DE102013212450A1 - Optical element with bonding agent and method for its manufacture - Google Patents

Optical element with bonding agent and method for its manufacture Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein optisches Element 14, das mindestens einen zumindest teilweise lichtdurchlässigen Formkörper 6, welcher mindestens einen transparenten Kunststoff umfasst, und mindestens ein Verbindungsmittel 13 zum Befestigen des Formkörpers 6 an einer Trägervorrichtung 12 umfasst, wobei das Verbindungsmittel 13 mindestens ein mit dem Formkörper 6 verbundenes Verbindungselement 1 und mindestens ein Befestigungselement 10 umfasst, wobei zumindest das Verbindungselement 1 zumindest abschnittsweise vollständig von dem transparenten Kunststoff umschlossen und an mindestens einem freien Ende mit dem Befestigungselement 10 verbunden ist. Die Erfindung betrifft ferner Verfahren zur Herstellung des optischen Elements.The invention relates to an optical element 14 which comprises at least one at least partially light-permeable molded body 6, which comprises at least one transparent plastic, and at least one connecting means 13 for fastening the molded body 6 to a carrier device 12, the connecting means 13 at least one with the molded body 6 connected connecting element 1 and at least one fastening element 10, wherein at least the connecting element 1 is at least partially completely enclosed by the transparent plastic and is connected to the fastening element 10 at at least one free end. The invention also relates to methods for producing the optical element.

Description

Hintergrundbackground

Die Erfindung betrifft ein optisches Element, das mindestens einen zumindest teilweise lichtdurchlässigen Formkörper, welcher mindestens einen transparenten Kunststoff umfasst, und mindestens ein Verbindungsmittel zum Befestigen des Formkörpers an einer Trägervorrichtung umfasst. Die Erfindung betrifft ferner Verfahren zur Herstellung des optischen Elements.The invention relates to an optical element comprising at least one at least partially translucent molded body, which comprises at least one transparent plastic, and at least one connecting means for fixing the molded body to a support device. The invention further relates to methods for producing the optical element.

Stand der TechnikState of the art

In vielen optischen Systemen wie unter anderem auch in Head-up-Display(HUD)-Systemen werden transparente Kunststoffflächen (sog. „Combiner“) verwendet, um die Informationen aus dem System für den Fahrzeugbediener anzuzeigen. Combinersysteme haben gegenüber Windschutzscheiben-HUD-Systemen den Vorteil, dass die Position und der Abstand des Bildes an den Fahrer angepasst und auch bei Austausch der Windschutzscheibe und Kunststofffläche immer gleich bleiben. In Verbindung mit einem Gelenk, kann die Combinerscheibe je nach Fahrergröße durch einen automatischen Antrieb in ihrer Position geändert oder zum Schutz ganz eingeklappt werden.In many optical systems, including but not limited to head-up display (HUD) systems, transparent plastic surfaces (so-called "combiners") are used to display the information from the system to the vehicle operator. Combiner systems have the advantage over windshield HUD systems that the position and distance of the image are adapted to the driver and remain the same even when replacing the windshield and plastic surface. In conjunction with a joint, the Combinerscheibe can be changed in position depending on the size of the driver by an automatic drive or folded completely for protection.

Die Combiner werden als Freiformflächen in Spritzprägewerkzeugen auf Spritzgießmaschinen mit Prägefunktion gefertigt. Aktuelle Toleranzbereiche für die Form und Dicke der Flächen, die in der Serienfertigung eingehalten werden können, liegen bei 100 µm. Freiform-Flächengeometrien aus thermoplastischem Kunststoff mit Toleranzbereichangaben unterhalb dieses Wertes können mit den Standard-Spritzprägeverfahren weder serientauglich noch prozesssicher umgesetzt werden. Um trotzdem den hohen Anforderungen an die Bauteile, wie zum Beispiel die Doppelbildreduzierung, gerecht werden zu können, müssen spezielle Antireflexbeschichtungen aufgebracht werden. Diese erfordern zusätzliche Prozessschritte und einen größeren Zeit- und Kostenaufwand. Dabei steigt gleichzeitig das Risiko von Fehlerquellen.The combiners are manufactured as free-form surfaces in injection compression tools on injection molding machines with embossing function. Current tolerance ranges for the shape and thickness of the surfaces that can be maintained in series production are 100 μm. Free-form surface geometries made of thermoplastic material with tolerance ranges below this value can not be implemented in series production or process reliability with the standard injection compression molding process. Nevertheless, in order to meet the high demands on the components, such as double image reduction, special anti-reflection coatings have to be applied. These require additional process steps and a greater expenditure of time and money. At the same time, the risk of sources of error increases.

Eine stabile Anbindung oder sogar eine stabile Gelenkanbindung an das Gehäuse zur Positionsänderung der Kunststofffläche wird bisher durch Einklemmen oder Einkleben der Scheibe erreicht, wodurch diese zusätzlich beansprucht wird. Dies sind ebenfalls zusätzliche Prozessschritte, die die Serienfertigung zeit- und kostenaufwendiger machen und das Fehlerpotential zusätzlich erhöhen.A stable connection or even a stable joint connection to the housing for changing the position of the plastic surface is previously achieved by pinching or gluing the disc, whereby this is additionally claimed. These are also additional process steps, which make mass production more time-consuming and costly and additionally increase the potential for error.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein optisches Element und ein Verfahren zu seiner Herstellung zur Verfügung zu stellen, das die genannten Nachteile vermeidet sowie eine stabile, und vorzugsweise lösbare, Befestigung eines zumindest teilweise lichtdurchlässigen Formkörper an einer Trägervorrichtung ermöglicht.It is therefore an object of the invention to provide an optical element and a method for its production, which avoids the disadvantages mentioned and allows a stable, and preferably releasable, attachment of an at least partially translucent molded body to a support device.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein optisches Element der eingangs genannten Art gelöst, bei dem das Verbindungsmittel mindestens ein mit dem Formkörper verbundenes Verbindungselement und mindestens ein Befestigungselement umfasst, wobei zumindest das Verbindungselement zumindest abschnittsweise vollständig von dem transparenten Kunststoff umschlossen und an mindestens einem freien Ende mit dem Befestigungselement verbunden ist. Das Verbindungselement wird bei der Herstellung vom Kunststoff des Formkörpers ohne Bindenähte umflossen und somit stabil mit diesem verbunden. Das Verbindungselement wird dabei ideal eingeschlossen und bei der anschließenden Polymerisation oder Vernetzung, beispielsweise durch Temperaturerhöhung, besonders stabil mit dem transparenten Formkörper verbunden. Das erfindungsgemäße optische Element kann somit ausgesprochen stabil an einer Trägervorrichtung, beispielsweise einem Gehäuse eines Head-up-Display-Systems, befestigt werden.According to the invention the object is achieved by an optical element of the type mentioned, in which the connecting means comprises at least one connected to the molded body connecting element and at least one fastening element, wherein at least the connecting element at least partially completely enclosed by the transparent plastic and at least one free end with is connected to the fastener. The connecting element is encased in the manufacture of the plastic of the molding without weld lines and thus stably connected thereto. The connecting element is ideally enclosed and in the subsequent polymerization or crosslinking, for example by increasing the temperature, particularly stable connected to the transparent molded body. The optical element according to the invention can thus be fastened extremely stable to a carrier device, for example a housing of a head-up display system.

In besonders vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen optischen Elements ist vorgesehen, dass das Verbindungselement ein längliches, vorzugsweise stangenförmiges, Element ist, das an seinen beiden freien Enden jeweils mit mindestens einem Befestigungselement verbunden ist. Die vorteilhafte Kombination eines länglichen Verbindungselements, vorzugsweise einer Verbindungsstange, mit Befestigungselementen ermöglicht eine stabile Lagerung der Formkörper und optional den Anschluss eines Antriebs zur automatischen Positionsverstellung.In a particularly advantageous embodiment of the optical element according to the invention it is provided that the connecting element is an elongated, preferably rod-shaped, element which is connected at its two free ends in each case with at least one fastening element. The advantageous combination of an elongate connecting element, preferably a connecting rod, with fastening elements enables a stable mounting of the molded body and optionally the connection of a drive for automatic position adjustment.

In alternativer besonders vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen optischen Elements ist vorgesehen, dass zwei gegenüberliegend angeordnete Verbindungsmittel vorgesehen sind, wobei die Verbindungselemente mit ihren jeweiligen freien Enden einander zugewandt und mit ihren jeweiligen Längsachsen in einer Achse angeordnet sind. Dieser Aufbau ermöglicht ebenfalls eine stabile Lagerung der Formkörper und optional den Anschluss eines Antriebs zur automatischen Positionsverstellung.In an alternative particularly advantageous embodiment of the optical element according to the invention it is provided that two oppositely arranged connecting means are provided, wherein the connecting elements facing each other with their respective free ends and are arranged with their respective longitudinal axes in one axis. This structure also allows stable storage of the moldings and optionally the connection of a drive for automatic position adjustment.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen optischen Elements ist vorgesehen, dass die Verbindungselemente zumindest teilweise, vorzugsweise in dem Abschnitt, in dem sie von dem transparenten Kunststoff umschlossen sind, einen rechteckigen, vorzugsweise quadratischen, Querschnitt aufweisen. Auf diese Weise entsteht eine besonders stabile Verbindung zwischen dem Formkörper und dem Verbindungsmittel, da bei dieser Ausführungsform praktisch eine kraftschlüssige mit einer formschlüssigen Verbindung kombiniert wird.In a further advantageous embodiment of the optical element according to the invention it is provided that the connecting elements at least partially, preferably in the section in which they from the transparent plastic are enclosed, have a rectangular, preferably square, cross-section. In this way, a particularly stable connection between the molded body and the connecting means, since in this embodiment practically a non-positive is combined with a positive connection.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen optischen Elements ist vorgesehen, dass das/die Befestigungselement(e) derart ausgebildet ist/sind, dass die Befestigung des Formkörpers an der Trägervorrichtung eine lösbare Verbindung, vorzugsweise eine Schnapphakenverbindung, ist. Hierdurch wird ein stabiles Anbindungskonzept realisiert, bei dem das optische Element bzw. der transparente Formkörper im späteren Einsatz bei Bedarf ausgewechselt werden kann. Durch die optionale Schnapphakenverbindung können die Befestigungselemente wieder von der Trägervorrichtung gelöst und der Formkörper im späteren Einsatz, beispielsweise bei einem Defekt, besonders komfortabel ausgetauscht werden.In a further advantageous embodiment of the optical element according to the invention it is provided that the / the fastening element (s) is / are designed such that the attachment of the molded body to the carrier device is a detachable connection, preferably a snap hook connection. In this way, a stable connection concept is realized in which the optical element or the transparent molded body can be replaced in later use if necessary. By the optional snap hook connection, the fasteners can be solved again by the carrier device and the molded body in the subsequent use, for example in case of a defect, be replaced particularly comfortable.

Vorzugsweise besteht das Verbindungsmittel aus zwei Komponenten, wobei eine Komponente das Verbindungselement und die andere Komponente das Befestigungselement umfasst.Preferably, the connecting means consists of two components, one component comprising the connecting element and the other component comprising the fastening element.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen optischen Elements ist vorgesehen, dass das Verbindungselement und/oder das/die Befestigungselement(e) mit mindestens einem Kupplungselement zum Anschließen einer Antriebseinrichtung, beispielsweise einem Elektromotor, verbunden sind. Hierdurch kann das optische Element automatisch verstellt oder zum Schutz ganz eingeklappt werden, ohne dass der Benutzer das empfindliche System anfassen muss.In a further advantageous embodiment of the optical element according to the invention it is provided that the connecting element and / or the / the fastening element (s) with at least one coupling element for connecting a drive device, such as an electric motor, are connected. As a result, the optical element can be automatically adjusted or folded completely for protection without the user having to touch the sensitive system.

Die Erfindung betrifft in vorteilhafter Weise ferner die Verwendung des erfindungsgemäßen optischen Elements als Bestandteil eines Head-up-Display-Systems.The invention also advantageously relates to the use of the optical element according to the invention as part of a head-up display system.

Für den Fall, dass das Verbindungselement ein längliches, vorzugsweise stangenförmiges Element ist, das an seinen beiden freien Enden jeweils mit mindestens einem Befestigungselement verbunden ist, wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen optischen Elements gelöst, das die folgenden Schritte umfasst:

  • a) Herstellen mindestens eines Verbindungselements, vorzugsweise mittels Spritzgießen in einem ersten Spritzgießwerkzeug;
  • b) Einlegen des Verbindungselements in eine Formvorrichtung, vorzugsweise ein zweites Spritzgießwerkzeug;
  • c) Einbringen eines transparenten Kunststoffs in die Formvorrichtung, wobei der transparente Kunststoff das Verbindungselement zumindest teilweise umfließt und dabei zumindest abschnittsweise vollständig umschließt;
  • d) Herstellen mindestens eines Befestigungselements, vorzugsweise mittels Spritzgießen in einem dritten Spritzgießwerkzeug; und
  • e) Verbinden des Befestigungselements mit mindestens einem freien Ende des Verbindungselements.
In the event that the connecting element is an elongate, preferably rod-shaped element, which is connected in each case with at least one fastening element at its two free ends, the object is achieved by a method for producing the optical element according to the invention, comprising the following steps:
  • a) producing at least one connecting element, preferably by means of injection molding in a first injection molding tool;
  • b) inserting the connecting element into a molding device, preferably a second injection mold;
  • c) introducing a transparent plastic into the molding device, wherein the transparent plastic at least partially flows around the connecting element and at least partially completely surrounds it;
  • d) producing at least one fastening element, preferably by means of injection molding in a third injection molding tool; and
  • e) connecting the fastening element with at least one free end of the connecting element.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist vorzugsweise ein Montagespritzgießverfahren, mit dem verzugs- und schwindungsfreie transparente Kunststoff-Formkörper (Freiformflächen) ohne innere Orientierungen mit Befestigungselementen, vorzugsweise in Form von Gelenkstücken, zu verbinden. Die Form- und Dickentoleranzbereiche der Flächen zueinander sind dabei kleiner als 50 µm. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden optischen Elemente erzeugt, die ohne zusätzliche Beschichtungen die hohen Anforderungen für optische Systeme erfüllen. Transparente Kunststoff-Formkörper können dabei mit hoher Genauigkeit hergestellt und mit Befestigungselementen (Gelenkstücken) verbunden werden. Beispielsweise wird ein in einem Parallelprozess aus Duroplast hergestelltes Verbindungselement (z.B. eine Gelenkstange) in einer Spritzgießform von einem niedrigviskosen Monomer oder Duroplast ohne Bindenähte umflossen. Das Verbindungselement wird dabei ideal eingeschlossen und vorzugsweise bei der anschließenden Polymerisation oder Vernetzung durch Temperaturerhöhung stabil mit dem Formkörper verbunden. Gleichzeitig entstehen bei der Verfestigung kaum Verzug, Schwindung oder innere Orientierungen, so dass die optischen Elemente serientauglich und prozesssicher mit einem Form- und Dickentoleranzbereich kleiner 50 µm hergestellt werden können. Ebenfalls können die Formkörper bei diesem Verfahren mit speziellen Winkeln zueinander so ausgelegt werden, dass spätere Antireflexbeschichtungen, zum Beispiel zur Doppelbildreduzierung, weggelassen und zusätzliche Beschichtungsprozesse eingespart werden. Bei der Verwendung von duroplastischem Harz entfällt zudem noch die Antikratzbeschichtung. Damit werden der Zeit- und Kostenaufwand sowie zusätzliche Fehlerquellen in der Serienfertigung reduziert. Gleichzeitig wird durch den geringeren Energiebedarf weniger CO2 ausgestoßen.The inventive method is preferably a Montagespritzgießverfahren, with the distortion and shrinkage-free transparent plastic moldings (free-form surfaces) without internal orientations with fasteners, preferably in the form of joints to connect. The shape and thickness tolerance ranges of the surfaces to each other are less than 50 microns. With the method according to the invention optical elements are produced, which meet the high requirements for optical systems without additional coatings. Transparent plastic moldings can be manufactured with high accuracy and connected with fasteners (joints). For example, a connecting element produced in a parallel process from thermosetting plastic (for example a joint rod) in an injection mold is surrounded by a low-viscosity monomer or duroplastic without weld lines. The connecting element is ideally enclosed and preferably connected in the subsequent polymerization or crosslinking by increasing the temperature stable with the molding. At the same time hardly any warping, shrinkage or inner orientations occur during solidification, so that the optical elements can be produced in series and reliably with a shape and thickness tolerance range of less than 50 μm. Likewise, the moldings can be designed in this method with special angles to each other so that later anti-reflection coatings, for example, for double image reduction, omitted and additional coating processes can be saved. When using thermosetting resin also eliminates the anti-scratch coating. This reduces time and costs as well as additional sources of error in series production. At the same time, less CO 2 is emitted due to the lower energy requirement.

Für den Fall, dass zwei gegenüberliegend angeordnete Verbindungsmittel vorgesehen sind, wird die Aufgabe alternativ durch ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen optischen Elements gelöst, das die folgenden Schritte umfasst:

  • a) Herstellen mindestens eines Verbindungsmittels, welches ein Verbindungselement und mindestens ein Befestigungselement umfasst, vorzugsweise in einem 2-Komponenten-Spritzgießwerkzeug, wobei zunächst das Befestigungselement aus einem ersten Kunststoff gegossen und anschließend das Verbindungselement in das Befestigungselement eingespritzt wird;
  • b) Einlegen mindestens eines Verbindungsmittels in eine Formvorrichtung, vorzugsweise ein zweites Spritzgießwerkzeug; und
  • c) Einbringen eines transparenten Kunststoffs in die Formvorrichtung, wobei der transparente Kunststoff zumindest das Verbindungselement zumindest teilweise umfließt und dabei zumindest abschnittsweise vollständig umschließt.
In the event that two oppositely arranged connection means are provided, the object is alternatively achieved by a method for producing the optical element according to the invention, which comprises the following steps:
  • a) producing at least one connecting means which comprises a connecting element and at least one fastening element, preferably in a 2-component injection mold, wherein first the Cast fastener of a first plastic and then the connecting element is injected into the fastener;
  • b) inserting at least one bonding agent into a molding apparatus, preferably a second injection molding tool; and
  • c) introducing a transparent plastic into the molding device, wherein the transparent plastic at least partially flows around the connecting element and at least partially completely surrounds it.

Mit diesem alternativen erfindungsgemäßen Verfahren, das vorzugsweise ein spezielles Montagespritzprägeverfahren ist, können transparente Kunststoff-Formkörper (Freiformflächen), beispielsweise aus thermoplastischem Kunststoff, mit hoher Genauigkeit hergestellt und mit 2-Komponenten-Befestigungsmitteln (Gelenkstücken) verbunden werden. Beispielsweise werden zu diesem Zweck in einem vorgeschalteten Montagespritzgießprozess aus zwei weiteren, vorzugsweise ebenfalls thermoplastischen, Kunststoffen Befestigungsmittel, vorzugsweise Gelenkstücke mit Schnapphaken, hergestellt. Die Baugruppe wird anschließend in ein Spritzprägewerkzeug eingelegt. Beim nachfolgenden Spritzprägeprozess der Formkörper werden die, vorzugsweise quadratischen, Verbindungselemente (Gelenkstangen) mit umflossen. Die Verbindungelemente werden dabei ideal eingeschlossen und während der anschließenden Kühlzeit durch die Schwindung kraftschlüssig mit dem Formkörper verbunden. Gleichzeitig entstehen bei der Verfestigung der Formkörper kaum Verzug, Schwindung oder innere Orientierungen. Durch die Verringerung der Montageprozesse werden Zeit- und Kostenaufwand sowie zusätzliche Fehlerquellen in der Serienfertigung reduziert. Dies hat zur Folge, dass durch geringere Ausschussquoten und den geringeren Energiebedarf CO2 eingespart wird.With this alternative method according to the invention, which is preferably a special assembly injection embossing method, transparent plastic molded bodies (free-form surfaces), for example made of thermoplastic material, can be produced with high accuracy and connected with 2-component fastening means (joint pieces). For example, for this purpose, in an upstream assembly injection molding process, two further, preferably likewise thermoplastic, plastics are used to produce fastening means, preferably joint pieces with snap hooks. The assembly is then placed in an injection compression tool. During the subsequent injection-compression molding process of the molded bodies, the, preferably square, connecting elements (joint rods) are encased with. The connecting elements are ideally enclosed and during the subsequent cooling time by the shrinkage positively connected to the molding. At the same time hardly any distortion, shrinkage or internal orientations arise during the solidification of the moldings. By reducing the assembly processes, time and cost as well as additional sources of error in series production are reduced. As a result, CO 2 is saved through lower reject rates and lower energy requirements.

Die Erfindung wird im Weiteren anhand der folgenden Figuren beispielhaft näher erläutert.The invention will be explained in more detail by way of example with reference to the following figures.

Es zeigenShow it

1 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform eines Verbindungselements mit Kupplungselement, a) Seitenansicht, b) Querschnitt; 1 a schematic representation of an exemplary embodiment of a connecting element with coupling element, a) side view, b) cross section;

2 eine schematische Seitenansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines Formkörpers mit Verbindungselement in einer Spritzgießform; 2 a schematic side view of an exemplary embodiment of a molded body with connecting element in an injection mold;

3 eine schematische Seitenansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen optischen Elements mit Formkörper, Verbindungselement und Befestigungselementen, das an einer Trägervorrichtung befestigt ist; 3 a schematic side view of an exemplary embodiment of an optical element according to the invention with molding, connecting element and fasteners, which is attached to a support device;

4 eine schematische Darstellung a) der erfindungsgemäßen Herstellung eines Befestigungselements aus zwei Komponenten und b) einer Schnapphakenverbindung; 4 a schematic representation of a) the inventive production of a fastener of two components and b) a snap hook connection;

5 eine schematische Darstellung eines beispielhaften Werkzeugs zur Durchführung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen optischen Elements mit zwei gegenüberliegend angeordneten Verbindungsmitteln; und 5 a schematic representation of an exemplary tool for carrying out an embodiment of the inventive method for producing an optical element according to the invention with two oppositely arranged connecting means; and

6 eine schematische Seitenansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen optischen Elements mit Formkörper und zwei gegenüberliegend angeordneten Verbindungsmitteln, das an einer Trägervorrichtung befestigt ist. 6 a schematic side view of an exemplary embodiment of an optical element according to the invention with molded body and two oppositely arranged connecting means which is fixed to a support device.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform eines Verbindungselements 1 in Form eines länglichen, stangenförmigen Elements (Gelenkstange). Das Verbindungselement 1 umfasst an seinen beiden freien Enden jeweils einen kurzen Abschnitt 2 mit rundem Querschnitt (Gelenkbereich), wobei die beiden runden Abschnitte 2 über eine quadratische Stange 3 miteinander verbunden sind. An einem freien Ende (hier links dargestellt) ist der runde Abschnitt 2 des Verbindungselements 1 mit einem Kupplungselement 4 versehen, über das ein Antrieb, beispielsweise ein Elektromotor, angeschlossen werden kann. Mittels des Antriebs kann das Verbindungselement 1 um seine Längsachse geschwenkt werden. 1 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a connecting element 1 in the form of an elongated, rod-shaped element (articulated rod). The connecting element 1 includes at its two free ends in each case a short section 2 with a round cross section (joint area), with the two round sections 2 over a square bar 3 connected to each other. At a free end (shown here on the left) is the round section 2 of the connecting element 1 with a coupling element 4 provided, via which a drive, such as an electric motor, can be connected. By means of the drive, the connecting element 1 be pivoted about its longitudinal axis.

Zum Montagespritzgießen der erfindungsgemäßen optischen Elemente, d. h. der Formkörper (Freiformflächen) aus transparentem Kunststoff und der Verbindungsmittel (Gelenkstücke), wird eine Spritzgießmaschine mit Spritzgießwerkzeug, eine Niederdruck-Gießanlage, eine Spritzgießform und ein Wärmeschrank benötigt, der ein gleichmäßiges lineares Aufheizen und Abkühlen ermöglicht. Im ersten Schritt wird auf der Spritzgießmaschine in einem Duroplast-Spritzgießwerkzeug das Verbindungselement 1 (die Gelenkstange) gemäß 1 aus faserverstärktem Duroplast, zum Beispiel BMC (Buk Molding Compound) oder PF (Phenolharz), gefertigt. Ein temperaturstabiles Material ist notwendig, damit das Verbindungselement die Form im anschließenden Montagespritzgießprozess bei hoher Formtemperatur beibehält. Das Verbindungselement kann auch aus Metall zerspant werden, was aber die Kosten für das Bauteil erhöht. Wie im Schnitt b) zu erkennen, ist der Mittelbereich des Verbindungselements 1 eine vierkantige Stange 3 und die Abschnitte 2 (Gelenkbereiche) sind rund ausgebildet. An den Außenseiten werden einseitig oder beidseitig Kupplungselemente 4 für Antriebe angeformt, damit später die Position des transparenten Formkörpers (der Scheibe) an den jeweiligen Fahrer automatisch angepasst werden kann. Nachfolgend wird das fertige Verbindungselement 1 mit einem Handling in die zweite Spritzgießform eingelegt und fixiert (2). Am Übergangsbereich zum Bauteil werden Dichtelemente 5 aus zum Beispiel spritzgießbarem Teflon® (Perfluoralkoxy-Copolymer) eingesetzt, damit die Kunststoffmasse nicht austreten kann. Anschließend wird das niedrigviskose Monomer (zum Beispiel Methacrylsäuremethylester) oder duroplastische Vergussmasse (zum Beispiel auf Acryl- oder Polyurethanbasis) in die zweite Spritzgießform gefüllt, um den Formkörper 6 herzustellen. Dabei umfließt die Kunststoff-Masse das Verbindungselement 1, insbesondere die quadratische Stange 3, ohne Bindenähte. Durch die nachfolgende Temperaturerhöhung polymerisiert das Monomer (ca. 130°C) oder vernetzt das duroplastische Harz (abhängig von der Komponentenzusammensetzung) und schließt das Verbindungselement 1 stabil ein. Der Unterschied der hier beispielhaft genannten Kunststoffe besteht darin, dass nach der Verfestigung das Monomer auf ca. 8°C abgekühlt wird, während das duroplastische Harz nach der Vernetzung bei ca. 120°C getempert wird. Mit dieser schonenden Verarbeitung wird ein transparenter Formkörper 6 mit sehr wenig Schwindung, Verzug und inneren Spannungen erzeugt. Es entsteht beispielsweise eine hoch präzise Combinerscheibe mit sehr kleinen Form- und Dickentoleranzbereichen (kleiner 50 µm), die sehr stabil mit einem Gelenk (Verbindungselement 1) verbunden ist.For assembly injection molding of the optical elements according to the invention, ie the molded body (free-form surfaces) made of transparent plastic and the connecting means (hinge pieces), an injection molding machine with injection mold, a low-pressure casting machine, an injection mold and a heating cabinet is needed, which allows a uniform linear heating and cooling. In the first step, on the injection molding machine in a thermoset injection molding tool, the connecting element 1 (the articulated rod) according to 1 made of fiber-reinforced thermosetting plastic, for example BMC (Buk Molding Compound) or PF (phenolic resin). A temperature stable material is necessary for the fastener to retain the shape in the subsequent assembly injection molding process at high mold temperature. The connecting element can also be machined from metal, but this increases the cost of the component. As can be seen in section b), the middle region of the connecting element 1 a square bar 3 and the sections 2 (Joint areas) are round. On the outer sides are unilaterally or both sides coupling elements 4 molded for drives, so that later the position of the transparent shaped body (the disc) to the respective driver automatically can be adjusted. The following is the finished connection element 1 inserted with a handling in the second injection mold and fixed ( 2 ). At the transition area to the component are sealing elements 5 made of, for example, injection-moldable Teflon® (perfluoroalkoxy copolymer) used, so that the plastic material can not escape. Subsequently, the low viscosity monomer (for example, methyl methacrylate) or thermosetting potting compound (for example, acrylic or polyurethane-based) is filled in the second injection mold to the molding 6 manufacture. The plastic compound flows around the connecting element 1 , especially the square bar 3 , without tie lines. By the subsequent increase in temperature, the monomer polymerizes (about 130 ° C) or crosslinks the thermosetting resin (depending on the component composition) and closes the connecting element 1 stable. The difference between the plastics exemplified here is that after solidification, the monomer is cooled to about 8 ° C, while the thermosetting resin is annealed after crosslinking at about 120 ° C. With this gentle processing becomes a transparent molding 6 produced with very little shrinkage, distortion and internal tensions. For example, a high-precision combiner disc with very small shape and thickness tolerance ranges (less than 50 μm) is produced, which is very stable with a joint (connecting element) 1 ) connected is.

Die in 3 sichtbaren Befestigungselemente 10 (Gelenkhalterungen) werden in einem Parallel-Spritzgießprozess beispielsweise aus faserverstärktem Thermoplast-Kunststoff, zum Beispiel Polyamid, Polybutylenterephthalat oder Polyoxymethylen, hergestellt. Die Befestigungselemente 10 werden an den freien Enden des Verbindungselements 1 befestigt und bilden mit diesem ein vorteilhaftes Verbindungsmittel 13 zum Befestigen des Formkörpers 6 an einer Trägervorrichtung 12, beispielsweise einem Systemgehäuse. Das erfindungsgemäße optische Element 14 umfasst also den Formkörper 6 und das aus dem Verbindungselement 1 und den Befestigungselementen 10 gebildete Verbindungsmittel 13. Durch die angeformten Schnapphaken 11 der Befestigungselemente 10 kann der Formkörper 6 (Combinerscheibe) stabil an der Trägervorrichtung 12 angebunden werden. Dabei ist in vorteilhafter Weise ein nachträgliches Lösen der Befestigungselemente 10 möglich, so dass ein einfacher Austausch der defekten Scheibe im späteren Einsatz ermöglicht wird.In the 3 visible fasteners 10 (Joint brackets) are produced in a parallel injection molding process, for example made of fiber-reinforced thermoplastic plastic, for example polyamide, polybutylene terephthalate or polyoxymethylene. The fasteners 10 be at the free ends of the connecting element 1 attached and form with this an advantageous connecting means 13 for fixing the molding 6 on a carrier device 12 For example, a system chassis. The optical element according to the invention 14 So includes the molding 6 and that from the connecting element 1 and the fasteners 10 formed connecting means 13 , Through the molded snap hooks 11 the fasteners 10 can the molding 6 (Combiner disc) stable on the support device 12 be connected. In this case, a subsequent release of the fasteners is advantageously 10 possible, so that a simple replacement of the defective disk in later use is possible.

4 zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Herstellung eines Befestigungselements aus zwei Komponenten und einer Schnapphakenverbindung. Zum Montagespritzprägen der transparenten Formkörper (Freiformflächen) aus beispielsweise thermoplastischem Kunststoff mit Verbindungsmitteln 20 (Gelenken) wird eine 2-Komponenten-Spritzgießmaschine und eine Spritzgießmaschine mit Prägefunktion und Handling benötigt. Auf der 2-Komponenten-Spritzgießmaschine befindet sich ein 2-Komponenten-Spritzgießwerkzeug, mit dem die Verbindungsmittel 20 gefertigt werden. Auf der zweiten Spritzgießmaschine befindet sich ein Montage-Spritzprägewerkzeug, mit dem der transparente Formkörper (die Scheibe) geprägt und die Verbindungsmittel 20 (Gelenke) angebunden werden. Im ersten Spritzgießprozess wird das Befestigungselement 21 (der Gelenkhalter) mit Schnapphaken 22 beispielsweise aus einem verstärkten Thermoplast (zum Beispiel Polyamid (PA) oder Polybutylenterephthalat (PBT) mit Glasfasern oder Kohlefasern) über den Spitzkanal 24 spritzgegossen (a). Nach einer vorgegebenen Kühlzeit werden im 2K-Spritzgießwerkzeug die Kerne gezogen, sodass zur Herstellung eines Verbindungselements 23 (Gelenkstange) beispielsweise ein zweiter, tribologisch optimierter Thermoplast (zum Beispiel Polyamid (PA) mit Teflon®-Füllstoff oder Polyoxymethylen (POM)) über den Spritzkanal 25 in das Befestigungselement 21 eingespritzt werden kann (a). Mittels der Schnapphaken 22 kann das Verbindungsmittel 20 sicher und lösbar an einer Trägervorrichtung 27 angebracht werden (b). Die Materialien müssen so abgestimmt und verarbeitet werden, dass durch die Schwindung das optimale Spiel für das Verbindungsmittel 20 eingestellt wird. An den Außenseiten des Verbindungselements 23 kann zusätzlich ein Kupplungselement 26 für einen Elektromotor angeformt werden, damit die Combinerscheibe im späteren Einsatz in ihrer Position angepasst werden kann. Nach einer vorgegebenen Kühlzeit wird das komplette Verbindungsmittel 20 ausgeworfen und der zweiten Spritzgießmaschine zugeführt. 4 shows a schematic representation of the inventive production of a fastener of two components and a snap hook connection. For mounting injection molding of the transparent molded bodies (free-form surfaces) made of, for example, thermoplastic material with connecting means 20 (Joints) a 2-component injection molding machine and an injection molding machine with embossing function and handling is needed. On the 2-component injection molding machine there is a 2-component injection mold with which the connecting means 20 be made. On the second injection molding machine is a mounting injection-compression tool, with which the transparent shaped body (the disc) embossed and the connecting means 20 (Joints) are tied. In the first injection molding process, the fastener 21 (the hinge holder) with snap hooks 22 for example, a reinforced thermoplastic (for example, polyamide (PA) or polybutylene terephthalate (PBT) with glass fibers or carbon fibers) via the Spitzkanal 24 injection-molded (a). After a given cooling time, the cores are pulled in the 2K injection mold, so that for the production of a connecting element 23 (Articulated rod), for example, a second, tribologically optimized thermoplastic (for example, polyamide (PA) with Teflon ® filler or polyoxymethylene (POM)) over the injection channel 25 in the fastener 21 can be injected (a). By means of snap hooks 22 can the connecting agent 20 safe and detachable on a support device 27 be attached (b). The materials must be tuned and processed so that the shrinkage is the optimal play for the fastener 20 is set. On the outer sides of the connecting element 23 Can additionally a coupling element 26 be molded for an electric motor, so that the Combinerscheibe can be adjusted in later use in their position. After a given cooling time, the complete connection means 20 ejected and fed to the second injection molding machine.

5 zeigt eine schematische Darstellung eines beispielhaften Werkzeugs 30 zur Durchführung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. An der Spritzgießmaschine mit Prägefunktion nimmt das Handling zwei Verbindungsmittel 20 (Gelenkstücke) gemäß 4 und legt sie entsprechend in das Montage-Spritzprägewerkzeug 30 ein. Dabei werden die Verbindungsmittel 20 gegenüberliegend angeordnet, wobei die Verbindungselemente 23 mit ihren jeweiligen freien Enden einander zugewandt und mit ihren jeweiligen Längsachsen in einer Achse angeordnet sind. Nach dem Schließen des Werkzeugs 30 wird über einen Anguss 31 zwischen den Verbindungsmittel 20 beispielsweise ein transparenter Thermoplast (zum Beispiel PC (Polycarbonat), COC (Cyclo-Olefin-Copolymer), COP (Cyclo-Olefin-Polymer) oder PMMA (Polymethylmethacrylat)) in die Kavität gespritzt. Durch den dickeren Gelenkbereich kann das Material mit geringerer Scherung ins Werkzeug 30 fließen und wird somit schonender verarbeitet. Sobald die Kavität ausreichend gefüllt ist, prägt der Stempel den Formkörper 32. Gleichzeitig werden die stangenförmigen Abschnitte der Verbindungselemente 23 vom Kunststoff umflossen und so sehr stabil mit dem Formkörper 32 verbunden (5). Nach einer vorgegebenen Kühlzeit kann die komplette Baugruppe (das fertige optische Element) entnommen werden und mit einer Trägervorrichtung bzw. einem Gehäuse verbunden werden (siehe 6). 5 shows a schematic representation of an exemplary tool 30 for carrying out an embodiment of the method according to the invention. At the injection molding machine with embossing function handling takes two lanyards 20 (Articulated pieces) according to 4 and place them in the assembly injection-compression tooling accordingly 30 one. This will be the connecting means 20 arranged opposite one another, wherein the connecting elements 23 are facing each other with their respective free ends and are arranged with their respective longitudinal axes in one axis. After closing the tool 30 is over a sprue 31 between the connecting means 20 For example, a transparent thermoplastic (for example PC (polycarbonate), COC (cyclo-olefin copolymer), COP (cyclo-olefin polymer) or PMMA (polymethyl methacrylate)) injected into the cavity. Due to the thicker hinge area, the material with less shear in the tool 30 flow and is thus processed more gently. As soon as the cavity is sufficiently filled, the stamp shapes the shaped body 32 , At the same time, the rod-shaped sections of the connecting elements 23 surrounded by plastic and so very stable with the molding 32 connected ( 5 ). After a predetermined cooling time, the complete assembly (the finished optical element) can be removed and connected to a carrier device or a housing (see 6 ).

6 zeigt eine schematische Seitenansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen optischen Elements 40, das wie bereits in 4b) dargestellt an einer Trägervorrichtung 27 befestigt ist. Das optische Element 40 wurde wie in Bezug auf die 4 und 5 beschrieben hergestellt und umfasst die bereits genannten Bestandteile, d. h. den Formkörper 32 und die beiden jeweils aus den Verbindungselementen 23 und den Befestigungselementen 21 gebildeten Verbindungsmittel 20. Ein transparenter Formkörper 32, beispielsweise ein Combiner, ist über die Verbindungsmittel 20 mittels der in 4b) gezeigten Schnapphaken 22 mit der Trägervorrichtung 27, beispielsweise einem Gehäuse, stabil und lösbar verbunden. Das erfindungsgemäße optische Element 40 kann also beispielsweise in optischen Systemen wie z.B. Head-up-Displays eingesetzt werden, wobei es nicht nur die hohen optischen Anforderungen erfüllt, sondern auch stabil und vorzugsweise lösbar mit dem Gehäuse verbunden ist. 6 shows a schematic side view of an exemplary embodiment of an optical element according to the invention 40 , as already in 4b) shown on a support device 27 is attached. The optical element 40 was like in relation to the 4 and 5 described and comprises the already mentioned components, ie the shaped body 32 and the two each from the connecting elements 23 and the fasteners 21 formed connecting means 20 , A transparent molded body 32 , for example a combiner, is via the connecting means 20 by means of in 4b) shown snap hook 22 with the carrier device 27 , For example, a housing, stable and detachably connected. The optical element according to the invention 40 Thus, it can be used for example in optical systems such as head-up displays, where it not only meets the high optical requirements, but also stable and preferably releasably connected to the housing.

Claims (10)

Optisches Element (14, 40), das mindestens einen zumindest teilweise lichtdurchlässigen Formkörper (6, 32), welcher mindestens einen transparenten Kunststoff umfasst, und mindestens ein Verbindungsmittel (13, 20) zum Befestigen des Formkörpers (6, 32) an einer Trägervorrichtung (12, 27) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsmittel (13, 20) mindestens ein mit dem Formkörper (6, 32) verbundenes Verbindungselement (1, 23) und mindestens ein Befestigungselement (10, 21) umfasst, wobei zumindest das Verbindungselement (1, 23) zumindest abschnittsweise vollständig von dem transparenten Kunststoff umschlossen und an mindestens einem freien Ende mit dem Befestigungselement (10, 21) verbunden ist.Optical element ( 14 . 40 ), the at least one at least partially translucent molded body ( 6 . 32 ), which comprises at least one transparent plastic, and at least one connecting means ( 13 . 20 ) for fastening the shaped body ( 6 . 32 ) on a carrier device ( 12 . 27 ), characterized in that the connecting means ( 13 . 20 ) at least one with the shaped body ( 6 . 32 ) connected connecting element ( 1 . 23 ) and at least one fastener ( 10 . 21 ), wherein at least the connecting element ( 1 . 23 ) at least partially completely enclosed by the transparent plastic and at least one free end with the fastening element ( 10 . 21 ) connected is. Optisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (1) ein längliches, vorzugsweise stangenförmiges, Element ist, das an seinen beiden freien Enden jeweils mit mindestens einem Befestigungselement (10) verbunden ist.Optical element according to claim 1, characterized in that the connecting element ( 1 ) is an elongated, preferably rod-shaped, element, which at its two free ends in each case with at least one fastening element ( 10 ) connected is. Optisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei gegenüberliegend angeordnete Verbindungsmittel (20) vorgesehen sind, wobei die Verbindungselemente (23) mit ihren jeweiligen freien Enden einander zugewandt und mit ihren jeweiligen Längsachsen in einer Achse angeordnet sind.Optical element according to claim 1, characterized in that two oppositely arranged connecting means ( 20 ) are provided, wherein the connecting elements ( 23 ) are facing each other with their respective free ends and are arranged with their respective longitudinal axes in one axis. Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (1, 23) zumindest teilweise, vorzugsweise in dem Abschnitt, in dem sie von dem transparenten Kunststoff umschlossen sind, einen rechteckigen, vorzugsweise quadratischen, Querschnitt aufweisen. Optical element according to one of claims 1 to 3, characterized in that the connecting elements ( 1 . 23 ) at least partially, preferably in the portion in which they are enclosed by the transparent plastic, have a rectangular, preferably square, cross-section. Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das/die Befestigungselement(e) (10, 21) derart ausgebildet ist/sind, dass die Befestigung des Formkörpers (6, 32) an der Trägervorrichtung (12, 27) eine lösbare Verbindung, vorzugsweise eine Schnapphakenverbindung, ist.Optical element according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the fastening element or elements (e) ( 10 . 21 ) is / are formed such that the attachment of the shaped body ( 6 . 32 ) on the carrier device ( 12 . 27 ) is a releasable connection, preferably a snap hook connection. Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsmittel (13, 20) aus zwei Komponenten besteht, wobei eine Komponente das Verbindungselement (1, 23) und die andere Komponente das Befestigungselement (10, 23) umfasst.Optical element according to one of claims 1 to 5, characterized in that the connecting means ( 13 . 20 ) consists of two components, one component being the connecting element ( 1 . 23 ) and the other component the fastener ( 10 . 23 ). Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (1, 23) und/oder das/die Befestigungselement(e) (10, 23) mit mindestens einem Kupplungselement (4, 26) zum Anschließen einer Antriebseinrichtung verbunden sind.Optical element according to one of claims 1 to 6, characterized in that the connecting element ( 1 . 23 ) and / or the fastening element (s) ( 10 . 23 ) with at least one coupling element ( 4 . 26 ) are connected for connecting a drive device. Verwendung des optischen Elements nach einem der vorherigen Ansprüche als Bestandteil eines Head-up-Display-Systems.Use of the optical element according to one of the preceding claims as part of a head-up display system. Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements nach Anspruch 2, umfassend die folgenden Verfahrensschritte: a) Herstellen mindestens eines Verbindungselements (1), vorzugsweise mittels Spritzgießen in einem ersten Spritzgießwerkzeug; b) Einlegen des Verbindungselements (1) in eine Formvorrichtung, vorzugsweise ein zweites Spritzgießwerkzeug; c) Einbringen eines transparenten Kunststoffs in die Formvorrichtung, wobei der transparente Kunststoff das Verbindungselement (1) zumindest teilweise umfließt und dabei zumindest abschnittsweise vollständig umschließt; d) Herstellen mindestens eines Befestigungselements (10), vorzugsweise mittels Spritzgießen in einem dritten Spritzgießwerkzeug; und e) Verbinden des Befestigungselements (10) mit mindestens einem freien Ende des Verbindungselements (1). Method for producing an optical element according to claim 2, comprising the following method steps: a) producing at least one connecting element ( 1 ), preferably by injection molding in a first injection mold; b) inserting the connecting element ( 1 ) in a molding apparatus, preferably a second injection mold; c) introducing a transparent plastic into the molding device, wherein the transparent plastic the connecting element ( 1 ) flows at least partially and at least partially completely encloses it; d) producing at least one fastening element ( 10 ), preferably by means of injection molding in a third injection mold; and e) connecting the fastening element ( 10 ) with at least one free end of the connecting element ( 1 ). Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements nach Anspruch 3, umfassend die folgenden Verfahrensschritte: a) Herstellen mindestens eines Verbindungsmittels (20), welches ein Verbindungselement (23) und mindestens ein Befestigungselement (21) umfasst, vorzugsweise in einem 2-Komponenten-Spritzgießwerkzeug, wobei zunächst das Befestigungselement (21) aus einem ersten Kunststoff gegossen und anschließend das Verbindungselement (23) in das Befestigungselement (21) eingespritzt wird; b) Einlegen mindestens eines Verbindungsmittels (20) in eine Formvorrichtung, vorzugsweise ein zweites Spritzgießwerkzeug; und c) Einbringen eines transparenten Kunststoffs in die Formvorrichtung, wobei der transparente Kunststoff zumindest das Verbindungselement (23) zumindest teilweise umfließt und dabei zumindest abschnittsweise vollständig umschließt.Process for producing an optical element according to Claim 3, comprising the following process steps: a) Preparation of at least one bonding agent ( 20 ), which is a connecting element ( 23 ) and at least one fastener ( 21 ), preferably in a 2-component injection mold, wherein first the fastener ( 21 ) molded from a first plastic and then the connecting element ( 23 ) in the fastener ( 21 ) is injected; b) inserting at least one connecting agent ( 20 ) in a molding apparatus, preferably a second injection mold; and c) introducing a transparent plastic into the molding device, wherein the transparent plastic at least the connecting element ( 23 ) flows at least partially and at least partially completely encloses.
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