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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gestaltung einer dekorierten
Kunststoffoberfläche
gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1 sowie einen nach dem Verfahren hergestellten
Gegenstand.
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Es
gibt viele Verfahren zum Bedrucken von Kunststoffoberflächen. Eine
erste Beschriftungsmethode besteht beispielsweise im Tamponprintverfahren,
wobei auf einen flexiblen Druckstempel das zu bedruckende Bild mittels
Farbe aufgebracht wird, das anschließend durch Anpressen des elastischen Druckstempels
gegen eine Oberfläche
eines vorzugsweise aus Kunststoff hergestellten Druckträgers gepreßt wird.
Dabei bleibt die Farbe an der Oberfläche des zu bedruckenden Druckträgers haften.
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Ein
weiteres Beschriftungsverfahren ist beispielsweise das Heißprägeverfahren,
bei dem durch einen heißen
Prägestempel
ein Farbband gegen die Oberfläche
eines vorzugsweise aus Kunststoff bestehenden zu bedruckenden Druckträgers gepreßt wird. Auf
diese Weise löst
sich durch Erwärmung
des Farbbandes die Druckschicht vom Farbband ab und bleibt an der
Oberfläche
des Druckträgers
haften.
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Als
weiteres Druckverfahren ist das Inmold-Verfahren bekannt, bei dem
vor dem Spritzvorgang eines Kunststoffkörpers an die Wandung eines Formhohlraumes
eines Spritzwerkzeuges eine Druckschicht angebracht wird, die beim
Ausspritzen des Formhohlraumes an der Außenfläche des noch flüssigen Kunststoffmaterials
zur Anlage gelangt und an der Oberfläche haften bleibt. Sobald das
Spritzteil ausreichend in dem Formhohlraum ausgehärtet ist, kann
das Spritzwerkzeug geöffnet
und das Kunststoffteil mit an der Oberfläche befestigter Druckschicht
entnommen werden. Eine derartige Druckschicht ist sehr fest mit
der Oberfläche
des Werkstücks
verbunden und kann beliebige Farbbilder jeder Gestalt wiedergeben.
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Als
weiteres Verfahren ist noch das Siebdruckverfahren bekannt, bei
dem zunächst
ein Gewebe mit Lack abgedeckt wird. Anschließend wird der Lack in den Bereichen,
in denen ein Aufdruck erfolgen soll, partiell entfernt und mit einem
das Bild wiedergebenden Sieb abgedeckt und von der einen Seite mit
Farbe beaufschlagt, die dann die Siebbohrungen durchdringt und an
dem Gewebe haften bleibt. Auf diese Weise entsteht auch hier ein
beliebig farbiges oder schwarz-weißes Bild.
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Als
weiteres Druckverfahren ist das Ink-Jet-Verfahren bekannt, bei dem
Farbe auf die zu bedruckende Oberfläche aufgespritzt wird. Auch
hier können
beliebige Farbbilder auf eine Oberfläche aufgedruckt werden.
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Ein
weiteres Beschriftungsverfahren ist beispielsweise auch das Laserbeschriftungsverfahren, bei
dem mit einem fokussierten Laserstrahl Laserlicht auf eine aus Kunststoff
hergestellte Oberfläche
aufgebracht wird. Dabei brennt sich der Laserstrahl in den Kunststoff
ein. Das Sichtbarmachen der Druckflächen ist insbesondere deshalb
möglich,
weil Bestandteile von vorzugsweise Titandioxyd im Kunststoffmaterial
eingebettet sind, die beim Auftreffen des Laserstrahls auf die zu
bedruckende Oberfläche
eine Reduktion eingehen und somit entweder ein weißes oder
ein graues Schriftfeld, je nach Auswahl der Kunststoffbeschaffenheit,
erzeugen. Grund hierfür
ist der Farbumschlag des Titandioxyds.
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Bei
dem Laserdruckverfahren ist es allerdings kaum möglich, farbige Bilder in beliebiger
Farbgestaltung herzustellen. Dies ist vielmehr mit den anderen zuvor
beschriebenen Verfahren besonders gut möglich, bei denen allerdings
die aufgebrachte Druckschicht im wesentlichen eben ausgebildet ist.
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Die
DE 101 06 231 C1 beschreibt
ein Verfahren zum Aufbringen einer Druckschicht auf eine Kunststoffoberfläche eines
Gegenstands, wobei nach dem Auflegevorgang die Druckschicht mittels einer
Heißluft-
oder Flammbehandlung derart beaufschlagt wird, dass die Oberfläche des
Gegenstands leicht zu schmelzen beginnt und eine feste Verbindung
zur Druckschicht herstellt. Hierbei geht es darum, ein Bild auf
einer Kunststoffoberfläche
eines Gegenstandes kratzfest und sicher aufzubringen. Von einer
strukturierten Bildoberfläche
ist hier nichts beschrieben.
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Aus
der
DE 198 34 055
A1 ist es bekannt, Bereiche einer Kunststoffoberfläche eines
Gegenstands mit Laserstrahlen absorbierenden und mit Farbumschlag
reagierenden Pigmenten vorzusehen, wodurch mittels Laserstrahlen
farblich abgehobene Bereiche entstehen. Von einer strukturierten
Bildoberfläche
ist hier nichts beschrieben. Außerdem
liegt die Wellenlänge
einer Laserstrahlung in einem wesentlich kürzeren Bereich als die Wellenlänge einer Wärmestrahlung,
was einen erheblichen physikalischen Unterschied ausmacht.
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Die
DE 23 20 239 B2 betrifft
ein Verfahren zur Herstellung eines dekorativen Schichtstoffes aus mehreren
Schichten als Verbundmaterial, wobei eine strukturierte Schicht
aus thermoplastischem Kunststoff mit einer Vertiefungen und Erhöhungen aufweisenden
Struktur durch Bestrahlung mit Wärmestrahlen
erzeugt wird. Bei dem Verbundmaterial geht es um eine wärmeschrumpfbare
Schicht, die aus einer Platte, einem Film oder einer Folie aus einem
thermoplastischen Kunststoff besteht, die einer monoaxialen oder
biaxialen Verstreckung unterworfen wurde, was mit der vorliegenden
Erfindung nicht vergleichbar ist, da hier ein Schmelzen und Einbrennen
des (nicht wärmeschrumpfbaren)
Kunststoffmaterials der Oberfläche
eines Gegenstands erfolgt, was zu gebrannten Einkerbungen und einer
reliefartigen Struktur je nach Wärmestrahlenabsorption
des Kunststoffmaterials der Oberfläche in Abhängigkeit von den dunkleren
Stellen des Dekors führt.
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Bei
der
EP1396316A2 handelt
es sich um ein Verfahren zum Herstellen von perforierten Folien, wobei
die Perforationlöcher
durch Aufschmelzen von Energie absorbierenden Pigmenten erzeugt
werden.
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Die
DE 24 05 880 B2 beschreibt
eine Verbundplatte, die mit kohärenter
Strahlung beaufschlagt wird zwecks Erzeugung einer Druckplatte oder
einer anderen mit einem Oberflächenrelief
versehenen Platte.
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Aufgabe
der Erfindung ist es nun, auf einfache Weise eine dekorierte Kunststoffoberfläche eines Gegenstands
nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 derart auszugestalten,
daß das
Bild deutliche Konturen aufweist, daß es strukturiert ist und somit
eine Oberflächentopographie
darstellt und daß es
unabhängig
vom Spritzguß-Werkzeug "fühlbare" Schriftzüge aufweist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Durch die Erfindung ist
es möglich,
auf einfache Weise eine reliefartige Oberflächenstruktur auf einem an einer Kunststoffoberfläche angebrachten
Dekor zu erhalten, das den Effekt einer fühlbaren Oberflächentopographie
mit sich bringt. Die texturierte Oberfläche bzw. die Oberflächentopographie
läßt Druckmotive bzw.
Schriftzüge
lebendig erscheinen und sie können aufgrund
ihrer Rauhigkeit bzw. Unebenheit leicht von einer Bedienungsperson
ertastet werden.
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Wichtig
ist es nach der Erfindung, daß die Kunststoffoberfläche aus
einem bei Temperatur sich thermoplastisch verformenden Kunststoff
besteht, damit an den Stellen, also an den dunkleren Stellen, wo
die Temperatur besser absorbiert wird, in Abhängigkeit der Zeit, der Temperatur
derart tiefe Einbrennungen in Form von Gräben oder Kerben entstehen, durch
die die strukturierte Oberfläche
erzeugt wird. Der Rest des Bildes, der hellere Farben besitzt, wird zwar
auch durch die Wärmestrahlung
erwärmt,
er wird aber nicht so stark erwärmt,
daß ein
Schmelzen des Kunststoffmaterials und ein Einbrennen erfolgt. In
diesem Bereich bleibt dann das Dekor nahezu unverändert und
bildet mit den gebrannten Einkerbungen eine reliefartige Struktur.
Als Thermoplast eignet sich besonders gut ein Polypropylen. Ein
weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß durch die Wärmestrahlung
auch diejenigen dekorierten Kunststoffoberflächen strukturiert werden können die
gewölbt,
gekrümmt
oder sonstwie uneben sind. Bei sehr aufwendigen Bildern mit vielen
schwarzen Linien werden alle diese zu gleicher Zeit aufgeschmolzen, was
eine besonders schnelle und einfache Strukturierung der Kunststoff-
bzw. Bildoberfläche
ermöglicht.
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Gemäß den Merkmalen
des Patentanspruchs 2 können
nicht nur flächige,
dunkle, gefärbte Oberflächen konturiert
werden, sondern es ist auch möglich,
einzelne Bilder darstellende Linien mehr oder weniger zu konturieren,
da dies zum einen von der Schwärze
und der Breite der Linien, zum anderen von der Intensität der Warmstrahlung
und der Einstrahlzeit abhängt.
Je heller und schmaler die Linien werden, desto weniger werden sie
konturiert. Stärker herauszustellende
Konturen erfordern breitere und auch schwärzere Linien. Durch die Erfindung
entstehen dekorierte Kunststoffoberflächen, die in gewissen Grenzen
einer Bedienungsperson einen plastischen Effekt vermitteln, was
den Gegenstand anmutiger erscheinen läßt. Als Druckfarben können die
im Handel üblichen
Farben verwendet werden, es müssen
lediglich die Stellen, die nicht eine plastische Verformung des
Kunststoffmaterials hervorrufen sollen, so temperaturbeständig sein,
daß sie
bei der Infrarotbestrahlung unbeschadet bleiben.
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Durch
die Merkmale des Patentanspruchs 3 wird das Zusammenwirken der Lichtstrahlung,
der Kunststoffoberfläche
und der gedruckten Farbe unter Schutz gestellt, d. h., in Versuchen
muß zunächst ermittelt
werden, welche Farbe und welcher Kunststoff die entsprechende Wärmestrahlemenge
aushält,
um entweder bei Infrarotbestrahlung unbeschadet zu bleiben oder
aufgeschmolzen zu werden. Derartige Feststellungen sind handwerkliche
Maßnahmen,
so daß deren
Parameter hier nicht näher
erwähnt
werden. Gleiches gilt für
die Steuerung der Effekte, die sich durch die Intensität, durch
die Dauer und durch die Fokussierung der Infrarotquelle ergibt (Anspruch 4).
Als Infrarotquelle können
ein oder mehrere Infrarotlampen oder sonstige ein Infrarotlicht
ausstrahlende Glühkörper verwendet
werden. Auch energiereichere Nahinfrarotstrahlung mit kürzeren Wellenlängen ist
möglich.
Der Schmelz- bzw. Verbrennungsgrad der dunklen Stellen ist hierbei
dann insbesondere abhängig
von der Entfernung der Lampen zum Bildobjekt, von der Strahlungsenergie
und der Strahlungseinwirkzeit.
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Gemäß den Merkmalen
des Patentanspruchs 5 wird die Wärmestrahlung
großflächig auf die
gesamte zu strukturierende Kunststoffoberfläche aufgebracht, wodurch in
einem Arbeitsgang das gesamte Bild strukturiert wird. Eine derartige
Strukturierung ist in kürzester
Zeit möglich
und hält
die Herstellkosten äußerst gering.
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Als
Wärmequelle
ist Infrarotstrahlung besonders günstig und einfach einsetzbar,
da hierzu bereits einfache Infrarotstrahler oder Glühbirnen
benutzt werden können
(Anspruch 6).
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Bei
den Merkmalen des Patentanspruchs 7 handelt es sich um eine zu strukturierende
Oberfläche
nach Anspruch 1, die hier vorzugsweise Teil eines elektrischen Kleingerätes für den häuslichen
Bedarf ist. Dabei sind die Oberflächen stets an der Außenseite
gut sichtbar an einem kleinen Gerät angebracht. Dies können Gehäuseteile
von Rasierern, von Küchengeräten oder
sonstige im Haushaltsbedarf nutzbare Teile sein. Wichtig ist dabei
nur, daß die aufzuschmelzende
Oberfläche
ein thermoplastischer Kunststoff ist. Dabei kann der Kunststoffkörper massiv
aus Kunststoff hergestellt sein, er kann aber auch nur als Auflage
beispielsweise auf einem Metallträger oder auf einem aus einem
beliebigen Werkstoff bestehenden Träger ausgestaltet sein. Die
Kunststoffschicht kann beispielsweise aufgespritzt, aufgeklebt oder
sonstwie auf den Träger
aufgebracht sein. Dabei muß die
Kunststoffschicht mindestens so dick sein, daß der Einbrennvorgang eine
ausreichende Vertiefung bzw. Strukturierung an den Brennstellen des
Kunststoffs hervorruft.
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Nach
der Erfindung ist es auch durchaus denkbar, die Strukturierung an
einem Körper
allseitig anzubringen. Dabei muß dann
nur die Lichtquelle und/oder der Körper so lange gedreht werden,
bis eine ausreichende Strukturierung am gesamten Umfang des Bildes
entstanden ist.
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Gemäß den Ausführungen
des Patentanspruchs 8 ist das strukturierte Bild an einer Handzahnbürste, vorzugsweise
an den Breitflächen
des Handgriffs angebracht.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung sowie der Stand der Technik ist in der Zeichnung dargestellt und
wird im folgenden näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
manuelle Kinderzahnbürste,
an deren borstenseitiger Kunststoffoberfläche im Bereich des Handgriffs
ein aufgedrucktes Dekor dargestellt ist,
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2 die
gleiche Zahnbürste
wie in 1, allerdings wurde hier mittels einer Wärmequelle
die dekorseitige Kunststoffoberfläche gemäß der Erfindung behandelt,
so daß eine
strukturierte Kunststoffoberfläche
entsteht,
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3 einen
Querschnitt gemäß der Schnittführung III-III
durch den Handgriff nach 1 und
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4 einen
Querschnitt gemäß der Schnittführung IV-IV
durch den Handgriff der Kinderzahnbürste nach 2.
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In
den 1 und 2 besteht der Gegenstand aus
einer manuellen Kinderzahnbürste 1,
die einen Handgriff 2 und einen am oberen freien Ende angeformten
Zahnbürstenkopf 3 aufweist.
An dem Zahnbürstenkopf 3 sind
gemäß den 1 und 2 in
Richtung zum Betrachter hervorstehende Borstenbüschel 4 angeordnet,
die jeweils aus vielen einzelnen Filamenten bestehen. Die Kinderzahnbürste 1 ist aus
dem thermoplastischen Kunststoff Polypropylen (PP) hergestellt und
wird in einem Spritzwerkzeug (nicht dargestellt) zu seiner Formgebung
ausgespritzt. Die Borstenbüschel 4 werden
anschließend
in am Zahnbürstenkopf 3 ausgebildeten
Bohrungen (nicht dargestellt) eingesetzt und mittels Anker (nicht dargestellt)
dort befestigt. Es ist aber auch denkbar, die Borstenbüschel 4 bei
der Ausformung des Zahnbürstengrundkörpers mit
zu umspritzen und auch so eine feste Befestigung der Borstenbüschel 4 mit
dem Zahnbürstenkopf 3 zu
erhalten.
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Nach
den 1 und 2 ist zwischen dem Handgriff 2 und
dem zum Zahnbürstenkopf 3 führenden
Hals 6 an der Kunststoffoberfläche ein thermoplastisches Elastomer 7 aufgespritzt,
das mit Sternen 8 zur Verzierung versehen ist. Die Oberfläche des Elastomers 7 schließt etwa
bündig
mit der Kunststoffoberfläche 5 des
Handgriffs und des Halses 6 ab. Der aus Polypropylen bestehende
Grundkörper 9 ist mit
silber- oder goldfarbigen metallischen Einlagen 10 versehen,
die von außen
her bei externer Beleuchtung glitzern und funkeln.
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Nach
den 1 und 2 ist auf der Kunststoffoberfläche 5 ein
entlang des Handgriffs 2 verlaufendes Dekor 11 befestigt,
das entweder aufgedruckt, aufgespritzt, als Schicht aufgeklebt oder sonstwie
mit der Kunststoffoberfläche 5 befestigt
ist. Wie in 1 zu erkennen ist, stellt das
Dekor 11 hier vorzugsweise als Bildmotiv einen Astronaut 12 dar, der über seinen
Kopf 13 eine größer als
der Kopf dargestellte Faust 14 hält. Die Konturen des Astronauten 12 werden
von Linien 15 gebildet, die an einzelnen Stellen dicker
oder dünner
sind, um dort Spalte, Vertiefungen oder Abgrenzungen von Teilen
sichtbar darzustellen. Die nach außen zeigende Oberfläche 16 des
Dekors 11 ist in 1 glattflächig und
leicht nach oben gewölbt
ausgebildet, wie dies die 3 und 4 zeigen.
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In
den 2 und 4 sind nunmehr die Kunststoffoberfläche 5 und
das Dekor 11 nach der thermischen Behandlung mittels eines
Infrarotstrahlgerätes
(nicht dargestellt) dargestellt, während in den 1 und 3 diese
vor der Wärmebehandlung dargestellt
sind. Während
der kurzen Wärmeeinstrahlung
wird an den schwarzen bzw. dunkelgrauen Linien 15 mehr
Wärme aufgenommen
als an den helleren Bereichen, so daß dort die Wärme in die
Druckschicht 11 und in die darunterliegende Kunststoffoberfläche 5 einstrahlt
und den Kunststoff zum Schmelzen bringt. Dabei bildet sich ein Graben,
eine Rille, eine Vertiefung, eine tiefer gelegene flächige Ebene,
ein Einschnitt oder eine sonstige Vertiefung 17, die entlang
der Linien 15 verläuft
und an den Stellen, wo die Linien 15 breiter werden, auch
einen breiteren Graben, Rille oder sonstige Vertiefung 17 bilden.
Durch das Aufschmelzen des Kunststoffmaterials wird der Rand der
Rille 17 aufgeworfen, so daß sich dort entlang und beidseitig
der Rille ein Grat 18, 19 bildet, der aus der
Druckebene bzw. der äußeren Oberfläche 16 nach
oben geringfügig
hervorsteht. Diese Grate 18, 19 sind auch von
Hand fühlbar
und verleihen einer Bedienungsperson ein besseres Abtasten der Figuren
sowie eine bessere Griffigkeit des Handgriffs 2.
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Vergleicht
man die 1 und 2, so stellt man
fest, daß die
Linien 15 des Bildes 11 wesentlich stärker hervortreten
und somit das Bild eine wesentlich plastischere Gestaltung annimmt.
Das so entstandene strukturierte Dekor 11 läßt Schriftzüge und Druckmotive
lebendiger und fühlbarer
erscheinen, da eine dreidimensionale Struktur entsteht.
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Das
Verfahren kann auf jeder Kunststoffoberfläche, die mit einem Bild versehen
ist, angewendet werden, es muß lediglich
darauf geachtet werden, daß die
Kunststoffoberfläche 5 aus
einem thermoplastischen Kunststoff besteht und daher bei Erwärmung von
außen
aufschmelzen kann. Auch müssen
die Linien aus Farbmaterialien bestehen, die die Wärme gut
aufnehmen und an die darunterliegende Kunststoffschicht weiterleiten,
um ein Aufschmelzen und somit eine Vertiefung in den die Wärme mehr aufnehmenden
Bereichen zu erreichen. Die übrigen Bildabschnitte
müssen
so gefärbt
bzw. ausgebildet sein, daß sie
die Wärme
mehr reflektieren und es daher dort nicht zu einer die Oberfläche in ihrer
Struktur verändernden
Aufschmelzung gelangt, d. h., diese Bereiche müssen gegen die auftreffende
Wärme stabil
sein und ihre Farben dürfen
sich dabei nicht nennenswert verändern.