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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bearbeitung einer Hologrammfolie mittels eines Spritzgießwerkzeuges. Die Erfindung betrifft ferner einen Halterahmen für eine Hologrammfolie.
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Stand der Technik
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Aktuell werden verschiedene optische Systeme in die Instrumententafel von Kraftfahrzeugen verbaut. Insbesondere sei in diesem Zusammenhang auf sogenannte Head-Up-Displays verwiesen. Head-Up-Displays bestehen im Allgemeinen aus einer bildgebenden Einheit, einem Optikmodul und einer Projektionsfläche. Die bildgebende Einheit erzeugt ein Bild. Das Optikmodul mit Kollimator und Umlenkung leitet das Bild auf die Projektionsfläche (Combiner). Diese Fläche ist eine spiegelnde, lichtdurchlässige Scheibe. In diesem Zusammenhang hat sich die Verwendung von Hologrammfolien als sehr vorteilhaft erwiesen. Typischerweise werden hierfür Polycarbonatfolien verwendet. Derartige Hologrammfolien finden auch Verwendung bei Scheinwerfern, für die nur ein geringer Bauraum zur Verfügung steht.
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Um die Komponenten dieser optischen Systeme, insbesondere die erwähnten Hologrammfolien, vor Flüssigkeiten oder auch Feststoffpartikeln zu schützen, werden in aktuellen Seriensystemen beschichtete Polycarbonatfolien im Austrittskanal der Systembox bzw. dem Optikmodul eingebaut.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung strebt an, ein kostengünstiges Verfahren zur Bearbeitung einer Hologrammfolie bereitzustellen, wobei die oben beschriebenen negativen Effekte verhindert werden sollen.
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Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zur Bearbeitung einer Hologrammfolie mittels eines Spritzgießverfahrens, eine Vorrichtung zu dessen Durchführung sowie ein Halterahmen, mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bearbeitung einer Hologrammfolie mittels eines Spritzgießverfahrens umfasst dabei die folgenden Schritte:
- In einem ersten Schritt wird die Hologrammfolie in ein einen oberen Formstempel und einen unteren Formstempel aufweisendes Spritzgießwerkzeug eingebracht. Die Hologrammfolie wird auf dem unteren Formstempel flächig zur Auflage gebracht. Dabei wird zwischen dem oberen Formstempel und der Hologrammfolie ein erster Zwischenraum bereitgestellt.
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In einem zweiten Schritt wird ein erster transparenter Lack in den ersten Zwischenraum zwischen dem oberen Formstempel und der Hologrammfolie eingespritzt, um eine obere Beschichtung auf der Oberseite der Hologrammfolie bereitzustellen.
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In einem dritten Schritt wird, nachdem der erste transparente Lack zumindest teilweise ausgehärtet ist, der untere Formstempel zurückgefahren. Dabei wird ein zweiter Zwischenraum zwischen dem unteren Formstempel und der Hologrammfolie bereitgestellt. Die nun einseitig beschichtete Hologrammfolie liegt hierbei flächig an dem oberen Formstempel an.
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In einem vierten Schritt wird ein zweiter transparenter Lack in den zweiten Zwischenraum zwischen dem unteren Formstempel und der Hologrammfolie eingespritzt, um eine untere Beschichtung auf der Unterseite der Hologrammfolie bereitzustellen.
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Nach Aushärtung, insbesondere vollständiger Aushärtung, des ersten und des zweiten transparenten Lacks, wird in einem fünften Schritt die derart beschichtete Hologrammfolie aus dem Spritzgießwerkzeug entnommen. Bei dem ersten und zweiten transparenten Lack handelt es sich zweckmäßigerweise um niedrigviskose Lacke bzw. Kunststoffmassen.
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In einem anschließenden Schritt wird die derart beschichtete Hologrammfolie in einem Halterahmen positioniert und fixiert. Dieser Halterahmen dient in vorteilhafter Weise dazu, die Hologrammfolie zu positionieren und die weitere Montage der Hologrammfolie zu erleichtern, wobei der Halterahmen und Hologrammfolie als bauliche Einheit in die Instrumententafel eines Kraftfahrzeugs eingebaut werden. Hierdurch wird die Hologrammfolie schwingungsmäßig vom Kraftfahrzeug entkoppelt.
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Es erweist sich als besonders vorteilhaft, dass die Hologrammfolie während des jeweiligen Beschichtens jeweils großflächig von den jeweiligen Formstempeln abgestützt wird, so dass die Folie bei den Beschichtungen jeweils formgenau fixiert ist, wodurch die Beschichtungen bzw. der Verbund aus Folie und Beschichtungen eine sehr gute mechanische und thermische Stabilität erhält. Durch Variation der Dicke der Beschichtungen kann ferner die mechanische und thermische Stabilität des Verbundes beeinflusst werden.
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Zweckmäßigerweise ist der obere Formstempel örtlich fixiert, während der untere Formstempel beweglich ausgebildet ist. Alternativ kann der untere Formstempel örtlich fixiert sein, während der obere Formstempel beweglich ausgebildet sein kann.
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Eine erste Dosiereinheit ist zweckmäßigerweise auf einer Seite des Spritzgießwerkzeuges derart angeordnet, dass sie mit der Oberseite der Hologrammfolie, die auf dem unteren Formstempel flächig zur Auflage gebracht wurde, auf einer Ebene angeordnet ist. Diese Ebene wird auch als erste Trennebene bezeichnet.
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Dabei ist die erste Dosiereinheit vorteilhafterweise derart ausgebildet, dass sich der aus der ersten Dosiereinheit austretende erste transparente Lack nur in den ersten Zwischenraum zwischen dem oberen Formstempel und der Hologrammfolie gelangen kann.
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Eine zweite Dosiereinheit hierbei ist zweckmäßigerweise auf einer der ersten Dosiereinheit gegenüberliegenden Seite des Spritzgießwerkzeuges derart angeordnet, dass sie mit der Unterseite der Hologrammfolie auf einer Ebene angeordnet ist. Diese Ebene wird auch als zweite Trennebene bezeichnet.
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Dabei ist die zweite Dosiereinheit derart ausgebildet, dass der aus der zweiten Dosiereinheit austretende zweite transparente Lack nur in den zweiten Zwischenraum zwischen dem unteren Formstempel und der Hologrammfolie gelangt.
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Vorteilhafterweise umfasst das Einbringen der Hologrammfolie in das Spritzgießwerkzeug ein Fixieren der Hologrammfolie mittels Positionierung von Fixierungsstiften in in der Hologrammfolie ausgebildeten Fixierungslöchern. Dies dient dazu, dass die Hologrammfolie während des Aufbringens der oberen bzw. der unteren Beschichtung nicht verrutschen kann. Die Fixierungsstifte erstrecken sich hierbei zweckmäßigerweise in entsprechenden Ausnehmungen wenigstens durch einen Teil des unteren Formstempels und ragen aus diesem in Richtung der Hologrammfolie vor. Die Fixierungsstifte können dabei innerhalb der erwähnten Ausnehmungen gegen den unteren Formstempel verschiebbar, oder aber mit dem unteren Formstempel fest verbunden sein. Insbesondere können die Fixierungsstifte auch derart ausgebildet sein, dass sie sich bei Beschichtung der Unterseite der Hologrammfolie an dem zweiten transparenten Lack anhaften, wobei die Fixierungsstifte bei Entnahme der Hologrammfolie zusammen mit dieser als einstückige Einheit aus dem Spritzgießwerkzeug entfernt werden können. Diese einstückige Einheit aus Hologrammfolie und Fixierungsstiften kann in sehr einfacher Weise in den Halterahmen eingesetzt werden. Hierzu sind in dem Halterahmen entsprechende Ausnehmungen vorgesehen, in welchen die Fixierungsstifte einbringbar sind.
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Der Halterahmen ist entsprechend derart gestaltet, dass er entweder Fixierungsstifte aufweist, deren Positionen mit den Positionen der in der Hologrammfolie ausgebildeten Fixierungslöchern übereinstimmen, oder er weist, wie erwähnt, Ausnehmungen auf, die derart dimensioniert und positioniert sind, dass sie die mit der Hologrammfolie verbundenen Fixierungsstifte, die bei Entnahme der Hologrammfolie aus dem Spritzgießwerkzeug einstückig mit dieser entnommen wurden, aufnehmen können.
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Vorteilhafterweise wird in der oberen Beschichtung auf der der Hologrammfolie entgegengesetzten Oberfläche eine entspiegelnde Nanostruktur erzeugt. Dazu wird auf dem oberen Formstempel ein entsprechendes Nanostrukturtemplate bzw. eine entsprechende Nanostrukturvorlage bereitgestellt. Durch Einspritzen des ersten transparenten Lacks in den ersten Zwischenraum zwischen dem oberen Formstempel und der Hologrammfolie wird die Nanostruktur des Nanostrukturtemplates des oberen Formstempels in der oberen Beschichtung auf die der Hologrammfolie entgegengesetzten Oberfläche die entspiegelnde Nanostruktur übertragen. Diese entspiegelnde Nanostruktur wird auch bei Aushärtung des ersten transparenten Lacks beibehalten und sorgt dafür, dass der oben erwähnte Nachteil der unkontrollierten Reflexion von der Oberfläche der Hologrammfolie bzw. deren Beschichtung reduziert bzw. eliminiert wird.
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Der erste transparente Lack, mit dem die Oberseite der Hologrammfolie beschichtet ist, und der zweite transparente Lack, mit dem die Unterseite der Hologrammfolie beschichtet ist, können die gleiche chemische Zusammensetzung oder eine unterschiedliche chemische Zusammensetzung aufweisen. Sie können z.B. eine Epoxid-, Polyurea- oder Polyurethanbasis aufweisen. Es soll darauf hingewiesen werden, dass je nachdem, welche Anforderungen an die Beschichtung gestellt werden, die chemische Zusammensetzung des ersten und des zweiten transparenten Lacks dementsprechend geändert werden können, um den Anforderungen gerecht zu werden. Beide Lacke sind vorteilhafterweise als niedrigviskose Lacke ausgebildet.
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Der erste transparente Lack, mit dem die Oberseite der Hologrammfolie beschichtet ist, dient dazu, die Hologrammfolie vor Verkratzen zu schützen, wodurch die Häufigkeit bzw. Wahrscheinlichkeit ungewollter optischer Effekte, wie beispielsweise fehlerhafte Darstellungen, verringert bzw. vermieden werden. Ferner weist dieser Lack Bestandteile bzw. Additive auf, die die Hologrammfolie, vor UV-Strahlung schützen. Dies ist von Vorteil, da die Hologrammfolie bei Montage in ein Fahrzeug typischerweise so angeordnet wird, dass die Oberseite der Hologrammfolie in Richtung des Fahrzeuginnenraums zeigt. Aufgrund dieser Anordnung ist die Oberseite der Hologrammfolie einer Bestrahlung mit UV-Strahlung ausgesetzt, die die Eigenschaften der Hologrammfolie verändern kann.
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Der zweite transparente Lack, mit dem die Unterseite der Hologrammfolie beschichtet ist, dient ebenfalls dazu, die Hologrammfolie vor Verkratzen zu schützen. Da die Unterseite der Hologrammfolie nach Montage in ein Fahrzeug in das Innere der Instrumententafel zeigt, und somit keiner wesentlichen UV-Strahlung ausgesetzt ist, ist es hier nicht notwendig, den zweiten transparenten Lack mit Bestandteilen bzw. Additiven zu versetzen, die einen Schutz vor UV-Strahlung gewährleisten. Aufgrund dessen können die Herstellungskosten des zweiten Lacks im Vergleich zu einem Lack, der diese Bestandteile bzw. Additive aufweist, reduziert werden.
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Vorteilhafterweise bedeckt der erste transparente Lack die Oberseite der Hologrammfolie und der zweite transparente Lack die Unterseite der Hologrammfolie derart, dass die Hologrammfolie vollständig umfasst bzw. umgeben wird. Dies schützt die Hologrammfolie insbesondere auch vor Flüssigkeiten oder Feststoffpartikeln, die die Funktionsweise der Hologrammfolie negativ beeinflussen könnten.
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Die Hologrammfolie kann dabei von der oberen und/oder der unteren Beschichtung auch seitlich umfasst sein. Die obere und die unter Beschichtung kommen hierbei zweckmäßigerweise derart miteinander in Kontakt, dass die Hologrammfolie auch seitlich vollständig beschichtet ist.
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Eine erfindungsgemäß bearbeitete Hologrammfolie ist vorteilhaft im Rahmen eines Head-Up-Displays oder eines Scheinwerfers einsetzbar.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
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Figurenliste
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- 1 zeigt schematisch eine Konfiguration eines Spritzießwerkzeugs zur Beschichtung einer Oberseite einer Hologrammfolie gemäß einer bevorzugten Ausführungsform.
- 2 zeigt schematisch eine Konfiguration des Spritzgießwerkzeugs zur Beschichtung einer Unterseite der Hologrammfolie gemäß einer bevorzugten Ausführungsform.
- 3 zeigt schematisch einen Halterahmen zum Halten der beschichteten Hologrammfolie gemäß einer bevorzugten Ausführungsform.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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Identische Bezugszeichen in den Figuren bezeichnen gleiche oder gleichartige Elemente und werden nicht jedes Mal gesondert erläutert.
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1 zeigt schematisch ein insgesamt mit 1 bezeichnetes Spritzgießwerkzeug in einer Konfiguration zur Beschichtung der Oberseite einer Hologrammfolie 100. Das Spritzgießwerkzeug ist als Zweikomponenten-Lack-Spritzgießwerkzeug mit zwei Lackdosierungseinheiten ausgeführt, wie nun im einzelnen beschrieben wird.
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Das Spritzgießwerkzeug 1 weist einen oberen Formstempel 10 und einen unteren Formstempel 20 auf, wobei die Hologrammfolie 100 auf dem unteren Formstempel 20 flächig zur Auflage gebracht wird und ein erster Zwischenraum zwischen dem oberen Formstempel 10 und der Hologrammfolie 100 bereitgestellt wird. Die Hologrammfolie weist eine Dicke h auf.
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Die Hologrammfolie 100 ist mittels Fixierungsstiften 30 auf dem unteren Formstempel 20 fixiert. Hierbei wirken die Fixierungsstifte mit in der Hologrammfolie 100 ausgebildeten Fixierungslöchern 102 zusammen, d.h. die Fixierungsstifte erstrecken sich durch die Fixierungslöcher 102. Die Fixierungsstifte 30 ragen aus dem unteren Formstempel 20 hervor, vorzugsweise um eine Strecke, welche vorteilhafterweise der Dicke h der Hologrammfolie entspricht.
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Die Strecke, welche die Fixierungsstifte 30 aus dem unteren Formstempel vorstehen, entspricht somit vorteilhafterweise der Dicke h der Hologrammfolie 100, und die Fixierungsstifte 30 schließen mit der Oberseite der Hologrammfolie 100 bündig ab. Während der obere Formstempel 10 unbeweglich ausgebildet ist, ist der untere Formstempel 20 beweglich ausgebildet. Die Fixierungsstifte 30 sind vorteilhafterweise derart ausgebildet, dass sie sich nicht bewegen, wenn sich der untere Formstempel 20 bewegt. In diesem Fall können die Fixierungsstifte auch als Führungen für eine Auf- und Abbewegung des unteren Formstempels dienen. Es ist jedoch auch möglich, die Fixierungsstifte derart zu gestalten, dass sie sich mit dem unteren Formstempel 20 bewegen.
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Die Unterseite des oberen Formstempels 10 (die zur Hologrammfolie zeigende Oberfläche) weist ein Nanostrukturtemplate 1000 auf. Dieses ist beispielsweise durch eine Vorbehandlung wie etwa Ultrapräzisionszerspannung, Laserbehandlung oder Sprengprägen in den oberen Formstempel eingebracht. Wird ein erster transparenter Lack über eine erste Dosiereinheit 40, vorzugsweise mit einem Druck in einem Bereich von 20 bis 40 bar, in den Zwischenraum zwischen dem oberen Formstempel 10 und der Hologrammfolie 100 eingespritzt, verteilt sich der erste transparente Lack in dem Zwischenraum und bildet nach entsprechender chemischer Vernetzung, die Nanostruktur des auf der Unterseite des oberen Formstempels ausgebildeten Nanostrukturtemplates 1000 auf der der Hologrammfolie entgegengesetzten Oberfläche aus, die bei Aushärten des ersten transparenten Lacks beibehalten wird. Der erste transparente Lack bildet nach Aushärtung eine obere Beschichtung 200 der Hologrammfolie 100. Diese in der Oberseite der oberen Beschichtung 200 ausgebildete Nanostruktur weist entspiegelnde Eigenschaften auf. Zudem sind dem ersten transparenten Lack Additive beigesetzt, die in der oberen Beschichtung 200 dazu dienen, die Hologrammfolie 100 vor UV-Strahlung zu schützen. Gleichzeitig schützt die obere Beschichtung 200 die Hologrammfolie 100 vor Verkratzen. Der erste transparente Lack hat beispielsweise eine Epoxid- Polyurea- oder Polyurethanbasis, in welche Additive mit den gewünschten Eigenschaften in einfacher Weise eingebracht werden können.
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Die erste Dosiereinheit 40 weist eine Düse 40a auf, welche in dem Spritzgießwerkzeug derart angeordnet ist, das sie mit der Oberseite der Hologrammfolie 100 eine erste Trennebene 300 definiert. Der untere Formstempel 20 ist hierbei derart positioniert, dass die obere Oberfläche der Hologrammfolie auf der Höhe der Düse 40a angeordnet ist. Dies bedeutet, dass der erste transparente Lack aus der Düse 40a der ersten Dosiereinheit 40 in den Zwischenraum zwischen oberer Oberfläche der Hologrammfolie 100 und dem oberen Formstempel 10 eingebracht werden kann. Die Düse 40a gewährleistet in diesem Zusammenhang eine vorteilhafte Verdichtung und Scherung des transparenten Lacks während des Beschichtens.
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Auf der der ersten Dosiereinheit 40 gegenüberliegenden Seite der Formstempel 10,20 ist eine zweite Dosiereinheit 50 angeordnet. Diese weist eine Düse 50a auf, die um die Dicke bzw. Höhe der Hologrammfolie 100 in Bezug auf die erste Trennebene 300 nach unten versetzt ist. Die Düse 50a ist derart angeordnet, dass sie mit der Unterseite der Hologrammfolie 100 eine zweite Trennebene 400 definiert.
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Bei Beschichtung der Oberseite der Hologrammfolie 100 mit dem ersten transparenten Lack gelangt dieser auf der Seite der zweiten Dosiereinheit 50 in einen Bereich 200 zwischen der Seitenkante der Hologrammfolie und der Düse 50a.
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Insgesamt schützt die obere Beschichtung 200 somit nicht nur die Oberseite der Hologrammfolie 100, sondern auch einen seitlichen Bereich.
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Ferner weist das Spritzgießwerkzeug 1 Auswerfer 60 auf, die es ermöglichen, die Hologrammfolie 100 nach vollständiger Beschichtung der Ober- sowie Unterseite aus dem Spritzgießwerkzeug 1 zu entnehmen.
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Zusammenfassend erfolgt also in der Konfiguration des Spritzgießwerkzeugs 1 gemäß 1 eine Beschichtung der Oberseite und eines seitlichen Bereiches der Hologrammfolie.
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2 zeigt schematisch eine Konfiguration des Spritzgießwerkzeugs 1 zur Beschichtung der Unterseite der Hologrammfolie 100. Der untere Formstempel 20 ist im Vergleich zu der Konfiguration der 1 nach unten abgesenkt, wodurch ein zweiter Zwischenraum zwischen der Hologrammfolie 100 und dem unteren Formstempel 20 bereitgestellt wird. Diese Absenkung des unteren Formstempels erfolgt, wie erwähnt, nach wenigstens teilweiser Aushärtung der oberen Beschichtung 200, insbesondere einer Härtezeit von etwa 10 sek. Der obere Formstempel 10 liegt nach wie vor an der aufgebrachten oberen Beschichtung an.
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Wird mittels der Düse 50a der zweiten Dosiereinheit 50 ein zweiter transparenter Lack in den zweiten Zwischenraum eingespritzt (vorzugsweise wiederum mit einem Druck von 20 - 40 bar), erhält man eine untere Beschichtung 500. In 2 erkennt man, dass der zweite Zwischenraum 500 sich auf der Seite der ersten Dosiereinheit auch in einen Bereich seitlich der Hologrammfolie erstreckt. Insgesamt schützt die untere Beschichtung 500 somit nicht nur die Unterseite der Hologrammfolie 100, sondern auch einen seitlichen Bereich. Nach weiterem Aushärten, typischerweise nach weiteren 20 bis 40 sek, werden die Formstempel voneinander getrennt, sodass die beidseitig beschichtete Hologrammfolie entnommen werden kann.
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Zweckmäßigerweise sind die beiden beschriebenen seitlichen Bereiche so dimensioniert, dass sich eine vollständige seitliche Beschichtung der Hologrammfolie 100 ergibt, so dass, insgesamt, eine mediendichte Beschichtung der Hologrammfolie bereitgestellt ist
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Die untere Beschichtung 500 schützt die Hologrammfolie 100 wie die obere Beschichtung 200 vor Verkratzen. Da die untere Beschichtung 500 nach einer späteren Montage in ein Fahrzeug der UV-Strahlung im Gegensatz zur oberen Beschichtung 200 nicht direkt ausgesetzt ist, kann hier auf Additive zum UV-Schutz verzichtet werden. Dies führt dazu, dass die untere Beschichtung 500 kostengünstiger hergestellt werden kann.
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Es sei noch einmal darauf hingewiesen, dass bei beiden oben beschriebenen Beschichtungen die Hologrammfolie 100 jeweils großflächig von den jeweiligen Formstempeln 10,20 abgestützt wird, so dass die Folie bei den Beschichtungen jeweils formgenau fixiert ist, wodurch die Beschichtungen bzw. der Verbund Folie-Bescichtungen eine sehr gute mechanische und thermische Stabilität erhält. Durch Variation der Dicke der Beschichtungen kann die mechanische und thermische Stabilität des Verbundes weiter beeinflusst werden.
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3 zeigt in schematischer seitlicher Ansicht eine bevorzugte Ausführungsform eines Halterahmens zum Halten einer beschichteten Hologrammfolie 100. Ein derartiger Halterahmen wird zusammen mit der jeweils gehaltenen Hologrammfolie 100, beispielsweise als Teil eines Head-Up-Displays, in eine Instrumententafel eines Kraftfahrzeugs eingebaut. Der Halterahmen ist insgesamt mit 2000 bezeichnet. Der Halterahmen ist so ausgebildet, dass er eine beschichtete Hologrammfolie umgibt. Das Dichtungsprofil ist aus flexiblem Kunststoff hergestellt, der zum Einbringen und Fixieren einer beschichteten Hologrammfolie auseinandergebogen bzw. elastisch verformt werden kann. Der Halterahmen kann beispielsweise aus faserverstärktem Kunststoff hergestellt sein. Das Dichtungsprofil dient auch zur Schwingungsentkopplung der Hologrammfolie von einem Kraftfahrzeug.
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An dem Halterahmen 2000 ist ein Dichtungsprofil 2100 aus Kunststoff befestigt. Das Dichtungsprofil 2100 ist derart dimensioniert, dass es die Hologrammfolie 100 sicher und ohne sie zu beschädigen durch Einklemmen in dem Halterahmen 2000 hält. Das Dichtungsprofil 2100 ist mit Vorsprüngen 2110 ausgebildet. Diese sind derart positioniert, dass sie in die Fixierungslöcher 102 der Hologrammfolie 100 eingreifen, womit die sichere Halterung bzw. Fixierung der Hologrammfolie 100 in dem Halterahmen 2000 weiter verbessert ist.
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Das Dichtungsprofil 2100 dient auch dazu, zu verhindern, dass Flüssigkeiten oder Staubpartikel in einen Bereich eines Head-Up-Displays unterhalb der Hologrammfolie gelangen können.
