstempels, erfordert für jedes neu darzustellende Symbol in der Regel ein neues Werkzeug, es sei denn, dass ein Einheitswerkzeug mit kleiner Fläche mehrfach hintereinander an der selben Frontplatte 3a eingesetzt wird, was bei komplizierten Symbolen kaum realisierbar ist. Eine Materialentfernung mittels Laser hat jedoch den Nachteil, dass durch die Hitzeentwicklung des Lasers am Auftreffpunkt - die erst das Verdampfen bzw. Abbrennen des Materials bewirkt - die Oberfläche des zurückbleibenden Materials in der Regel dunkel verfärbt wird. Die In allen Fällen bis auf Diese Tiefenwirkung wird auf unterschiedliche Weise verstärkt. In Bei der rechten vertieften Struktur 5, die parallele Seitenwände 7 aufgrund der entsprechenden Beschussrichtung 13 des Lasers 12 beim Herstellen der vertieften Struktur 5 aufweist, wird das Licht der Leuchtdiode 6 an diesen Seitenwänden 7 zum Großteil reflektiert und erst am Boden 14 der vertieften Struktur 5 in die Frontplatte 3a eindringen. Dies bewirkt, dass vor allem von einem Betrachtungspunkt 20, der auf der verlängerten Linie der Beschussrichtung 13 liegt, das Symbol besonders scharf und lichtintensiv gesehen wird, von allen anderen Betrachtungsrichtungen aus der Boden 14 als weniger lichtintensiv gesehen wird und die dem Betrachtungspunkt 20 zugewandte Seitenfläche als noch weniger lichtintensive Nebenfläche, wie ein Art Schattenbildung, gesehen wird. Dieser Effekt kann beispielsweise dazu genutzt werden, dass von einem vorher definierten Betrachtungspunkt aus, beispielsweise den Augen des Fahrers eines Kraftfahrzeuges aus, dieses Symbol besonders deutlich zu erkennen ist, von der Position des Beifahrers aus dagegen weniger intensiv erkannt wird oder gar völlig unsichtbar ist. Auf diese Art und Weise können einzelne Funktionselemente je nach Betrachtungspunkt einzelnen Nutzern zugeordnet werden. Auf der linken Seite decken sich die Ränder der überlagernden abgenommenen Schichten 15a, b, während sie auf der rechten Seite stufig versetzt sind, indem die nächst tiefer liegende Schicht jeweils weniger weit nach außen geht als die darüberliegende Schicht. Auf diese Art und Weise kann eine gestufte, schräge Seitenwand 7 erzeugt werden oder auch eine zur Hauptebene der Fronplatte 3a lotrechte Seitenwand 7, wie auf der linken Seite dargestellt. Vor allem bei einer Betrachtung genau von vorne, ergibt eine schrägstehende Seitenwand eine besonders starke optische Tiefenwirkdung. Die Stufigkeit, die hier übertrieben stark dargstellt ist, ist bei Abtragen mittels Laser und Schichten von wenigen 1/10 oder 1/100mm Dicke gering, dass sie mit bloßem Auge in der Regel nicht zu erkennen ist. Sollte dies dennoch ein Problem darstellen, kann durch anschließenden Schrägbeschuss mittels Laser in einer Beschussrichtung parallel zur Schrägstellung der gestuften Seitenwand 7 eine Einebnung der stufigen Erhebungen durchgeführt werden. Auf diese Art und Weise können sogar dreidimensionale, hologrammartige Körper hergestellt werden. Auch ein voll funktionsfähiges Hologramm kann in die Frontplatte 3a, insbesondere der en Rückseite 3', eingearbeitet werden. Ebenso kann die optische Wirkung auf den Betrachter mittels Linsenwirkung gesteuert werden:
Umgekehrt kann gemäß Des Weiteren ist in Im Gegensatz dazu zeigt Alternativ zeigt Die verbleibende lichtundurchlässige Schicht 3c kann entweder ein vorher aufgebrachter lichtundurchlässiger Lack oder Kunststoff sein, der im Bereich des Symbols vom Leser weggebrannt oder anderweitig entfernt wird, oder es kann ein bei der Leserbearbeitung durch gezielten Energieeintrag hergestellte geschwärzte Schicht des Materials der Formplatte 3a sein. Des Weiteren zeigen die
Die beiden Strukturen 5.1 und 5.2 können sich ganz oder teilweise überlagern, und von der Form her identisch jedoch zueinander versetzt sein, je nachdem, ob sie gleichzeitig oder abwechselnd sichtbar gemacht werden bzw. gleichzeitig oder abwechselnd vom Betrachter gesehen werden. Das gleichzeitige Sehen ergibt besonders eindrucksvolle optische Effekte des Symbols. Das abwechselnde Sehen kann dazu benutzt werden, um unterschiedliche Symbole auf ein und demselben Funktionselement abwechselnd darzustellen:
In diesem Fall ist auf der Rückseite der hintersten Schicht 3a2 eine durchgängige undurchlässige Schicht 3c als Abdeckung vorhanden. Bei der Lösung der Der gleiche Effekt wird bei der Lösung gemäß Dies bewirkt, dass bei Einschalten der einen Leuchtdiode 6.1 primär das Symbol der Struktur 5.1 auf dem Funktionselement 1 erkennbar wird, bei Einschalten nur der Dioden 6.2 dagegen primär das Symbol der Struktur 5.2.
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