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Die Erfindung betrifft eine Kunststoffblende mit einer Sichtseite und einer Innenseite sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Kunststoffblende.
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Die Erfindung wird nachfolgend am Beispiel von Exterieurblenden für Kraftfahrzeuge beschrieben, obwohl sie an sich unabhängig von der Anwendung der Kunststoffblende verwendbar ist.
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Für verschiedene Bereiche der Außenhülle von Kraftfahrzeugen werden zunehmend Kunststoffblenden verwendet, beispielsweise anstatt früher verwendeter Metallblechteile. Um eine hochwertige optische Anmutung der verwendeten Kunststoffblende zu erzeugen, sind diese teilweise so ausgeführt, dass ihre Oberfläche nicht uni-farben wirkt, sondern beispielsweise vom Betrachter verziert und/oder in einer Art 3D-Optik wahrgenommen wird. Solche Kunststoffblenden weisen häufig eine Trägerschicht auf, welche der Kunststoffblende ihre feste körperliche Struktur verleiht.
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Zur Aufwertung der Optik ist beispielsweise ein Ansatz, auf einer Sichtseite auf die Trägerschicht eine geeignet bearbeitete Folienstruktur, gegebenenfalls mit mehreren Schichten, aufzukleben. Eine solche Kunststoffblende ist beispielsweise in der
WO 2017/215840 A1 beschrieben.
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Ein anderer Ansatz ist das sogenannte Hinterglasdesign, also die Verwendung einer transparenten Trägerschicht, bei welcher zur Akzentuierung der Optik auf einer Innenseite der Trägerschicht eine geeignet strukturierte Folie und/oder eine PVD-Beschichtung (PVD = physical vapour deposition), gegebenenfalls kombiniert, aufgebracht werden. Zur Realisierung einer 3D-Optik können beispielsweise ausgehend von einer Innenoberfläche auf der Innenseite der Trägerschicht pyramidenförmige Ausnehmungen vorgesehen sein, welche in Verbindung mit einer PVD-Beschichtung einfallendes Licht reflektieren, so dass für den Betrachter ein dreidimensionaler Effekt (insbesondere eine Tiefenwirkung) entsteht.
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Allerdings ist die Verwendung von Folien auf der Innenseite der Trägerschicht sehr aufwendig, weil die Folien in geeigneter Weise drapiert werden müssen. Insbesondere bei gekrümmten oder gar doppelt gekrümmten Kunststoffblenden ist das Drapieren aufwendig und auch mit hohem Aufwand noch fehleranfällig.
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Ebenso sind komplexere Muster mit zahlreichen Durchbrüchen bzw. Aussparungen der Folierung und insbesondere unterschiedliche Bereiche mit flächiger Folierung und solche mit vielen Durchbrüche sehr schwer herstellbar, weil dafür beispielsweise bei einer Herstellung mittels eines Spritzgussverfahrens unterschiedliche Prägedrücke zu gewährleisten sind und somit eine aufwändige Anlagentechnik mit mehreren Prägeköpfen erforderlich ist.
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Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Kunststoffblende mit einer transparenten Trägerschicht zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Kunststoffblende mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren zur Herstellung einer Kunststoffblende mit den Merkmalen von Anspruch 10. Die abhängigen Ansprüche stellen vorteilhafte Ausführungen unter Schutz.
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Die Erfindung basiert nun unter anderem auf der Idee, anstelle einer Kombination aus Folientechnik und nachfolgender Beschichtung durch Lack, PVD oder einer sonstigen Akzentbeschichtung ein Digitaldruckverfahren einzusetzen, um die Beschichtung zu applizieren, welche in bekannten Lösungen mittels der Folie aufgebracht wurde.
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Gemäß einer Ausführung wird dabei der Druckkopf - beispielsweise eines Industrie-Tintenstrahldruckers - um gegebenenfalls vorhandene dreidimensionalen Vertiefungen (zum Beispiel pyramidenförmige, von einer Innenoberfläche der Trägerschicht ausgehende Ausnehmungen) herum geführt, sodass diese Vertiefungen zumindest im Wesentlichen nicht bedruckt werden.
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Durch das Aufdrucken der Druckfarbe ist dann eine Maskierung für Folgebeschichtungsprozesse (z.B. Lack, PVD, o.ä.) gegeben, mit denen zum Beispiel eine Akzentfarbe appliziert wird. Welche Bereiche bedruckt werden, kann beispielsweise mittels eines CAD-Modells der Trägerschicht und/oder der Kunststoffblende vorgegeben werden, indem die relevanten Daten aus dem CAD-Modell ausgelesen und einer Steuereinheit der Druckeinrichtung zur Verfügung gestellt werden. Zusätzlich oder alternativ können die entsprechenden Daten auch mittels eines 3D-Scanners generiert werden.
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Eine Ausführung der Erfindung basiert unter anderem auf der Idee, die Druckfarben und die Folgebeschichtungen so zu wählen, dass die gesamte Kunststoffblende für die Radarstrahlung im Frequenzbereich von 76 bis 77 GHz eine geringe Dämpfung und eine möglichst geringe Reflexion verursachen. Dazu ist vorzugsweise eine Auswahl der Druckfarben und/oder der Folgebeschichtungen möglichst ohne metallische Werkstoffe vorgesehen, um mittels einer sehr geringen elektrischen Leitfähigkeit eine hohe Sensortransparenz zu gewährleisten.
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Durch die Nutzung eines solchen Digitaldruckverfahrens kann eine zweifarbige Gestaltung einer Kunststoffblende unter deutlichem Zugewinn in der Formgebungsfreiheit erfolgen. Aufwändige Maskier- und Drapierschritte können eingespart werden. Das Druckbild kann flexibel angepasst werden. Durch den Wegfall der Folierung fallen auch gegebenenfalls nötige Überlappungsbereiche von Folienbahnen bei größeren Bauteilen oder komplexeren Geometrien weg. Dadurch wird die Fehlerwahrscheinlichkeit maßgeblich reduziert und der Ausschuss verringert.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Kunststoffblende für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, wobei die Kunststoffblende insbesondere eine Exterieurblende ist, beispielsweise eine Frontblende, ein Lüftungsgitter, eine B-Säulenblende oder eine Heckblende. Die Kunststoffblende weist zumindest auf:
- a) eine Sichtseite und eine Innenseite, wobei insbesondere in einem montierten Zustand der Kunststoffblende die Sichtseite dem Betrachter zugewandt ist.
- b) eine Trägerschicht aus einem transparenten Polymerwerkstoff, insbesondere mit einem thermoplastischen Polycarbonat (PC).
- c) eine, insbesondere opake, Innendeckschicht, die auf der Innenseite, insbesondere auf einer Innenoberfläche, der Trägerschicht angeordnet, insbesondere ohne makroskopischen Zwischenraum aufgebracht, ist, und die insbesondere eine farbgebende Schicht wie beispielsweise einen Lack aufweist und/oder mittels eines PVD-Verfahrens aufgebracht ist.
- d) eine Maskierschicht, die mittels einer Druckfarbe an der Innenoberfläche der Trägerschicht ausgebildet ist, und die in einem Maskierbereich angeordnet ist, der einen Teilbereich der Innenoberfläche darstellt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Kunststoffblende gemäß einer Ausführung der Erfindung bereitgestellt. Das Verfahren weist zumindest die folgenden Verfahrensschritte auf:
- i) Bereitstellen einer Trägerschicht mit einer Vielzahl von Akzentbereichen, die beabstandet voneinander in einem Maskierbereich angeordnet sind,
- ii) Aufdrucken einer Maskierschicht, insbesondere einer Druckfarbe, auf die Innenoberfläche der Trägerschicht in dem Maskierbereich, insbesondere unter Aussparung der Akzentbereiche, mittels einer Druckeinrichtung wie beispielsweise einem Industrie-Tintenstrahldrucker mit dreidimensional verfahrbarem Druckkopf, iii) Aufbringen der Innendeckschicht auf den zumindest teilweise bedruckten Maskierbereich und die Akzentbereiche der Innenoberfläche der Trägerschicht, insbesondere mittels eines Lackier- und/oder eines PVD-Verfahrens, welche mittels einer Lackiereinrichtung und/oder mittels einer PVD-Einrichtung aufgebracht wird.
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Mit dem Begriff „transparent“ werden vorliegend insbesondere Bestandteile oder Werkstoffe der Kunststoffblende bezeichnet, welche eine Transmission von einfallendem Licht im sichtbaren Bereich von größer als 70% aufweisen.
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Mit dem Begriff „opak“ werden vorliegend insbesondere Bestandteile oder Werkstoffe der Kunststoffblende bezeichnet, welche eine Transmission von einfallendem Licht im sichtbaren Bereich von kleiner als 30% aufweisen.
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Gemäß einer Ausführung weist die Trägerschicht wenigstens einen Akzentbereich auf, in welchem die Wandstärke kleiner ist als im Maskierbereich und/oder in welchem keine Maskierschicht ausgebildet ist. Dadurch kann bei Betrachtung der Kunststoffblende von der Sichtseite der dem Betrachter ein dreidimensionaler Optikeffekt wie beispielsweise eine Tiefenwirkung vermittelt werden.
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Insbesondere weist der Akzentbereich gemäß einer Ausführung eine, insbesondere tetraeder-, pfeil-, pyramiden-, kegel- oder quaderförmige, Ausnehmung, ausgehend von der Innenoberfläche der Trägerschicht, auf. Damit kann ein besonders guter dreidimensionaler Optikeffekt wie beispielsweise eine Tiefenwirkung erzielt werden. Insbesondere ist im Bereich der Ausnehmung die Wandstärke kleiner als in der Umgebung der Ausnehmung, wo die Trägerschicht insbesondere eine Grundwandstärke aufweist.
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Unter einer Grundwandstärke der Trägerschicht ist vorliegend insbesondere diejenige Wandstärke zu verstehen, welche die Trägerschicht an einer bestimmten Stelle in der Umgebung eines Akzentbereichs, insbesondere einer Ausnehmung in einen Akzentbereich, aufweist.
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Um gegebenenfalls den Optikeffekt einem gewünschten Betriebsfall anzupassen, weist der Akzentbereich gemäß einer Ausführung zusätzlich einen an die Ausnehmung angrenzenden Bereich der Innenoberfläche der Trägerschicht auf.
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Für einen flächigen Tiefeneffekt weist gemäß einer Ausführung die Trägerschicht eine Vielzahl von, insbesondere regelmäßig, beispielsweise gleichmäßig, verteilten, Akzentbereichen auf.
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In dem Maskierbereich weist die Trägerschicht insbesondere eine stetig verlaufende, ggf. konstante, Wandstärke auf. Unter einem stetigen Verlauf einer Wandstärke ist vorliegend insbesondere zu verstehen, dass die Wandstärke entlang der Erstreckung einer Seitenfläche eines Schichtbauteils wie beispielsweise der Trägerschicht nur in einem solchen Ausmaß ändert, dass die Änderungsfunktion (= Ableitung der Wandstärke) über die gesamte Erstreckung definiert ist.
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Zum Erzielen einer geeigneten Druckqualität weist gemäß einer Ausführung die Maskierschicht wenigstens ein temperaturstabiles organisches Pigment und/oder oder wenigstens einen temperaturstabilen organischen Farbstoff (wie beispielsweise Urethan-Acrylat-Polymere oder polyzyklische Verbindungen) und/oder anorganische Pigmente (wie beispielsweise Kohlenstoff, Ruß) auf. Selbstverständlich weist die verwendete Druckfarbe dann die entsprechenden Pigmente und/oder Farbstoffe auf.
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Zur Anpassung des Optikeffekts ist gemäß verschiedenen Ausführungen die Maskierschicht einfarbig oder mehrfarbig und/oder weist unterschiedliche Schattierungen, beispielsweise unterschiedliche Graustufen, und/oder eine Metallic-Optik auf.
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Zur Optimierung der Sensortransparenz weist gemäß einer Ausführung die Maskierschicht und/oder die Innendeckschicht im wesentlichen metallfreie Werkstoffe oder eine ausreichend niedrige Schichtdicke einer metallhaltigen Beschichtung auf. Damit kann beispielsweise ein Frontradar des Fahrzeuges, an welchem die Kunststoffblende montiert ist, durch die Blende hindurch betrieben werden, beispielsweise im Frequenzband 76-77 GHz. Alternativ kann eine solche Sensortransparenz auch mit einer ausreichend dünnen metallischen Schicht wie beispielsweise aus einem PVD-Verfahren erreicht werden.
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Um etwaige fertigungsbedingte Unebenheiten an der Sichtseite der Trägerschicht zu kaschieren und/oder die sichtseitige Oberfläche der Trägerschicht zu schützen, wird gemäß einer Ausführung eine transparente Sichtdeckschicht bereitgestellt, die an einer Sichtoberfläche auf der Sichtseite der Trägerschicht angeordnet ist, und die insbesondere einen transparenten Lack und/oder einen transparenten Polyurethanwerkstoff wie beispielsweise ein PU-Polymer aufweist.
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Gemäß einer Ausführung entnimmt die Druckeinrichtung beim Aufdrucken der Maskierschicht den zu bedruckenden Bereich, insbesondere den Maskierbereich, einem Geometriemodell, das in einem CAD-System hinterlegt und/oder mittels eines Geometriescans ermittelt wurde.
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Um eine flexible Gestaltung der Kunststoffblende zu ermöglichen, ist gemäß einer Ausführung die Trägerschicht doppelt gekrümmt.
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Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren.
- 1 zeigt schematisch einen Querschnitt einer Kunststoffblende nach einer beispielhaften Ausführung der Erfindung.
- 2 zeigt schematisch verschiedene Schritte eines Verfahrens zum Herstellen einer Kunststoffblende nach 1.
- 3 zeigt in einer Schrägansicht eine Kunststoffblende nach einer weiteren beispielhaften Ausführung der Erfindung.
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In 1 ist eine Kunststoffblende 1 nach einer beispielhaften Ausführung der Erfindung in einem Querschnitt dargestellt, sodass links eine Sichtseite 2 und rechts eine Innenseite 4 der Kunststoffblende 1 dargestellt ist.
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Die Kunststoffblende 1 weist eine Trägerschicht 6 aus einem transparenten, thermoplastischen Polymers, z.B. Polycarbonat (PC) auf. Auf ihrer Innenseite 4 weist die Trägerschicht 6 einen Maskierbereich 8 und mehrere, voneinander beabstandete Akzentbereiche 10 auf. Der Maskierbereich 8 und die Akzentbereiche 10 bilden gemeinsam eine Innenoberfläche 12 der Trägerschicht 6 (oder wenigstens einen Teil davon).
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Trotz der vereinfachten schematischen Darstellung der 1 kann die Trägerschicht 6 ganz oder in Teilbereichen einfach oder doppelt gekrümmt ausgebildet sein. Zudem kann die Trägerschicht eine konstante oder eine stetig verlaufende Grundwandstärke 14* aufweisen.
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Der Maskierbereich 8 ist an demjenigen Teilbereich der Innenoberfläche 12 angeordnet, welcher die Grundwandstärke 14* aufweist. Jeder der Akzentbereiche 10 ist an einem Teilbereich der Innenoberfläche 12 angeordnet, in welchem eine Wandstärke 14 kleiner als die Grundwandstärke 14* an dieser Stelle der Trägerschicht 6 ausgebildet ist.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist jeder Akzentbereich 10 eine tetraederförmige Ausnehmung 11 auf, die von der Innenoberfläche 12 der Trägerschicht 6 ausgeht. Durch die tetraederförmige Ausnehmungen 11 kann die Trägerschicht auf der Sichtseite 2 schematisch dargestellte, minimale Unebenheiten 23 einer Sichtoberfläche 22 aufweisen.
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An demjenigen Teil der Innenoberfläche 12, an welchem der Maskierbereich 8 ausgebildet ist, weist die Kunststoffblende eine Maskierschicht 16 auf, die mittels einer Druckfarbe ausgebildet ist, welche direkt auf die Innenoberfläche 12 aufgebracht ist. In den Akzentbereichen 10 ist im Wesentlichen keine Maskierschicht ausgebildet.
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Die Druckfarbe der Maskierschicht 16 ist im Ausführungsbeispiel eine Druckertinte, die beispielsweise ein temperaturstabiles, metallfreies Pigment aufweist und flächig, nach einem vorgegebenen Muster und/oder mit verschiedenen Schattierungen aufgebracht sein kann.
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Auf der gesamten Innenoberfläche 12 - d. h. auf dem Maskierbereich 8 und auf den Akzentbereichen 10 - ist auf der Innenseite eine opake Innendeckschicht 18 angeordnet, die im Ausführungsbeispiel mittels eines PVD-Verfahrens aufgebracht ist.
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Auf der Sichtseite 2 der Trägerschicht 6 ist eine transparente Sichtdeckschicht 20 angeordnet, welche eine Sichtoberfläche 22 der Trägerschicht vor Abnutzung und Umwelteinflüssen schützt. Im Ausführungsbeispiel ist die Sichtdeckschicht 20 aus einem transparenten Polyurethanwerkstoff gebildet, der die evtl. vorhandenen, leichten Unebenheiten 23 ausgleicht und seinerseits eine stetige, insbesondere eine ebene und/oder glatte, Sichtoberfläche 21 aufweist. Zudem besitzt das PUR-System einen Selbstheilungseffekt, welcher Kratzer nach einer gewissen Rückstellzeit und/oder verstärkt mittels Einwirken von Wärme wieder aus der Oberfläche verschwinden lassen kann.
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Durch die Ausbildung der Maskierschicht 16 als gedruckte Schicht entfällt die Notwendigkeit, die Kunststoffblende zur Erzielung eines bestimmten optischen Effekts mit einer Folie zu drapieren. Durch die Aussparung der Akzentbereiche 10, die nicht bedruckt werden, kann durch das ganzflächige Aufbringen der Innendeckschicht 18 in Verbindung mit den Ausnehmungen 11 und dem transparenten Werkstoff der Trägerschicht eine dreidimensionale optische Wirkung erzielt werden.
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In dem im Ausführungsbeispiel sind alle erwähnten Schichten - die Vergütungsschicht 20, die Trägerschicht 6, die Maskierschicht 16 und die Innendeckschicht 18 - zumindest im wesentlichen metallfrei oder mit einer ausreichend niedriger Schichtdicke einer metallhaltigen Beschichtung ausgebildet und weisen damit eine sehr niedrige elektrischen Leitfähigkeit auf, wodurch die Kunststoffblende 100 sensortransparent ausgebildet ist.
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In 2 a-c sind schematisch verschiedene Schritte eines Verfahrens zum Herstellen einer Kunststoffblende nach 1 dargestellt.
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In 2a ist die Trägerschicht 6 dargestellt, die in einem ersten Verfahrensschritt bereits verbunden mit der Sichtdeckschicht 20 bereitgestellt wird.
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In 2b ist ein Druckkopf 30 dargestellt, welcher im Maskierbereich 8 die Maskierschicht 16 aufdruckt, wobei die Akzentbereiche 10 ausgelassen werden. Der Druckkopf 30 ist dazu eingerichtet, entlang einer schematisch dargestellten Verfahreinrichtung 31 dreidimensional entlang der Innenoberfläche 12 und insbesondere im Maskierbereich 8 verfahren zu werden.
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In 2c ist die Trägerschicht 6 im Maskierbereich 8 fertig bedruckt. Auf die derart bedruckte Innenoberfläche 12 der Trägerschicht 6 wird bspw. mittels einer PVD-Einrichtung 40 die Innendeckschicht 18 aufgebracht, an welcher sich die gelösten Partikel aus der PVD-Einrichtung 40 abscheiden, und zwar sowohl im Maskierbereich 8 als auch in den Akzentbereichen 10.
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in 3 ist eine Front-Kunststoffblende 100 für ein Kraftfahrzeug nach einer weiteren beispielhaften Ausführung der Erfindung in einer Schrägansicht von der Sichtseite 2 her dargestellt, sodass der Betrachter auf die Sichtoberfläche 21 der Sichtdeckschicht 20 blickt. Neben dem Rahmen ist in schwarz erkenntlich der mit der Maskierschicht 16 bedruckte Maskierbereich 8 dargestellt, der durch die Druckfarbe dunkel wirkt.
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Davon heben sich die Ausnehmungen 11 ab, in deren jeweiligem Akzentbereich 10 keine Druckfarbe aufgebracht ist, sodass die hellere Innendeckschicht 18 durch die transparente Trägerschicht 6 um die transparente Sichtdeckschicht 20 das einfallende Licht reflektiert. Damit kann der ersichtliche dreidimensionale optischere Effekt erzielt werden.
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Typischerweise ist die Sichtdeckschicht 20 0,2 bis 1,5 mm, insbesondere 0,3 bis 0,5 mm dick, insbesondere wenn die Trägerschicht 6 in ihrer Grundwandstärke 14* zwischen 3 und 6 mm variiert. Im Verhältnis dazu weisen die gedruckte Maskierschicht 16 und die (PVD-)gesputterte Innendeckschicht 18 (makroskopisch vernachlässigbare) Schichtdicken im Mikrometer- und/oder im Nanometerbereich auf.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kunststoffblende
- 2
- Sichtseite
- 4
- Innenseite
- 6
- Trägerschicht
- 8
- Maskierbereich
- 10
- Akzentbereich
- 11
- Ausnehmung
- 12
- Innenoberfläche
- 14
- Wandstärke
- 14*
- Grundwandstärke
- 16
- Maskierschicht
- 18
- Innendeckschicht
- 20
- Sichtdeckschicht
- 21
- Sichtoberfläche der Sichtdeckschicht
- 22
- Sichtoberfläche der Trägerschicht
- 23
- Unebenheit
- 30
- Druckeinrichtung
- 31
- Verfahreinrichtung
- 40
- PVD-Einrichtung
- 100
- Front-Kunststoffblende eines Kraftfahrzeugs
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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