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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung beschichtbarer optischer Abbildungselemente nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Anzeigevorrichtung für ein Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8.
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Stand der Technik
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Im Automobilbereich werden bereits heute optische Abbildungselemente serienmäßig aus Kunststoffen hergestellt. So sind Herstellungsverfahren bekannt, in denen Reflektionsspiegel für Head-up-Displays serienmäßig aus thermoplastischen Kunststoffen gefertigt werden. Sie werden für vergleichsweise kleine Anzeigemodule zur Projektion einiger weniger Informationen über die Windschutzscheibe in das Blickfeld des Fahrers eingesetzt. Es ist bekannt, solche optischen Komponenten aus Kunststoff durch ein Spritzgieß- oder Spritzprägeverfahren auf einer Spritzgießmaschine herzustellen. Nachfolgende Verarbeitungsschritte wie beispielsweise Beschichtungen und die Einsatzbedingungen in einem Anzeigegerät eines Fahrzeugs stellen vergleichsweise hohe, thermische, chemische und mechanische Anforderungen an ein optisches Abbildungselement und schränken damit die Auswahl insbesondere thermoplastischer Kunststoffe erheblich ein.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung stellt sich zur Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung beschichtbarer optischer Abbildungselemente bereitzustellen, mit dem optische Abbildungselemente mit besseren mechanischen und thermischen Eigenschaften herstellen zu können, um damit Anzeigevorrichtungen mit größeren Anzeigebereichen anbieten zu können.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Anzeigevorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 erfüllt.
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Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung beschichtbarer optischer Abbildungselemente für Anzeigevorrichtungen in Fahrzeugen aus einer auf einem Kunststoff basierenden Spritzprägemasse mit einem Spritzprägewerkzeug und mit einem Stanzwerkzeug. Der Kern der Erfindung besteht darin, dass als Kunststoff ein duroplastischer Kunststoff eingespritzt wird und dass auf den Prägevorgang folgend nach einer vorgegebenen Zeit Halterungselemente am Abbildungselement durch einen Stanzvorgang innerhalb des Spritzprägewerkzeugs vor Auswurf des Abbildungselements ausgebildet werden.
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Die Verwendung eines duropiastischen Kunststoffs bietet gegenüber anderen Kunststoffarten den Vorteil einer höheren thermischen und chemischen Beständigkeit. Dadurch bietet ein erfindungsgemäß hergestelltes optisches Abbildungselement günstigere Voraussetzungen für eine auf die Formgebung folgende Beschichtung des Abbildungselements, mit der es auf seine optische Funktion abgestimmt wird. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass duroplastische Kunststoffe zur Verfügung stehen, mit denen vergleichsweise große optische Abbildungselemente hergestellt werden können, die besser den thermischen und mechanischen Bedingungen, die in Anzeigevorrichtungen von Fahrzeugen herrschen, angepasst sind.
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Durch die Ausführung eines Stanzvorgangs zur Ausbildung von Halterungselementen am Abbildungselement bietet sich der Vorteil, dass die Formgebung des Abbildungselements mit den Halterungselementen an einer einzigen Maschine ausführbar ist. Dabei ist es besonders günstig, dass der Stanzvorgang zu einem Zeitpunkt durchgeführt werden kann, bei dem die Spritzprägemasse ihre Fließfähigkeit im Wesentlichen verloren hat, jedoch die Vernetzung des duroplastischen Kunststoffs noch nicht so weit vorangeschritten ist, dass die Spritzprägemasse vollständig erhärtet ist. Somit kann der Zeitpunkt des Stanzens so vorgegeben werden, dass durch die plastischen Eigenschaften des Werkstoffs die Konturen des Stanzwerkzeugs vorteilhaft genau am Werkstück abgebildet werden können. Insbesondere können durch Stanzen am Werkstück vorteilhaft Formen ausgebildet werden, bei deren Erzeugung durch einen Spritzprägevorgang sich nachteilige Fließerscheinungen wie Bindenähte nur aufwendig oder gar nicht vermeiden lassen.
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Eine bevorzugte Ausbildung der Erfindung besteht darin, dass durch das Spritzprägewerkzeug und das Stanzwerkzeug am Abbildungselement bereits zur Ausbildung von Halterungselementen vorgeformt werden. Dies bietet den Vorteil, dass der Stanzvorgang beispielsweise mit einem geringeren Hub innerhalb des Spritzprägewerkzeugs ausgeführt werden kann. Zudem können auf diese Weise vorgegebene Konturen genauer ausgestanzt bzw. feinere Strukturen am Abbildungselement ausgebildet werden. Vorteilhafterweise werden Durchbrüche am optischen Abbildungselement und/oder an dessen Halterungselementen durch einen Stanzvorgang geschaffen.
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Insbesondere ist es bevorzugt, dass vor und/oder während des Befüllens des Spritzprägewerkzeugs ein Stanzwerkzeug teilweise in den Hohlraum des Spritzprägewerkzeugs vorgeschoben wird. Durch einen solchen Vorhub nimmt das Stanzwerkzeug bereits ein gewisses Volumen innerhalb des Volumens der Werkzeugform ein, sodass durch die Ausführung des Stanzvorgangs eine vergleichsweise geringere Druckerhöhung bewirkt wird, ohne dass dadurch die molekulare Ausrichtung des Kunststoffs negativ beeinflusst wird.
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Weiterhin ist es bevorzugt, dass an dem optischen Abbildungselement Eingriffselemente für eine Entnahme des Abbildungselements aus dem Werkzeug angeformt werden. Dies bietet beispielsweise den Vorteil, dass das optische Abbildungselement mit Hilfe einer Handhabungsvorrichtung getrennt von den durch den Stanzvorgang abgetrennten Stücken aus dem Spritzprägewerkzeug entnommen werden kann.
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Eine besonders bevorzugte Ausführung der Erfindung sieht vor, dass beim Stanzvorgang ein Anguss vom optischen Abbildungselement abgetrennt wird. Auf diese Weise entfällt vorteilhaft eine Nachbearbeitung des hergestellten optischen Abbildungselement zur Abtrennung von ein oder mehreren Angussstellen des Spritzprägewerkzeugs.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere Head-up-Displays, mit optischen Abbildungselementen. Das wesentliche Merkmal besteht darin, dass ein Abbildungselement mit einer optische abbildenden Fläche, insbesondere ein Spiegel, aus einem duroplastischen Kunststoff besteht. Dies bietet den Vorteil, dass die Anzeigevorrichtung aufgrund der vergleichsweise guten thermischen und mechanischen Belastbarkeit über lange Zeit eine vergleichsweise hohe Anzeigequalität gewährleisten kann.
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Vorzugsweise wird ein Abbildungselement aus duroplastischem Kunststoff reflektierend beschichtet. Damit kann das Abbildungselement vorteilhaft als Spiegel und insbesondere als Projektionsspiegel zur Abbildung der Anzeige über eine Windschutzscheibe oder einen Combiner verwendet werden. Eine weitere bevorzugte Ausführung der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung sieht vor, dass am Abbildungselement Befestigungsmittel angeformt sind. Dies bietet den Vorteil, dass zusätzliche Bauteile zur Befestigung des Abbildungselements in der Anzeigevorrichtung entfallen können. Eine weitere bevorzugte Ausführung besteht darin, dass das Abbildungselement Befestigungsmittel für eine bewegliche und/oder einstellbare Befestigung aufweist.
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Eine beispielhafte Ausführung der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert, wobei weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung beschrieben werden.
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Es zeigen:
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1 ein mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter Spiegel für eine erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung;
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2 eine schematische Schnittdarstellung durch ein Spritzprägestanzwerkzeug zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und
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3 eine schematische Darstellung des unteren Teils des Spritzprägestanzwerkzeugs in Aufsicht.
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Ein in 1 gezeigter Spiegel 1 für eine erfindungsgemäße Abbildungsvorrichtung, insbesondere ein Head-up-Display, weist eine beschichtete Oberfläche 2 auf, die in einem Head-up-Display dazu dient, Licht zur Darstellung von Informationen aus dem Head-up-Display auf die Windschutzscheibe zu richten und dadurch diese Informationen in den Blick eines Fahrers einzublenden.
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An einer Seitenwand 6 ist eine maximale Materialstärke des Spiegels erkennbar, während an einer Seitenwand 7 eine minimale Materialstärke des Spiegels zu erkennen ist. Die Materialstärke des Spiegels 1 kann auf die Fläche der abbildenden Oberfläche 2 angepasst werden, so dass eine zusätzliche Halterung oder sonstige mechanische Verstärkung des Spiegels entfallen kann.
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An der Seitenwand 6 des Spiegels und der gegenüberliegenden Seite befinden sich Halterungselemente 3, die jeweils einen rechteckigen Durchbruch 4 aufweisen. In einer erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung für ein Fahrzeug können Aufnahmen für die Halterungselemente 3 zur einstellbaren Befestigung des Spiegels vorgesehen sein. Weiterhin weist der Spiegel 1 mehrere rechteckige Vorsprünge 5 auf, mit denen der Spiegel 1 aus einem Werkzeug 10 entnommen werden kann.
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Der Spiegel 1 wird aus einer Spritzprägemasse hergestellt, die einen duroplastischen Kunststoff, beispielsweise ein UP-Harz (ungesättigter Polyester), enthält. Um günstige Verarbeitungseigenschaften der Spritzgießmasse zu erreichen, kann diese weitere Zusatzstoffe enthalten. Vorzugsweise werden hierfür Füllstoffe sowie elektrisch leitfähige Zusatzstoffe eingesetzt. Als Füllstoffe werden beispielsweise faserartige Stoffe, wie Glasfasern, oder mineralische Zusatzstoffe verwendet, um beispielsweise Volumenänderungen während der Herstellung zu verringern. Elektrisch leitfähige Zusatzstoffe, wie beispielsweise Leitruß oder Graphit, können ein nachfolgendes Pulverbeschichtungsverfahren beispielsweise zur Verspiegelung der Oberfläche 2 unterstützen. Beispielsweise kann als duroplastischer Werkstoff eine BMC-Masse (bulk molding compound) eingesetzt werden.
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Die 2 zeigt eine Spritzprägevorrichtung 10, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung optischer Abbildungselemente geeignet ist. Ein Werkzeug der Vorrichtung 10 ist im Wesentlichen dreiteilig aufgebaut, wobei ein oberes formgebendes Werkzeugelement 12 in einem oberen Rahmen 11 und ein unteres formgebendes Werkzeugelement 16 in einem unteren Rahmen 15 gelagert ist. Der dritte Teil des Werkzeugs wird von einem Stanzwerkzeug 17 gebildet, wobei Stanzmesser 18, 19, 20 und 21 durch das untere formgebende Werkzeugelement 16 hindurchreichen und von einem Hubkolben 23 angetrieben werden.
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Ein nicht dargestelltes Werkzeug zur Aufbereitung der Spritzprägemasse, beispielsweise ein Extruder, wird zum Befüllen des Werkzeugs 10 am Ansatzstück 22 angesetzt. Ein Einspritzkanal 13 sowie die Werkzeugelemente 12, 16 und 17 werden so beheizt, dass das in einen Hohlraum 14 eingespritzte Material zumindest über so lange Zeit dünnflüssig bleibt, bis die Spritzprägemasse im Hohlraum 14 befindliche Gase vollständig verdrängt hat. Vor bzw. während des Einfüllens des Werkstoffs können Stanzelemente 18, 19, 20, 21 in eine Vorhubposition gebracht werden, um bei einer späteren Stanzbewegung zur Abtrennung von Teilen des Werkstücks nur noch eine vergleichsweise geringe Verdrängung von Werkstoffmasse zu bewirken.
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Durch einen vergleichsweise geringen Prägehub wird das obere Werkzeugelement 12 in das untere Werkzeugelement 16 geschoben. Dadurch wird das Volumen des abgedichteten Hohlraums 14 verringert und die Spritzprägemasse verdichtet. Anschließend werden die Werkzeugelemente 12, 16 und 17 beheizt, wodurch die Vernetzung des duroplastischen Kunststoffs in Gang gesetzt wird.
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Im Zuge der Vernetzung verliert der duroplastische Werkstoff seine Fließfähigkeit und beginnt durchzuhärten. Dieser Übergang der Materialeigenschaft bietet einen bevorzugten Zeitraum zum Ausstanzen der Halterungselemente 3, der Seitenbereiche 6 sowie der Durchbrüche 4 in den Halterungselementen 3. Dabei werden die Stanzmesser 18, 19, 20 und 21 bis zum Anschlag am oberen Werkzeugelement 12 in das Werkzeug gefahren.
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Die damit erzeugte Formgebung lässt sich anhand der 3 aus einer weiteren Perspektive deutlicher erkennen. Dabei fällt auf, dass mit dem Stanzmesser 19 nicht nur ein Halterungselement 3 und eine Seitenwand 6 herausgebildet werden, sondern auch der vom Einfüllkanal 13 gebildete Anguss vom Körper des Spiegels 1 abgetrennt wird. Dies bietet den Vorteil, dass der Spiegel 1 nach dem Öffnen des Werkzeugs 10 separat entnommen und ohne weiteren Bearbeitungsschritt zur Abtrennung des Angusses dem nächsten Fertigungsschritt, beispielsweise einer Temperung oder Beschichtung zugeführt werden kann.
