DE102012109659A1

DE102012109659A1 - Partiell galvanisierbarer Mehrkomponenten-Kunststoffrohling; Kunststoffbauteil und Verfahren zur Herstellung des Kunststoffbauteils aus dem Mehrkomponenten-Kunststoffrohling

Info

Publication number: DE102012109659A1
Application number: DE201210109659
Authority: DE
Inventors: Carsten Brockmann; Franz Huber
Original assignee: KUNSTSTOFFTECHNIK BERNT GmbH
Current assignee: KUNSTSTOFFTECHNIK BERNT GmbH
Priority date: 2012-10-10
Filing date: 2012-10-10
Publication date: 2014-04-24
Also published as: DE202012013687U1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen partiell mit einer Metallschicht (20) galvanisierbaren Mehrkomponenten-Kunststoffrohling (10), welcher wenigstens einen ersten Bereich (11) aus einem ersten Kunststoff und einen zweiten Bereich (12) aus einem zweiten Kunststoff umfasst, die in der Oberfläche des Mehrkomponenten-Kunststoffrohlings (10) zumindest bereichsweise aneinander angrenzend angeordnet sind, wodurch sich zwischen den beiden Bereichen (11; 12) aus unterschiedlichen Kunststoffen eine Grenzlinie (15) ausbildet, wobei der erste Kunststoff des ersten Bereiches (11) ein Kunststoff ist, mit dem durch Vorbehandlungsschritte ein galvanisierbarer Bereich erzeugbar ist, während der zweite Kunststoff des zweiten Bereiches (12) ein Kunststoff ist, mit dem durch die gleichen Vorbehandlungsschritte gleichzeitig kein galvanisierbarer Bereich erzeugbar ist. Erfindungsgemäß ist in der Oberfläche des Mehrkomponenten-Kunststoffrohlings (10) wenigstens eine vertiefte geometrische Struktur (30; 30‘; 30'') ausgeformt, und die Grenzlinie (15) zwischen den beiden Kunststoffen verläuft wenigstens teilweise innerhalb dieser vertieften geometrischen Struktur (30; 30‘; 30‘‘). Die Erfindung betrifft ferner ein Kunststoffbauteil (40; 40‘; 40‘‘), das einen solchen Mehrkomponenten-Kunststoffrohling (10) umfasst, und ein Verfahren zur Herstellung des Kunststoffbauteils (40; 40‘; 40‘‘).

Description

Die Erfindung betrifft einen partiell galvanisierbaren Mehrkomponenten-Kunststoffrohling, sowie ein mit einer Metalldekorschicht versehenes Kunststoffbauteil und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Kunststoffbauteils aus dem Mehrkomponenten-Kunststoffrohling.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, die Oberfläche von Kunststoffbauteilen zu metallisieren, um ihnen insbesondere aus dekorativen Gründen ein ansprechendes Äußeres zu verleihen. Dies wird beispielsweise für Bedienelemente in Kraftfahrzeugen, wie Griffe, Tasten, Knöpfe und Schaltknaufe, aber auch für Zierleisten, Lautsprecher, etc. durchgeführt. Auch im Bereich der Haushaltsgeräte werden derartige Kunststoffbauteile oftmals eingesetzt.
Dabei werden im Wesentlichen zwei Verfahren zur Erzeugung von metallisierten Elementen aus Kunststoff angewendet. Diese basieren entweder auf der Metallisierung eines aus einem Kunststoff gefertigten Bauteils mittels PVD-Verfahren (PVD – physical vapor deposition), oder auf der Galvanisierung eines Elements aus Kunststoff mittels elektrochemischer Verfahren. Während es beide Verfahren grundsätzlich erlauben, haltbare Metallbeschichtungen auf Bauteile aus Kunststoff aufzubringen, ist es bis zum heutigen Tag problematisch, mittels PVD-Verfahren beispielsweise Bedienelemente so zu metallisieren, dass die auf dem Kunststoffteil abgeschiedene Metallschicht auch ohne zusätzliche Schutzschicht z.B. aus einem transparenten Schutzlack eine ausreichende Abriebfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit aufweist. Auch weisen mittels PVD-Verfahren metallisierte Kunststoffteile aufgrund der geringen Schichtdicken der aufgebrachten Metallschichten nicht den häufig gewünschten „cold touch“ auf, d.h. die Haptik des metallisierten Kunststoffteils entspricht nicht der eines Metallteils. Die Galvanisierung von Kunststoffbauteilen hat sich daher insbesondere im Bereich der Bedienelemente in Kraftfahrzeugen als vorteilhafter erwiesen.
Darüber hinaus kann es erforderlich sein, ein Kunststoffbauteil nur teilweise zu metallisieren, weil einige Bereiche metallisch wirken sollen, während dies für andere Bereiche nicht der Fall ist. Dies kann technische und/oder optische Gründe haben. Es sind verschiedene Verfahren zur partiellen bzw. selektiven Galvanisierung von Kunststoffbauteilen bekannt, wobei ein Ansatz vorsieht, die Oberfläche des Kunststoffbauteils partiell unterschiedlich vorzubereiten, damit eine Metallisierung anschließend in einem bestimmten Bereich stattfindet, während sie in einem anderen Bereich nicht stattfindet.
Beispielsweise beschreibt die Patentschrift DE 102 08 674 B4 ein Verfahren zur Herstellung von Bedien, Dekor- oder Anzeigeelementen mit hinterleuchtbaren Symboliken, bei dem ein Bereich eines Kunststoffbauteils zuerst abgedeckt wird, um in diesem Bereich eine Galvanisierung des Kunststoffs zu verhindern. Die Abdeckung kann beispielsweise durch einen Aufkleber oder einen sogenannten Stopplack erfolgen, und der so abgedeckte Bereich hat die Form der zu erstellenden Symbolik. Anschließend wird zunächst eine dünne Metallschicht aufgebracht, die jedoch im Bereich der vorherigen Abdeckung wieder leicht entfernt werden kann. Dies kann mittels Laserablation erfolgen. Daraufhin kann im verbleibenden Bereich der Metallschicht durch Galvanisieren die metallische Oberflächenbeschichtung fertiggestellt werden, wobei die Symbolik erhalten bleibt.
Bei einem anderen Ansatz wird ein Bauteil aus verschiedenen Kunststoffen mit unterschiedlichen Eigenschaften aufgebaut, um eine selektive Galvanisierung zu ermöglichen. Hierzu sei beispielhaft die Offenlegungsschrift DE 10 2006 037 535 A1 genannt, die ein Verfahren zur Herstellung eines Verbunderzeugnisses mit selektiver Galvanisierung aus einem Hartkunststoffbauteil und einem Weichkunststoffbauteil offenbart. Dabei wird als Material für das Weichkunststoffbauteil ein Thermoplast aus styrolbasierendem Elastomer und Polyolefin verwendet, das gegenüber Chromschwefelsäure resistent ist.
Die selektive Galvanisierung aufgrund von unterschiedlichen Eigenschaften der in einem Bauteil verwendeten Kunststoffe kann auch für zwei oder mehr Hartkunststoffe eingesetzt werden, wobei derartige Verbundbauteile beispielsweise in einem Mehrschussverfahren hergestellt werden können. Beispielsweise kann es sich bei einem Kunststoff um ein nicht galvanofähiges Material wie Polykarbonat (PC), Polymethylmethacrylat (PMMA) oder Polyethylenterephthalat (PET) handeln, während als galvanofähiges Material typischerweise Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) oder ein ABS/PC-Blend eingesetzt wird. Das Bauteil wird dann so ausgeformt, dass sich an seiner Oberfläche wenigstens zwei unterschiedliche Kunststoffe befinden, welche die Galvanisierbarkeit der zugehörigen Bereiche festlegen.
Diese selektive Galvanisierbarkeit von Kunststoffbauteilen durch Verwendung unterschiedlicher Kunststoffe innerhalb der Oberfläche des Bauteils und einer bestimmten Vorbehandlung hat sich als vorteilhaft erwiesen und kann prozesstechnisch verlässlich durchgeführt werden, aber dennoch kann es im Grenzgebiet zwischen den beiden Kunststoffarten zu einem Überwuchs des Metalls auf nicht zu galvanisierende Bereiche kommen. Dieser Überwuchs ist insbesondere in gut sichtbaren Bereichen oftmals nicht tolerierbar, da die Grenzlinie zwischen dem metallisierten und dem nicht-metallisierten Bereich dann nicht scharf ist und es hierdurch zu einer Beeinträchtigung der angestrebten Eigenschaften des Bauteils kommt. Solche Überwüchse müssen daher oftmals in weiteren Prozessschritten wieder entfernt werden, was sehr aufwendig sein kann, oder es kommt zu größeren Ausschussmengen, was ebenfalls nachteilig ist.
Ausgehend hiervon ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen partiell galvanisierbaren Kunststoffrohling aus wenigstens zwei verschiedenen Kunststoffen bereitzustellen, der beim Galvanisieren das Risiko von Überwuchs im Grenzbereich zwischen den beiden Kunststoffen reduziert und sich gleichzeitig im Großserienmaßstab zu geringen Kosten herstellen lässt.
Aufgabe der Erfindung ist es ferner, ein Kunststoffbauteil, das einen solchen Kunststoffrohling umfasst, und ein Verfahren zur Herstellung des Kunststoffbauteils bereitzustellen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Mehrkomponenten-Kunststoffrohling gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen dieses Mehrkomponenten-Kunststoffrohlings ergeben sich aus den Unteransprüchen 2–12. Ferner wird die Aufgabe durch ein Kunststoffbauteil gemäß dem unabhängigen Anspruch 13 und ein Verfahren zur Herstellung dieses Kunststoffbauteils gemäß Anspruch 14 gelöst. Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens ergibt sich aus Anspruch 15.
Der erfindungsgemäße Mehrkomponenten-Kunststoffrohling ist partiell mit einer Metallschicht galvanisierbar, da er wenigstens einen ersten Bereich aus einem ersten Kunststoff und einen zweiten Bereich aus einem zweiten Kunststoff aufweist. Diese beiden Bereiche sind in der Oberfläche des Mehrkomponenten-Kunststoffrohlings zumindest bereichsweise aneinander angrenzend angeordnet, wodurch sich auf der Oberfläche zwischen den beiden Bereichen aus unterschiedlichen Kunststoffen eine Grenzlinie ausbildet. Dabei ist der erste Kunststoff des ersten Bereiches so gewählt, dass aus ihm durch bestimmte Vorbehandlungsschritte ein galvanisierbarer Bereich erzeugbar ist, während der zweite Kunststoff des zweiten Bereiches so gewählt ist, dass aus ihm durch die gleichen Vorbehandlungsschritte gleichzeitig kein galvanisierbarer Bereich erzeugbar ist. Der gesamte Mehrkomponenten-Kunststoffrohling kann somit den gleichen Prozessschritten unterzogen werden, aber der zweite Bereich übersteht den Galvanikprozess im Wesentlichen unverändert, während der erste Bereich galvanisiert wird. Hierdurch wird der Rohling zu einem partiell galvanisierbaren Bauteil, da die in ihm verwendeten Kunststoffe unterschiedlich auf gleiche Vorbehandlungsschritte reagieren, wodurch sich bei einer anschließenden Galvanisierung des Bauteils Bereiche mit und ohne Metallschicht ausbilden. Daher kann der erste Kunststoff des zu galvanisierenden Bereiches im Kontext dieser Erfindung auch als galvanisierbarer Kunststoff bezeichnet werden, während der zweite Kunststoff des nicht zu galvanisierenden Bereiches als nicht-galvanisierbar Kunststoff bezeichnet wird.
Die Oberfläche des ersten Kunststoffs kann insbesondere durch Vorbehandlungsschritte in Form von Beizen, Aufrauhen und/oder Aufquellen in eine Oberfläche wandelbar sein, die galvanisierbar ist, während die Oberfläche des zweiten Kunststoffs durch die gleichen Vorbehandlungsschritte nicht gleichzeitig in eine Oberfläche wandelbar ist, die galvanisierbar ist. Die Oberfläche des nicht zu galvanisierenden Bereiches verändert sich somit durch diese Vorbehandlungsschritte nicht oder zumindest nicht so, dass sie galvanisierbar wird.
Für eine Galvanisierung kann die Oberfläche des ersten Kunststoffs beispielsweise durch die Vorbehandlungsschritte in eine Oberfläche wandelbar sein, die durch Palladiumkeime aktivierbar ist, während die Oberfläche des zweiten Kunststoffs durch die gleichen Vorbehandlungsschritte nicht in eine Oberfläche wandelbar ist, die durch Palladiumkeime aktivierbar ist.
Der erste Kunststoff kann dabei beispielsweise Polyamid, Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) oder ein ABS/Polykarbonat-Blend sein, während der zweite Kunststoff Polykarbonat (PC), Polymethylmethacrylat (PMMA) oder Polyethylenterephthalat (PET) sein kann. Im Falle von ABS oder einem ABS/PC-Blend als erstem Kunststoff würden durch das Beizen beispielsweise in einem Chromschwefelsäurebad die Butadienanteile zumindest teilweise herausgelöst, so dass sich in der Oberfläche Poren und Kavernen ergeben, welche anschließend zum Beispiel aus einer kolloidalen Lösung mit Palladiumkeimen bekeimt werden können. Im Falle von Polyamid als erstem Kunststoff könnte die Rauigkeit der Oberfläche durch Aufquellen erhöht werden, so dass die Oberfläche anschließend ebenfalls aus einer kolloidalen Lösung mit Palladiumkeimen bekeimt werden könnte. Die Kunststoffe der zweiten Gruppe, insbesondere PC, überstehen Vorbehandlungsschritte wie Beizen oder Aufquellen jedoch weitestgehend unverändert, so dass ihre Oberfläche auch beim Einbringen in eine kolloidale Lösung mit Palladiumkeimen nicht so mit diesen bekeimt wird, dass sich eine Galvanisierung anschließen könnte.
Um Überwachsungen der Metallschicht von dem Bereich aus galvanisierbaren Kunststoff auf den Bereich aus nicht-galvanisierbarem Kunststoff zu verhindern, ist in der Oberfläche des Mehrkomponenten-Kunststoffrohlings erfindungsgemäß wenigstens eine vertiefte geometrische Struktur ausgeformt, wobei die Grenzlinie zwischen den beiden Kunststoffen wenigstens teilweise innerhalb der vertieften geometrischen Struktur verläuft.
Es hat sich gezeigt, dass sich durch diese Ausformung einer vertieften geometrischen Struktur und der Anordnung der Grenzlinie innerhalb dieser vertieften Struktur beim partiellen Galvanisieren des Kunststoffrohlings Überwachsungen im Grenzbereich zwischen den beiden Kunststoffen verhindern lassen. Versuche haben ergeben, dass derartige Bauteile mit entsprechender Vertiefung keine oder nur wenige Überwachsungen aufweisen, während bei ansonsten gleichen Bauteilen und gleichen Prozessbedingungen vermehrt Überwachsungen auftraten. Es wird angenommen, dass dies am Ablauf der Medien bei der Vorbehandlung des Kunststoffrohlings für das anschließende Galvanisieren liegt. Zwar können auch ohne diese Vertiefung Bauteile mit fehlerfreier Beschichtung hergestellt werden, aber im Grenzbereich des Prozessfensters ist es mit der Vertiefung sicherer, so dass es zu weniger Ausschuss bzw. zu einer geringeren Anzahl von Bauteilen kommt, die nachbearbeitet werden müssen. Ferner ist der erfindungsgemäße Mehrkomponenten-Kunststoffrohling im Großserienmaßstab herstellbar, ohne dass die vertiefte Struktur die Herstellungskosten gegenüber Bauteilen ohne Vertiefung erheblich erhöht. Es handelt sich somit um ein einfaches, aber effektives Mittel, um die Qualität von partiell galvanisierten Mehrkomponenten-Kunststoffbauteilen zu erhöhen.
Dabei ist es von wesentlicher Bedeutung, dass die Grenzlinie zwischen den beiden Kunststoffen innerhalb der vertieften geometrischen Struktur verläuft, damit die geometrische Struktur Überwachsungen genau in diesem Bereich verhindern kann. Die Grenzlinie zwischen den beiden Kunststoffen muss jedoch nicht vollständig in der Vertiefung verlaufen, sondern es wäre auch möglich, dass Überwachsungen nur in bestimmten Bereichen verhindert werden sollen. In einem solchen Fall würde die vertiefte geometrische Struktur die Grenzlinie nur in diesen Bereichen umschließen, während die Grenzlinie in anderen Bereichen ohne zusätzliche Maßnahmen, d.h. ohne vertiefte Struktur so verläuft, wie es die grundlegende Geometrie des jeweiligen Bauteils für eine partielle Galvanisierung vorsieht.
Der erfindungsgemäße Mehrkomponenten-Kunststoffrohling kann unterschiedlich aufgebaut sein, wobei in einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung die Bereiche der Oberfläche des Mehrkomponenten-Kunststoffrohlings, die auf gegenüber liegenden Seiten an die vertiefte geometrische Struktur angrenzen, auf der gleichen Ebene liegen. Diese beiden Bereiche der Oberfläche fluchten somit, und ohne die Vertiefung hätte der Kunststoffrohling eine durchgehende Oberfläche ohne Abstufungen oder dergleichen. Überwachsungen würden somit ohne die erfindungsgenmäße Vertiefung gut sichtbar von der Metallschicht auf dem galvanisierbaren Kunststoff über die Grenzlinie hinaus auf den nicht-galvanisierbaren Kunststoff ragen. Hierbei muss die gemeinsame Ebene der beiden Bereiche jedoch nicht plan sein, sondern es kann sich auch um eine gebogene Ebene handeln, wenn die Oberfläche des Kunststoffrohlings beispielsweise gewölbt oder sogar wellig ausgeführt ist.
In einem anderen Ausführungsbeispiel liegen die Bereiche der Oberfläche des Mehrkomponenten-Kunststoffrohlings, die auf gegenüber liegenden Seiten an die vertiefte geometrische Struktur angrenzen, dagegen in zwei verschiedenen Ebenen. Die Oberflächenbereiche aus unterschiedlichem Kunststoff fluchten somit nicht, sondern auch ohne die Vertiefung gäbe es im Grenzbereich zwischen den beiden Kunststoffen irgendeine Art von Abstufung, Kante bzw. Winkel. Dabei können die zwei Ebenen beispielsweise im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Es gibt also eine Stufe, so dass der Kunststoffrohling auf der einen Seite der vertieften geometrischen Struktur höher ist als auf der anderen Seite, aber die beiden Stufenebenen verlaufen im Wesentlichen parallel zueinander. Allerdings müssen die beiden Ebenen auch hier nicht unbedingt plan sein, sondern es kann sich ebenfalls um gebogene Ebenen handeln, wenn die Oberfläche des Kunststoffrohlings gewölbt ausgeführt ist.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel verlaufen die beiden Ebenen in einem Winkel verschieden von 180° zueinander. Auch ohne die Vertiefung würden die beiden Bereiche aus unterschiedlichen Kunststoffen daher winkelig aufeinander treffen, so dass Überwachsungen über die Innenkante zwischen den beiden Kunststoffen herausragen könnten.
Die erfindungsgemäß vorgesehene geometrische Struktur ist vorzugsweise so klein wie möglich ausgeführt, um die grundsätzlich angestrebte Geometrie des Kunststoffbauteils hierdurch nicht zu stark zu verändern. Dies gilt insbesondere für Grenzlinien im sichtbaren und/oder tastbaren Bereich eines Bauteils. Aber auch bei Grenzlinien in sensorisch weniger relevanten Bereichen kann es sinnvoll sein, die vertiefte geometrische Struktur so klein wie möglich auszuführen, um beispielsweise das Bauteil nicht zu sehr zu schwächen. Allerdings muss die Vertiefung wiederum groß genug ausgeführt sein, um den angestrebten Effekt zu erzielen. Auch könnte die Vertiefung so in die Geometrie des Bauteils eingebunden werden, dass sie weitere technische oder optische Funktionen erfüllt. Ferner werden die Minimalabmessungen der vertieften geometrischen Struktur auch durch Parameter bei der Herstellung des Kunststoffrohlings begrenzt. Wird das Bauteil beispielsweise im Spritzgussverfahren hergestellt, ist die Breite und Tiefe der geometrischen Struktur durch das verwendete Werkzeug begrenzt, wenn darin nur bestimmte Minimalabmessungen realisiert werden können.
Beispielsweise kann die Tiefe der geometrischen Struktur im Bereich zwischen 0,3 bis 1,0 Millimeter liegen, wobei etwa 0,5 Millimeter bevorzugt sind. Mit einer Tiefe von 0,5 Millimetern ließen sich in Versuchen für verschiedene Kunststoffbauteile gute Ergebnisse erzielen, ohne dass die grundlegende Gestaltung des jeweiligen Kunststoffbauteils hierdurch zu stark beeinträchtigt wurde. Ferner ließen sich derartige Tiefen gut in Werkzeugen für das Spritzgießen verwirklichen. Allerdings kann die vertiefte geometrische Struktur gegebenenfalls auch flacher oder weitaus tiefer ausgebildet werden.
Die Breite der vertieften geometrischen Struktur kann gleichfalls im Bereich zwischen 0,3 bis 1,0 Millimeter, vorzugsweise bei 0,5 Millimeter liegen, wobei für die Wahl der Breite im Wesentlichen die gleichen Kriterien gelten wie für die Tiefe.
Die vertiefte geometrische Struktur kann dabei verschiedene Formen haben, wobei es sich vorzugsweise um eine Nut mit viereckigem Querschnitt handelt, die eine Bodenwand und zwei gegenüberliegende Seitenwände aufweist. Der Querschnitt dieser Nut muss jedoch nicht rechteckig sein, sondern die Bodenwand und die Seitenwände können auch in Winkeln zueinander verlaufen, die von 90° abweichen. Beispielsweise kann die Nut auch einen trapezförmigen Querschnitt haben. Ferner können einzelne Wände der Nut auch gewölbt und/oder Innenkanten abgerundet ausgeführt sein.
Innerhalb einer solchen Nut kann die Grenzlinie zwischen den beiden Bereichen aus unterschiedlichen Kunststoffen an verschiedenen Positionen vorgesehen werden. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung fällt die Grenzlinie zwischen den beiden Kunststoffen mit einer Innenkante der Nut zusammen, die durch die Bodenwand und eine der Seitenwände gebildet wird. Die beiden Kunststoffe stoßen somit genau an einer Innenkante der Nut aufeinander, so dass auch eine auf den galvanisierbaren Kunststoff aufgebrachte Metallschicht genau an dieser Innenkante auf den nicht-galvanisierbaren Kunststoff stößt. Versuche mit einem derartigen Aufbau haben gezeigt, dass hierdurch Überwachsungen von dem galvanisierbaren Kunststoff auf den nicht-galvanisierbaren Kunststoff effektiv verhindert werden können.
In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung verläuft die Grenzlinie zwischen den beiden Kunststoffen innerhalb der Fläche einer Seitenwand der Nut. Ein Teil der Oberfläche dieser Seitenwand besteht somit aus dem galvanisierbaren Kunststoff, während der andere Teil aus dem nicht-galvanisierbaren Kunststoff besteht. Dabei teilt die Grenzlinie die Seitenwand beispielsweise in einem Verhältnis von etwa 2:1, wobei der kleinere Teil an diejenige Innenkante der Nut angrenzt, welche durch die Bodenwand und die Seitenwand gebildet wird, innerhalb der die Grenzlinie verläuft.
Besonders gute Ergebnisse lassen sich erzielen, wenn die Nut größtenteils im Material des nicht-galvanisierbaren Kunststoffes ausgebildet ist. Fällt die Grenzlinie zwischen den Kunststoffen beispielsweise mit einer Innenkante der Nut zusammen, wird die Oberfläche einer Seitenwand der Nut durch den galvanisierbaren Kunststoff gebildet, während die Bodenfläche und die andere Seitenwand durch den nicht-galvanisierbaren Kunststoff gebildet werden.
Auch bei Ausführungsformen, bei denen diese Grenzlinie innerhalb der Seitenwand einer Nut verläuft, kann dies grundsätzlich ähnlich ausgeführt sein. Dann wird die Oberfläche einer ersten Seitenwand, der Bodenwand und eines Teils der zweiten Seitenwand durch den nicht-galvanisierbaren Kunststoff gebildet, während die Oberfläche des anderen Teils der zweiten Seitenwand durch den galvanisierbaren Kunststoff gebildet wird. Dieser andere Teil der zweiten Seitenwand aus dem galvanisierbaren Kunststoff ist dabei der Teil der Seitenwand, der zur Öffnung der Nut hinweist.
Von der Erfindung umfasst ist ferner ein Kunststoffbauteil, das einen Mehrkomponenten-Kunststoffrohling nach einer oder mehreren der beschriebenen Ausführungsformen umfasst. Dabei ist auf dem ersten Bereich des Mehrkomponenten-Kunststoffrohlings aus einem ersten Kunststoff eine Metallschicht aufgebracht, während auf dem zweiten Bereich aus einem zweiten Kunststoff keine Metallschicht aufgebracht ist. Die Metallschicht ragt dann wenigstens teilweise in die vertiefte geometrische Struktur hinein.
Darüber hinaus umfasst die Erfindung auch ein zugehöriges Verfahren zur Herstellung eines solchen Kunststoffbauteils, welches vorsieht, einen Mehrkomponenten-Kunststoffrohling gemäß einer oder mehreren der beschriebenen Ausführungsformen vollständig mit Vorbehandlungsschritten so zu behandeln, dass die Oberfläche des ersten Kunststoffs des ersten Bereiches galvanisierbar wird, während die Oberfläche des zweiten Kunststoffs des zweiten Bereiches durch die gleichen Vorbehandlungsschritte nicht galvanisierbar wird. Daraufhin kann mit oder ohne weitere Zwischenschritte eine Galvanisierung des galvanisierbaren Bereiches durchgeführt werden.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wurde der Mehrkomponenten-Kunststoffrohling zuvor in einem Spritzgussverfahren hergestellt.
Weitere Vorteile, Besonderheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Darstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Abbildungen.
Von den Abbildungen zeigt:
1a einen schematischen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines partiell galvanisierbaren Mehrkomponenten-Kunststoffrohlings ohne die erfindungsgemäße geometrische Struktur zur Verhinderung von Überwachsungen;
1b einen Mehrkomponenten-Kunststoffrohling gemäß 1a nach dem selektiven Galvanisieren;
1c eine Aufsicht auf einen galvanisierten Mehrkomponenten-Kunststoffrohling gemäß 1b;
2a einen schematischen Querschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines partiell galvanisierbaren Mehrkomponenten-Kunststoffrohlings mit der erfindungsgemäßen geometrische Struktur zur Verhinderung von Überwachsungen;
2b eine vergrößerte Darstellung der geometrischen Struktur zur Verhinderung von Überwachsungen gemäß 2a;
2c einen Mehrkomponenten-Kunststoffrohling gemäß 2a nach dem selektiven Galvanisieren;
2d eine Aufsicht auf einen Mehrkomponenten-Kunststoffrohling gemäß 2c;
3 einen schematischen Querschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines partiell galvanisierbaren Mehrkomponenten-Kunststoffrohlings mit der erfindungsgemäßen geometrische Struktur zur Verhinderung von Überwachsungen; und
4 einen schematischen Querschnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel eines partiell galvanisierbaren Mehrkomponenten-Kunststoffrohlings mit der erfindungsgemäßen geometrische Struktur zur Verhinderung von Überwachsungen.
Der 1a ist ein schematischer Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines partiell galvanisierbaren Mehrkomponenten-Kunststoffrohlings ohne die erfindungsgemäße geometrische Struktur zur Verhinderung von Überwachsungen zu entnehmen, wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist. Bei dem Kunststoffrohling handelt es sich um einen vorzugsweise kreisrunden und dabei hohlen Knopf, der in einem Kraftfahrzeug beispielsweise als Start-Stop-Knopf verwendet werden kann. Dabei sollen wenigstens die Außenflächen des hohlzylinderförmigen Knopfes durch Galvanisieren mit einer metallischen Schicht versehen werden, wobei sich diese Metallschicht auch in das Innere des hohlen Knopfes erstreckt, jedoch auf der Rückseite der Druckfläche des Knopfes keine Metallisierung erfolgen soll. Auf der Frontseite der Druckfläche des Knopfes kann die Metallschicht dann bereichsweise wieder entfernt werden, um eine Symbolik auszubilden, die aus dem Inneren des Knopfes hinterleuchtet werden kann, da der Kunststoffrohling vorzugsweise transparent oder zumindest transluzent ist.
Hierzu wird der Knopf vor der Galvanisierung als Mehrkomponenten-Kunststoffrohling aus unterschiedlichen Kunststoffen hergestellt. Ein erster Kunststoff ist dabei galvanisierbar, und aus diesem Kunststoff werden diejenigen Bereiche des Rohlings ausgeformt, die später beispielsweise mit Chrom metallisiert werden sollen. Dieser erste Bereich 11 des Mehrkomponenten-Kunststoffrohlings ist in den Figuren auch mit dem Buchstaben „G“ gekennzeichnet, um ihn als galvanisierbaren Bereich zu kennzeichnen. Beispielsweise handelt es sich hierbei um die Frontseite der Druckfläche und die umlaufende Seitenwand des runden Knopfes.
Auf der Innenseite des hohlen Rohlings ist aus einem zweiten Kunststoff ein zweiter, flächiger Bereich 12 ausgebildet, der aufgrund der Eigenschaften des hierfür gewählten Kunststoffes nicht galvanisierbar ist. Dieser Bereich 12 wird somit beim Galvanisieren nicht mit einer metallischen Schicht überzogen, sondern bleibt frei. Der zweite Bereich 12 des Mehrkomponenten-Kunststoffrohlings ist in den Figuren auch mit den Buchstaben „NG“ gekennzeichnet, um ihn als nicht-galvanisierbaren Bereich zu kennzeichnen. Dabei können aus dem nicht-galvanisierbaren Kunststoff auch verschiedene Rastelemente 14 ausgeformt sein, mit denen der Knopf an einem anderen Bauteil anbringbar ist.
Nach dem Galvanisieren bildet sich dann auf dem Bereich 11 des Mehrkomponenten-Kunststoffrohlings eine Metallschicht 20 aus, wie es in der 1b gezeigt ist. An der Frontseite der Druckfläche des Bauteils, die in der Darstellung nach unten gerichtet ist, kann die Metallschicht bereichsweise wieder entfernt werden, um eine Symbolik 23 auszuformen. Dies kann beispielsweise mittels Laserbehandlung erfolgen. Sind beide Kunststoffe des Mehrkomponenten-Kunststoffrohlings lichtdurchlässig, kann der Knopf von innen hinterleuchtet werden, wodurch die Symbolik 23 auf der metallischen Frontseite leuchtet und auch im Dunkeln gut erkennbar ist.
Wie aus der 1b erkennbar, bedeckt die Metallschicht 20 den gesamten galvanisierbaren Bereich 11, so dass sie an der Innenseite der umlaufenden Seitenwand des Knopfes bis an den nicht-galvanisierbaren Kunststoff des Bereiches 12 heran ragt. In diesem Übergangsbereich zwischen dem galvanisierbaren Bereichen 11 und dem nicht-galvanisierbaren Bereich 12 entstehen beim Galvanisieren jedoch oftmals unterwünschte Überwachsungen 21 und 22, wie sie in 1b beispielhaft an zwei gegenüber liegenden Stellen gezeigt sind. Diese Überwachsungen 21 und 22 sind auch der Aufsicht der 1c auf das Innere des Knopfes zu entnehmen.
Um diese Überwachsungen zu verhindern, weist ein erfindungsgemäßer Mehrkomponenten-Kunststoffrohling im Grenzbereich zwischen den zwei im Bauteil verwendeten Kunststoffen eine vertiefte geometrische Struktur auf, deren Geometrie und Anordnung so gewählt ist, dass sie beim selektiven Galvanisieren des Mehrkomponenten-Kunststoffrohlings einen Überwuchs der sich auf dem galvanisierbaren Kunststoff ausbildenden Metallschicht auf den nicht-galvanisierbaren Kunststoff verhindert.
Dies ist in 2a anhand des bereits in 1a gezeigten Knopfes dargestellt. Der Knopf wird aus einem Mehrkomponenten-Kunststoffrohling 10 gebildet, der partiell mit einer Metallschicht wie beispielsweise Chrom zu versehen ist. Dabei wird erneut ein erster Bereich 11 aus einem Kunststoff gebildet, der galvanisierbar ist (G), während ein zweiter Bereich 12 aus einem Kunststoff besteht, der nicht-galvanisierbar ist (NG). Der galvanisierbare Bereich 11 bildet die Frontseite 16 in Form der Druckfläche und die umlaufende Seitenwand des Knopfes aus, während der nicht-galvanisierbare Bereich 12 die Rückseite 17 der Druckfläche des Knopfes ausbildet.
Bei dem Mehrkomponenten-Kunststoffrohling 10 handelt es sich um ein sogenanntes 2K-Bauteil, welches mittels geeigneter Spritzgussverfahren aus zwei verschiedenen Kunststoffkomponenten hergestellt wird. Bevorzugt wird dabei eine solche Abfolge bei der Herstellung der beiden Komponenten 11, 12 des Grundkörpers eingehalten, bei der zuerst diejenige Kunststoffkomponente gespritzt wird, deren Kunststoffmaterial bei höherer Temperatur verarbeitet werden muss, also im Allgemeinen den höheren Schmelzpunkt aufweist. In einem nachfolgenden Verfahrensschritt wird dann die bei einer niedrigeren Temperatur zu verarbeitende, zweite Kunststoffkomponente an die vorzugsweise bereits vollständig erstarrte erste Kunststoffkomponente angespritzt. Im Fall eines Mehrkomponenten-Kunststoffrohlings 10 für einen Knopf kann beispielsweise zuerst der nicht-galvanisierbare Bereich 12 hergestellt werden, bevor der galvanisierbare Bereich 11 an den erstarrten Bereich 12 angespritzt wird.
Weiterhin hat sich das als In-Mould Decoration(IMD)-Verfahren bekannte Spritzgussverfahren ebenfalls als geeignet zur Herstellung des erfindungsgemäßen Mehrkomponenten-Kunststoffrohlings erwiesen. Im Rahmen eines solchen IMD-Verfahrens wird eine Folie aus einem galvanisierbaren Kunststoff in eine Spritzgussform eingelegt und nachfolgend mit einem nicht galvanisierbaren Kunststoff hinterspritzt. Je nach Formgebung des Grundkörpers bzw. Materialeigenschaften der Folie ist es aber auch denkbar, zur Ausbildung der nicht galvanisierbaren Rückseite des Grundkörpers eine Folie aus einem nicht galvanisierbaren Kunststoff in eine Spritzgussform einzulegen und diese mit einem galvanisierbaren Kunststoff zu hinterspritzen, wobei die aus dem Kunststoff bestehende Komponente im fertigen Grundkörper die galvanisierbare Oberfläche des Grundkörpers ausbildet. Letztere Variante des Verfahrens bietet den Vorteil, dass die Oberfläche eines spritzgegossenen Kunststoffteils zu metallisieren ist, wozu im Stand der Technik deutlich mehr Erfahrungswerte existieren als zur Metallisierung von Kunststofffolien.
Als besonders geeigneter Kunststoff zur Ausbildung des nicht-galvanisierbaren Bereiches 12 hat sich Polykarbonat (PC) erwiesen. Dieses Material weist neben der Tatsache, dass es praktisch nicht an den nachfolgenden Prozessschritten für die Galvanisierung teilnimmt, den Vorteil auf, dass es sich besonders gut als Lichtleiter eignet. Darüber hinaus lässt sich PC gut mit lichtstreuenden Partikeln dotieren, wodurch sich insbesondere bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Mehrkomponenten-Kunststoffrohlings als beleuchtetes Bedienelement eine besonders homogene Lichtverteilung erzielen lässt.
Als besonders geeignete Kunststoffe zur Ausbildung des galvanisierbaren Bereiches 11 hingegen haben sich die Werkstoffe Polyamid, ABS (ABS – Acrylnitril-Butadien-Styrol) oder ein ABS/Polykarbonat-Blend erwiesen. Eine hochbelastbare mechanische Verbindung zwischen den Teilkomponenten 11, 12 des Mehrkomponenten-Kunststoffrohlings 10 ergibt sich, wenn die galvanisierbare Komponente 11 aus einem ABS/Polykarbonat-Blend besteht und die nicht-galvanisierbare Komponente 12 aus Polykarbonat, da Polykarbonat eine gute Haftung beispielsweise zu ABS oder PC/ABS hat. Wird für die galvanisierbare Komponente 11 ein Polyamid verwendet, so hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn beispielsweise durch geeignete Formgebung des galvanisierbaren Bereiches 11 und des Teilkörpers 12 eine zusätzliche mechanische Verkrallung zwischen beiden bewirkt wird.
An der Oberfläche des Mehrkomponenten-Kunststoffrohlings 10 bildet sich durch die beiden Teilkomponenten 11 und 12 eine Grenzlinie 15 aus, welche die beiden Kunststoffe an der Oberfläche des Bauteils voneinander trennt. Die erfindungsgemäß vorgesehene, vertiefte geometrische Struktur ist im Bereich dieser Grenzlinie 15 angeordnet, wobei die Grenzlinie 15 wenigstens bereichsweise innerhalb der Vertiefung verläuft. Im Ausführungsbeispiel der 2a ist dazu im Grenzbereich zwischen den beiden Kunststoffen G und NG eine umlaufende Nut 30 vorgesehen, und die beiden Kunststoffkomponenten 11, 12 stoßen an der Grenzlinie 15 innerhalb der Nut 30 aufeinander.
2b zeigt eine vergrößerte Ansicht der Nut 30, die im Wesentlichen innerhalb des Materials der nicht-galvanisierbaren Teilkomponente 12 ausgeformt ist. Die Nut 30 hat einen rechteckigen Querschnitt und somit eine Bodenwand 31 und zwei sich gegenüber liegende Seitenwände 32 und 33. Dabei werden die Bodenwand 31 und die erste Seitenwand 32 durch das Material der nicht-galvanisierbaren Teilkomponente 12 gebildet, während die andere Seitenwand 33 durch das Material der galvanisierbaren Teilkomponente 11 ausgeformt ist. Die Grenzlinie 15 zwischen den beiden Kunststoffen fällt somit mit der Innenkante der Nut 30 zusammen, die durch die Seitenwand 33 und die Bodenwand 31 gebildet wird.
Diese Verlagerung der Grenzlinie 15 in eine entsprechend ausgeformte und angeordnete Nut 30 bewirkt beim partiellen Galvanisieren des Mehrkomponenten-Kunststoffrohlings 10, dass es an der Grenzlinie 15 zu möglichst keinen Überwachsungen kommt. Dieser Zustand ist in der 2c dargestellt, die ein Kunststoffbauteil 40 bzw. einen Knopf zeigt, der den Mehrkomponenten-Kunststoffrohling 10 umfasst, welcher partiell galvanisiert wurde, so dass sich auf der Oberfläche des galvanisierbaren Kunststoffs G eine Metallschicht 20 ausgebildet hat, während dies auf der Oberfläche der nicht-galvanisierbaren Teilkomponente 12 nicht der Fall ist. Die Metallschicht 20 umschließt die Oberfläche der Teilkomponente 11 vollständig und ragt auf der Innenseite des Knopfes bis in die Nut 30 hinein, wo sie an der Grenzlinie 15 auf die Teilkomponente 12 bzw. die Bodenwand 31 der Nut 30 trifft.
2d zeigt eine Aufsicht auf den partiell galvanisierten Knopf 40 von der Rückseite, so dass der umlaufende Rand des Knopfes 40 und die Rückseite der Druckfläche zu sehen sind. Ferner sind in dieser Darstellung zwei gegenüber liegende Rastelemente 13 und 14 zu erkennen, die jedoch nur schematisch und lediglich beispielhaft dargestellt sind. Es können weitere Rastelemente vorhanden sein, und die Rastelemente können auch komplexer ausgeführt sein.
Die Nut 30 ist kreisförmig umlaufend ausgeführt und läuft dabei an der Innenkante des Knopfes entlang. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Kreisform der Nut 30 im Bereich der Rastelemente 13, 14 unterbrochen, so dass es sich um zwei halbkreisförmige Nuten handelt. Die Nut 30 kann die Rastelemente 13, 14 aber auch umschließen, oder die Rastelemente sind so hoch an der Innenwand des Knopfes angebracht, dass die Nut 30 darunter verlaufen kann. In jedem Fall wird die Nut dort vorgesehen, wo Überwuchs des Metalls der Metallschicht 20 von dem galvanisierbaren Kunststoff 11 auf den nicht-galvanisierbaren Kunststoff 12 verhindert werden soll.
Wie der 2c zu entnehmen ist, kann die Metallschicht 20 an der Frontfläche des Knopfes bereichsweise entfernt werden, um darauf beispielsweise eine Symbolik 23 auszuformen. Diese Symbolik 23 ist ebenso in der Rückansicht der 2d zu sehen, wenn das nicht-galvanisierbare Material der Teilkomponente 12 transparent oder zumindest transluzent ist. Die Beschriftung beispielsweise eines Start-Stop-Knopfes kann dann hinterleuchtet werden.
Geeignete Vorbehandlungsschritte und der Prozess der Galvanisierung eines Mehrkomponenten-Kunststoffrohlings zur Ausbildung eines hinterleuchtbaren Bedienelementes sind der noch unveröffentlichten Patentanmeldung DE 10 2010 016 973 der Anmelderin zu entnehmen, auf deren zugehörige Beschreibung hiermit Bezug genommen wird. Ein möglicher Prozess zur Aufbringung einer Metalldekorschicht auf einen erfindungsgemäßen Mehrkomponenten-Kunststoffrohling soll daher im Folgenden nur durch seine wesentlichen Grundzüge erläutert werden.
Wird für den galvanisierbaren Bereich 11 auf ABS bzw. ein ABS/Polykarbonat-Blend zurückgegriffen, wird der Kunststoff vor der Metallisierung einer chemischen Behandlung unterzogen, welche die Rauigkeit der Oberfläche erhöht. Beispielsweise hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Butadienanteile des ABS-Kunststoffs zumindest teilweise aus der Oberfläche des galvanisierbaren Kunststoffes herausgelöst werden. Dies kann beispielsweise mittels einer chemischen Behandlung zumindest des galvanisierbaren Bereiches 11, bevorzugt aber des gesamten Kunststoffrohlings, z.B. mittels eines Beizvorgangs in einem Chromschwefelsäurebad durchgeführt werden.
Wird hingegen auf einen galvanisierbaren Kunststoff aus Polyamid zurückgegriffen, so kann hier die Oberflächenrauigkeit vor dem Aufbringen der Metallisierung erhöht werden, indem zumindest der galvanisierbare Bereich aus Polyamid, bevorzugt aber wiederum der gesamte Kunststoffrohling, auf geeignete Weise chemisch vorbehandelt wird, um ein Aufquellen der Polyamidschicht zu bewirken.
Anschließend wird aus einer Elektrolytlösung eine Schicht aus Palladiumkeimen auf dem galvanisierbaren Bereich 11 abgeschieden. Dieser Verfahrensschritt wird häufig als „Aktivieren der Oberfläche“ des zu galvanisierenden Bauteils bezeichnet. Es ist beispielsweise bekannt, zum Aktivieren der Oberfläche Palladiumkeime aus einer kolloidalen Lösung auf den galvanisierbaren Bereich aufzubringen, wobei das Palladium im kolloidalen Aktivator bereits in metallischer Form verteilt vorliegt. Zur Aktivierung können jedoch beispielsweise auch Silberkeime verwendet werden.
Aufgebrachte Palladiumkeime können durch eine Zinn-Schutzkolloid-Schicht geschützt sein, wobei es sich hierbei als vorteilhaft erwiesen hat, wenn vor dem nachfolgenden Aufbringen der ersten Metallschicht auf die aktivierte galvanisierbare Schicht eine die Palladiumkeime gegebenenfalls abdeckende Zinn-Schutzkolloid-Schicht entfernt wird. Dieser Vorgang, der auch als „Stripping“ bezeichnet wird, kann beispielsweise durch Waschen der aktivierten galvanisierbaren Oberfläche des Grundkörpers vorgenommen werden.
Ferner können für die Aktivierung mit Palladiumkeimen neben kolloidalen Aktivatoren auch ionogene Aktivatoren verwendet werden. Als ionogener Aktivator wird beispielsweise eine salzsaure Lösung mit 0,5 bis 2 g/l PdCl₂ eingesetzt, in der sich nicht nur Pd2⁺-Ionen, sondern auch komplexe Ionen, wie [PdCl₄]^2–, [PdCl₃]^– und [PdCl]⁺, befinden. Zur Keimbildung müssen die Pd-Ionen zum Palladiumatom reduziert werden, was mittels einer Reduktionslösung erfolgen kann.
Nachfolgend wird auf der kolloidal oder ionogen aktivierten Oberfläche des Grundkörpers auf chemischem, nicht elektrochemischem Wege (d.h. stromlos) in einem geeigneten Metallbad eine erste Metallschicht, bevorzugt aus Nickel oder Kupfer, als erste Metallschicht abgeschieden (sogenannte „chem. Nickel“ bzw. „chem. Kupfer“). Als Alternative zur chemischen Abscheidung der ersten Metallschicht steht eine Abscheidung mittels physikalischen Verfahren zur Verfügung, wobei dies insbesondere mittels PVD-Verfahren (PVD – physical vapor deposition) erfolgen kann.
Diese erste Metallschicht kann geeignet strukturiert werden, um beispielsweise auf einem Start-Stop-Knopf eine Symbolik auszubilden. Die chemisch oder physikalisch abgeschiedene erste Metallschicht weist in der Regel eine Dicke von einem Mikrometer oder darunter auf, so dass sie gut beispielsweise mittels Laserablation oder mittels Lithographie, d.h. mittels strukturiert aufgebrachtem Schutzlack, sowie nachfolgendem Ätzen der Metallschicht und Abwaschen des Schutzlacks strukturiert werden kann.
Bevorzugt werden zumindest die Prozessschritte „Aktivieren der Oberfläche“, „Aufbringen der ersten Metallschicht (chemisch Nickel/chemisch Kupfer)“ und „Strukturieren der ersten Metallschicht zur Ausbildung der Symbolik“ in weniger als 24h durchlaufen, um eine Passivierung der reaktiven Oberfläche des chemisch Nickel /chemisch Kupfer zu vermeiden.
Falls die stromlos abgeschiedene erste Metallschicht eine nur geringe Stromtragfähigkeit aufweist, was nachteilig für die nachfolgenden elektrochemischen Verfahrensschritte wäre, kann optional bei geringen Strömen eine erste Metallschicht z.B. aus Kupfer oder Nickel auf galvanischem Wege auf der ersten Metallschicht abgeschieden werden (sogenanntes „VorKupfer“ bzw. „Vor-Nickel“), wobei dies sowohl vor als auch nach der Strukturierung der ersten Metallschicht möglich ist.
Zur Fertigstellung des metallisierten Bauteils wird nachfolgend die Dicke der ersten Metallschicht mittels eines galvanischen, d.h. elektrochemischen Verfahrens, erhöht. In der Regel wird hierzu auf die erste Metallschicht eine erste Zwischenschicht aus Kupfer abgeschieden, die aufgrund ihrer hohen Duktilität eine Brücke bildet zwischen dem Kunststoff-Grundkörper, der eine hohe Elastizität aufweist, und einer in einem nachfolgenden Prozessschritt auf der Oberfläche des Bedienelements abgeschiedenen Dekorschicht aus einem harten Dekormetall wie Nickel und Chrom. Diese erste Zwischenschicht aus Kupfer kann eine Schichtdicke von 10 bis 40 Mikrometern und darüber aufweisen. In der Regel wird der Galvanikprozess zur Abscheidung der ersten Zwischenschicht aus Kupfer so eingestellt, dass auf allen zugleich im Galvanikbad beschichteten Bedienelementen eine Schichtdicke dieser ersten Zwischenschicht von zumindest 20 Mikrometern sichergestellt ist.
Oftmals wird auf der ersten Zwischenschicht aus Kupfer noch eine zweite metallische Zwischenschicht abgeschieden, um die Korrosionsbeständigkeit der Metallbeschichtung zu erhöhen. Auch kann diese zweite Zwischenschicht die Haftung der auf der Oberfläche des Bedienelements aufgebrachten Dekorschicht auf der ersten Zwischenschicht erhöhen. Schließlich kann auch die Optik der Dekorschicht durch geeignete Wahl des Materials der zweiten Zwischenschicht gezielt beeinflusst werden. Besonders bewährt hat sich die Aufbringung einer zweiten Zwischenschicht aus Nickel. Dabei kann diese zweite Zwischenschicht insbesondere aus Rissnickel, Mattnickel, Halbglanznickel oder Glanznickel bestehen und ihrerseits nochmals in Zwischenschichten unterteilt sein. So hat sich bei mechanisch besonders stark beanspruchten Bedienelementen wie z.B. dem Schaltkauf des Gangwahlhebels eines Getriebes oder bei Bedienelementen, die dem Angriff korrosiver Medien wie Handschweiß besonders stark ausgesetzt sind, ein Schichtaufbau bestehend aus einer auf die erste Zwischenschicht aus Kupfer aufgebrachten Schicht aus Rissnickel und einer auf deren Oberfläche abgeschiedenen Schicht aus Matt-, Halbglanz oder Glanznickel bewährt. Die Rissnickelschicht trägt zu einer wesentlichen Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit des gesamten Schichtaufbaus bei, wobei als ursächlich hierfür ein kontrollierter Korrosionsangriff an der Rissnickelschicht angesehen wird. Aber auch die Haftung der Dekorschicht wird durch diese Zwischenschicht nochmals erhöht. Die Schichtdicke der zweiten Zwischenschicht beträgt typischerweise zwischen 5 und 30 Mikrometern, bevorzugt beträgt sie 10 Mikrometer und darüber, was insbesondere bei einer zweiten Zwischenschicht aus Nickel der Fall ist.
Nachfolgend wird auf der ersten Zwischenschicht aus Kupfer bzw. der optionalen zweiten Zwischenschicht aus Nickel galvanisch eine Schicht aus einem Dekormetall abgeschieden, bei welchem es sich beispielsweise um Chrom oder auch um Nickel handeln kann. Hierbei wird auf die an sich bekannten Verfahren zur Ausbildung einer Halbglanz- bzw. Glanznickelschicht (Aludesign), einer Rissnickelschicht oder einer Glanzchromschicht zurückgegriffen. Typische Schichtdicken dieser Dekorschicht liegen im Allgemeinen zwischen 100 Nanometern und wenigen Mikrometern, im Fall von Chrom bevorzugt bei zumindest 300 Nanometern.
Allerdings können auch verkürzte Verfahren zum Einsatz kommen, bei denen das Bauteil nach der Bekeimung ohne chemisch Nickel, Beschleuniger und Vorkupfer in einen sogenannten Primer gefahren wird, um dann mit Strom Kupfer aufzubringen.
Abschließend kann die metallisierte Oberfläche des Bedienelements noch mit einem geeigneten Schutz- und/oder Dekorlack versehen werden, der auf die Dekorlage aus dem Dekormetall wie z.B. Chrom aufgebracht wird und die Korrosionsbeständigkeit des gesamten auf das Bedienelement aufgebrachten Schichtaufbaus nochmals erhöht.
Versuche bei einer solchen selektiven Galvanisierung von Mehrkomponenten-Kunststoffrohlingen 10 zur Herstellung von metallisierten Start-Stop-Knöpfen haben gezeigt, dass die vertiefte geometrische Struktur in Form der Nut 30 Überwachsungen an der Grenzlinie 15 zwischen den beiden Kunststoffen effektiv verhindert.
Doch nicht nur bei der beschriebenen Geometrie eines Start-Stop-Knopfes, sondern auch bei der partiellen Galvanisierung anderer Bauteile hat sich eine vertiefte geometrische Struktur im Grenzbereich zwischen den beiden Kunststoffen als effektives Mittel erwiesen, um Überwachsungen verlässlich zu verhindern. Während die beiden Kunststoffe bei dem beschriebenen Rohling 10 an der Grenzlinie 15 unter einem Winkel von etwa 90° aufeinander treffen, gibt es auch Mehrkomponenten-Kunststoffrohlinge, bei denen zwei verschiedene Kunststoffe eine Grenzlinie auf einer durchgehenden Oberfläche ausbilden. Ein metallisierter Bereich würde daher auf der Oberfläche annähernd bündig in einen nicht metallisierten Bereich übergehen.
3 zeigt einen Ausschnitt aus einem solchen Bauteil 40‘, bei dem ein linker Bereich 11 mit einer Metallschicht 20 galvanisiert wurde, während auf einem rechten Bereich 12 keine Metallschicht abgeschieden ist. Diese beiden Bereiche werden zur Vereinfachung erneut mit G und NG gekennzeichnet. Im Grenzbereich zwischen den beiden Kunststoffen ist wieder eine Nut 30‘ ausgeformt, wobei die Grenzlinie 15 hierbei jedoch nicht mit einer Innenkante der Nut 30‘ zusammenfällt, sondern in der Fläche einer Seitenwand 33 der Nut 30‘ verläuft. Die Metallschicht 20 bedeckt den galvanisierbaren Kunststoff G und ragt dabei wenigstens bis an die Grenzlinie 15 heran. Dabei kann es zu einer geringfügigen Überlappung 24 mit einem Radius kommen, welcher der Dicke der Metallschicht 20 entspricht. Diese Überlappung tritt jedoch überall an der Grenzlinie 15 auf, so dass sie nicht als unerwünschte Überwachsung anzusehen ist. Lokale Überwachsungen treten dagegen nicht oder nur in geringem Ausmaß auf, und eine schmale Nut 30‘ mit einer Breite von etwa 0,5 Millimetern kann gut in das Design des Bauteils 40‘ integriert werden, ohne dass es die Optik zu sehr beeinträchtigt.
Die Nut 30‘ ist trapezförmig mit einer Bodenwand 31 und zwei Seitenwänden 32 und 33 ausgebildet, wobei die Bodenwand 31 und die Seitenwand 32 im nicht galvanisierbaren Bereich 12 ausgeformt sind. Die andere Seitenwand 33 besteht im unteren Teil ebenfalls aus nicht-galvanisierbarem Kunststoff NG, während der zur Öffnung der Nut 30‘ hinweisende Teil aus dem galvanisierbaren Kunststoff G besteht.
Hierbei, aber auch bei anderen Bauteilen, haben sich bestimmte Abmessungen der Nut 30‘ als vorteilhaft erwiesen. Damit die Nut 30‘ die Optik der Oberfläche nicht zu sehr verändert, sollte ihre Breite B möglichst klein sein, wobei eine Breite von 0,5 Millimetern geeignet ist. Das Gleiche gilt für die Tiefe T der Nut 30‘, die ebenfalls im Bereich von 0,5 Millimetern liegen kann. Die innerhalb der Fläche der Seitenwand 33 verlaufende Grenzlinie 15 zwischen den beiden Kunststoffen G und NG teilt die Seitenwand vorzugsweise in einem Verhältnis von 2:1, so dass die Teiltiefe T1 bei etwa 0,3 Millimetern liegt, während die Teiltiefe T2 bei etwa 0,2 Millimetern liegt. Ferner können die Öffnungsränder der Nut 30‘ auch abgerundet ausgeformt sein, wie es bei der Ausführungsform der 3 der Fall ist.
Derartige Formen und partiell zu metallisierende Bauteile kommen beispielsweise bei Lautsprechergittern zur Anwendung, bei denen ein umlaufender Rand des Lautsprechers verchromt werden soll, während dies für das Gitter nicht der Fall ist. 4 zeigt einen Ausschnitt einer weiteren Ausführungsform eines Mehrkomponenten-Kunststoffbauteils 40‘‘, bei der ein Rand in Form eines ersten Bereiches 11 verchromt werden soll, während der Rest in Form eines zweiten Bereiches 12 nicht verchromt werden soll. Dabei ist die Oberfläche des gesamten Bauteils gewölbt ausgeführt und die Ebene des Rands ist etwas höher als die Ebene des restlichen Bauteils.
Im Grenzbereich zwischen den beiden Kunststoffen G und NG bildet sich erneut eine Grenzlinie 15 aus, die mit der Innenkante einer Nut 30‘‘ zusammenfällt. Diese Nut 30‘‘ hat einen polygonen Querschnitt, wobei die Bodenwand 31 und die Seitenwände 32 und 33 jedoch nicht trapezförmig verlaufen, sondern etwas schräg. Insbesondere der Winkel zwischen der Seitenwand 33 und der Bodenwand 31 ist so kleiner als 90°, während der Winkel zwischen der Bodenwand 31 und der anderen Seitenwand 32 größer als 90° ist. Die Öffnungsränder der Nut 30‘‘ sind erneut abgerundet ausgeführt, und die Oberflächen des Bauteils 40‘‘, die an diese Öffnungsränder angrenzen, befinden sich auf unterschiedlichen Ebenen, so dass die Oberfläche des Bauteils auch ohne die Nut 30‘‘ eine Stufe aufweisen würde. Daher kann die Nut 30‘‘ gut in das Design des Bauteils integriert werden, ohne dass es dies zu sehr beeinträchtigt.
Bezugszeichenliste

10: Mehrkomponenten-Kunststoffrohling
11: Teilkomponente, galvanisierbarer Bereich (G)
12: Teilkomponente, nicht-galvanisierbarer Bereich (NG)
13, 14: Rastelement
15: Grenzlinie
16: Frontseite, Druckfläche eines Knopfes
17: Rückseite der Druckfläche eines Knopfes
20: Metallschicht
21, 22: Überwachsung
23: Symbolik
24: Überlappung
30, 30‘, 30‘‘: Vertiefte geometrische Struktur, Vertiefung, Nut
31: Bodenwand der Nut
32, 33: Seitenwand der Nut
40, 40‘, 40‘‘: Kunststoffbauteil, partiell metallisiert
T: Tiefe
T1, T2: Teiltiefe
B: Breite

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10208674 B4 [0005]
DE 102006037535 A1 [0006]
DE 102010016973 [0061]

Claims

Partiell mit einer Metallschicht (20) galvanisierbarer Mehrkomponenten-Kunststoffrohling (10), welcher wenigstens einen ersten Bereich (11) aus einem ersten Kunststoff und einen zweiten Bereich (12) aus einem zweiten Kunststoff umfasst, die in der Oberfläche des Mehrkomponenten-Kunststoffrohlings (10) zumindest bereichsweise aneinander angrenzend angeordnet sind, wodurch sich zwischen den beiden Bereichen (11; 12) aus unterschiedlichen Kunststoffen eine Grenzlinie (15) ausbildet, wobei der erste Kunststoff des ersten Bereiches (11) ein Kunststoff ist, mit dem durch Vorbehandlungsschritte ein galvanisierbarer Bereich erzeugbar ist, während der zweite Kunststoff des zweiten Bereiches (12) ein Kunststoff ist, mit dem durch die gleichen Vorbehandlungsschritte gleichzeitig kein galvanisierbarer Bereich erzeugbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Oberfläche des Mehrkomponenten-Kunststoffrohlings (10) wenigstens eine vertiefte geometrische Struktur (30; 30‘; 30'') ausgeformt ist und die Grenzlinie (15) zwischen den beiden Kunststoffen wenigstens teilweise innerhalb der vertieften geometrischen Struktur (30; 30‘; 30'') verläuft.
Mehrkomponenten-Kunststoffrohling nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des ersten Kunststoffs durch Vorbehandlungsschritte in Form von Beizen, Aufrauhen und/oder Aufquellen in eine Oberfläche wandelbar ist, die galvanisierbar ist, während die Oberfläche des zweiten Kunststoffs durch die gleichen Vorbehandlungsschritte nicht gleichzeitig in eine Oberfläche wandelbar ist, die galvanisierbar ist.
Mehrkomponenten-Kunststoffrohling nach einem oder beiden der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des ersten Kunststoffs durch die Vorbehandlungsschritte in eine Oberfläche wandelbar ist, die durch Palladiumkeime aktivierbar ist, während die Oberfläche des zweiten Kunststoffs durch die gleichen Vorbehandlungsschritte nicht in eine Oberfläche wandelbar ist, die durch Palladiumkeime aktivierbar ist.
Mehrkomponenten-Kunststoffrohling nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kunststoff Polyamid, Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) oder ein ABS/Polykarbonat-Blend ist, und der zweite Kunststoff Polykarbonat (PC), Polymethylmethacrylat (PMMA) oder Polyethylenterephthalat (PET) ist.
Mehrkomponenten-Kunststoffrohling nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche der Oberfläche des Mehrkomponenten-Kunststoffrohlings (10), die auf gegenüber liegenden Seiten an die vertiefte geometrische Struktur (30; 30‘; 30'') angrenzen, auf der gleichen oder auf verschiedenen Ebenen liegen.
Mehrkomponenten-Kunststoffrohling nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche der Oberfläche des Mehrkomponenten-Kunststoffrohlings (10), die auf gegenüber liegenden Seiten an die vertiefte geometrische Struktur (30; 30‘; 30'') angrenzen, auf zwei verschiedenen Ebene liegen, die im Wesentlichen parallel oder in einem Winkel verschieden von 90° zueinander verlaufen.
Mehrkomponenten-Kunststoffrohling nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe der vertieften geometrischen Struktur (30; 30‘; 30'') im Bereich zwischen 0,3 bis 1,0 Millimeter, vorzugsweise bei 0,5 Millimeter liegt.
Mehrkomponenten-Kunststoffrohling nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der vertieften geometrischen Struktur (30; 30‘; 30'') im Bereich zwischen 0,3 bis 1,0 Millimeter, vorzugsweise bei 0,5 Millimeter liegt.
Mehrkomponenten-Kunststoffrohling nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die vertiefte geometrische Struktur (30; 30‘; 30'') eine Nut mit im Wesentlichen viereckigem Querschnitt ist, wobei die Nut eine Bodenwand (31) und zwei gegenüberliegende Seitenwände (32; 33) aufweist.
Mehrkomponenten-Kunststoffrohling nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzlinie (15) zwischen den beiden Bereichen (11; 12) aus unterschiedlichen Kunststoffen mit einer Innenkante der Nut (30; 30‘‘) zusammenfällt, die durch die Bodenwand (31) und eine der Seitenwände (32; 33) gebildet wird.
Mehrkomponenten-Kunststoffrohling nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzlinie (15) innerhalb der Fläche einer Seitenwand (33) der Nut (30‘) verläuft.
Mehrkomponenten-Kunststoffrohling nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzlinie (15) die Seitenwand (33) in einem Verhältnis von etwa 2:1 teilt, wobei der kleinere Teil an diejenige Innenkante der Nut (30‘) angrenzt, welche durch die Bodenwand (31) und die Seitenwand (33) gebildet wird, innerhalb der die Grenzlinie (15) verläuft.
Kunststoffbauteil, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffbauteil (40; 40‘; 40‘‘) einen Mehrkomponenten-Kunststoffrohling (10) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12 umfasst, und dass auf dem ersten Bereich (11) des Mehrkomponenten-Kunststoffrohlings (10) aus einem ersten Kunststoff eine Metallschicht (20) aufgebracht ist, während auf dem zweiten Bereich (12) aus einem zweiten Kunststoff (NG) keine Metallschicht aufgebracht ist, wobei die Metallschicht (20) wenigstens teilweise in die vertiefte geometrische Struktur (30; 30‘; 30'') hineinragt.
Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffbauteils (40; 40‘; 40‘‘) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mehrkomponenten-Kunststoffrohling (10) gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12 vollständig mit Vorbehandlungsschritten so behandelt wird, dass die Oberfläche des ersten Kunststoffs des ersten Bereiches (11) galvanisierbar wird, während die Oberfläche des zweiten Kunststoffs des zweiten Bereiches (12) durch die gleichen Vorbehandlungsschritte nicht galvanisierbar wird, und eine Galvanisierung des galvanisierbaren Bereiches (11) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Mehrkomponenten-Kunststoffrohling (10) in einem Spritzgussverfahren hergestellt wird.