AT526559A1 - Scheinwerferbauelement, prüfverfahren sowie herstellungs- und prüfverfahren - Google Patents

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AT526559A1 ATA50770/2022A AT507702022A AT526559A1 AT 526559 A1 AT526559 A1 AT 526559A1 AT 507702022 A AT507702022 A AT 507702022A AT 526559 A1 AT526559 A1 AT 526559A1
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Abstract

Scheinwerferbauelement für einen Scheinwerfer mit einem Substrat (2) und einer Reflexionen entgegenwirkenden Beschichtung (3) des Substrats (2), wobei die Beschichtung (3) durch Gasphasenabscheidung hergestellt ist und die Beschichtung (3) eine Dicke zwischen 1 µm und 20 µm aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Scheinwerferbauelement für einen Scheinwerfer gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, ein Herstellungsverfahren für ein Scheinwerferbauelement, ein Prüfverfahren zum Prüfen eines Ausgasungsverhaltens eines Bauelements, insbesondere eines
Scheinwerferbauelements.
Gattungsgemäße Scheinwerferbauelemente weisen ein Substrat und eine Reflexionen entgegenwirkende Beschichtung des Substrats
auf.
Solche Scheinwerferbauelemente (im Folgenden auch einfach: „Bauteile“) werden beispielsweise im Inneren eines Scheinwerfers verbaut. Anforderungen an die Scheinwerferbauelemente sind zunächst eine Oberfläche, die so wenig wie möglich Streulicht erzeugt. Gleichzeitig sollen diese Bauteile sehr geringe Fertigungstoleranzen aufweisen, insbesondere bei Bauteilen, die Lichtkanten aufweisen, d.h. Kanten, die eine Lichtquelle teilweise abschatten. Ungenauigkeiten an der Lichtkante wirken sich klarerweise direkt auf die Licht-Schatten-Grenze am
ausgesendeten Licht aus.
Außerdem treten in Scheinwerfern sehr hohe Temperaturen auf, die potenziell dazu führen können, dass Gase aus den Scheinwerferbauteilen austreten, sich auf optischen Komponenten des Scheinwerfers niederschlagen und dadurch die Transmission
des optischen Bauteils verringern oder Streulicht erzeugt wird.
Die im Hinblick auf diese Gegebenheiten gestellten Anforderungen der Automobilindustrie können Scheinwerferbauteile des Standes der Technik nicht oder nur mit extrem hohem Herstellungsaufwand
erfüllen.
Bekannt sind zunächst vorlackiertes Material, das als Halbzeug verwendet werden kann und beispielsweise durch Stanzen in die richtige Form gebracht werden kann. Nachteilig ist dabei, dass die Fertigungstoleranzen dabei zu groß sind, weil der Lack and den Stanzkanten, die später gegebenenfalls zu Lichtkanten werden, nicht konsistent abgeschert wird, sondern beispielsweise Abplatzungen und dergleichen auftreten. Die Stanzkanten bleiben bei diesem Verfahren unbeschichtet und glänzend, was Streulicht und Reflexionen hervorruft. Zudem kann an den lackfreien Kanten die Korrosion ansetzen und es wird die vorgeschriebene Beständigkeit gegen Rost von mindestens 240Std im Salzsprühtest
nicht erreicht.
Dieselben Nachteile treten des Weiteren auf, wenn das Bauteil zuerst gestanzt und dann lackiert wird, weil der Lack an der Lichtkante mit relativ großer und variabler Schichtdicke aufgetragen wird. Die ungenaue Verteilung des Lacks und mögliche Tropfenbildung können wieder zu unpräzisen Fehlstellen an den
Lichtkanten und Streulicht führen.
Aufgrund dieser und weiterer Nachteile werden deshalb auch Scheinwerferbauelemente verwendet, die mittels Galvanisierung
oder Elektrophorese beschichtet sind.
Galvanisch beschichtete Teile können grundsätzlich eine bessere Fertigungstoleranzen aufweisen. Diese Beschichtungen sind metallisch glänzend und erzeugen sehr viel Streulicht und
Reflexionen, was, wie erwähnt, zu vermeiden ist.
Bei der Beschichtung durch Elektrophorese und/oder
Tauchlackierung gibt es neben größeren Fertigungstoleranzen auch
noch den weiteren Nachteil, dass Tropfenbildung zu noch größeren
Ungenauigkeiten und Reflexionen führen kann.
Neben einer langen Reihe von anderen Anwendungen wird in der
WO 2014/108326 A die Verwendung der dort offenbarten Beschichtung für Reflektorflächen bei Scheinwerfern beschrieben. Dass diese Beschichtung tatsächlich für Scheinwerferbauteile eingesetzt werden kann, die hohen Temperaturen ausgesetzt sind,
darf aber bezweifelt werden.
Unabhängig von Scheinwerfern oder dergleichen werden in der
DD 298003 A5 und der DE 10149148 Al Beschichtungen offenbart.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft Prüfverfahren, die eingesetzt werden, um das Ausgasungsverhalten von Bauelementen, wie insbesondere Scheinwerferbauelemente, zu
untersuchen.
Bekannt ist es, das Bauelement in einem Reagenzglas auf etwa 200° C zu erhitzen und mit freiem Auge eine allfällige Trübung
des Reagenzglases zu beobachten.
Es ist offensichtlich, dass ein solches Vorgehen hinsichtlich der Reproduzierbarkeit verbesserungsfähig ist. Tatsächliche Schlüsse darauf, ob im Scheinwerfer tatsächlich Ausgasungen auftreten, lassen die so gewonnenen Erkenntnisse natürlich nur in sehr begrenztem Maße zu, auch weil die Temperaturen in Scheinwerfern inzwischen höher sind, als jene auf welche die
Bauelemente im Labor erhitzt werden. Deshalb wurden auch weitere Verfahren entwickelt, um die
Ausgasung quantifizieren zu können. Ein bekannter Ansatz ist es,
die Reagenzgläser samt dem darin angeordneten Bauelement vor und
nach dem Erhitzen genau zu wiegen, um die Massenreduktion durch das Ausgasen erfassen zu können. Die optischen Beeinträchtigungen im Scheinwerfer können damit aber nur schwer vorhergesagt werden, weil verschiedene Stoffe im abgeschiedenen Zustand Transparenz und Streulicht verschieden stark
beeinflussen.
Ein weiterer bekannter Ansatz ist es, die durch die hohen
Temperaturen freiwerdenden Gase chromatografisch zu untersuchen, was die chemische Zusammensetzung der unter Temperaturbelastung flüchtigen Elemente ermöglicht, prinzipiell Jedoch keine genaue Vorhersage der optischen Beeinträchtigung getroffen werden kann. Zudem wären dafür aufwändigste Versuchsreihen notwendig, sodass die optischen Beeinträchtigungen verschiedener einzelner Stoffe
katalogisiert werden könnten.
In der Praxis werden solche nicht durchgeführt. Sie könnten auch nicht allfällige Wechselwirkungen berücksichtigen, welche
zwischen den Stoffen auftreten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher hinsichtlich des Scheinwerferbauelements und dessen Herstellungsverfahren, eine Verbesserung bei der Erfüllung der Anforderungen und/oder eine
vereinfachte Herstellung zu erzielen.
Hinsichtlich des Prüfverfahrens und der Prüfanordnung ist die Aufgabe, eine Verbesserung hinsichtlich der Aussagekraft für den tatsächlichen Einsatz, insbesondere bei Scheinwerfern, zu
erzielen.
Hinsichtlich des Scheinwerferbauelements wir die Aufgabe durch
die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, indem die Beschichtung
durch Gasphasenabscheidung hergestellt ist und die Beschichtung
eine Dicke zwischen 1 um und 20 um aufweist.
Hinsichtlich des Herstellungsverfahrens für ein Scheinwerferbauelement wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 10 gelöst, indem ein Substrat bereitgestellt wird, welches mittels Gasphasenabscheidung so beschichtet wird, dass die Beschichtung eine Dicke zwischen 1 um und 20 um und eine
Reflexionen entgegenwirkende Funktion aufweist.
Herstellungsverfahren, die auf Gasphasenabscheidung beruhen sind an und für sich für dafür bekannt, Oberflächen mit exzellenten
tribologischen Eigenschaften erzeugen zu können.
Es hat sich überaschenderweise herausgestellt, dass diese Verfahren auch sehr gut dafür geeignet sind, Reflexionen entgegenwirkende Beschichtungen mit optimierter Schichtdicke zu erzeugen. Diese optimierte Schichtdicke von 1 um bis 20 um hat einerseits zur Folge, dass die Scheinwerferbauelemente mit extrem hoher Präzision hergestellt werden können, und die Stanzkanten deckend beschichtet werden ohne die SollToleranzlage negativ zu verändern. Gleichzeitig sind praktisch
keine freiwerdenden Gase zu erwarten.
Hinsichtlich des Prüfverfahrens wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 15 gelöst, indem - ein Prüfraum mit zumindest einem transparenten Element oder einem anderen Element mit optischen Eigenschaften bereitgestellt wird, - das zu prüfende Bauelement im Prüfraum angeordnet wird, - der Prüfraum und/oder das zu prüfende Bauelement direkt auf zumindest 160° C, bevorzugt auf zumindest 200° C,
besonders bevorzugt auf zumindest 300° C und/oder
zwischen 300° C und 400° C, erhitzt wird, wodurch aus dem zu prüfenden Bauelement gegebenenfalls Gase freigesetzt werden, und
—- anschließend das zumindest eine transparente Element
einem optischen Messverfahren unterzogen wird.
Hinsichtlich der Prüfanordnung wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 20 gelöst, wobei die Prüfanordnung beinhaltet: einen Prüfraum mit zumindest einem transparenten Element, eine Heizvorrichtung zum Erhitzen des Prüfraums und/oder des zu prüfenden Bauelements auf zumindest 160° C, bevorzugt auf zumindest 200° C, besonders bevorzugt auf zumindest 300° C und/oder zwischen 300° C und 400° C, sowie einem Messgerät und/oder einem Messaufbau zum Durchführen eines optischen Messverfahrens am zumindest einen transparenten
Element.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Prüfverfahren und der entsprechenden Prüfanordnung werden einerseits die Temperaturverhältnisse im Scheinwerfer eins zu eins nachgebildet und andererseits durch das optische Messverfahren direkt überprüft, ob allfällige freiwerdende Gase optische Beeinträchtigungen hervorrufen. Die Ergebnisse des erfindungsgemäßen Prüfverfahrens können daher unmittelbar Aufschluss geben, ob ein gewisses Bauelement die
praktischen Erfordernisse im Scheinwerfer erfüllt.
Scheinwerferbauelemente können für die Zwecke dieses Dokuments als solche Bauteile verstanden werden, die bei einem Scheinwerfer, bevorzugt einem Scheinwerfer für ein Kraftfahrzeug, einzusetzen sind, und dort bevorzugt in einem optischen Innenraum des Scheinwerfers, welcher optischen Innenraum im Strahlengang liegt und/oder den Strahlengang
definiert.
Als Substrat kann ein Grundkörper verstanden werden, der erfindungsgemäß beschichtet ist und im Scheinwerfer verbaut
werden kann.
Unter einer Beschichtung, die Reflexionen entgegenwirkt, kann verstanden werden, dass durch die Beschichtung weniger Licht reflektiert und/oder gestreut wird als dies beim Substrat ohne die Beschichtung der Fall wäre. Anders formuliert, kann die Beschichtung Reflexionen entgegenwirken, indem mehr elektromagnetische Strahlung absorbiert oder bis zu gewissem
Grad auch diffus gestreut wird.
Die an sich bekannte Gasphasenabscheidung wird gemäß der Erfindung vorteilhaft eingesetzt, um diese Beschichtung zu
erzeugen.
Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren kann bevorzugt dazu genutzt werden, mehrere Substrate für Scheinwerferbauelemente gleichzeitig zu beschichten, auch wenn eine einzelne
Beschichtung natürlich prinzipiell denkbar ist.
Der Prüfraum gemäß dem erfindungsgemäßen Prüfverfahren und der erfindungsgemäßen Prüfanordnung kann als jeglicher Raum verstanden werden, in welchem das zu prüfende Bauelement angeordnet werden kann und welcher auf Temperaturen von zumindest 160° C, bevorzugt zumindest 200° C, besonders bevorzugt zumindest 300° C und/oder zwischen 300° C und 400° C, erhitzt werden kann. Zu bemerken ist, dass nicht notwendigerweise alle Elemente des Prüfraums auf diese Temperaturen erhitzt werden müssen. Vielmehr muss letztlich sichergestellt sein, dass das zu prüfende Bauelement den
Temperaturen ausgesetzt ist und sich dadurch bevorzugt selbst
auf zumindest 160° C, bevorzugt auf zumindest 200° C, besonders bevorzugt auf zumindest 300° C und/oder zwischen 300° C und 400°
C, erhitzt.
Der Prüfraum ist in besonders bevorzugten Ausführungsformen so abgedichtet, dass Gase nicht oder in nur unwesentlichen Mengen
entweichen können (beispielsweise mittels Silikondichtungen).
Der Prüfraum kann in bevorzugten Ausführungsbeispielen ein Becherglas sein, das mit dem transparenten Element -
beispielsweise einer Glasplatte - verschlossen wird.
Statt einem transparenten Element kann gemäß der Erfindung auch ein anderes Element mit zu vermessenden optischen Eigenschaften zum Einsatz kommen, wie beispielsweise eine glänzende Stahlplatte mit definiertem Glanzgrad. Im Folgenden wird der Einfachheit halber auf ein transparentes Element Bezug genommen, wobei Fachleute wissen, dass analoges für andere Elemente mit optischen Eigenschaften gilt.
Das heißt, das transparente Element muss nicht zu 100 % transparent sein, was ohnehin unmöglich wäre. Vielmehr sollte das transparente Element eine gute Transparenz aufweisen, sodass danach das optische Messverfahren eine akzeptable Genauigkeit
liefern kann.
Die Heizvorrichtung kann beispielsweise als an sich bekannter
Heizmantel ausgebildet sein.
Alternativ oder zusätzlich könnte beispielsweise das zu prüfende
Bauelement direkt über Strahlungswärme erhitzt werden.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Prüfverfahren wird das zu prüfende Bauelement bevorzugt im Prüfraum angeordnet und der Prüfraum
dann verschlossen.
Unter dem Bereitstellen des Prüfraums kann sowohl das Bereitstellen des unverschlossenen als auch des so
verschlossenen Prüfraums aufgefasst werden.
In bevorzugten Ausführungsformen kann das Erhitzen des Prüfraums auf über 300° C nach dem Anordnen (und bevorzugt Verschließen) des Prüfraums geschehen. Natürlich ist es prinzipiell auch denkbar, das zu prüfende Bauelement im bereits erhitzten
Prüfraum anzuordnen.
Nachdem das zu prüfende Bauelement der Temperatur über 300° C ausgesetzt wurde, wird am transparenten Element erfindungsgemäß
ein optischen Messverfahren durchgeführt.
Bevorzugt kann das transparente Element dafür vom Prüfraum entnommen werden und einem separaten Messgerät und/oder Messaufbau zugeführt. Prinzipiell wäre es natürlich auch denkbar, das optische Messverfahren direkt im oder am Prüfraum durchzuführen, wobei das zu prüfende Bauelement noch im Prüfraum
angeordnet ist oder bereits entnommen wurde.
Besonders bevorzugt sind der Messaufbau und/oder das Messgerät zum Durchführen des optischen Messverfahrens soweit von derjenigen Vorrichtung, welche zum Erhitzen des Prüfraums verwendet wird, entfernt, dass keine Beeinträchtigung des
optischen Messverfahrens entsteht.
Unter optischen Messverfahren können für die Zwecke dieses
Dokuments solche Messverfahren verstanden werden, die zum Messen
optischer Größen, beispielsweise der Transparenz, dienen, welche prinzipiell Aufschluss über Effekte auf oder Beeinträchtigung
von optischen Komponenten geben können.
Geprüft werden können mit dem erfindungsgemäßen Prüfverfahren die optische Beeinträchtigung durch Gase und Dämpfe aus: Metallen, Beschichtungen, Lacken, Flüssigkeiten, Kunststoffen, Klebern, Folien, etc., im Detail beispielsweise wie folgt: 1) Vormaterialien: DX51D+2275 (verzinkt), DX53D+AS120 (aluminiert), rostfreier Stahl 1.4301 und 1.4310 2) Beschichtungen: hitzebeständige Lacke, Verzinkung, Galvanische Schichten, darin insbesondere keramische, Kohlenstoff-, Klebstoff-, oder PVC-CVD-Oberflächen; es ergeben sich folgende Untergruppen: A) LÖösemittellacke, B) Wasserlacke, C) Pulverlack, D) Plasmacoating etc.
3) Kunststoffe aller Art, Flüssigkeiten
Prinzipiell können mit dem erfindungsgemäßen Prüfverfahren und/oder der erfindungsgemäßen Prüfanordnung mehrere zu prüfende Bauelemente gleichzeitig geprüft werden. In bevorzugten Ausführungsformen werden die zu prüfenden Bauelemente aber
einzeln im Prüfraum angeordnet, als einzeln geprüft.
Geschützt ist außerdem ein Scheinwerfer mit einem
erfindungsgemäßen Scheinwerferbauelement. Geschützt ist darüber hinaus ein erfindungsgemäßes Scheinwerferbauelement bei einem Scheinwerfer, bevorzugt bei
einem Kraftfahrzeug.
Geschützt ist darüber hinaus ein Herstellungsverfahren für einen
Scheinwerfer, wobei ein erfindungsgemäßes Scheinwerferbauelement
und/oder ein erfindungsgemäß hergestelltes
Scheinwerferbauelement verbaut wird.
Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen
definiert.
Die Dicke der erfindungsgemäßen Beschichtung kann bevorzugt zwischen 1 um und 12 um, bevorzugt zwischen 2 um und 6 um,
liegen.
Die Beschichtung kann bevorzugt durch chemische Gasphasenabscheidung, besonders bevorzugt plasmachemische Gasphasenabscheidung, hergestellt sein. Alternativ kann auch
eine physikalische Gasphasenabscheidung zum Einsatz kommen.
Die Beschichtung kann kristallinen Kohlenstoff und/oder kristallines Silizium beinhalten, bevorzugt im Wesentlichen aus kristallinem Kohlenstoff und/oder kristallinem Silizium
bestehen.
In besonders bevorzugten Ausführungsformen ist zusätzlich Fluor in der Beschichtung gebunden, was für eine dunkle, matte Oberfläche der so fluorierten Beschichtung sorgen kann. Das Ausgasen von Fluor ist erst bei Temperaturen von etwa 450° C zu
erwarten.
In besonders bevorzugten Ausführungsbeispielen kann es sich um eine sogenannte DLC-Beschichtug (kurz für „diamond like carbon“Beschichtung) handeln, die bevorzugt £fluoriert ist (dann DLC-F-
Beschichtung).
Die Beschichtung kann zumindest zwei Schichten beinhalten.
Dabei kann es bevorzugt vorgesehen sein, dass —- eine erste, dem Substrat am nächsten liegende Schicht kristallines Silizium beinhaltet, bevorzugt im Wesentlichen aus kristallinem Silizium besteht, und/oder —- eine zweite, an einer Oberfläche des Scheinwerferbauelements liegende Schicht kristallinen Kohlenstoff beinhaltet, bevorzugt im Wesentlichen aus
kristallinem Kohlenstoff besteht.
Die erste Schicht oder die zweite Schicht oder beide Schichten
können fluoriert sein.
Das Substrat kann zum Beschichten zumindest einer Gasphase ausgesetzt werden, die Silizium und/oder Kohlenstoff und/oder
Wasserstoff und/oder Fluor beinhaltet.
In besonders bevorzugten Ausführungsformen kann es vorgesehen sein, dass - das Substrat zum Erzeugen einer ersten, dem Substrat nächstliegenden Schicht einer ersten Gasphase ausgesetzt wird, welche erste Gasphase Silizium und/oder Wasserstoff und/oder Fluor beinhaltet, vorzugsweise im Wesentlichen aus Silizium und/oder Wasserstoff und/oder Fluor besteht, und/oder - das Substrat, gegebenenfalls samt zumindest einer bereits vorhandenen Schicht, zum Erzeugen einer zweiten, an einer Oberfläche des herzustellenden Scheinwerferbauelements liegenden Schicht einer zweiten Gasphase ausgesetzt wird, welche zweite Gasphase Kohlenstoff und/oder Wasserstoff und/oder Fluor beinhaltet, vorzugsweise im Wesentlichen aus Kohlenstoff und/oder Wasserstoff und/oder Fluor
besteht.
Die erste Schicht kann eine besonders gute Haftung der
Beschichtung am Substrat erzeugen.
Die zweite Schicht kann besonders gute Anti-Reflexions-
Eigenschaften aufweisen.
Selbstverständlich sind auch Ausführungsformen mit drei oder
mehr Schichten denkbar.
In besonders bevorzugten Ausführungsformen wird das Substrat vor dem Beschichten aufgeraut, bevorzugt durch Bürsten und/oder
Sandstrahlen.
Die Rautiefe des Substrats kann vor dem Beschichten bevorzugt
zwischen Ra 1 und Ra 6 Liegen.
Die erfindungsgemäße Beschichtung ermöglicht es auch so aufgeraute Substrate so zu beschichten, dass die Rauigkeit durch die Beschichtung aufgrund ihrer geringen Stärke nicht beeinträchtigt wird, anders als dies beispielsweise mit einem Lack der Fall wäre, welcher die Rauigkeit maskieren und eine glatte, reflektierende Oberfläche schaffen würde. Die Streulichtunterdrückung kann in diesen besonders bevorzugten
Ausführungsbeispielen deshalb besonders ausgeprägt sein.
Besonders bevorzugt können auf diese oder andere Art Scheinwerferbauelemente mit einem Glanzgrad von geringer als 30 GU (Gloss Units), bevorzugt geringer als 10GU, zur Vermeidung
von Reflexionen erzeugt und/oder bereitgestellt werden. Der Wasserstoff in der ersten Gasphase und/oder in der zweiten
Gasphase kann dazu dienen, unter Energiezufuhr die jeweilige
Gasphase zu aktivieren. Die Kaltabscheidung erfolgt je nach
Werkstoff bei 60° C bis 220° C. Ein geringerer Anteil des Wasserstoffs kann in der Beschichtung gebunden bleiben. Ab etwa 350° C wird erwartet, dass der so gebundene Wasserstoff als farbloses Gas austritt, was optische Eigenschaften des
Scheinwerferbauteils nicht beeinflusst.
Das Substrat kann bevorzugt aus Metall, Keramik, Kunststoff
und/oder Glas bestehen.
In bevorzugten Ausführungsformen kann das Substrat vor dem
Beschichten einer Plasmareinigung unterzogen werden.
Beim erfindungsgemäßen Prüfverfahren kann es bevorzugt vorgesehen sein, dass der Prüfraum über einen Zeitraum von mindestens 15 Minuten, bevorzugt mindestens 30 Minuten und besonders bevorzugt 60 Minuten oder mehr, auf zumindest 160° C, bevorzugt auf zumindest 200° C, besonders bevorzugt auf zumindest 300° C und/oder zwischen 300° C und 400° C, erhitzt
wird.
Damit kann bevorzugt das zu prüfende Bauelement über einen Zeitraum von mindestens 15 Minuten, bevorzugt mindestens 30 Minuten und besonders bevorzugt 60 Minuten oder mehr, der Temperatur von zumindest 160° C, bevorzugt zumindest 200° C, besonders bevorzugt zumindest 300° C und/oder zwischen 300° €
und 400° C, ausgesetzt werden.
Das Erhitzen des Prüfraums und/oder des zu prüfenden Bauelements kann geregelt oder gesteuert erfolgen. Für eine Regelung der Temperatur kann zumindest ein Temperatursensor vorgesehen sein, welcher eine Temperatur des Prüfraums, des transparenten
Elements und/oder des zu prüfenden Bauteils misst.
Es kann vorgesehen sein, einen Fahrtwind zu simulieren,
Mittels des optischen Messverfahrens kann bevorzugt eine Transparenz, ein Glanzgrad und/oder eine Trübung des zumindest
einen transparenten Elements gemessen werden.
Eine Transmissionsmessung kann bevorzugt wie folgt vonstattengehen. Es wird die Lichttransmission im Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichts (ca. 380 - 780 nm) geprüft. Zuerst kann die Messung am unbelasteten Glas (= 100% Referenz) erfolgen und dann die Transmissionsmessung am bedampften Glas. Die Ergebnisse werden verglichen und die Differenz ergibt die Transmissionsminderung (beispielsweise in
Q
©) gegenüber der Referenzprobe.
Somit ist es auch möglich, beispielsweise bereits im Einsatz befindliche, £freigegebene Stoffe mit neuen Werkstoffen einer Vergleichsprüfung zu unterziehen. Zum Beispiel beim Einsatz neuer Lacke, Kunststoffe, Kleber, Öle oder sonstiger
temperaturempfindlicher Materialien.
Eine Reflexions- oder Glanzgradmessung kann bevorzugt wie folgt vonstattengehen. Für diese Art der Prüfung kann sowohl eine Glasplatte als auch eine glänzende Stahlplatte für die Bedampfung verwendet werden. Die Beleuchtung kann je nach Bauteil aus 3 verschiedenen Winkeln erfolgen (z.B. 20° für glänzende Oberflächen, 60° für halb-matte Oberflächen und 85°
für ganz matte Oberflächen). Der restliche Ablauf der Messungen kann analog zur
Transmissionsmessung erfolgen, wobei zusätzlich die Längenwelle
des verbleibenden reflektierten Lichts gemessen wird.
Trübungs- oder Hazemessung können bevorzugt wie folg vonstattengehen. Es werden vier Spektren miteinander verglichen und die Trübungswerte gegeneinander verrechnet. Gemessen wird im Transmissionsaufbau wie zur Transmissionsmessung beschrieben. Die erste Messung des unbedampften Glases bei geschlossenem Shutter ist die Weißreferenz. Die zweite Messung desselben Glases mit offenem Shutter ergibt den Halo-Wert. Bei der dritten Messung wird dann das belastete Glas bei offenem Shutter gemessen. Die vierte und letzte Messung wird am belasteten Glas
mit geschlossenem Shutter durchgeführt.
Grundsätzlich sind die Abläufe für Transmissions-, Glanzgradund Trübungsmessungen im Stand der Technik unabhängig vom
erfindungsgemäßen Prüfverfahren bekannt.
In besonders bevorzugten Ausführungsbeispielen kann das zumindest eine transparente Element vor dem Erhitzen des Prüfraums und/oder vor dem Einbringen in den Prüfraum als
Referenzmessung dem optischen Messverfahren unterzogen werden.
Das zumindest eine transparente Element, insbesondere in Form einer Glasplatte, kann zum Durchführen des optischen Messverfahrens vom Prüfraum entnommen werden und/oder in einem
separaten Messaufbau angeordnet werden.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Figuren sowie der dazu gehörigen Figurenbeschreibung. Dabei
zeigen:
Fig. la bis 1d schematische Darstellungen zu einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel eines Herstellungsverfahrens für ein
Scheinwerferbauelement, zu einem
erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Scheinwerferbauelements und einem Scheinwerfer,
Fig. 2a bis 2d schematische Darstellungen zur Durchführung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens,
Fig. 3a bis 3c schematische Schaubilder zu Fertigungstoleranzen,
Fig. 4a bis 4c schematische Schaubilder zu Fertigungstoleranzen,
Fig. 5a bis 5c schematische Darstellungen zu einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Prüfverfahrens,
Fig. 6a und 6b weitere schematische Darstellungen zum Ausführungsbeispiel nach den Figuren 4a bis 4c sowie
Fig. 7a bis 7£ schematische Darstellungen zu einem weiteren Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Prüfverfahrens.
Fig. la zeigt schematisch ein Substrat 2, welches gemäß einem erfindungsgemäßem Ausführungsbeispiel eines Herstellungsverfahrens eines Scheinwerferbauelements verwendet
werden kann.
Das Substrat 2 besteht aus Metall, Keramik, Kunststoff und/oder Glas.
Das Substrat 2 wird vor dem Beschichten einer Plasmareinigung
unterzogen.
Zunächst wird mittels im Wege der plasmachemischen
Gasphasenabscheidung eine erste Schicht 4 auf das Substrat 2
aufgebracht (Fig. 1b).
Die erste, dem Substrat 2 am nächsten liegende Schicht 4 besteht aus kristallinem Silizium, was eine gute Haftung zwischen dem Substrat 2 und der Beschichtung 3 erzeugt. Zum Herstellen der ersten Schicht 4 wird das Substrat 2 einer ersten Gasphase ausgesetzt, welche erste Gasphase im Wesentlichen aus Silizium
und/oder Wasserstoff besteht.
Dann wird bei einem weiteren Prozessschritt ebenfalls mittels plasmachemischer Gasphasenabscheidung eine zweite Schicht 5 auf
die erste Schicht 4 aufgebracht (Fig. 1c).
Die zweite, an einer Oberfläche des Scheinwerferbauelements 1 liegende Schicht 5 besteht im Wesentlichen aus kristallinem Kohlenstoff, wodurch besonders gute Anti-ReflexionsEigenschaften erzielt werden können. Zum Herstellen der zweiten Schicht 5 wird das Substrat samt der ersten Schicht 4 einer zweiten Gasphase ausgesetzt wird, welche im Wesentlichen aus
Kohlenstoff und/oder Wasserstoff besteht.
Die erste Schicht 4 und die zweite Schicht 5 bilden gemeinsam die Beschichtung 3 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, sodass in Fig. 1c das Scheinwerferbauelement 1
vorliegt.
In diesem Ausführungsbeispielen handeln es sich um eine sogenannte DLC-Beschichtug 3 (kurz für „diamond like carbon“-
Beschichtung 3), die bevorzugt fluoriert ist.
DLC-Beschichtungen sind an und für sich bekannt. Sie werden im
Stand der Technik bevorzugt eingesetzt, wenn die tribologischen
Eigenschaften der Oberfläche wichtig sind.
Die Dicke der erfindungsgemäßen Beschichtung 3 liegt bei diesem
Ausführungsbeispiel zwischen 2 um und 6 um.
Dieses Scheinwerferbauelement 1 kann bei einem in Fig. 1d
dargestellten Scheinwerfer 10 verbaut werden.
Das Scheinwerferbauelement 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist dünnschichtig, kratzfest, korrosions- und hitzebeständig, hochpräzise und vereint die folgenden weiteren Vorteile auf sich: - Schichtdicke <5 +/-2um um die Präzision der Lichtkante zu erhalten - deckende, tropfenfreie und gleichmäßige Beschichtung der Lichtkante - Vermeidung von Schichtfreien Flächen zur Vermeidung von Streulicht - Die Salzsprühbeständigkeit liegt über 480 Stunden - 100% Ausgasungsfreiheit im Dauerbetrieb - dauerhaft gute Leuchtstärke - Nachweis durch das verbundene Lichtprüfsystem zur Kontrolle der Transmissions-, Reflexions- (Glanzgrad) und Trübungsveränderung (bestätigt durch erfindungsgemäßes Prüfverfahren) - Glanzgrad geringer als 30 GU, bevorzugt geringer als 10 GU (Gloss Units), zur Vermeidung von Reflexionen —- Die Oberfläche ist sehr hart, kratzfrei und abriebfest; keine Lackbrösel und Materialabplatzungen im Scheinwerfer. Kein Abblättern der Beschichtung bei der Montage mit Schrauben. Schraubenauflageflächen und Klemmstellen müssen nicht mehr farbfrei abgedeckt werden. - Haftfestigkeit - Gitterschnitttest GTO/GT1 - Die erfindungsgemäße Beschichtung 3 kann auch auf rostfreiem Edelstahl, Stahl und Aluminium sowie auf
Keramik, Kunststoff oder Glas aufgebracht werden. Dadurch
ergibt sich ein breiteres Materialspektrum für verschiedene Anwendungen.
- Durch die vollflächige Beschichtung 3 gemäß der Erfindung kann keine Korrosion an den Kanten ansetzen.
—- Dauertemperaturbeständigkeit bis zumindest 340° C
- Keine Farbveränderung unter Temperatureinfluss
- Kein Abblättern der Beschichtung bei der Montage mit Schrauben. Die erfindungsgemäße Beschichtung 3 verbessert die Gleiteigenschaften der Oberfläche. Das erfindungsgemäße Beschichtungsverfahren kann daher für aneinanderreibende oder gleitende Teile eingesetzt werden.
- Riefen und Formabweichungen an Stanzkanten werden durch die Behandlung egalisiert und Abweichungen bis zu 0,03 mm
geglättet (siehe Fig. 2a bis 2c sowie 3a bis 3c).
Für die Herstellung der erfindungsgemäßen Beschichtung 3 wird beispielsweise eine Vakuumkammer 24 (wird auch als Vakuumkessel bezeichnet) verwendet, in welcher ein Beschichtungsgestell 29 angeordnet ist. Das ist in Fig. 2a schematisch dargestellt. Am Beschichtungsgestell 29 sind die zu beschichtenden Substrate 2 mittels Haken 31 angebracht.
Die Vakuumkammer 24 beinhaltet eine Öffnung 25 für eine nicht dargestellte Vakuumpumpe, die den Druck in der Vakuumkammer 24
beispielsweise bei 5 Pa hält. Die Vakuumkammer 24 beinhaltet einen Gaseinlass 26 für die Gasphase, die in diesem Ausführungsbeispiel in einen
Plasmaaggregatszustand überführt wird.
Die Vakuumkammer 24 beinhaltet eine Öffnung 27 für eine oder
mehrere Plasmaelektroden 27.
Die Vakuumkammer 24 beinhaltet eine separate Öffnung 28 für die
Stromversorgung.
Das Beschichtungsgestell 29 ist in den Figuren 2b bis 2d in
verschiedenen Ansichten ohne die Vakuumkammer 24 gezeigt.
Das Beschichtungsgestell 29 besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus stehenden Stangen 30 (hier Edelstahlrohre, Material 1.4301, Durchmesser 15 x1,5 mm) zwischen denen Drähte (Durchmesser 5 mm) als Querstreben
befestigt sind. Die Haken 31 hängen an diesen Querstreben.
Die Abstände zwischen den Stangen 30 betragen beispielsweise 60
mm bis 80 mm.
Die vertikalen Abstände zwischen den Hakten betragen
beispielsweise 60 mm bis 120 mm.
Die Abstände zwischen den zu beschichtenden Substraten 2
betragen beispielsweise 20 mm bis 40 mm.
Wie erwähnt, werden die Substrate 2, die beschichtet werden sollen, um als Scheinwerferbauelemente 1 verwendet werden zu
können, an diesen Haken 31 aufgehängt und dadurch kontaktiert.
Durch die Plasmabeaufschlagung entsteht, wie erwähnt, die
Beschichtung 3.
Sobald Beschichtungsgestelle 29 keine ausreichende Stromführung mehr gewährleisten, können diese bevorzugt entschichtet werden. Dies geschieht in der Vakuumkammer 24 oder in einem separaten
Kammerofen ab 450°C.
Nachfolgend wird ein noch konkreteres Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens beschrieben.
Schritt 1) Vorbehandlung:
Aufrauen der Bauteil-Oberfläche (Oberfläche des Substrats 2) durch Schleifen, Bürsten oder Strahlen auf Rautiefe Ra 1 - 6 zur Verbesserung der Haftbarkeit und Gewährleistung des Gitterschnitttest GT 0/ GT 1, sowie zur Einstellung des
gewünschten Glanzgrads und des Reflexionsverhaltens.
Die Körnung des Schleif-, Bürst-, oder Strahlmittels kann an das verwendete Vormaterial angepasst werden. Je härter das Vormaterial desto grober kann die Körnung gewählt werden. Hohe Rautiefen reduzieren den Oberflächenglanz und erhöhen die Haftbarkeit. Mit kleinerer Rautiefe wird Glanzgrad und Reflexion
erhöht.
Schritt 2) Reinigung:
Entfernung von Staub, losen Materialresten und Entfettung durch Spritz- oder Ultraschallreingungsgerät, sowie nachfolgender Spülung (Teile sollen dann frei von Reinigungsmittel sein) und Trocknung, auf Oberflächenspannung min. >38 mNm.
Die Oberflächenspannung kann mittels des Arco-Tests überprüft werden. Die Teile sollen möglichst staubfrei bis zur
Weiterverarbeitung gelagert werden.
Schritt 3) Bestückung der Vorrichtungen:
Bestücken der Vorrichtungen (d.h. das Beschichtungsgestell 29, siehe Fig. 2a bis 2d), die Vorrichtungen sollten natürlich
selbst sauber und fettfrei sein.
Die Kontaktstellen für die zu beschichtenden Scheinwerferbauelemente 1 sollten metallisch blank sein für einen idealen Schichtaufbau, Teileabstand bevorzugt mindestens
20 mm (variabel je nach Bauteilgröße).
Eine vollständige Vakuum- und Plasmaumspülung sollte bevorzugt
gewährleistet sein.
Schritt 4) DLC-F Plasma-Beschichtung:
Abgestimmt auf das Grundmaterial des Substrats 2 wird mittels Gasphasenabscheidung unter Vakuum (beispielsweise in einer Vakuumkammer 24 gemäß Fig. 2a) im PCVD-Verfahren („plasma chemical vapour deposition“, chemische Gasphasenabscheidung)
eine Haft- und eine Funktionsschicht erzeugt.
Die erwähnte Abstimmung des Verfahrens auf den Werkstoff des Substrats 2 geschieht in diesem Ausführungsbeispiel über die Bearbeitungsdauer und Temperaturregelung. Je nach Bauteil können beispielsweise Schichten von 1-2 um pro Stunde erzeugt werden. Die durchschnittliche Bearbeitungstemperatur für dünne, leichte
Blechteile liegt bei 150°C (sogenannte Kaltabscheidung).
Erste Gasphase für die erste Schicht (Haftschicht): ca. 60% Si; 40% H
Zweite Gasphase für die zweite Schicht (Hauptschicht):
ca. 80% C; 20% H
In der ersten Gasphase und/oder in der zweiten Gasphase kann eine geringe Menge Fluor enthalten sein, um eine fluorierte
Beschichtung herzustellen.
Das Gasgemisch in der Vakuumkammer (Rezipient) wird über Temperatureinfluss und elektrische Spannung ionisiert („zum Glühen gebracht“) und bildet dadurch ein Plasma. Das Plasma erzeugt Molekülfragmente der verschiedenen Gase, die sich auf Oberflächen abscheiden. Diese bilden die Bausteine der
Beschichtung, welche sukzessive wächst, d.h. an Dicke gewinnt.
Es werden in diesem Ausführungsbeispiel sämtliche Schichten sowohl die Haftschicht (erste Schicht 4) als auch die Funktionsschicht (zweite Schicht 5) - aus der Gasphase abgeschieden. Für die Funktion der Vakuumkammer werden ein-, zwei- oder mehrstufige Vakuumpumpen benötigt. Die Plasmaanregung erfolgt beispielsweise über Gleichstrom-, Hoch- und/oder Mittelfrequenz
(1 kW bis 10 kW).
Bearbeitungstemperatur:
je nach Bauteilgröße und Werkstoff T= 50 - 220°C
Betriebsdruck: zwischen 1 Pa bis 100 Pa
Es kann so Metall, Keramik, Plastik und Glas mit 2-6 um
Schichtdicke überzogen werden.
Es können Schichthärten von 500 HV bis 3000 HV und/oder
Einsatztemperaturen von mindestens bis zu 340° C erzielt werden.
Die Dauer des Beschichtungsvorgangs richtet sich nach der
geforderten oder gewünschten Schichtdicke und Anwendung.
Beispielhafter Ablauf des Beschichtungsvorgangs für Stahlbleche s=0,5mm, Gewicht 2g:
Vakuumerzeugung, Plasmareinigung, Haftschicht,
Beschichtungsvorgang wie oben, Belüftung
Abstand zwischen den Teilen ca. 4 cm
Prozesstemperatur: 200°C
Die Teile werden gemäß diesem Ausführungsbeispiel sauber und
fettfrei auf Gestellen befestigt, welche im Anschluss in die
Plasma-Kammer geschoben werden.
Nach dem oben beschriebenen Prozessablauf werden die Teile an
Luft abgekühlt und können dann sofort verpackt werden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel gibt es keine freiwerdenden
Lösemittel oder sonstige Schadstoffe.
Die Prozesswärme wird beispielsweise über einen Fortluftkanal
und Kreuzwärmetauscher abgeleitet.
Schritt 5) Entnahme aus der Vorrichtung und Verpackung:
Die Entnahme kann manuell, durch Roboter und/oder als Schüttgut
erfolgen.
Die Verpackung und Lieferung als Schüttgut ist möglich, da die
erfindungsgemäße Beschichtung 3 kratzfest ist.
Die Zuführung über Warenträger, Vereinzelung und Verpackung durch Roboter als positionierte Setzware oder die manuelle Entnahme vom Trägergestell oder dem Warenträger und die
Verpackung als Setzware sind ebenfalls möglich.
Schritt 6) Entschichten der Beschichtungsgestelle und
Warenträger:
Sobald die Leitfähigkeit zwischen Warenträger und Scheinwerferbauelement 1 nicht mehr gegeben ist, können die Trägergestelle entschichtet werden. Dies kann entweder direkt durch Plasmabehandlung erfolgen oder durch eine separate Wärmebehandlung im Temperofen bei 450-600°C. (1 Std. Ofenfahrt mit Fortluf£ft).
Die Fig. 3a bis 3c veranschaulichen die Fertigungspräzision, die gemäß verschiedenen Verfahren erreicht werden kann. In Fig. 3a ist zunächst ein Soll-Umriss eines Scheinwerferbauelements 1 dargestellt. Die irreguläre weitere Linie stellt ein übertrieben gezeichnetes Beispiel der tatsächlichen Kontur nach einem
entsprechenden Stanzvorgang dar.
Fig. 3b zeigt das Teil nach einem Lackiervorgang gemäß dem Stand
der Technik mit einer Schichtdicke von 10-45um.
Fig. 3c zeigt das Teil nach dem Beschichtungsvorgang gemäß der Erfindung. Es ist ersichtlich, dass das gemäß der Erfindung gefertigte Scheinwerferbauelement 1 auf Fig. 3c im Vergleich zum lackierten Teil aus Fig. 3b sehr viel präziser an der Soll-
Kontur liegt.
Dies liegt zum einen an der geringeren Beschichtungsdicke, die
gemäß der Erfindung erforderlich ist, und zum zweiten an einem
Glättungseffekt, den per Gasphasenabscheidung hergestellte
Beschichtungen 3 haben.
Die Fig. 4a bis 4c sind jeweils analog zu den Fig. 3a bis 3c mit
einer anderen Ausgangskontur.
Fig. 5a zeigt schematisch einen Teil einer Prüfanordnung gemäß
einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Zum Erhitzen des Prüfraums 6 (siehe Fig. 5c und 6b) ist eine
Heizvorrichtung 9 in Form eines Heizmantels vorgesehen.
Der Heizmantel ist in diesem Ausführungsbeispiel in einem
Klimaschrank 15 angeordnet.
Außerdem ist ein Windsimulationsvorrichtung 13 vorgesehen, welche kältere Luft auf das transparente Element 7/7 bläst, um
Fahrtwind zu simulieren.
Die Windsimulationsvorrichtung dieses Ausführungsbeispiels beinhaltet eine Druckluftanschluss (z. B. 9 mm Innendurchmesser) mit einem Durchflussmesser und einem Anemometer, wodurch
Fahrtwind zwischen 0 und 130 km/h simuliert werden kann.
Temperatursensoren 12 messen die Temperatur im Klimaschrank 15, am zu prüfenden Bauelement, hier das Scheinwerferbauelement 1
aus Fig. lc, und am transparenten Element 7.
Die Messwerte der Temperatursensoren 12 werden dem
Temperaturregler 14 zugeführt, welcher die Heizvorrichtung 9
ansteuert.
Der Temperaturregler 14 beinhaltet in diesem Ausführungsbeispiel
ein 3-Kanal-Temperaturmessgerät.
In diesem Ausführungsbeispiel steuert der Temperaturregler 14
außerdem den Klimaschrank 15 an.
Die Temperaturen und bevorzugt der simulierte Fahrtwind wird so geregelt (oder gesteuert), dass die Situation in einem tatsächlichen Scheinwerfer 10 sehr gut nachgebildet werden
können.
Hierfür kann im Klimaschrank beispielsweise eine Umgebungstemperatur zwischen -5° C und 5° C, bevorzugt etwa 0° C
gehalten werden.
Fig. 5b zeigt den Klimaschrank 15 in einer schematischen
Außenansicht.
Fig. 5c zeigt die Prüfanordnung aus Fig. 5a in einer
Schnittdarstellung (Ebene A-A in Fig. 5b).
In Fig. 5c ist der Prüfraum 6 näher zu erkennen, der in diesem Ausführungsbeispiel aus einem Becherglas (z. B. mit 70 mm Durchmesser, 130 mm Höhe und 500 ml Volumen) besteht, das im
Heizmantel angeordnet ist. Der Prüfraum 6 ist durch eine Glasplatte (z. B. 90 mm Mal 90 mm mit einer Dicke von 2,5 mm) verschlossen, welche als
transparentes Element 7 für das Prüfverfahren dient.
Ebenfalls näher zu erkennen ist die genaue Anordnung der
Temperatursensoren 12 in diesem Ausführungsbeispiel.
Fig. 6a und 6b zeigen den Heizmantel samt dem darin angeordneten Prüfraum 6 für sich. Insbesondere die zu Fig. 5c erwähnten
Elemente sind in Fig. 6b ebenfalls gut zu erkennen.
In Fig. 6b sind außerdem Dichtungen, hier Silikondichtungen 21 (z. B. Dichtring mit Außendurchmesser 85 mm, Innendurchmesser 65 mm, Dicke 5 mm und/oder O-Ring Außendurchmesser 72 mm, Innendurchmesser 56 mm, Dicke 8 mm), und ein Stahlring 22 (z.B. Außendurchmesser 130 mm, Innendurchmesser 70 mm, Dicke 10 mm) zu
erkennen, die zum Verschließen des Prüfraums 6 verwendet werden.
Gemäß dem hier vorgestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Prüfverfahrens wird der Prüfraum 6 und somit das darin angeordnete, zu prüfende Bauelement 1 über einen Zeitraum von 60 Minuten auf zwischen 300° C bis 400° C erhitzt, wodurch aus dem zu prüfenden Bauelement gegebenenfalls Gase
freigesetzt werden.
Grundsätzlich könnte der Prüfraum 6 auch auf Temperaturen unter
300° C, bspw. zwischen 160° C und 300° C, erhitzt werden.
Anschließend wird das zumindest eine transparente Element 7 vom Prüfraum 6 abgenommen, bevorzugt die begaste Seite beispielsweise durch Gravieren oder Prägen markiert, und einem optischen Messverfahren unterzogen, wofür ein Ausführungsbeispiel in Verbindung mit den Fig. 7a bis 7£f
beschrieben wird.
Fig.7a zeigt schematisch einen Messaufbau 8 zum Durchführen des
optischen Messverfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel.
In einer Dunkelkammer 16 (bspw. Breite 500 mm, Tiefe 400 mmm,
Höhe 600 mm) ist eine Einspannvorrichtung 19 vorhanden, in
welcher das transparente Element 7, hier eine Glasplatte,
eingespannt wird.
Eine symbolisch dargestellte Lichtquelle 17 (z.B. eine Breitband-Laser-Plasma-Lichtquelle mit einem Emissionsspektrum zwischen 190 nm und 2500 nm und/oder mit einem Faserkoppler) produziert elektromagnetische Wellen im optischen Bereich, welches über einen Lichtleiter 18 (bspw. Glasfaser, „Patchcord“)
in das transparente Element 7 eingekoppelt wird.
Das durch das transparente Element 7 transmittierte Licht wird in diesem Ausführungsbeispiel mit einer Ulbrichtkugel aufgefangen und mittels eines weiteren Lichtleiters 18 einem
Messgerät 11 zugeführt.
Die Ulbrichtkugel ist in diesem Ausführungsbeispiel Teil eines
Lichtsammelmoduls 20 (siehe Fig. 7b und 7£).
Das Messgerät 11 ist in diesem Fall ein Spektrometer (z. B. ein faseroptisches Spektrometer mit Detektionsbereich zwischen
Wellenlängen von 200 nm und 100 nm).
Das in das transparente Element 7 eingekoppelte und transmittierte Licht kann also gesammelt und dem Messgerät 11 zugeführt werden, sodass die Intensität des transmittierten Lichts gemessen werden kann, was ein Maß für die Transparenz des
transparenten Elements 7 ist.
Bevorzugt kann dieses oder ein anderes optisches Messverfahren einmal als Referenzmessung durchgeführt werden, bevor das zu prüfende Bauelement 1 im Prüfraum 6 erhitzt wurde, und einmal
danach.
Durch den Vergleich der beiden Messwerte lassen sich direkte Schlüsse darauf hin ziehen, ob eine allfällige Ausgasung des zu prüfenden Bauelements 1 so stattgefunden hat, dass durch die abgeschiedene Gase eine Beeinträchtigung der optischen Eigenschaften und Leistung von anderen Bauteilen zu erwarten sind, insbesondere von solchen in einem Scheinwerfer 10 eines
Kraftfahrzeugs.
Die Fig. 7b bis 7d zeigen die Einspannvorrichtung 19 zum Einspannen des transparenten Elements 7 für sich in einer perspektivischen Darstellung (Fig. 7b), einer Seitendarstellung
(Fig. 7c) und einer Ansicht von oben (Fig. 7d).
Zum Einspannen oder Halten des transparenten Elements 7 ist in
diesem Ausführungsbeispiel ein Plattenhalter 23 vorgesehen.
Das transparente Element 7 wird in diesem Ausführungsbeispiel mit der begasten und/oder markierten Seite nach oben
eingespannt.
Zu erwähnen ist, dass das Lichtsammelmodul 20 verschwenkbar an der Einspannvorrichtung gelagert oder in verschiedenen
Winkelstellungen montierbar ist.
Dies ermöglicht nicht nur die reine Transmissionsmessung, sondern auch die Messung anderer optischer Größen, wie Glanzgrad
und/oder Trübung.
Wie bereits erwähnt müssen für die Messung gewisser alternativer optischer Größen keine transparenten Elemente 7 verwendet werden. Es können zum Beispiel auch glänzende Stahlplatten mit
definiertem Glanzgrad verwendet werden. In diesem Fall kann in
der Praxis wohl keine Transmissionsmessung durchgeführt werden,
sondern die Vermessung einer Reflexion oder eines Glanzgrads.
Dies ist in Fig. 7e mit verschiedenen Winkelangaben
verdeutlicht, die der Darstellung aus Fig. 7a überlagert wurden.
Das Lichtsammelmodul 20, in diesem Ausführungsbeispiel mit einer
Ulbrichtkugel, ist in Fig. 7f für sich dargestellt.
Die Ulbrichtkugel dieses Ausführungsbeispiels hat einen
Innendurchmesser von 50,5 mm.
Im Folgenden sei ein noch konkreteres Ausführungsbeispiel eines Prüfablaufs unter Verwendung der in den Figuren 5a bis 5c, 6a
und 6b sowie 7a bis 7e dargestellten Vorrichtungen beschrieben.
Schritt 1) Labor-Becherglas, Volumen 500m1 (Prüfraum 6), sowie Prüfglasplatte 90x90x3mm (transparentes Element 7), werden fettfrei gereinigt und 1 Stunde bei 300°C bis 400°C, je nach gewünschter Prüftemperatur in einem Ofen getempert (siehe Fig.
5a bis 5c sowie Fig. 6a und 6b).
Schritt 2) In einer Dunkelkammer 16 wird mit einer Lichtquelle 17 die Glasplatte durchleuchtet. Die Lichttransmission (alternativ Glanzgrad oder Trübung) dieser unbelasteten Prüfplatte wird über eine Ulbrichtkugel mit angeschlossenem Lichtleiter gemessen und protokolliert. Die Prüfglasplatte wird eindeutig gekennzeichnet mit einer Gravur,
und staubfrei und sauber gelagert (siehe Fig. 7a bis 7£). Schritt 3) Die beschichteten und gekennzeichneten
Prüfmaterialien (zu prüfende Bauelemente 1 wie z. B. lackierte
Bleche, Kunststoffteile, Metalle, Kleber etc.) werden
entsprechend den späteren Verwendungsvorgaben im Scheinwerfer hergestellt. Musterbleche von 1g (Stahl 70, 7/x18x1mm) werden für die Vergleiche von lackierten Oberflächen verwendet. Bei der Überprüfung von lackierten Teilen wird Glanzgrad, Gitterschnitt
und Schichtdicke gemessen.
Schritt 4) Aufbau siehe Fig. 5a bis 5c sowie Fig. 6a und 6b: Der Glasbehälter aus Schritt 1 wird mit den entsprechenden zu prüfenden Bauelementen 1 befüllt und mit einer temperaturbeständigen Dichtung und der Prüfplatte verschlossen. Die Temperatursonden werden am Substrat sowie dem Prüfglas
angebracht.
Anschließend wird der Behälterinhalt innerhalb einer temperaturregelbaren Klimakammer 1 Stunde auf die gewünschte Testtemperatur (zb. 300°C) erwärmt und gleichmäßig auf Temperatur gehalten. Die Außenfläche des Behälters wird durch die Klimakammer gekühlt - austretende Dämpfe und Gase vom erwärmten Substrat-Musterteil setzen sich an der Behälterinnenseite sowie an der gekühlten Prüfglasplatte ab und
trüben dadurch die Innenflächen.
Nach der Entnahme wird das Prüfglas staub- und fettfrei gelagert. Diese Glasplatten dürfen bevorzugt nur an den seitlichen Kanten mit Handschuhen gehalten werden. Die Ober- und Unterseite der Platte sollte nicht berührt werden. Die bedampfte
Seite des Prüfglases wird markiert.
Schritt 5) Aufbau siehe Fig. 7a bis 7e: Optional kann die Prüfglasplatte zusätzlich einer Fahrtwindsimulation unterzogen werden. Dazu wird Ölfreie Druckluft über eine Schlauchdüse mit 9 mm Durchmesser mit einer Geschwindigkeit von 0 - 130 km/h auf
die Glasplatte geblasen.
Schritt 6) Aufbau siehe Fig. 7a bis 7e: Das Prüfglas wird mit der bedampften Seite nach oben in der Dunkelkammer 16 mittels derselben Lichtquelle 17 durchleuchtet und über die Ulbrichtkugel und den Lichtleiter 18 (wie Schritt 2) wird die Lichttransmission (alternativ Glanzgrad oder Trübung) dieser nun belasteten, bedampften Prüfplatte ermittelt und festgehalten.
Wie erwähnt, ist darauf zu achten, dass die begaste/bedampfte Seite des Prüfglases in Richtung der Lichtquelle ausgerichtet
ist.
Schritt 7) Über die Veränderung der Messwerte zwischen unbelastetem Glas (Schritt 2) und belastetem Glas (Schritt 6) kann die Veränderung der Lichttransmission (bzw. Glanzgrad, Trübung) durch aus dem Substrat ausgetretene Dämpfe/Gase nachgewiesen werden. Dieses Verfahren ist für alle Werkstoffe
(Metall, Kunststoff, Holz, etc.) und Oberflächen anwendbar.
Zusammenfassend kann mit dem erfindungsgemäßen Prüfverfahren eine optisch gemessene, reproduzierbare Lichttrübungsprüfung für beispielsweise Scheinwerferteile realisiert werden. Es kann ein Messverfahren zur Überprüfung des Einflusses von Ausgasungen und Dämpfen auf Glasscheiben. Kontrolle der Veränderung der Lichttransmission, des Glanzgrades und der Trübung an Gläsern durch £flüchtige bedampfende Stoffe wie Lacke, Kleber, Weichmacher in Kunststoffen etc. in temperaturbelasteter Umgebung (z. B. in Scheinwerfern, Leuchten, Kühlersystemen,
Abgasführungen, etc.) realisiert werden.
Unter Temperatureinfluss werden bei vielen Werkstoffen Gase, Dämpfe und Lösemittel frei, die sich auf benachbarten Bauteilen niederschlagen. Die Erfindung stellt ein Prüfverfahren zum
messbaren Nachweis des Einflusses von Ausgasungen und Dämpfen
auf die Leuchtstärke in Scheinwerfern von verschiedenen
verbauten Materialien und Oberflächenbeschichtungen bereit.
Es können damit insbesondere bestehende, freigegebene Referenzmaterialien mit neu entwickelten Stoffen und Beschichtungen verglichen werden. Es soll mit einem standardisierten Prüfablauf eine optisch bewertbare Beurteilung der Veränderung der Lichtverhältnisse nach Temperaturbelastung
erfolgen.
Bauteile in Scheinwerfen stehen unter hohem Temperatureinfluss (bis 300°C und mehr) - dadurch können je nach Material Gase und Dämpfe austreten, die die Lichtqualität negativ beeinflussen. Die optische Beeinträchtigung durch den Niederschlag der Dämpfe auf dem Probenglas kann gemäß der Erfindung gemessen werden. Der durch die Vernebelung entstandene Verlust der Lichttransmission und des Glanzgrades, sowie die Trübung kann als Bezugswert
ausgegeben werden.
Die chemische Zusammensetzung der freigesetzten Elemente, oder ein Gewichtsverlust durch Ausgasung, spielen dafür letztlich
keine Rolle.
Der Temperatur-Belastungsbereich am Substrat 2 reicht in der Praxis etwa von 0 - 300°C. Damit können gemäß der Erfindung erstmals auch flüchtige Stoffe über 200°C freigesetzt und
geprüft werden. Nach Anforderung können auch Tests bis 400°C
oder mehr ausgeführt werden. Es können verschiedene klimatische Umgebungseinflüsse simuliert
werden. Die Umgebungstemperatur kann beispielsweise auch
zwischen -40°C bis +80°C eingestellt werden.
Weiters kann auch Fahrtwind mit 0 - 130 km/h auf das Prüfglas geblasen werden. Das alles, während im Inneren des Prüfraums 6 das Substrat 2 auf die notwendige Betriebstemperatur gebracht
wird.
Bezugszeichenliste:
1 Scheinwerferbauelement
2 Substrat
3 Beschichtung
4 erste Schicht
5 zweite Schicht
6 Prüfraum
7 transparentes Element
8 Messaufbau zum Durchführen des optischen Messverfahrens 9 Heizvorrichtung
10 Scheinwerfer
11 Messgerät
12 Temperatursensor
13 Windsimulationsvorrichtung 14 Temperaturregler
15 Klimaschrank
16 Dunkelkammer
17 Lichtquelle
18 Lichtleiter
19 Einspannvorrichtung
20 Lichtsammelmodul
21 Silikondichtungen
22 Stahlring
23 Plattenhalter
24 Vakuumkammer
25 Öffnung für Vakuumpumpe
26 Gaseinlass
27 Öffnung für Plasmaelektroden 28 Öffnung für Stromversorgung 29 Beschichtungsgestell
30 Stangen
31 Haken
Innsbruck, am 4. Oktober 2022

Claims (1)

  1. Patentansprüche
    Scheinwerferbauelement für einen Scheinwerfer mit einem Substrat (2) und einer Reflexionen entgegenwirkenden Beschichtung (3) des Substrats (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (3) durch Gasphasenabscheidung hergestellt ist und die Beschichtung (3) eine Dicke zwischen
    1 um und 20 um aufweist.
    Scheinwerferbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Beschichtung (3) zwischen
    1 um und 12 um, bevorzugt zwischen 2 um und 6 um, Liegt.
    Scheinwerferbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (3) durch chemische Gasphasenabscheidung, besonders bevorzugt
    plasmachemische Gasphasenabscheidung, hergestellt ist.
    Scheinwerferbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (3) kristallinen Kohlenstoff und/oder kristallines Silizium beinhaltet, bevorzugt im Wesentlichen aus kristallinem Kohlenstoff und/oder kristallinem Silizium besteht, wobei besonders bevorzugt zusätzlich Fluor in der Beschichtung
    gebunden ist. Scheinwerferbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (3)
    zumindest zwei Schichten (4,5) beinhaltet.
    Scheinwerferbauelement nach Anspruch 4 und Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    11.
    12.
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    —- eine erste, dem Substrat (2) am nächsten liegende Schicht (4) kristallines Silizium beinhaltet, bevorzugt im Wesentlichen aus kristallinem Silizium besteht, und/oder
    - eine zweite, an einer Oberfläche des Scheinwerferbauelements (1) liegende Schicht (5) kristallinen Kohlenstoff beinhaltet, bevorzugt im
    Wesentlichen aus kristallinem Kohlenstoff besteht.
    Scheinwerferbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (2) aus
    Metall, Keramik, Kunststoff und/oder Glas besteht.
    Scheinwerfer mit einem Scheinwerferbauelement nach einem der
    vorhergehenden Ansprüche.
    Verwendung eines Scheinwerferbauelements nach einem der
    Ansprüche 1 bis 7 bei einem Scheinwerfer.
    Herstellungsverfahren zum Herstellen eines Scheinwerferbauelements, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei ein Substrat (2) bereitgestellt wird, welches mittels Gasphasenabscheidung so beschichtet wird, dass die Beschichtung (3) eine Dicke zwischen 1 um und 20 um und eine Reflexionen entgegenwirkende Funktion
    aufweist.
    Herstellungsverfahren nach Anspruch 10, wobei das Substrat (2) zum Beschichten zumindest einer Gasphase ausgesetzt wird, die Silizium und/oder Kohlenstoff und/oder Wasserstoff
    beinhaltet.
    Herstellungsverfahren nach Anspruch 11, wobei - das Substrat (2) zum Erzeugen einer ersten, dem Substrat
    (2) nächstliegenden Schicht (4) einer ersten Gasphase
    14.
    15.
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    ausgesetzt wird, welche erste Gasphase Silizium und/oder Wasserstoff beinhaltet, vorzugsweise im Wesentlichen aus Silizium und/oder Wasserstoff besteht, und/oder
    - das Substrat (2), gegebenenfalls samt zumindest einer bereits vorhandenen Schicht, zum Erzeugen einer zweiten, an einer Oberfläche des herzustellenden Scheinwerferbauelements (1) liegenden Schicht (5) einer zweiten Gasphase ausgesetzt wird, welche zweite Gasphase Kohlenstoff und/oder Wasserstoff beinhaltet, vorzugsweise im Wesentlichen aus Kohlenstoff und/oder Wasserstoff
    besteht.
    Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei das Substrat (2) vor dem Beschichten einer
    Plasmareinigung unterzogen wird.
    Herstellungsverfahren zum Herstellen eines Scheinwerfers, wobei ein Scheinwerferbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und/oder ein nach einem der Ansprüche 10 bis 13
    hergestelltes Scheinwerferbauelement verbaut wird.
    Prüfverfahren zum Prüfen eines Ausgasungsverhaltens eines Bauelements, insbesondere eines Scheinwerferbauelements, wobei - ein Prüfraum (6) mit zumindest einem transparenten Element (7) oder einem anderen Element mit optischen Eigenschaften bereitgestellt wird, - das zu prüfende Bauelement (1) im Prüfraum (6) angeordnet wird, —- der Prüfraum (6) und/oder das zu prüfende Bauelement (1) direkt auf zumindest 160° C, bevorzugt auf zumindest 200° C, besonders bevorzugt auf zumindest 300° C und/oder
    zwischen 300° C und 400° C, erhitzt wird, wodurch aus dem
    17.
    18.
    19.
    20.
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    zu prüfenden Bauelement (1) gegebenenfalls Gase freigesetzt werden, und —- anschließend das zumindest eine transparente Element (7)
    einem optischen Messverfahren unterzogen wird.
    Prüfverfahren nach Anspruch 15, wobei der Prüfraum (6) über einen Zeitraum von mindestens 15 Minuten, bevorzugt mindestens 30 Minuten und besonders bevorzugt 60 Minuten oder mehr, auf zumindest 160° C, bevorzugt auf zumindest 200° C, besonders bevorzugt auf zumindest 300° C und/oder zwischen
    300° C und 400° C, erhitzt wird.
    Prüferfahren nach Anspruch 15 oder 16, wobei mittels des optischen Messverfahrens eine Transparenz, ein Glanzgrad und/oder eine Trübung des zumindest einen transparenten
    Elements (7) gemessen wird.
    Prüfverfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei das zumindest eine transparente Element (7) vor dem Erhitzen des Prüfraums (6) und/oder vor dem Einbringen in den Prüfraum (6) als Referenzmessung dem optischen Messverfahren unterzogen
    wird.
    Prüfverfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei das zumindest eine transparente Element (7), insbesondere in Form einer Glasplatte, zum Durchführen des optischen Messverfahrens vom Prüfraum (6) entnommen wird und/oder in
    einem separaten Messaufbau (8) angeordnet wird.
    Prüfanordnung, insbesondere zum Durchführen eines Prüfverfahrens nach einem der Ansprüche 15 bis 19, beinhaltend einen Prüfraum (6) mit zumindest einem transparenten Element (7), eine Heizvorrichtung (9) zum
    Erhitzen des Prüfraums (6) und/oder des zu prüfenden
    Bauelements (1) auf zumindest
    160° C, bevorzugt auf zumindest 200° C, besonders bevorzugt auf zumindest 300° C und/oder zwischen 300° C und 400° C, sowie einem Messgerät (11) und/oder einem Messaufbau (8) zum Durchführen eines optischen Messverfahrens am zumindest einen
    transparenten Element (7).
    Innsbruck, am 4. Oktober 2022
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