DE10142530A1

DE10142530A1 - Verfahren zur Herstellung partiell galvanisierter Kunststoffbauteile und partiell galvanisiertes Kunststoffbauteil

Info

Publication number: DE10142530A1
Application number: DE2001142530
Authority: DE
Inventors: Guenther Risse; Bernd Staudacher
Original assignee: WAFA KUNSTSTOFFTECHNIK GmbH
Current assignee: WAFA KUNSTSTOFFTECHNIK GmbH
Priority date: 2001-08-30
Filing date: 2001-08-30
Publication date: 2003-03-20

Abstract

Für ein Verfahren zur Herstellung partiell galvanisierter Kunststoffbauteile wird das Kunststoffbauteil (1) an seiner Oberfläche mit mindestens einer als V-förmige Nut (6) ausgebildeten Vertiefung versehen. Das Kunststoffbauteil (1) wird in einem Säurebad zur Aufrauhung der Oberfläche behandelt, dann erfolgt eine Aktivierung mit Metallionen und danach eine chemische Beschichtung an der Oberfläche unabhängig von den durch die Nuten (6) definierten Bereichen. Das chemisch beschichtete Kunststoffbauteil (1) wird mit einer Gleichstromquelle verbunden und in ein galvanisches Bad getaucht, das seinerseits an den anderen Pol der Gleichstromquelle angeschlossen ist. Dabei wird die Stromdichte derart bemessen, daß zu Beginn des Stromflusses im Bereich von gegeneinander laufenden Nutwänden (7, 8) der Strom einen Temperaturanstieg bewirkt, durch den der elektrische Widerstand der chemischen Beschichtung so weit ansteigt, daß eine elektrische Trennung in der Nut (6) und damit ein Stromabriß erfolgt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung partiell galvanisierter Kunststoffbauteile der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung. Außerdem betrifft die Erfindung ein nach dem Verfahren hergestelltes Kunststoffbauteil.

Kunststoffbauteile werden zu verschiedenen Zwecken mit einem metallischen Überzug durch Galvanisierung versehen, beispielsweise aus dekorativen Gründen oder um elektrisch voneinander getrennte Bereiche zu schaffen. Als konstruktive Maßnahme zum partiellen Galvanisieren von Kunststoffteilen wurde bereits vorgeschlagen, enge Schlitze vorzusehen, durch die bei der elektrochemischen Verstärkung eine Unterbrechung erreicht wird, wodurch in der definierten Zone kein Metall mehr abgeschieden wird und gegebenenfalls die Kunststoffoberfläche wieder freigelegt wird. Eine häufig verwendete Methode, definierte Bereiche für die partielle Galvanisierung zu schaffen, besteht darin, selbstklebende Bänder aufzubringen oder Lacke aufzutragen, durch die die chemische Metallisierung an bestimmten Stellen verhindert wird. Bei hervorstehenden Teilen werden Abdeckkappen, Hütchen oder dgl. eingesetzt. Eine weitere Möglichkeit zur Schaffung definierter Bereiche für die partielle Galvanisierung besteht darin, Rillen oder Streifen in eine chemisch mit einem Metall beschichtete Oberfläche einzufräsen oder einzukratzen. Der Nachteil hierbei besteht jedoch darin, daß leicht Beschädigungen auftreten, so daß die geforderte Qualität des galvanisierten Kunststoffbauteils nicht gegeben ist.

Aus der DE-OS 18 01 819 ist ein Verfahren zum örtlich begrenzten, galvanischen Überziehen von Oberflächen elektrisch nichtleitender Gegenstände bekannt. Dabei wird auf der Oberfläche nach einer Vorbehandlung mit Hilfe einer Lösung, die ein Salz des betreffenden Metalls und ein Reduktionsmittel für dieses Salz enthält, eine gleichmäßige elektrisch leitende Schicht erzeugt. Eine bereits bei der Formgebung des elektrisch nichtleitenden Gegenstandes oder wenigstens vor der chemischen Bearbeitung in der Oberfläche angebrachte Einkerbung dient dazu, einen begrenzten Bereich der Oberfläche des Gegenstandes zu schaffen, der dadurch mit Metall überzogen wird, daß dieser Teil in mindestens einem galvanischen Bad als Kathode mit einer Stromquelle verbunden wird, bis die gewünschte Metalldicke erreicht ist. Die Tiefe und der Einschnittwinkel der Einkerbung sind auf die Stromdichte abgestimmt, so daß in der Einkerbung kein galvanischer Niederschlag entsteht. Die Zusammensetzung des galvanischen Elektrolyten ist so gewählt, daß sich die in der Einkerbung chemisch niedergeschlagene Metallschicht in ihm löst.

Das bekannte Verfahren ist jedoch nicht bei allen Bauteilen und Konfigurationen prozeßsicher, so daß es für eine Großserienfertigung von Bauteilen mit unterschiedlicher partieller Konfiguration nicht den geforderten Qualitätsstandards entspricht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung partiell galvanisierter Kunststoffbauteile der gattungsgemäßen Art zu schaffen, das einfach ausführbar und prozeßsicher ist. Außerdem besteht die Aufgabe darin, ein nach dem Verfahren hergestelltes Kunststoffbauteil zu schaffen.

Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß auf einfache Weise ohne zusätzlichen Verfahrenschritt der Herstellungsprozeß für ein partiell galvanisiertes Kunststoffbauteil durchführbar ist. Bei anliegender Spannung beginnt durch das Eintauchen des Kunststoffbauteils mit seiner durch chemische Beschichtung elektrisch leitenden Oberfläche der Stromfluß, und zwar über die gesamte elektrisch leitende Oberflächen. Ohne zusätzlichen Verfahrenschritt unterbricht der Stromfluß von selbst die elektrisch leitende Schicht im Bereich der Nutwände nahe dem Nutgrund, so daß von selbst ein Bereich ohne elektrisches Potential entsteht.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung werden die Nuten bereits beim Spritzen des Kunststoffbauteils hergestellt und zwar als umlaufende bzw. geschlossene Nuten, die den Bereich der nicht zu galvanisierenden Oberfläche definieren. Auf diese Weise lassen sich sehr einfach alle möglichen Konfigurationen realisieren. Zweckmäßigerweise wird das Kunststoffbauteil in dem galvanischen Bad im wesentlichen orthogonal zur Richtung des Stromflusses in der Elektrolytelösung bewegt. Hierdurch wird eine gute Durchmischung des Elektrolyten erreicht und die Haftung von Gasblasen und sonstigen Fremdstoffen auf dem als Kathode wirkenden Kunststoffbauteil vermieden. Zweckmäßigerweise ist die Stromdichte < 1 A/dm² und sie beträgt vorzugsweise etwa 0,5 A/dm² bei einer Spannung von ca. 3 V.

Das partiell galvanisierte Kunststoffbauteil ist dadurch gekennzeichnet, daß es mindestens eine Nut, die zwischen den galvanisierten bzw. nicht galvanisierten Bereichen verläuft, aufweist, wobei die Nut V-förmig angeordnete Nutwände besitzt und der Winkel, den die Nutwände einschließen, zwischen 30° und 40°, vorzugsweise ca. 35° beträgt. In bevorzugter Ausgestaltung ist vorgesehen, daß eine der Nutwände mindestens annähernd orthogonal zum galvanisierten Bereich der Oberfläche verläuft und die andere Nutwand geneigt zum nicht galvanisierten Bereich der Oberfläche angeordnet ist. Als besonders geeignet wird eine Nuttiefe von 0,4 mm bis 0,6 mm, vorzugsweise 0,5 mm, angesehen. Die Nutbreite beträgt am oberen Rand ca. 0,3 mm bis 0,5 mm, vorzugsweise 0,4 mm.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 einen Schnitt durch einen Ausschnitt eines galvanisierten Kunststoffbauteils in vergrößerter Darstellung,
Fig. 2 eine Ausführungsvariante zu Fig. 1,
Fig. 3 eine weitere Ausführungsvariante zu Fig. 1,
Fig. 4 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles IV auf das Kunststoffbauteil gemäß Fig. 2,
Fig. 5 eine vergrößerte Darstellung eines Schnittes durch einen Ausschnitt eines Kunststoffbauteils mit einer hervorstehenden Lasche,
Fig. 6 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles VI in Fig. 5,
Fig. 7 eine vergrößerte Darstellung auf einen Ausschnitt eines Kunststoffbauteils mit einer hervorstehenden Lasche in perspektivischer Ansicht.
Die Fig. 1 zeigt ein Kunststoffbauteil 1, das an seiner Oberfläche Bereiche 2, 3 mit einem galvanischen Überzug 4 aufweist. An der in Fig. 1 dargestellten Oberseite des Kunststoffbauteils 1 ist ein orthogonal aus der Oberfläche herausragender Stift 5 angeformt. Der Stift 5 ist von einer umlaufenden Nut 6 umgeben, die in das Kunststoffbauteil 1 hineinreicht. Die Nut 6 wird von einer orthogonal zur Oberfläche mit dem galvanischen Überzug 4 verlaufenden Nutwand 7 und einer im Winkel dazu verlaufenden Nutwand 8 begrenzt. Der Winkel, den die Nutwände 7 und 8 einschließen, beträgt zwischen 30° und 40° und liegt vorzugsweise bei ca. 35°. Die Nut 6 weist eine Tiefe t zwischen 0,4 mm und 0,6 mm auf und beträgt vorzugsweise 0,5 mm. Außerdem besitzt die Nut 6 an ihrem oberen Rand eine Breite b zwischen 0,3 mm und 0,5 mm, vorzugsweise 0,4 mm. Im Gegensatz zu den mit einem galvanischen Überzug 4 versehenen Bereichen 2 und 3 ist die Oberfläche des Stiftes 5 metallfrei.
Das Verfahren zum partiellen Galvanisieren wird anhand des nachfolgenden Beispiels beschrieben. Zunächst erfolgt eine Vorbehandlung des Kunststoffbauteils, welche das Beizen und Aktivieren der Oberflächen sowie anschließend eine chemische Metallisierung zur Herstellung elektrisch leitfähiger Schichten beinhaltet. Die Beizung und die Aktivierung können in getrennten Schritten erfolgen oder in einer Reaktionsstufe. Eine solches Kunststoffbauteil besteht in der Regel aus ABS. Das eine Aufrauhung der Oberfläche bewirkende Beizen kann beispielsweise in einem Schwefelsäurebad erfolgen. Zur Aktivierung der Oberfläche dienen Palladiumkeime. Danach erfolgt eine chemische Beschichtung, beispielsweise mit Nickel und zwar auf dem gesamten Bauteil, also nicht nur partiell. Danach wird das Kunststoffbauteil 1 an den Minuspol einer Gleichstromquelle angeschlossen, wobei der Anschluß an dem Kunststoffbauteil 1 an dem Bereich bzw. den Bereichen erfolgt, die mit dem galvanischen Überzug 4 versehen werden sollen. Durch Eintauchen in ein galvanisches Bad, das an den Pluspol der Gleichstromquelle angeschlossen ist, beginnt ein elektrischer Strom zu fließen, und zwar mit einer Stromdichte von beispielsweise < 1A/dm². Der Strom bewirkt im Bereich des Nutgrundes der Nut 6, d. h. dort wo die Nutwände 7 und 8 nahe beieinander verlaufen einen Temperaturanstieg, der eine drastische Erhöhung des elektrischen Widerstandes der chemischen Beschichtung in diesem Bereich zur Folge hat. Damit wird der elektrische Kontakt in diesem Bereich unterbrochen, so daß es zum Stromabriß im Bereich des Nutgrundes kommt und somit die Oberfläche des Stiftes 5 nicht mehr dem Potential, das an dem Kunststoffbauteil 1 anliegt, verbunden ist. Da die Unterbrechung der elektrischen Verbindung im Bereich des Nutgrundes sofort nach dem Eintauchen des Kunststoffbauteils 1 in das galvanische Bad erfolgt, wird eine Ablagerung des in dem galvanischen Bad gelösten Metalls auf der Oberfläche des Stiftes 5 vermieden. Das dort befindliche, durch die chemische Beschichtung aufgetragene Metall löst sich in den Folgeprozessen wieder ab.
Die Fig. 2 zeigt eine Ausführungsvariante zu Fig. 1, wobei in Fig. 2 die umlaufende Nut 6 einen etwas größeren Durchmesser aufweist, so daß der Stift 5 von einem Sockel 9 umgeben ist. Die Nut 6 ist bezüglich ihrer Ausgestaltung mit Nutwänden 7 und 8 ebenso gestaltet wie zu Fig. 1 beschrieben und auch die Abmessungen der Nuttiefe t und Nutbreite b entsprechen denjenigen der Fig. 1.
Die Draufsicht auf die Anordnung in Fig. 2, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist, macht deutlich, daß der Stift 5 einen kreisförmigen Querschnitt besitzt und auch der Sockel 9 sowie die diesen umgebende Ringnut 6 kreisförmig sind.
Die Fig. 3 zeigt eine Ausführungsvariante zu Fig. 2, bei der ein nicht zu galvanisierender Bereich 10 in derselben Ebene liegt, wie der zu galvanisierende Bereich 3 des Kunststoffbauteils 1. Da die den nicht zu galvanisierenden Bereich 10 umgebende Nut 6 bezüglich ihrer Form und Größe derjenigen zu Fig. 1 und 2 entspricht, ergibt sich auch beim Ausführungsbeispiel der Fig. 3, ein Bereich ohne galvanischen Überzug.
Die Fig. 5 und 6 zeigen einen Ausschnitt eines Kunststoffbauteils, bei dem an der Oberseite eine Lasche 11 hervorsteht. Da die Lasche 11 zum Einführen in einer Halterung dient, ist das freie Ende der Lasche 11 mit Schrägflächen 12 und 13 zum erleichterten Einführen in die Halterung versehen. Entlang des Fußes der Lasche 11 erstreckt sich ein rechteckiger Sockel 14, wie dies aus Fig. 6 ersichtlich ist. Der Sockel 14 ist von einer geschlossenen und ebenfalls die Form eines Rechtecks darstellenden Nut 15 umgeben, deren Nutwände 16 und 17 denjenigen der Bezugszeichen 7 und 8 in den Fig. 1 bis 3 entspricht. Auch die Nutwände 16 und 17 schließen einen Winkel von 30° bis 40° ein und die Tiefe t und die Breite b der Nut 15 entspricht den Maßen die zu der Nut 6 angegeben sind.
Die Fig. 7 zeigt in noch vergrößerter Darstellung eine perspektivische Ansicht des Bereichs des Kunststoffbauteils 1, an dem die Lasche 11 angeordnet ist. Die Bezugszeichen in Fig. 7 stimmen für gleiche Teile mit denjenigen der Fig. 5 und 6 überein.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung partiell galvanisierter Kunststoffbauteile, wobei das Kunststoffbauteil (1) an seiner Oberfläche mit mindestens einer als V-förmige Nut (6, 15) ausgebildeten Vertiefung versehen wird, das Kunststoffbauteil (1) in einem Säurebad zur Aufrauhung der Oberfläche behandelt wird, eine Aktivierung mit Metallionen erfolgt und eine chemische Beschichtung an der Oberfläche unabhängig von den durch die Nuten (6, 15) definierten Bereichen erfolgt, wobei das chemisch beschichtete Kunststoffbauteil (1) mit einer Gleichstromquelle verbunden und in ein galvanisches Bad getaucht wird, das seinerseits an den anderen Pol der Gleichstromquelle angeschlossen ist und dabei die Stromdichte derart bemessen wird, daß zu Beginn des Stromflusses im Bereich von gegeneinander laufenden Nutwänden (7, 8; 16, 17) der Strom einen Temperaturanstieg bewirkt, durch den der elektrische Widerstand der chemischen Beschichtung so weit ansteigt, daß eine elektrische Trennung in der Nut (6, 15) und damit ein Stromabriß erfolgt, wodurch eine Ablagerung des im galvanischen Bad gelösten Metalls ausschließlich auf den mit der Stromquelle verbundenen Bereichen (2, 3) der Oberfläche erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (6, 15) als umlaufende bzw. geschlossene Nuten beim Spritzen des Kunststoffbauteils (1) hergestellt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoffbauteil (1) in dem galvanischen Bad im wesentlichen orthogonal zur Richtung des Stromflusses in der Elektrolytlösung bewegt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromdichte < 1 A/dm² und vorzugsweise etwa 0,5 A/dm² bei einer Spannung von ca. 3 V beträgt.

5. Partiell galvanisiertes Kunststoffbauteil mit mindestens einer Nut, die zwischen den galvanisierten bzw. nicht galvanisierten Bereichen verläuft, wobei die Nut (6, 15) V-förmig angeordnete Nutwände (7, 8; 16, 17) aufweist und der Winkel den die Nutwände (7, 8; 15, 16) einschließen, zwischen 30° und 40° vorzugsweise ca. 35° beträgt.

6. Kunststoffbauteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Nutwände (7, 16) mindestens annähernd orthogonal zum galvanisierten Bereich (4) verläuft und die andere Nutwand (8, 17) geneigt zum nicht galvanisierten Bereich der Oberfläche angeordnet ist.

7. Kunststoffbauteil nach Anspruch 5 oder 6 dadurch gekennzeichnet, daß die Nuttiefe (t) 0,4 mm bis 0,6 mm, vorzugsweise 0,5 mm, beträgt.

8. Kunststoffbauteil nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Nutbreite (b) am oberen Rand 0,3 mm bis 0,5 mm, vorzugsweise 0,4 mm beträgt.