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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Formteil, z.B. ein Bedienelement oder ein Verzierelement oder dgl., aus Kunststoff, welches eine metallische Optik nachahmt und eine metallische Haptik besitzt. Ein solches Formteil kann z.B. als Bedienelement bei Haushaltsgeräten oder als Verzierungselement in Automobilen verwendet werden. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils.
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Technologischer Hintergrund
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An vielen Haushaltsgeräten werden Bedienelemente, wie beispielsweise Bedienknebel, zum Einstellen von Leistungen und Funktionen genutzt. Aus Kostengründen oder wegen externer physikalischer Beanspruchungen werden oft Kunststoffknebel eingesetzt. Diese vermitteln aber nicht das hochwertige Gefühl von Metallknebeln.
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Die metallische Beschichtung von Kunststoffknebel sowie die Nachahmung eines metallischen Gefühls, des sogenannten „Cool-Touch-Effekts“, ist bekannt. Als „Cool-Touch-Effekt“ wird ein Gefühl bezeichnet, das dem Benutzer bei der Berührung eines metallischen Körpers vermittelt wird. Insbesondere fühlt sich ein metallischer Körper für den Benutzer in der Regel kalt oder kühl an, selbst wenn der Körper beispielweise Raumtemperatur besitzt.
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Weiterhin sind Knebel aus Aluminium-Zink-Legierungen (AlZn-Legierungen), insbesondere Zamak, bekannt. Ein Vorteil hierbei ist, dass diese Knebel ein sehr gutes Metallgefühl vermitteln. Allerdings können die Knebel in vielen Geräten wegen der niedrigen zulässigen Temperaturgrenze nicht verwendet werden.
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Nächstliegender Stand der Technik
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Aus der WO 2012/ 139 926 A1 ist ein Formteil als Bedienelement für Haushaltsgeräte bekannt. Das Bedienelement besteht aus mit Füllstoff versetztem Kunststoff, der eine höhere Wärmeleitfähigkeit als Kunststoff ohne diesen Füllstoff aufweist. Dadurch wird ein metallisches Gefühl („Cool-Touch-Effekt“) nachgeahmt. Zur Nachahmung der metallischen Optik wird der Grundkörper vorzugsweise galvanisch mit metallischen Materialien beschichtet. Nachteilig ist hierbei, dass eine Oberflächenstruktur (z.B. Stahl gebürstet) nach dem Aufbringen der galvanischen Beschichtung erzeugt werden muss.
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Die
DE 10 2013 207 192 A1 offenbart ein Haushaltsgerät mit einer Sichtfläche, die mit einer dreidimensionalen, erfühlbaren Struktur versehen ist. Hierzu wird auf ein Substrat im Siebdruckverfahren eine dreidimensionale Struktur mit einem entsprechend eingefärbten Material aufgebracht.
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Die
DE 10 2010 031 814 A1 beschreibt ein Formwerkzeug mit einer auf der Formwerkzeuginnenfläche erzeugten Negativstruktur, mittels welcher ein Formteil mit einer entsprechenden korrespondierten Positivstruktur erzeugt werden kann. Bei der Negativstruktur handelt es sich beispielsweise um eine dreidimensionale Struktur in der Höhe von einem Bruchteil bis mehreren Millimetern. Um die dreidimensionale Struktur zu schützen, wird sie mit einer transparenten, milchigen oder rauchigen Deckschicht überzogen.
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Aus der
DE 10 2012 003 375 A1 ist ein Dekorformteil sowie ein entsprechendes Herstellungsverfahren bekannt, bei dem ein Grundkörper spritzgegossen sowie mit einem plättchenförmige Pigmente umfassenden Effektlack beschichtet wird, der aufgrund eines Flip-Flop-Effekts bei unterschiedlichen Beleuchtungswinkeln die Tiefe der Struktur besonders hervorhebt. Der mit Effektlack an der strukturierten Sichtoberfläche überzogene Grundkörper wird mit einer transparenten polymeren Deckschicht überzogen, damit eine glänzende Oberfläche entsteht.
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Die
DE 20 2007 018 495 U1 beschreibt ein mit einer Oberflächenkontur versehenes Verbundformteil aus einer mindestens partiell vorgesehenen Kunststofffolie, die an der Innenseite oder Außenseite metallisiert, galvanisiert oder mit Metall bedampft ist und mit Kunststoff hinterspritzt ist.
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Die
DE 10 2005 019 982 A1 betrifft Kunststoffgegenstände mit metallähnlicher oder mineralähnlicher Haptik und Optik mit verbesserter Zähigkeit, Biegefestigkeit und Verformbarkeit zur Herstellung komplex geformter dreidimensionaler Funktions- oder Dekorteile. Hierbei wird eine extrudierte Folie zunächst durch Thermoformen umgeformt und anschließend hinterspritzt. Die extrudierte Folie besitzt eine Dicke von 10 bis 500 µm und dient hierbei als Deckschicht. Zwischen der Deckschicht und dem Untergrund befindet sich eine z. B. Aluminiumflakes enthaltende Zwischenschicht mit einer Dicke von 50 bis 500 µm.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Formteil mit „Cool-Touch-Effekt“ sowie Oberflächenstruktur bei einem vereinfachten Herstellungsverfahren zur Verfügung zu stellen.
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Lösung der Aufgabe
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Die vorherstehende Aufgabe wird mit einem gattungsgemäßen Formteil gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie 8 gelöst. In Bezug auf die Herstellung des Formteils wird die Aufgabe durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen der Ansprüche 18 sowie19 gelöst.
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Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beansprucht.
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Das erfindungsgemäße Formteil nach Anspruch 1 bzw. 8 ermöglicht es bei einem Formteilkörper aus Kunststoff mit „Cool-Touch-Effekt“ in einfacher Weise eine Oberflächenstruktur bzw. Oberflächenstrukturierung, wie z.B. eine gebürstete, geriffelte, geschliffene, gehämmerte, geätzte, sandgestrahlte Oberfläche usw., zu erzeugen. Die Oberflächenstruktur wird hierbei in das Formteilkörper eingeformt oder einbracht. Durch die auf die Oberfläche des Formteils aufgebrachte dünne Beschichtung, die erfindungsgemäß keine galvanische Beschichtung ist, wird ein Metalleffekt-Überzug des Formteilkörpers erreicht. Das hierdurch erhältliche Formteil besitzt zum einen den „Cool-Touch-Effekt“, zum anderen weist es eine naturgetreue, unverfälschte Oberflächenstruktur auf, die eine entsprechende Haptik gewährleistet. Erfindungsgemäß ist der Formteilkörper ein Spritzgussteil, wobei die Oberflächenstruktur des Formteilkörpers schon im Rahmen des Spritzgussverfahrens eingebracht wird.
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Bezüglich des erfindungsgemäßen Formteils nach Anspruch 1 weist die Beschichtung zweckmäßigerweise eine Gesamtschichtdicke von höchstens 80 µm, vorzugsweise höchstens 60 µm, besonders vorzugsweise höchstens 40 µm auf. Bezüglich des erfindungsgemäßen Formteils nach Anspruch 8 weist die Beschichtung zweckmäßigerweise eine Gesamtschichtdicke von höchstens 60 µm, besonders vorzugsweise höchstens 40 µm auf. Durch diesen geringfügigen Schichtdickenbereich bleibt die Oberflächenstruktur, d.h. die Oberflächenrauigkeit, des Formteils naturgetreu erhalten.
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Vorzugsweise besteht die Beschichtung des Formteils zur Erzeugung eines Metalleffekt-Überzugs aus mindestens zwei Schichten. Hierbei dient die eine Schicht zur Erzeugung der metallischen Optik. Die weitere Schicht ist transparent und als mechanische Schutzschicht der Schicht zur Erzeugung der metallischen Optik vorgesehen. So kann gewährleistet werden, dass die metallische Optik auch nach längerer Benutzung des Formteils erhalten bleibt. Bei Bedarf kann auch noch eine zusätzliche Schicht (Grundierung) zwischen dem Formteil und der Schicht zur Erzeugung der metallischen Optik vorgesehen sein. Bei Rohteilen mit geeigneter Oberflächengüte kann materialabhängig auf eine Grundierung auch verzichtet werden.
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Hierbei liegt in vorteilhafter Weise eine Schichtdicke der einen Schicht von 2 bis 8 µm vor. Die weitere Schicht liegt zweckmäßigerweise im Bereich von 5 bis 30 µm. Durch Schichtdicken in diesem Bereich bleibt die Oberflächenstruktur, d.h. die Oberflächenrauheit, des Formteils naturgetreu erhalten.
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Alternative kann die Beschichtung auch aus nur einer Schicht bestehen, z. B. einer Schicht, bei der Metallpartikel in einen Schutzlack eingebunden sind, so dass eine weitere Schicht zur Gewährleistung eines mechanischen Schutzes nicht mehr erforderlich ist. Die Schichtdicke einer solchen Schicht liegt vorzugsweise im Bereich von 12 bis 30 µm.
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Die Schichten werden vorzugsweise durch Lackierung des Formteils aufgebracht.
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Alternativ kann die Beschichtung auch durch das sogenannte In-Mold-Decoration-Verfahren, kurz IMD, oder das sogenannte In-Mold-Labelling-Verfahren, kurz IML, erfolgen. Beim IMD-Verfahren wird im Gegensatz zum IML-Verfahren zusätzlich eine Träger- oder Transferfolie verwendet, die nicht miteingegossen wird.
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Die Verwendung des IMD-Verfahrens sowie IML-Verfahrens erlaubt eine Beschichtung der Oberfläche des Formteils bereits während der Herstellung. Wird die Oberfläche des Formteils während der Herstellung beschichtet, ist ein Zeitgewinn und damit eine Kostenreduktion erreichbar. Die beim IMD-Verfahren bzw. IML-Verfahren verwendete Dekorschicht sollte eine Gesamtschichtdicke von höchstens 80 µm, vorzugsweise höchstens 60 µm, besonders vorzugsweise höchstens 40 µm nicht überschreiten. Auch die Dekorschicht kann mehrere Schichten umfassen.
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. Der Formteilkörper kann zweckmäßigerweise vollständig oder aber lediglich nur in seinem Oberflächenbereich (beispielsweise in Anwendung der sogenannten 2-Komponenten-Spritzgusstechnik) mit einem wärmeleitenden Füllstoff zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit zur Gewährleistung des sogenannten „Cool-Touch-Effekts“ versetzt sein.
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Zur Beschichtung der Oberfläche des Formteilkörpers kommen nur solche Beschichtungen in Frage, die mindestens eine Oberflächenrauheit in Bezug auf die Oberflächenrauheit des Formteilkörpers von 60 % nach der Beschichtung aufweisen. Hierdurch bleibt der realistische Oberflächen- beziehungsweise Tiefeneindruck des Formteilkörpers auch an der Oberfläche des Formteils erhalten.
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Die erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung des Formteils nach Anspruch 18 sowie 19 ermöglichen eine schnelle und kostengünstige Herstellung. Zweckmäßigerweise wird die Beschichtung mittels eines Lackierverfahrens aufgebracht. Ein solches Lackierverfahren ist ein kostengünstiges Verfahren, um einen Metalleffekt-Überzug auf dem Formteilkörper herzustellen.
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Bei dem Verfahren zur Herstellung des Formteils nach Anspruch 19 umfasst der Formteilkörper einen Grundkörper sowie eine Folie mit „Cool-Touch-Effekt“, die den Grundkörper, zumindest bereichsweise, umhüllt. Die dreidimensionale Oberflächenstruktur befindet sich hierbei in der Folie.
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Diese Konzeption eignet sich besonders für die Anwendung des sogenannten IML-Verfahrens. Hierbei wird eine Folie aus „Cool-Touch-Material“, also einer mit Partikel mit erhöhter Wärmeleitfähigkeit versetzten Folie, zunächst mit der gewünschten Metalloptik-Beschichtung überzogen (zum Beispiel per Bedrucken an der Vorder- und/oder Rückseite). Anschließend wird die Folie dreidimensional verformt, geschnitten und hierbei mit der Oberflächenstruktur versehen. Anschließend wird der aus der beschichteten Folie erzeugte Formling in ein Spritzgusswerkzeug eingelegt und mit dem Grundkörpermaterial hinterspritzt, wodurch das Formteil in seiner endständigen Form entsteht. Die „Cool-Touch-Folie“ mit der Beschichtung bildet nach Fertigstellung des Formteils die (sichtbare) Oberfläche desselben. Dieses Formteil besitzt eine metallische Optik und gewährleistet zudem einen Cool-Touch-Effekt bei Berührung.
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Das Verfahren zur Herstellung des Formteils nach Anspruch 22 hat den Vorteil, dass ein weiterer zeitaufwendiger Schritt eingespart werden kann. Bei diesem Verfahren wird bereits während des Spritzgießens des Formteilkörpers die Beschichtung zur Erzeugung der metallischen Optik aufgebracht. Hierzu eignet sich ganz besonders das IMD- bzw. IML-Verfahren, bei denen jeweils eine den Metalleffekt-Überzug sowie die Schutzschicht umfassende Schichtenfolge miteingegossen werden kann.
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Die Schichtdicke der Cool-Touch-Folie liegt im Bereich von 150 µm bis 700 µm, vorzugsweise 250 µm bis 600 µm.
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Figurenliste
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Zweckmäßige Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungsfiguren näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine stark vereinfachte schematische Schnittansicht eines Formteils gemäß einer Ausführungsform, bei der die dreidimensionale Oberflächenstruktur nur angedeutet ist,
- 2 eine vergrößerte schematische Schnittdarstellung im Bereich der dreidimensionalen Oberflächenstruktur von 1,
- 3 eine vergrößerte schematische Schnittdarstellung im Bereich der dreidimensionalen Oberflächenstruktur einer alternativen Ausführungsform der Erfindung sowie
- 4 eine vergrößerte schematische Darstellung im Bereich der dreidimensionalen Oberflächenstruktur einer weiteren, alternativen Ausführungsform der Erfindung, die im sog. IML-Verfahren hergestellt worden ist.
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Die Bezugsziffer 1 in 1 bezeichnet das erfindungsgemäße Formteil, welches zum Beispiel ein Betätigungselement in Form eines Drehknopfs oder aber auch ein Verzierungselement für Automobile sein kann, in seiner Gesamtheit. Das Formteil 1 umfasst einen vorzugsweise als Spritzgussteil ausgebildeten Formteilkörper 2, der mit einer Beschichtung 3, die einen Metalleffekt gewährleistet, überzogen ist. Der Formteilkörper 2 umfasst ein Ankerteil 8, welches beispielsweise zur Befestigung des Formteils 1 dient. Der Formteilkörper 2 besteht aus Kunststoff, welcher mit Füllstoff versetzt ist, sodass der Formteilkörper 2 eine Wärmeleitfähigkeit im Bereich von 10-20 W/(m*K) aufweist. Dieser Bereich der Wärmeleitfähigkeit gewährleistet einen „Cool-Touch-Effekt“ und damit ein bei Berührung typisch metallisches Gefühl.
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Erfindungsgemäß besitzt das fertige Formteil 1 eine dreidimensionale Oberflächenstruktur 4b, deren detaillierte Merkmale nachstehend näher erläutert werden. Bei der dreidimensionalen Oberflächenstruktur 4b bzw. Oberflächenstrukturierung handelt es sich um eine Oberflächenstruktur bzw. Oberflächenstrukturierung, die mit einer gebürsteten, geriffelten, geschliffenen, gehämmerten, geätzten, sandgestrahlten oder vergleichbaren Struktur versehen ist. Im Zusammenhang mit dem besonders wärmeleitfähigen Formteilkörper 2 wird somit ein „Cool-Touch-Effekt“ bei einer Oberfläche mit Metalloptik gewährleistet. Hierdurch wird ein Formteil mit einem typischen metallischen Oberflächen- und Tiefeneindruck einschließlich „Cool-Touch-Effekt“ bei einem aus Kunststoff bestehenden Formteil 1 geschaffen. Das Zusammenspiel zwischen „Cool-Touch-Effekt“ und Oberflächenstruktur 4b gewährleistet eine naturgetreue unverfälschte metallische Haptik.
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Die 2 zeigt die vorliegende Erfindung im Detail. Erfindungsgemäß wird bereits in die Oberfläche 9 des Formteilkörpers 2 noch vor dessen Beschichtung mit der Schicht 3 eine dreidimensionale Oberflächenstruktur 4a eingeformt. Das Einformen der Oberflächenstruktur 4a erfolgt zweckmäßigerweise während des Spritzgießens des Formteilkörpers 2. Alternativ kann die Oberflächenstruktur 4a auch bei Bedarf nach der Herstellung des Formteilkörpers 2 unmittelbar in Letzteren, zum Beispiel durch mechanische Bearbeitung, eingebracht werden. Im Anschluss an das Einbringen der Oberflächenstruktur 4a wird der Formteilkörper 2 des Formteils 1 mit einer Beschichtung 3 überzogen.
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Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform umfasst die Beschichtung 3 eine Grundierung 5, eine Schicht 6a, die den Metalleffekt gewährleistet, sowie eine weitere Schicht 7, die als mechanische Schutzschicht der Schicht 6a dient. Die Schicht 7 ist zweckmäßigerweise eine transparente Schicht.
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Die Beschichtung weist zweckmäßigerweise eine Gesamtschichtdicke von höchstens 80 µm, vorzugsweise höchstens 60 µm, besonders vorzugsweise höchstens 40 µm auf. Hierdurch wird gewährleistet, dass die dreidimensionale Form der Oberflächenstruktur 4a des Formteilkörpers 2 auch nach dem Aufbringen der Beschichtung 3 im Wesentlichen erhalten bleibt. Zweckmäßigerweise entspricht die Rauheit der Oberflächenstruktur 4b nach dem Aufbringen der Beschichtung 3 mindestens 60 % der Rauheit der Oberflächenstruktur 4a des Formteilkörpers 2 vor dem Beschichten.
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Innerhalb der Beschichtung 3 weist die Schicht 6 eine Schichtdicke von höchstens 10 µm, vorzugsweise höchstens 8 µm, auf. Ganz besonders vorzugsweise besitzt die Schicht 6a eine Dicke im Bereich von 2-8 µm. Die zweite Schicht 7 weist zweckmäßigerweise eine Schichtdicke von höchstens 30 µm, vorzugsweise höchstens 20 µm, auf. Ganz besonders vorzugsweise besitzt die zweite Schicht 7 eine Dicke im Bereich von 5-20 µm.
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Die Beschichtung 3 kann gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung mittels Lackierverfahren oder mittels eines Verfahrens der physikalischen Gasabscheidung (PVD) oder chemischen Gasphasenabscheidung (CVD) auf die Oberfläche 9 aufgebracht werden. Eine Galvanikschicht als Beschichtung ist ausgeschlossen.
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In einer alternativen Ausgestaltung kann die Beschichtung 3 bereits während des Spritzgießens des Formteilkörpers 2 in dem sogenannten IMD- oder IML-Verfahren aufgebracht werden. Hierbei wird eine die erste Schicht 6a sowie zweite Schicht 7 umfassende Dekorschicht während des Spritzgießens mit verarbeitet.
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In einer weiteren, alternativen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung besteht die Beschichtung 3, wie in 3 dargestellt, lediglich aus einer einzigen Schicht 6b, welche den Metalleffekt gewährleistet. Beispielsweise kann die Schicht 6b in ihrer Zusammensetzung derart ausgestaltet sein, dass sie neben dem Metalleffekt gleichzeitig eine ausreichende mechanische Festigkeit gewährleistet.
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Zweckmäßigerweise besitzt diese einzige Schicht 6b eine Gesamtschichtdicke von höchstens 50 µm, vorzugsweise von höchstens 40 µm. Besonders vorzugsweise liegt die Gesamtschichtdicke diese einzigen Schicht 6b im Bereich von 12-30 µm.
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Die Ausgestaltung nach
4 zeigt ein Formteil gemäß der vorliegenden Erfindung, welches im sogenannten IML (In-Mould-Labelling)-Verfahren hergestellt worden ist. Die Besonderheit bei dieser Ausgestaltung besteht darin, dass der Formteilkörper
2 aus einem Grundkörper
2a besteht, welcher mit einer Folie
2b aus „Cool-Touch-Material“ überzogen ist. Die Beschichtung
3 ist bei der in
4 dargestellten beispielhaften Ausgestaltung lediglich als eine einzige Schicht
6b, welche den Metalleffekt gewährleistet, ausgeführt. Diese Schicht
6b wird auf die Folie
2b vorab aufgebracht, zum Beispiel durch einen Bedruckvorgang. Die mit der Beschichtung
6b versehene Folie
2b wird anschließend verformt und zwar derart, dass sie in dem gewünschten Bereich mit einer Oberflächenstrukturierung 4b sowie einer Makroform versehen ist. Anschließend wird die Folie
2b mit der darauf befindlichen Beschichtung
3 rückseitig mit Kunststoff hinterspritzt, wodurch der Grundkörper
2a erzeugt wird. Das Material des Grundkörpers
2a besitzt bei dieser Ausgestaltung keinen „Cool-Touch-Effekt“. Ein Verfahren zur Strukturierung der Oberfläche eines Dekorteils aus Kunststofffolie ist aus der
DE 10 2012 102 996 A1 bekannt, auf deren Inhalt Bezug genommen wird.
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Alternativ kann die Oberflächenstruktur 4b in die Folie 2 und den Grundkörper 2a, analog zur Ausgestaltung nach 2 oder 3, auch während des Hinterspritzens der Folie 2b mit dem Material des Grundkörpers 2a eingebracht werden.
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Im Rahmen der zu 4 beschriebenen Verfahren bleibt die mit dem Grundkörpermaterial hinterspritzte Folie 2b einschließlich der Beschichtung 3 am Formteil.
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Die Schichtdicke der Folie 2b (ohne der Beschichtung 3) liegt im Bereich von 150 µm bis 700 µm, vorzugsweise 250 µm bis 600 µm.
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Die Beschichtung 3 kann bei der zuletzt beschriebenen Ausführungsvariante, wie bei den eingangs genannten Ausführungsformen, nicht nur eine sondern auch mehrere Schichten umfassen. Die Dimensionierungen der Schichtdicken der Beschichtung 3 sind entsprechend denjenigen der zuerst genannten Ausführungsformen.
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Alternativ ist es auch möglich, die Folie 2b ohne Beschichtung rückseitig mit Kunststoff zu hinterspritzen, wodurch der Grundkörper 2a erzeugt wird. Die Beschichtung 3 könnte auch anschließend auf die Folie 2b bzw. das gesamte Formteil aufgebracht werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Formteil
- 2
- Formteilkörper
- 2a
- Grundkörper
- 2b
- Folie
- 3
- Beschichtung
- 4a
- Oberflächenstruktur (Grundkörper)
- 4b
- Oberflächenstruktur (Beschichtung)
- 5
- Grundierung
- 6a
- Schicht
- 6b
- Schicht
- 7
- Schicht
- 8
- Ankerteil
- 9
- Oberfläche
