DE102013212460A1

DE102013212460A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Reflektionsspiegels

Info

Publication number: DE102013212460A1
Application number: DE102013212460.0A
Authority: DE
Inventors: Stephan Geise; Stefan Apelt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-06-27
Filing date: 2013-06-27
Publication date: 2014-12-31

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers mit mindestens einer optischen Oberfläche, bei dem mindestens ein Grundkörper 2 mit mindestens einem Beschichtungsmaterial 15 mit optischen Eigenschaften beschichtet wird, wobei der Grundkörper 2 ein erstes duroplastisches Polymer umfasst, das in mindestens eine Kavität 5 eines Werkzeugs 1 eingebracht wird. Das Beschichtungsmaterial 15 umfasst erfindungsgemäß ein zweites duroplastisches Polymer, das nach dem Einbringen des ersten duroplastischen Polymers in mindestens eine Kavität 5 des Werkzeugs 1 eingebracht wird. Die Erfindung betrifft ferner einen Formkörper mit mindestens einer optischen Oberfläche, welcher mindestens einen Grundkörper 2 umfasst, der mit mindestens einem Beschichtungsmaterial 15 mit optischen Eigenschaften beschichtet ist, wobei der Grundkörper 2 ein erstes duroplastisches Polymer und das Beschichtungsmaterial 15 ein zweites duroplastisches Polymer umfasst, sowie eine Vorrichtung zur Herstellung des Formkörpers.

Description

Hintergrund
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers mit mindestens einer optischen Oberfläche, bei dem mindestens ein Grundkörper mit mindestens einem Beschichtungsmaterial mit optischen Eigenschaften beschichtet wird, wobei der Grundkörper ein erstes duroplastisches Polymer umfasst, das in mindestens eine Kavität eines Werkzeugs eingebracht wird. Die Erfindung betrifft ferner einen Formkörper mit mindestens einer optischen Oberfläche, welcher mindestens einen Grundkörper umfasst, der mit mindestens einem Beschichtungsmaterial mit optischen Eigenschaften beschichtet ist, wobei der Grundkörper ein erstes duroplastisches Polymer umfasst, sowie eine Vorrichtung zur Herstellung eines Formkörpers mit mindestens einer optischen Oberfläche, welche mindestens ein Werkzeug mit einer ersten Hälfte und einer zweiten Hälfte sowie mindestens zwei Kavitäten umfasst, wobei die Kavitäten am Übergang zwischen den beiden Hälften angeordnet sind.
Stand der Technik
Kunststoffbauteile mit optischen Oberflächen, wie beispielsweise Reflektionsspiegel, werden aktuell serienmäßig aus duro- oder thermoplastischen Kunststoffen in mehreren aufeinander folgenden Prozessschritten hergestellt. Hierzu werden zunächst im Spritzgieß- oder Spritzprägeverfahren auf einer Standard-Spritzgießmaschine Rohlinge abgeformt. Diese werden in nachfolgenden Prozessschritten in einer separaten Beschichtungsanlage aufwendig mit einer optischen Schicht beschichtet. Dieser Prozessschritt erfolgt insbesondere bei kleinen Stückzahlen in Beschichtungsanlagen, die in der Regel nicht vor Ort sind. Durch die räumliche Trennung zwischen beiden Prozessschritten ist es notwendig, einen separaten Reinigungs- und Aktivierungsvorgang zwischenzuschalten, bei dem die Rohlingoberflächen von eventuell anhaftenden Verunreinigungen befreit werden. Die Aktivierung ermöglicht eine bessere Haftung zwischen den Komponenten. Auf dem Markt gibt es nur wenig thermoplastische Kunststoffe, die für die Beschichtungsbedingungen und den späteren Einsatz in präzisen optischen Systemen bei hohen Temperaturen geeignet sind. Der Preise für diese Materialien sind dementsprechend hoch.
Eine preisgünstige Alternative sind duroplastische Kunststoffe. Bauteile aus Duroplast besitzen aber nach dem Spritzguss, durch herausstehende Glasfasern und andere Füllstoffe, eine raue Oberfläche, welche für optische Anwendungen durch einen nachgeschalteten Lackiervorgang noch geglättet werden muss.
Eine weitere Beschichtungsmöglichkeit ist das Hinterspritzen von Folie, welches serienmäßig zu Dekorzwecken eingesetzt wird. Die dabei wirkenden hohen Einspritzdrücke auf die Folien verändern die Oberflächenstruktur, sodass die optische Funktion nicht mehr gegeben ist. Für hochpräzise optische Bauteile ist dieses Verfahren somit nicht geeignet.
Aus der DE-A-10 2005 061 451 ist ein weiteres Beschichtungsverfahren bekannt, welches ebenfalls für die Herstellung von Dekorschichten eingesetzt wird. Hierbei wird eine Lackschicht in ein geöffnetes Werkzeug eingebracht und parallel in einem anderen Werkzeug ein Kunststoffträger bereitgestellt. Zwischen dem Träger und der Lackschicht verbleibt ein Hohlraum, in den die farbige Dekorschicht mittels einer Spritzgießmaschine eingespritzt wird.
Aus der EP-A-0 123 374 ist ferner das sogenannte „Inmould-Coating“ (IMC-Verfahren) entwickelt, bei dem „Sheet Molding Compounds“ (SMC) zu Dekorzwecken mit einer dünnen Beschichtung überzogen werden. Hierzu wird nach der Aushärtung des duroplastischen Materials eine Werkzeughälfte des Werkzeugs geöffnet und eine entsprechende Lackmenge in den Hohlraum eingefüllt. Durch erneutes Schließen wird der Lack auf der zu beschichtenden Oberfläche verteilt und härtet anschließend aus.
Diese bekannten Verfahren haben aber alle den Nachteil, dass der Herstellungsprozess mehrere Arbeitsschritte erfordert und eine nachträgliche Beschichtung bzw. Bearbeitung des Rohlings erforderlich macht.
Aus der DE-A-10 2010 043 947 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Licht reflektieren Vorrichtung bekannt, bei dem mindestens ein Grundkörper mit mindestens einem Licht reflektierenden Beschichtungsmaterial beschichtet wird, wobei das Beschichtungsmaterial auf mindestens eine Oberfläche einer Form aufgebracht und anschließend der Grundkörper auf das Beschichtungsmaterial aufgebracht wird. Die Beschichtung wird bei diesem bekannten Verfahren also während der Formfüllung in der Form an den Grundkörper angeformt. Ein nachträgliches Beschichten inklusive der erforderlichen Zwischenschritte entfällt somit bei diesem bekannten Verfahren.
Ferner offenbart die DE-A-24 61 925 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Lackieren von Kunststoffgegenständen. Bei diesem bekannten Verfahren, das ohne separaten Lackierungsschritt auskommt, werden die Kunststoffgegenstände in einer aus Formhälften bestehenden Spritzgießform gespritzt und auf die zu lackierenden Oberflächen ein aushärtbarer Kunstharzlack aufgebracht. Dabei wird nach dem Spritzen des Kunststoffgegenstandes die Spritzform um einen Spalt geöffnet und dadurch ein Luftspalt zwischen Formling und Spritzgießform gebildet. Der Kunstharzlack wird in den Luftspalt eingespritzt und erhärtet dann in der Spritzgießform.
Offenbarung der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, welche einen kostengünstigeren Zugang zu temperatur- und formbeständigen optischen Komponenten für optische Systeme zulässt, sowie entsprechende Formkörper mit optischer Oberfläche zu schaffen, die auch bei hoher Temperatur und Luftfeuchtigkeit ihre optische Funktion einwandfrei erfüllen können.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei dem das Beschichtungsmaterial ein zweites duroplastisches Polymer umfasst, das nach dem Einbringen des ersten duroplastischen Polymers in mindestens eine Kavität des Werkzeugs eingebracht wird. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann durch die Verwendung von kostengünstigen Duroplastkunststoffen als Grundkörper in Verbindung mit einer Beschichtung aus duroplastischem Polymer, insbesondere duroplastischem Lack, eine formstabile Projektionsfläche hergestellt werden, die kaum Wasser aufnimmt. Bei Duroplast-Reflektoren wird standardmäßig eine Iösungsmittelhaltige Lackschicht zum Ausgleich der Oberfläche und zur Vorbereitung der reflektierenden Beschichtung sprühtechnisch aufgetragen. Diese Schritte können bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zeit- und kostensparend in einem Arbeitsgang realisiert werden, womit zusätzlich die Umwelt geschont wird. Da beide Materialien duroplastisch sind, wird für die Aushärtung und Vernetzung der beiden Kunststoffmassen nur eine konstante Werkzeugtemperatur benötigt. Auf eine aufwendige variotherme Temperiertechnik kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ebenfalls verzichtet werden. Da beide Materialien darüber hinaus vergleichbare Ausdehnungskoeffizienten haben und gemeinsam im Spritzgießwerkzeug vernetzen, entsteht eine gute chemische Haftung zueinander, insbesondere auch bei wechselnden Umwelteinflüssen. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht also die besonders kostengünstige Herstellung temperatur- und formbeständiger optischer Komponenten für optische Systeme, wie z.B. Head-up Displays, Kombiinstrumente oder Scheinwerfer. Gleichzeitig wird der hohe Kostenaufwand für Arbeits- und Anlagenkosten sowie der Zeitaufwand für Herstellung und Logistik reduziert.
In vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind folgende Prozessschritte vorgesehen:

a) Einbringen des ersten duroplastischen Polymers in eine Kavität des geschlossenen Werkzeugs,
b) Unterbrechen des Verfahrens, bis das erste duroplastische Polymer teilweise vernetzt und/oder formstabil ist,
c) Teilweise Öffnen des Werkzeugs,
d) Einbringen des zweiten duroplastischen Polymers in die Kavität, wobei das zweite duroplastische Polymer auf mindestens eine Oberfläche des ersten duroplastischen Polymers aufgebracht wird,
e) Unterbrechen des Verfahrens, bis beide duroplastische Polymere zumindest annähernd vollständig vernetzt sind, und
f) Entformen des fertigen Formkörpers.

Mit dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens können optische Komponenten aus duroplastischem Material im Spritzguss- bzw. im Spritzprägeverfahren, bei dem die optische Schicht unmittelbar nach der Formfüllung im Werkzeug angeformt wird, sodass der nachgeschaltete Lackierprozess entfällt, kostengünstig hergestellt werden. Hierzu wird nach der Formfüllung das Werkzeug leicht geöffnet und eine zweite duroplastische Komponente (z.B. lösemittelfreier Lack), die die optische Funktion darstellt, in den entstandenen Spalt injiziert. Die typischerweise im Duroplastspritzguss auftretenden Oberflächendefekte durch herausstehende Glasfasern oder andere Füllstoffe werden somit überdeckt. Durch die Funktionstrennung zwischen Grundkörper (1. Komponente) und Beschichtungsmaterial (2. Komponente) kann in einem 2-Komponenten-Duroplastspritzguss die Integration von Formgebung und Herstellung einer optischen Schicht in einem Arbeitsgang erfolgen und somit Arbeits- und Anlagenkosten sowie Herstellungs- und Logistikzeit eingespart werden. Weiterhin wird durch dieses Verfahren die Einsatzmöglichkeit von kostengünstigen Werkstoffen in Form von duroplastischen Polymeren ermöglicht.
In alternativer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind folgende Prozessschritte vorgesehen:

a) Einbringen des ersten duroplastischen Polymers in eine erste Kavität des geschlossenen Werkzeugs,
b) Unterbrechen des Verfahrens, bis das erste duroplastische Polymer zumindest teilweise vernetzt ist,
c) Öffnen des Werkzeugs,
d) Drehen einer Hälfte des Werkzeugs um 180°, wodurch das zumindest teilweise vernetzte erste duroplastische Polymer in eine zweite Kavität des Werkzeugs transportiert wird,
e) Schließen des Werkzeugs,
f) Einbringen des zweiten duroplastischen Polymers in die zweite Kavität, wobei das zweite duroplastische Polymer auf mindestens eine Oberfläche des ersten duroplastischen Polymers aufgebracht wird,
g) Unterbrechen des Verfahrens, bis beide duroplastische Polymere zumindest annähernd vollständig vernetzt sind, und
h) Entformen der fertigen Formkörpers.

Mit dieser alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens können durch die Verwendung von kostengünstigen Duroplastkunststoffen insbesondere formstabile Projektionsflächen mit Mikrostrukturen hergestellt werden. Bei Duroplast-Reflektoren wird standardmäßig eine Iösungsmittelhaltige Lackschicht zum Ausgleich der Oberfläche und zur Vorbereitung der reflektierenden Beschichtung sprühtechnisch aufgetragen. Diese Schritte können bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in einem Arbeitsgang in einem Zweifach-Spritzgießwerkzeug realisiert werden, wobei durch einfaches Drehen einer Hälfte des Werkzeugs um 180° das teilweise vernetzte erste duroplastische Polymer von der ersten Kavität in eine zweite Kavität des Werkzeugs transportiert wird, welche beispielsweise mit einem mikrostrukturierten Formeinsatz ausgestattet sein kann. In der zweiten Kavität kann dann in vorteilhafter Weise gleichzeitig die Beschichtung mit dem zweiten duroplastischen Polymer und das Einprägen der Mikrostruktur in die Beschichtung erfolgen.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die zweite Kavität einen Einsatz mit strukturierter Oberfläche umfasst, welche auf der Oberfläche des zweiten duroplastischen Polymers abgebildet wird. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann also durch die Verwendung von kostengünstigen Duroplastkunststoffen eine formstabile Projektionsfläche mit Mikrostrukturen hergestellt werden, die kaum Wasser aufnimmt. Da die Mikrostrukturen im Werkzeug üblicherweise in eine spezielle Nickelschicht eingearbeitet sind, muss der Kunststoff sehr leichtfliessend sein und darf die Oberfläche nicht abnutzen. In dem erfindungsgemäßen Verfahren können die Mikrostrukturen durch die niedrige Viskosität des Beschichtungsmaterials, beispielsweise einem lösungsmittelfreien Lack, sehr gut abgeformt werden und nutzen dabei die Nickeloberfläche des Spritzgießwerkzeug-Formeinsatzes nur sehr wenig ab. Da die Strukturen eine geringe Tiefe haben, wird nur eine dünne Schicht und somit eine sehr geringe Menge des zweiten duroplastischen Polymers benötigt.
Die Aufgabe wird ferner durch einen Formkörper der eingangs genannten Art gelöst, bei dem das Beschichtungsmaterial ein zweites duroplastisches Polymer umfasst. Da sowohl der Grundkörper als auch die Beschichtung ein duroplastisches Kunststoffmaterial umfassen, stellt der erfindungsgemäße Formkörper eine formstabile Projektionsfläche dar, die kaum Wasser aufnimmt und auch bei hoher Temperatur und Luftfeuchtigkeit ihre optische Funktion einwandfrei erfüllen kann. Da die duroplastischen Polymere vergleichbare Ausdehnungskoeffizienten haben und gemeinsam im Spritzgießwerkzeug vernetzen, entsteht eine gute chemische Haftung zueinander. Der erfindungsgemäße Formkörper ist also äußerst stabil, insbesondere auch bei wechselnden Umwelteinflüssen, und kann in vorteilhafter Weise als besonders temperatur- und formbeständige optische Komponente für optische Systeme, wie z.B. Head-up Displays, Kombiinstrumente oder Scheinwerfer, verwendet werden.
In besonders vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Formkörpers ist vorgesehen, dass das Beschichtungsmaterial ein Lack ist, vorzugsweise lösungsmittelfreier Lack, insbesondere Polyurethan-Lack.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Formkörpers ist vorgesehen, dass das erste duroplastische Polymer BMC (Bulk Molding Compound), PF (Phenolharz) und/oder EP-NP (Epoxidharz-Niederdruckpressmasse) umfasst.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Formkörpers ist vorgesehen, dass die aus dem Beschichtungsmaterial hergestellte optische Oberfläche mit Mikrostrukturen versehen ist. Der erfindungsgemäße Formkörper stellt also durch die Verwendung von Duroplastkunststoffen eine temperatur- und formbeständige Projektionsfläche mit Mikrostrukturen dar, mit der Lichtstrahlen in eine definierte Richtung gelenkt werden können.
Die Aufgabe wird ferner durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, bei welcher zumindest die zweite Hälfte des Werkzeugs drehbar ausgebildet ist. Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann in vorteilhafter Weise das Formen, Beschichten und Prägen von Mikrostrukturen in die Beschichtung in einem Arbeitsgang innerhalb desselben Werkzeugs durchgeführt werden, wobei durch einfaches Drehen einer Hälfte des Werkzeugs das bereits gegossene und geformte Polymer von der ersten Kavität in eine zweite Kavität des Werkzeugs transportiert wird. In der zweiten Kavität, welche vorzugsweise mit einem mikrostrukturierten Formeinsatz ausgestattet ist, kann dann in vorteilhafter Weise gleichzeitig die Beschichtung mit einem zweiten Polymer und das Prägen der Mikrostruktur in die Beschichtung erfolgen.
Vorzugsweise umfasst die zweite Hälfte des Werkzeugs zu diesem Zweck mindestens eine drehtellerförmige Einrichtung.
In weiterer besonders vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass die erste Hälfte des Werkzeugs einen Einsatz umfasst, der mindestens eine strukturierte Oberfläche aufweist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht hierdurch die Fertigung einer mikrostrukturierten Projektionsfläche aus Duroplast, die auch bei hohen Temperaturen, zum Beispiel im KFZ, formstabil bleibt und bezüglich Quellung kein Wasser aufnimmt. Gleichzeitig werden die Strukturen im Werkzeug optimal abgeformt, ohne das hierfür ein separater Prozessschritt erforderlich wäre.
Die Erfindung wird im Weiteren anhand der folgenden Figuren beispielhaft näher erläutert.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein beispielhaftes Werkzeugs zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Formkörpers;
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch das Werkzeug gemäß 1 nach dem Einbringen des zweiten duroplastischen Polymers;
3 zeigt eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf die zweite Hälfte (Auswerferseite) des Werkzeugs gemäß 1 mit einem ausgestanzten erfindungsgemäßen Formkörper;
4 zeigt eine schematische Darstellung der ersten Hälfte („Düsenseite“) eines bespielhaften Werkzeugs zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und zur Herstellung eines erfindungsgemäßen mikrostrukturierten Formkörpers;
5 zeigt eine schematische Darstellung der zweiten Hälfte („Auswerferseite“) des Werkzeugs gemäß 4.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Werkzeugs 1 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, in dem zunächst aus einem ersten duroplastischen Polymer, wie beispielsweise BMC (Bulk Molding Compound), PF (Phenolharz) oder EP-NP (Epoxidharz-Niederdruckpressmasse), ein Grundkörper 2 spritzgegossen wird. Das Werkzeug 1 besteht aus einer ersten Hälfte 3 („Düsenseite“) und einer zweiten Hälfte 4 („Auswerferseite“), an deren Übergang eine Kavität 5 angeordnet ist. Zu Beginn wird die Kavität 5 des Werkzeugs 1 evakuiert (Evakuierungsöffnung 18 in 3), damit keine Lufteinschlüsse oder Brenner in den Duroplastschichten auftreten können. Um das Vakuum zu halten, sind rund um die Kavität 5 Dichtschnüre 6 im Werkzeug 1 integriert. Anschließend wird die Duroplastschmelze mittels einer Spritzgießmaschine durch die Einspritzdüse 7 druckgeregelt (Drucksensor 8) in die Kavität 5 gegossen. Bevor die Vernetzung der Duroplastmasse beginnt, werden Scherkanten 9 durch einen Kernzug hydraulisch ausgefahren und die Ränder des Grundkörpers 2 sauber abgetrennt. Das abgescherte Material 10 wird durch gefederte Rückdrücker 11 beim Entnehmen des fertigen Formkörpers ausgeworfen (2). Die Scherkanten 9 sind mit Dichtelementen 12 versehen, damit die niedrigviskose Duroplastmasse nicht in die Laufspalte fließt. Sobald die Duroplastmasse teilvernetzt und formstabil ist, wird das Werkzeug 1 leicht geöffnet. Wie aus 2 ersichtlich, wird durch das Dosiersystem 13 ein zweites duroplastisches Polymer, beispielsweise lösemittelfreier Lack, in den Bereich zwischen Grundkörper 2, Kavitätsoberfläche 14 und Scherkanten 9 gleichmäßig verteilt. Die Öffnungsweite des Werkzeugs 1 bestimmt dabei die Dicke des Beschichtungsmaterials 15. Das vernetzende Beschichtungsmaterial 15 kann nun mit dem noch nicht vollständig vernetzten Grundkörper 2 reagieren und einen festen Verbund bilden. Da sowohl der Grundkörper 2 als auch das Beschichtungsmaterial 15 erfindungsgemäß aus einem duroplastischen Material bestehen, wird für die Aushärtung und Vernetzung der beiden Kunststoffmassen in vorteilhafter Weise nur eine konstante Werkzeugtemperatur benötigt. Die Werkzeugtemperatur wird dabei mittels eines Temperierungssystems 16, vorzugsweise einer Öltemperierung, eingestellt. Es können darüber hinaus Halterungen am Formkörper integriert werden, indem an den entsprechenden Stellen Formeinsätze eingebracht sind, die in der ersten Hälfte 3 des Werkzeugs aufgefangen und mit den speziellen Elementen abgedichtet werden. Nach einer bestimmten Vernetzungszeit werden die Scherkanten 9 in die Ausgangsposition zurückgezogen und der fertige Formkörper 17 sowie das abgescherte Material 10 mit einem Handling aus dem Werkzeug 1 entnommen (3).
In vielen optischen Systemen wie unter anderem auch in Head-up-Display (HUD)Systemen werden reflektierende Projektionsflächen mit Mikrostrukturen auf der Oberfläche verwendet, um Lichtstrahlen in eine definierte Richtung zu führen. Diese Projektionsflächen bestehen aufgrund der hohen Anforderungen bezüglich Abformgenauigkeit oder Haftung einer Beschichtung aus teuren thermoplastischen Kunststoffen und werden im Spritzprägeverfahren hergestellt. Um die hohe Abformgenauigkeit zu erreichen, werden aufwendige Werkzeugtechniken benötigt, wie zum Beispiel die variotherme Temperierung, die einen höheren Kosten- und Zeitaufwand erfordern. Die Mikrostrukturen in den Spritzgießwerkzeug-Formeinsätzen sind in eine spezielle Nickelbeschichtung eingearbeitet und deshalb nicht so hart wie in Stahl-Formeinsätzen. Daher verringern die meisten verstärkten thermo- und duroplastischen Kunststoffe durch das direkte Einspritzen der Kunststoffschmelze die Standzeit der Nickelstrukturen stark. Da bei der Anwendung der Projektionsflächen, zum Beispiel im KFZ, hohe Temperaturen entstehen können, hat die Wärme einen großen Einfluss auf die Formstabilität und damit die optimale Lichtführung. Bei thermoplastischen Kunststoffen mit nicht ausreichender Formstabilität kann deshalb die hohe Temperatur zu Änderungen und Verzerrungen im projizierten Bild führen.
Die Mikrostrukturen wurden bisher direkt nach dem Spritzprägen mit einer reflektierenden Oberfläche beschichtet. Die Haftung dieser Beschichtung zum thermoplastischen Kunststoff stellt aber ebenfalls eine große Herausforderung dar und ist bei UV-Lichttests oder anderen Bauteilprüfungen nicht immer langzeitbeständig. Erfindungsgemäß wird zur Lösung dieser Probleme ein Verfahren zur Fertigung von mikrostrukturierten Projektionsflächen aus Duroplast bereitgestellt, die auch bei hohen Temperaturen, zum Beispiel im KFZ, formstabil bleiben und bezüglich Quellung kein Wasser aufnehmen. Gleichzeitig werden in vorteilhafter Weise die Mikrostrukturen im Spritzgießwerkzeug optimal abgeformt. Da die Mikrostrukturen in eine spezielle Nickelschicht eingebracht sind, ist es von Vorteil, dass die erfindungsgemäß eingesetzten Kunststoffe sehr leichtfließend sein und daher die mikrostruturierte Oberfläche nicht abnutzen.
Für die Anwendung des Verfahrens zur Fertigung der mikrostrukturierten Projektionsfläche werden erfindungsgemäß eine Spritzgießmaschine mit Duroplastaggregat und eine Dosiereinheit zur Injektion des reaktiven Beschichtungssystems benötigt. In der Maschine ist ein Werkzeug mit zwei Kavitäten 20, 21 eingebaut (4 und 5). In der ersten Kavität 20 ist in der ersten Hälfte 22 („Düsenseite“) des Werkzeugs ein Formeinsatz mit einer definierten Oberflächenrauhigkeit eingebaut, damit die Beschichtung sich später besser verankern kann. Der Stahl für diesen Formeinsatz hat einen bestimmten Anteil an Chrom, damit die Duroplastmasse nicht anhaftet. In der zweiten Kavität 21 ist in der ersten Hälfte 22 ein Einsatz eingebaut, der mit der strukturierten Oberfläche 23, vorzugsweise einer mikrostrukturierten Nickeloberfläche, versehen ist. Aus der zweiten Kavität 21 wird später über die Evakuierungsöffnung 24 die Luft evakuiert, damit keine Luftblasen entstehen können. Die zweite Hälfte 25 („Auswerferseite“) des Werkzeugs ist drehbar ausgebildet bzw. umfasst vorzugsweise eine drehtellerförmige Einrichtung. Beispielsweise kann die zweite Hälfte 25 des Werkzeugs auf einer Drehtellereinheit befestigt sein. In einem ersten Verfahrensschritt wird das erste duroplastische Polymer (Duroplastschmelze), zum Beispiel BMC (Bulk Molding Compound), PF (Phenolharz) oder EP-NP (Epoxidharz-Niederdruckpressmasse), in die erste Kavität 20 des Werkzeugs eingespritzt und bildet den formstabilen Grundkörper der Projektionsfläche ab. Bis die Duroplastmasse vernetzt ist, kann mit einem hydraulischen Kernzug 26 der Anschnitt vom Grundkörper abgestanzt werden. Nach einer vorgegebenen Vernetzungszeit öffnet sich das Werkzeug, die zweite Hälfte 25 wendet sich um 180° (siehe Doppelpfeil) und das Werkzeug wird wieder geschlossen. In den evakuierten Bereich zwischen Grundkörper und Mikrostruktur (strukturierte Oberfläche 23) injiziert die Dosiereinheit 27 das zweite duroplastische Polymer, vorzugsweise einen lösemittelfreien Lack (z.B. Polyurethan-Lack), der die filigranen Mikrostrukturen abbildet. Nach der Vernetzungszeit wird das Werkzeug geöffnet und der fertige Formkörper mit einem Handling entnommen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005061451 A [0005]
EP 0123374 A [0006]
DE 102010043947 A [0008]
DE 2461925 A [0009]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers mit mindestens einer optischen Oberfläche, bei dem mindestens ein Grundkörper mit mindestens einem Beschichtungsmaterial mit optischen Eigenschaften beschichtet wird, wobei der Grundkörper ein erstes duroplastisches Polymer umfasst, das in mindestens eine Kavität eines Werkzeugs eingebracht wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Beschichtungsmaterial ein zweites duroplastisches Polymer umfasst, das nach dem Einbringen des ersten duroplastischen Polymers in mindestens eine Kavität des Werkzeugs eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h, a) Einbringen des ersten duroplastischen Polymers in eine Kavität des geschlossenen Werkzeugs, b) Unterbrechen des Verfahrens, bis das erste duroplastische Polymer teilweise vernetzt und/oder formstabil ist, c) Teilweise Öffnen des Werkzeugs, d) Einbringen des zweiten duroplastischen Polymers in die Kavität, wobei das zweite duroplastische Polymer auf mindestens eine Oberfläche des ersten duroplastischen Polymers aufgebracht wird, e) Unterbrechen des Verfahrens, bis beide duroplastische Polymere zumindest annähernd vollständig vernetzt sind, und f) Entformen des fertigen Formkörpers.
Verfahren nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h, a) Einbringen des ersten duroplastischen Polymers in eine erste Kavität des geschlossenen Werkzeugs, b) Unterbrechen des Verfahrens, bis das erste duroplastische Polymer zumindest teilweise vernetzt ist, c) Öffnen des Werkzeugs, d) Drehen einer Hälfte des Werkzeugs um 180°, wodurch das zumindest teilweise vernetzte erste duroplastische Polymer in eine zweite Kavität des Werkzeugs transportiert wird, e) Schließen des Werkzeugs, f) Einbringen des zweiten duroplastischen Polymers in die zweite Kavität, wobei das zweite duroplastische Polymer auf mindestens eine Oberfläche des ersten duroplastischen Polymers aufgebracht wird, g) Unterbrechen des Verfahrens, bis beide duroplastische Polymere zumindest annähernd vollständig vernetzt sind, und h) Entformen der fertigen Formkörpers.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die zweite Kavität einen Einsatz mit strukturierter Oberfläche umfasst, welche auf der Oberfläche des zweiten duroplastischen Polymers abgebildet wird.
Formkörper (17) mit mindestens einer optischen Oberfläche, welcher mindestens einen Grundkörper (2) umfasst, der mit mindestens einem Beschichtungsmaterial (15) mit optischen Eigenschaften beschichtet ist, wobei der Grundkörper (2) ein erstes duroplastisches Polymer umfasst, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Beschichtungsmaterial (15) ein zweites duroplastisches Polymer umfasst.
Formkörper nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Beschichtungsmaterial (15) ein, vorzugsweise lösungsmittelfreier, Lack ist.
Formkörper nach Anspruch 5 oder 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die aus dem Beschichtungsmaterial (15) hergestellte optische Oberfläche mit Mikrostrukturen versehen ist.
Vorrichtung zur Herstellung eines Formkörpers mit mindestens einer optischen Oberfläche, welche mindestens ein Werkzeug mit einer ersten Hälfte (22) und einer zweiten Hälfte (25) sowie mindestens zwei Kavitäten (20, 21) umfasst, wobei die Kavitäten (20, 21) am Übergang zwischen den beiden Hälften (22, 25) angeordnet sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass zumindest die zweite Hälfte (25) des Werkzeugs drehbar ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die zweite Hälfte (25) des Werkzeugs mindestens eine drehtellerförmige Einrichtung umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die erste Hälfte (22) des Werkzeugs einen Einsatz umfasst, der mindestens eine strukturierte Oberfläche (23) aufweist.