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Hintergrund der Erfindung
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Die
Erfindung bezieht sich allgemein auf Gasplasmaprozesse, insbesondere
auf Verfahren zur Behandlung einer Fläche eines Reflektors eines Kraftfahrzeugscheinwerfers.
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Verschiedene
Arten von Flächen
sind oftmals für
unerwünschte
Schleierbildung anfällig.
Zum Beispiel weisen unter bestimmten Umständen einige Kraftfahrzeugscheinwerferreflektoren
eine weiße oder
farbige Eintrübung
auf den Flächen
der Reflektorschale auf. Zur Verhinderung dieser Schleierbildung
sind unterschiedliche Verfahren erprobt worden. Die meisten der
Verfahren gegen Schleierbildung schließen das Aufsprühen einer
Deckschicht auf die Reflektorschale ein, nachdem die konventionellen
Fertigungsschritte abgeschlossen worden sind. Bedauerlicherweise
erfordern solche Verfahren zusätzliches
Material und zusätzliche
Verfahrensschritte, die die Kosten des Scheinwerfers erhöhen. Das
auf Leybold Systems ausgestellte
US-Patent 6,007,875 A beschreibt ein kontinuierliches
Verfahren, bei dem eine Deckschicht zum Verhindern der Schleierbildung
auf einen Scheinwerferreflektor durch Plasmaabscheidung in derselben
Kammer aufgebracht wird, in der eine Plasmapolymerschicht im Plasma
auf den Reflektor abgeschieden wird. Die Deckschicht ist aus einem
Kohlenwasserstoffanteil und einer elektronegativen funktionellen
Gruppe zusammengesetzt, wobei eine bevorzugte Deckschicht Methanol
ist. Bei der Verminderung der Schleierbildung durch die Methanoldeckschicht
ist entdeckt worden, dass Methanol und gleichwertige Materialien ein
unerwünschtes Ätzen der
Plasmapolymerschicht verursachen und die Korrosionsfestigkeit des
Reflektors herabsetzen können.
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In
einem anderen kommerziellen Verfahren gegen Schleierbildung wird
ein Siliciumoxidschlamm verwendet, der zwecks Änderung der Oberflächenenergie
des Reflektors in Gegenwart von Sauerstoff verdampft wird. Das Siliciumoxidverfahren
ist relativ teuer und schmutzig und erzeugt unerwünschte Dämpfe.
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In
einem typischen Verfahren zur Fertigung eines Kraftfahrzeugscheinwerfers
wird zuerst der Scheinwerferreflektor mit einer Grundschicht und
anschließend
mit einem reflektierenden Metall, wie z. B. Aluminium, beschichtet,
und danach wird eine Schutzschicht durch Plasmapolymerisation aufgebracht.
Die Plasmapolymerdeckschicht schützt
die Metallschicht vor Qualitätsverschlechterung
infolge chemischen Angriffs aus der Umwelt, wie z. B. Salzsprühmittel.
Die Linse des Scheinwerfers wird anschließend mit dem Scheinwerferkörper verklebt.
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Ein
Problem bei der Anwendung der Plasmapolymerdeckschicht besteht darin,
dass der Klebstoff zum Befestigen der Linse auf dem Scheinwerferkörper oft
nicht gut auf der Deckschicht haftet. Zur Lösung dieses Problems wird die
Klebestrecke auf dem Scheinwerferkörper zwecks Vermeidung ihrer
Beschichtung mit der Deckschicht abgedeckt. Der Abdeckvorgang verteuert
den Fertigungsprozess.
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Kraftfahrzeugscheinwerfer
können
zur Kosteneinsparung und Gewichtsreduzierung hauptsächlich aus
Plastikwerkstoff anstelle von Glas und Metall hergestellt werden.
Ein besonders kosteneffektives Herstellungsverfahren für Plastikwerkstoffscheinwerfer
ist ein Einformungsmontageverfahren. In diesem Verfahren werden
der Plastikwerkstoffscheinwerferkörper und die klare Plastikwerkstofflinse
in einer Form geformt und miteinander verbunden. Speziell wird ein
geschmolzenes Kunstharz in die Form eingeführt und zur Bildung des Scheinwerferkörpers ausgehärtet. Als
Nächstes
wird in der Form eine reflektierende Metallschicht auf die Grundschicht
aufgebracht. Schließlich
wird zur Bildung der Scheinwerferlinse ein geschmolzener klarer
Plastikwerkstoff in die Form eingeführt. Bei der Aushärtung des
Plastikwerkstoffs haftet der Rand der Plastikwerkstofflinse am Rand
des Scheinwerferkörpers.
Der Rand des Scheinwerferkörpers
ist zwar mit dem reflektierenden Metall beschichtet, der Plastikwerkstoff
der Linse haftet jedoch gut auf der Metallschicht. Der Plastikwerkstoff
der Linse würde
jedoch nicht gut auf der Plasmapolymerdeckschicht haften, die gewöhnlich zum Schutz
vor Qualitätsverschlechterung
in anderen Fertigungsprozessen auf die Metallschicht aufgebracht
wird. Infolgedessen ermöglicht
das Einformungsmontageverfahren im Allgemeinen das Aufbringen einer
Plasmapolymerdeckschicht auf die Metallschicht nicht. Aus der Druckschrift
Da Youxian u. a.: Surface modification of poly(tetrafluoroethylene) by
gas plasma treatment. In: Polymer, Vol. 32, No. 6, 1991, S. 1126–1130. ISSN:
0032-3861 ist bekannt, die Oberflächen von Teflon-Proben in einer
Gasplasma-Atmosphäre
zu modifizieren, die aus Luft, Sauerstoff, Argon oder Wasserdampf
bestehen kann, um die Oberflächenenergie
zu erhöhen.
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Die
US 4,096,315 A offenbart
ein Verfahren für
die Beschichtung eines optischen plastischen Substrats, insbesondere
Polymethylmethacrylat (PPMA), mit einer Einzelphasenbeschichtung
zum Zwecke der Verbesserung der Hafteigenschaften des Kunststoffmaterials,
wobei die Beschichtung in einem Niedrigtemperaturplasma-Polymerisationsverfahren abgeschieden
wird. Das zu beschichtende Substrat wird vor der Beschichtung mit
Wasserdampfplasma behandelt. Für
die Behandlung des beschichteten Substrats ist ein so genanntes „drittes
Plasma" vorge sehen,
wofür die
Edelgase, Sauerstoff, Stickstoff und Luft verwendet werden, wobei
die Anwendung eines Argonplasmas bevorzugt wird.
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In
der
DE 100 11 276
A1 ist die Verwendung eines indirekten atmosphärischen
Plasmatrons zur homogenen voll- oder teilflächigen Oberflächenbehandlung
oder Beschichtung bahnförmiger
metallischer Werkstoffe mit einer Dicke kleiner als 100 μm oder bahnförmiger polymerer
Werkstoffe beschrieben. Weiterhin beschrieben wird ein Verfahren
zur Oberflächenbehandlung
bahnförmiger
Werkstoffe, bei dem ein direktes atmosphärisches Plasmatron eingesetzt
wird. Unter einer Oberflächenbehandlung durch
ein atmosphärisches
Plasma wird dabei verstanden, dass durch die Wechselwirkung mit
dem Plasmagas eine Erhöhung
der Oberflächenspannung
der Polymeroberfläche
stattfindet. Des Weiteren kann durch bestimmte Plasmagasarten eine Plasmapfropfung
bzw. eine Plasmabeschichtung (Plasmapolymerisation) an bzw. auf
der Oberfläche durchgeführt werden.
Die äußerst reaktiven
Spezies des Plasmagases können
darüber
hinaus reinigend oder sogar entkeimend auf der Oberfläche wirken,
so dass unter Oberflächenbehandlung
auch eine Oberflächenreinigung
oder Oberflächenentkeimung
verstanden werden kann. Das Plasmagas besteht dabei aus Mischungen
von reaktiven und inerten Gasen und/oder Aerosolen. Bei der Plasmabeschichtung wird
ein reaktives Plasmagas durch eine Art Polymerisation auf der Oberfläche mehr
oder weniger geschlossen abgeschieden. Dadurch ist es beispielsweise
möglich,
Antifogschichten zu erzeugen.
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Aus
der
DE 26 25 448 A1 ist
bekannt, dass durch eine hydrophobe, insbesondere durch eine an ihrer
Oberfläche
hydrophilierte Schutzschicht aus einer vorzugsweise siliziumorganischen,
durch Polymerisation aus der Gasphase hergestellten Schutzschicht
ein optisch neutraler Dauerschutz für Reflektoren erreicht wird.
Als das zur Hydrophilierung verwendete Gas wird die Anwendung von
Sauerstoff bevorzugt. Es handelt bei der Polymerisation aus der Gasphase
um eine chemische Gasphasenabscheidung (CVD), die unter dem Einfluss
von Elektronenstrahlen erfolgt, die durch Elektronen-Glühemission mit
einer Glühkathode
erzeugt werden.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens
zur Behandlung der Fläche
eines Reflektors eines Kraftfahrzeugscheinwerfers zur Vermeidung
von Schleierbildung. Die Lösung dieser
der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ist ein entsprechendes
Verfahren zur Behandlung einer Fläche eines Reflektors eines
Kraftfahrzeugscheinwerfers, die normalerweise anfällig für Schleierbildung
ist, wobei in dem Verfahren die Fläche durch ein Gasplasma chemisch
modifiziert wird, und dadurch die Oberflächenenergie der Fläche erhöht wird.
Das Gasplasma enthält
mindestens 80 Gewichts-% Wasserdampfplasma. Vorzugsweise besteht
das Gasplasma im Wesentlichen aus Wasserdampfplasma. Die erhöhte Oberflächenenergie
verursacht ein vermindertes Auftreten von Schleierbildung auf der
Fläche.
Das Gasplasma kann zum Beispiel bei einem Reflektor eines Kraftfahrzeugscheinwerfers
zwecks Verminderung der Schleierbildung auf dem Reflektor angewendet
werden.
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In
einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung wird das Verfahren zur
Verbesserung der Haftung zwischen einem Material und einer Fläche angewendet.
In dem Verfahren wird die Fläche
durch ein Gasplasma chemisch modifiziert, und dadurch wird die Oberflächenenergie
der Fläche
erhöht.
Das Gasplasma enthält
mindestens 80 Gewichts-% Wasserdampfplasma. Das Material und die
Fläche
werden zum Haften des Materials auf der Fläche zueinander in Kontakt gebracht.
Das Gasplasma kann zum Beispiel auf die Klebestrecke eines Kraftfahrzeugscheinwerfers
zur Verbesserung der Haftung eines Klebers auf der Klebestrecke
zwecks Verbindung einer Linse mit dem Scheinwerferkörper angewendet
werden. In einem anderen Beispiel wird das Gasplasma auf eine Randfläche eines
Scheinwerferkörpers
zur Verbesserung der Haftung der Randfläche an einem geschmolzenen
Plastikwerkstoff angewendet, der in einem Einformungsmontageverfahren
eine Linse des Scheinwerfers bildet.
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Durch
die folgende detaillierte Beschreibung der Vorzugsausgestaltungen
zusammen mit den zugehörigen
Zeichnungen werden den mit dem Fachgebiet vertrauten Personen verschiedene
Vorteile der Erfindung offensichtlich.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine perspektivische Darstellung eines dem Stand der Technik entsprechenden
Kraftfahrzeugscheinwerfers, die die Schleierbildung auf dem Scheinwerferreflektor
zeigt.
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2 ist
ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Beschichtung eines Kraftfahrzeugscheinwerferreflektors
und einer anschließenden
erfindungsgemäßen Behandlung
des beschichteten Reflektors mit Wasserdampfplasma zur Verminderung der
Anfälligkeit
für die
Schleierbildung.
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3 ist
eine vergrößerte Schnittdarstellung eines
Teils eines Kraftfahrzeugscheinwerfers, bei dem der Reflektor beschichtet
und anschließend
erfindungsgemäß mit Wasserdampfplasma
behandelt worden ist.
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4 ist
eine weitere vergrößerte Schnittdarstellung
wie in 3, die schematisch die Fläche der Beschichtung zeigt,
die zur Steigerung ihrer Oberflächenenergie
durch eine Wasserdampfplasmabehandlung chemisch modifiziert worden
ist.
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Ausführliche
Beschreibung der Vorzugsausgestaltungen
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Bezug
nehmend auf die Zeichnungen ist in 1 ein dem
Stand der Technik entsprechender Kraftfahrzeugscheinwerfer dargestellt.
Der Scheinwerfer 10 enthält einen Scheinwerferkörper 12,
der typischerweise aus einem Hochtemperaturplastikwerkstoff oder
einem Metall gefertigt worden ist. Der Scheinwerferkörper 12 enthält eine
Reflektorschale 14, einen Lampenschirm 21 und
eine Klebestrecke 16 zur Befestigung der Scheinwerferlinse (nicht
dargestellt) am Scheinwerferkörper.
Die Innenfläche
der Reflektorschale 14 besteht aus dem Scheinwerferreflektor 18.
Wie in der Zeichnung dargestellt, weist der Reflektor eine weiße oder
farbige, als Schleierbildung bekannte Eintrübung auf den Flächen des
Reflektors auf. Die Schleierbildung kann auf verschiedenen Flächen des
Reflektors auftreten, und das Gebiet bzw. die Gebiete der Schleierbildung
können
von unterschiedlicher Form und Größe sein. Typischerweise ist
die Schleierbildung bei der Verwendung eines Lampenschirms ein Problem.
Durch den Lampenschirm werden Gebiete des Reflektors erwärmt, wodurch
diese Gebiete anfällig
für Schleierbildung
werden. Die Schleierbildung beeinträchtigt das Aussehen des Scheinwerfers.
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Die
Erfindung stellt ein Verfahren zur Behandlung einer gewöhnlich zur
Schleierbildung neigenden Fläche
bereit, wodurch die Anfälligkeit
der Fläche
zur Schleierbildung gesenkt wird. Obwohl eine Vorzugsausgestaltung
des Verfahrens die Behandlung eines Kraftfahrzeugscheinwerferreflektors zur
Verminderung der Schleierbildung einbezieht, ist die Erfindung auf
jede Art von gewöhnlich
zur Schleierbildung neigenden Flächen,
wie z. B. Glastüren, Fenster
und Spiegel, anwendbar. Außerdem
ist die Erfindung auf jeden Typ Kraftfahrzeugscheinwerfer, wie z.
B. hauptsächlich
aus wärmebeständigem Plastikwerkstoff
oder Metall gefertigte Scheinwerfer und Scheinwerfer unterschiedlicher
Größe und Form
für verschiedene
Arten von Kraftfahrzeugen, anwendbar. Die Erfindung ist außerdem auf
jede Art eines zur Schleierbildung neigenden Scheinwerferreflektors anwendbar.
Typischerweise enthält
der Scheinwerferreflektor eine Aluminiumschicht und eine Deckschicht
aus Plasmapolymer.
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In
einer Vorzugsausgestaltung wird ein Verfahren zur Behandlung eines
hauptsächlich
aus Plastikwerkstoff gefertigten Kraftfahrzeugscheinwerfers angewendet.
Solche Scheinwerfer enthalten typischerweise einen aus einem Formteilverbund
gebildeten Scheinwerferkörper.
Formteilverbünde
sind gewöhnlich
zum Formpressen oder Spritzgießen
geeignete duroplastische Kunstharze, wobei den viskosen Massen Versteifungen,
Füllstoffe
und andere Zutaten beigemischt worden sind. Einige typische in Formteilverbünden verwendete
duroplastische Kunstharze enthalten Polyester, Phenole, Vinylester und
Epoxide. Der Scheinwerferkörper
ist gewöhnlich mit
einer Grundschicht, wie z. B. einem Harz, beschichtet. Die aufgebrachte
Grundschicht ist gewöhnlich
zwischen etwa 5 μm
und etwa 30 μm
dick.
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Der
Scheinwerferreflektor wird danach gewöhnlich in einem als Metallisierung
bekannten Prozess mit einem reflektierenden Metall beschichtet. Typischerweise
ist das reflektierende Metall Aluminium, obwohl manchmal andere
Metalle, wie z. B. Kupfer, Zink, Silber oder verschiedene Legierungen,
verwendet werden. Die aufgebrachte reflektierende Metallschicht
ist gewöhnlich
zwischen etwa 25 nm und etwa 150 nm dick. Die reflektierende Metallschicht kann
durch jedes geeignete Verfahren aufgebracht werden. Einige typische
Metallisierungsverfahren umfassen Vakuumverdampfen, Sputtern und
Plattieren, die den mit dem Fachgebiet vertrauten Personen allgemein
bekannt sind.
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Wie
zuvor dargelegt, wird gewöhnlich
eine Schutzdeckschicht auf die Metallschicht durch Plasmapolymerisation
aufgebracht. Die Plasmapolymerdeckschicht kann aus jedem geeigneten
Material, wie z. B. ausreichend verdampfbare organische Siliciumverbindungen,
Polyvinylidenchlorid oder Polyethylen/Vinyalkohol, gebildet sein.
Eine bevorzugte Plasmapolymerdeckschicht wird aus Hexamethyldisiloxan
(HMDSO) gebildet. Der Plasmapolymerisationsprozess kann mit jedem
geeigneten Apparat durchgeführt
werden. Ein geeigneter Apparat zur Durchführung sowohl der Metallisierung
als auch der Plasmapolymerisation ist eine von Stokes Vacuum Inc.,
5500 Tabor Rd., Philadelphia, PA 19120, vertriebene Vakuumverdampfungsanlage.
Eine andere geeignete Anlage zur Durchführung sowohl der Metallisierung
als auch der Plasmapolymerisation ist eine im
US-Patent 6,007,875 A offenbarte
Sputteranlage. Diese Anlagen beziehen Kammerplasmapolymerisationsprozesse
ein, d. h., die Plasmapolymerdeckschicht wird in derselben Kammer
auf das Teil abgeschieden, in der die Metallschicht auf das Teil
abgeschieden worden ist.
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In
einer erfindungsgemäßen Behandlung
zur Verminderung der Anfälligkeit
einer Fläche
zur Schleierbildung wird ein Gasplasma zur chemischen Modifizierung
und demzufolge zur Steigerung der Oberflächenenergie der Fläche angewendet.
Das Gasplasma enthält
mindestens 80 Gewichts-% Wasserdampfplasma. 2 ist ein
Flussdiagramm eines Verfahrens zur Beschichtung eines Teils, wie
z. B. eines Kraftfahrzeugscheinwerferreflektors, und einer anschließenden erfindungsgemäßen Behandlung des
beschichteten Teils mit Wasserdampfplasma. In einem ersten Schritt
des Verfahrens wird, wie zuvor beschrieben, in einem Vakuummetallisierungsprozess
eine Schicht aus Metall, wie z. B. Aluminium, auf das Teil abgeschieden.
In einem zweiten Schritt wird, wie zuvor beschrieben, in einem Kammerplasmapolymerisationsprozess
eine Plasmapolymerschicht auf die Metallschicht abgeschieden. In
einem dritten Schritt wird die Kammer evakuiert. In einem vierten Schritt
wird Wasserdampf in die Kammer eingelassen. In einem fünften Schritt
wird zwecks Abscheidung des Wasserdampfplasmas auf der Plasmapolymerschicht
das Plasma in der Kammer gezündet. Durch
das Wasserdampfplasma wird die Plasmapolymerschicht chemisch modifiziert
und dadurch ihre Oberflächenenergie
erhöht.
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3 zeigt
eine vergrößerte Schnittdarstellung
eines Teils eines Kraftfahrzeugscheinwerfers 10, bei dem
der Reflektor 12 beschichtet und anschließend, wie
zuvor be schrieben, mit Wasserdampfplasma behandelt worden ist. Der
Scheinwerfer 10 enthält
einen Scheinwerferkörper 12.
Auf den Scheinwerferkörper
ist eine Grundschicht 22 abgeschieden worden. Auf die Grundschicht
ist eine Aluminiumschicht 24 abgeschieden worden. Auf die
Aluminiumschicht ist eine plasmapolymerisierte Schicht aus HMDSO 26 abgeschieden
worden. Die Außenfläche 28 der
Plasmapolymerschicht ist zur Steigerung ihrer Oberflächenenergie
durch das Wasserdampfplasma chemisch modifiziert worden, wie schematisch
durch die aufgeraute Fläche
gezeigt (die dem Stand der Technik entsprechende Fläche ist glatt).
Wie weiter in 4 schematisch dargestellt, ist die
Außenfläche 28 der
Plasmapolymerschicht zur Steigerung ihrer Oberflächenenergie durch Zufuhr von
Hydroxyl(-OH)- und Carbonyl(=C=O)-Funktionsgruppen chemisch modifiziert
worden.
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Wie
zuvor dargelegt, enthält
das Gasplasma zur chemischen Modifizierung der Fläche mindestens
80 Gewichts-% Wasserdampfplasma. Vorzugsweise enthält das Gasplasma
mindestens 90 Gewichts-% Wasserdampfplasma, und noch günstiger besteht
es größtenteils
aus Wasserdampfplasma. Es ist entdeckt worden, dass das Aufbringen
von Wasserdampfplasma auf eine Fläche, wie z. B. eines Plasmapolymers,
ein sehr wirksames Verfahren zur chemischen Modifizierung der Fläche zwecks
Steigerung ihrer Oberflächenenergie
ist. Außerdem
wurde entdeckt, dass die Steigerung der Oberflächenenergie unter Verwendung
von Wasserdampfplasma ein sehr wirksames Verfahren zur Herabsetzung
oder Beseitigung der Anfälligkeit
der Fläche
zur Schleierbildung ist. Ohne dass eine Einschränkung durch eine Theorie beabsichtigt
ist, wird angenommen, dass die Steigerung der Oberflächenenergie
einer Fläche
das Kondensieren des Dampfes auf der Fläche nicht verhindert, dem kondensierten
Dampf jedoch ermöglicht,
sich in größeren Tropfen
oder in zusammenhängenden
Filmen auszubreiten, die anschließend das Licht nicht streuen
und deshalb nicht sichtbar werden.
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Im
Gegensatz zur Verwendung von aus Methanol und anderen wie z. B.
im Patent von Leybold Systems offenbarten Kohlenwasserstoffen gebildeten
Gasplasmen verursacht die Verwendung von Wasserdampfplasma kein
unerwünschtes Ätzen der Plasmapolymerschicht
oder die Verminderung der Korrosionsfestigkeit des Reflektors. Vorzugsweise enthält das Gasplasma
größtenteils
kein Kohlenwasserstoffgas. Typischerweise verursacht die Anwendung
des Gasplasmas der Erfindung im Wesentlichen kein Ätzen der
Plasmapolymerfläche.
Außerdem
sind gewöhnlich
die Prozessbedingungen der Behandlung für die Fläche hinreichend unschädlich, so
dass eine 50 nm dicke Aluminiumtestfläche, die 17 nm dick mit plasmapolymersiertem
Hexamethyldisiloxan beschichtet worden ist, nach der Behandlung und
nach viertägigem
Tauchen in Wasser bei 32°C keine
sichtbaren Zeichen von Korrosion oder Qualitätsminderung zeigt. Außerdem ist
im Gegensatz zur Verwendung von Siliciumo xid zwecks Änderung
der Oberflächenenergie
die Verwendung von Wasserdampfplasma billig und sauber, und sie
erzeugt keine unerwünschten
Dämpfe.
Ein Verfahren, das Wasserdampfplasma verwendet, ist sicher, schnell
und leicht einzuführen.
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Vorzugsweise
steigert die Anwendung von Gasplasma zur chemischen Modifizierung
der Fläche die
Oberflächenenergie
um mindestens etwa 10 dyn/cm (10 mN/m), und besser auf mindestens
etwa 20 dyn/cm (20 mN/m). Typischerweise beträgt die erhöhte Oberflächenenergie mindestens etwa
38 dyn/cm (38 mN/m), und oft beträgt sie mindestens etwa 50 dyn/cm
(50 mN/m). Wie in der Industrie allgemein bekannt, wird die Oberflächenenergie
mit Accudyne-Tintenstiften gemessen.
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Die
Fläche
kann zwecks Steigerung der Oberflächenenergie auf jede mögliche Weise
chemisch modifiziert sein. Die zwecks. Steigerung der Oberflächenenergie
angewendete chemische Modifizierung hängt im Allgemeinen von der
Art der Fläche ab.
In einer Vorzugsausgestaltung, wobei die Fläche ein Plasmapolymer, wie
z. B. HMDSO, ist, wird die Fläche
durch Zuführen
einer aus -OH-Gruppen, =C=O-Gruppen und deren Kombinationen bestehenden
Gruppe ausgewählten
funktionellen Gruppen chemisch modifiziert. Einige nicht einschränkende Beispiele
anderer Wege zur chemischen Modifizierung einer Fläche umfassen
Nitrierung, Silizierung oder Titanisierung.
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Das
Gasplasma kann in jedem geeigneten Verfahren auf der Fläche angewendet
werden. Verfahren zur Bildung von Gasplasmen sind im Fachgebiet
allgemein bekannt. Das
US-Patent
6,106,653 A beschreibt ein Verfahren zur Bildung von Wasserdampfplasma.
Die Einleitung einer Entladung in einer Wasserdampf enthaltenden
Kammer regt die Wassermoleküle
zur Bildung eines Wasserdampfplasmas an, das eine Mischung aus positiv
und negativ geladenen Wassermolekülen ist. Das Wasserdampfplasma
reagiert mit der zwecks chemischer Modifizierung zu behandelnden
Fläche.
Vorzugsweise wird die Anwendung des Gasplasmas in Abhängigkeit
von den Kammerabmessungen bei einem Druck zwischen etwa 2 mTorr
(0,27 Pa) und etwa 40 mTorr (5,3 Pa), einer Anregungsleistung zwischen
etwa 10 W und etwa 2000 W und für
eine Dauer zwischen etwa 10 s und etwa 200 s durchgeführt.
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Das
Gasplasma kann in jedem geeigneten Apparat auf der Fläche angewendet
werden. Vorzugsweise ist die zu behandelnde Fläche auf ein Substrat in einer
Kammer in einem Plasmapolymerisationsprozess abgeschieden worden,
und das mindestens 80 Gewichts-% Wasserdampfplasma enthaltende Gasplasma
wird in derselben Kammer auf die Fläche angewendet. Das zuvor beschriebene
Patent von Leybold Systems offenbart eine Vorzugsanlage zur Plasmapolymerisation
und zur Gasplasmabehandlung einer Fläche in derselben Kammer. Eine andere
Art einer zur Anwendung des Gasplasmas geeigneten Anlage enthält einen
modi fizierten Stokes-Metallisierer. Die Modifizierung betrifft das Hinzufügen eines
Verdampfers für
Wasser, eine beheizte zweite Gaszufuhrleitung, ein Dreiwegeventil und
einen Durchflussregler für
kondensierbaren Dampf und Ergänzungen
der Prozessführungs-Software.
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In
einer anderen Ausgestaltung bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren
zur Steigerung der Haftung zwischen einem Material und einer Fläche. In
dem Verfahren wird ein Gasplasma zur chemischen Modifizierung und
demzufolge zur Steigerung der Oberflächenenergie der Fläche angewendet.
Das Gasplasma enthält
mindestens 80 Gewichts-% Wasserdampfplasma. Die erhöhte Oberflächenenergie verursacht
verbesserte Haftungseigenschaften, bezogen auf das Material. Das
Material und die Fläche werden
zum Haften des Materials auf der Fläche zueinander in Kontakt gebracht.
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Das
Verfahren kann zur Verbesserung der Haftung zwischen vielen verschiedenen
Arten von Materialien und vielen verschiedenen Flächen angewendet
werden. Einige nicht einschränkende
Beispiele umfassen Polyolefine und Silikone mit niedriger Oberflächenenergie,
gepaart mit Urethanen und Epoxiden. In einer Vorzugsausgestaltung
wird das Gasplasma auf eine Klebestrecke eines Kraftfahrzeugscheinwerfers
(wie z. B. die in 1 gezeigte Klebestrecke 16)
zur Verbesserung der Haftung eines Klebers auf der Klebestrecke
zwecks Verbindung einer Linse mit dem Scheinwerferkörper angewendet.
Wie zuvor dargelegt, wird in einem typischen Fertigungsprozess eines
Kraftfahrzeugscheinwerfers zuerst der Scheinwerferreflektor mit
einer Grundschicht und anschließend
mit einem reflektierenden Metall, wie z. B. Aluminium, beschichtet,
und danach wird eine Schutzschicht durch Plasmapolymerisation aufgebracht.
Die Linse des Scheinwerfers wird anschließend mit dem Scheinwerferkörper verklebt.
Ein Problem bei der Anwendung der Plasmapolymerdeckschicht besteht
darin, dass der Klebstoff zum Befestigen der Linse auf dem Scheinwerferkörper oft auf
der Deckschicht nicht gut haftet. Zur Vermeidung dieses Problems
wird die Klebestrecke auf dem Scheinwerferkörper zwecks Vermeidung der
Beschichtung der Klebestrecke abgedeckt, was den Fertigungsprozess
verteuert. Das Verfahren der Erfindung vermeidet die Notwendigkeit
des Abdeckens der Klebestrecke durch Steigerung der Oberflächenenergie
der Deckschicht, so dass der Kleber zum Befestigen der Linse am
Scheinwerferkörper
besser haftet. Einige typische Beispiele von Klebern zum Befestigen
einer Scheinwerferlinse enthalten Zweikomponenten-Urethane und Heißschmelzolefine.
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Das
Verfahren verbessert die Haftung zwischen der Fläche und dem Material wesentlich.
Unter Verwendung der oben beschriebenen Klebestrecke am Scheinwerfer
als Beispiel ist die Fläche
(die Plasmapolymerdeckschicht) eine Außenfläche, die auf einer Innenfläche (die
Metallschicht) abgeschieden worden ist. Das Material (der Kleber)
besitzt eine Grundhaftungsstärke
auf der Metallfläche,
der Kleber besitzt jedoch eine Haftungsstärke zur Plasmapolymerdeckschicht,
die nicht größer als
etwa 70% der Grundhaftungsstärke
vor Anwendung des Gasplasmas ist. Nach der Anwendung des Gasplasmas
besitzt der Kleber jedoch eine Haftungsstärke zur Plasmapolymerdeckschicht
von vorzugsweise mindestens etwa 80% der Grundhaftungsstärke und
mit noch höherem
Vorzug mindestens etwa 90%.
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In
einer anderen Vorzugsausgestaltung ist das Material ein geformtes
Material, und das Material wird in einem Einformungsmontageverfahren
dazu gebracht, in Kontakt mit der Fläche zu treten. In einer speziellen
Ausgestaltung wird das Gasplasma auf mindestens der Randfläche eines
Scheinwerferkörpers
zwecks Verbesserung der Haftung der Randfläche auf einem Formplastikwerkstoffteil
aufgebracht, das die Linse des Scheinwerfers in einem Einformungsmontageverfahren
(nicht dargestellt) bildet. Wie zuvor dargelegt, wird in einem typischen
Einformungsmontageverfahren zur Fertigung von Plastikwerkstoffscheinwerfern
der Rand des Scheinwerferkörpers
mit einem reflektierenden Metall beschichtet. Der eingespritzte
Plastikwerkstoff der Linse haftet gut auf der Metallschicht, würde aber
nicht gut auf einer Plasmapolymerdeckschicht haften, wie sie gewöhnlich in
anderen Fertigungsprozessen auf der Metallschicht aufgebracht wird.
Daraus folgt, dass das Einformungsmontageverfahren allgemein nicht
die Aufbringung einer Plasmapolymerdeckschicht auf einer Metallschicht
ermöglicht.
Das erfindungsgemäße Verfahren
ermöglicht
das Aufbringung einer Plasmapolymerdeckschicht auf einer Metallschicht
in einem Einformungsmontageverfahren durch Verbesserung der Haftung
der Deckschicht, so dass sie gut auf dem Plastikwerkstoff der Linse
haftet.
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Beispiel 1
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Ein
runder 7''(17,8 cm)-Scheinwerferkörper wurde
aus einem Formteilverbund (BMC) gebildet und mit einer Grundschicht
beschichtet, und der Reflektor wurde mit einer Aluminiumschicht
und anschließend
durch Plasmapolymerisation mit einer Deckschicht aus Hexamethyldisiloxan
(HMDSO) beschichtet. Der Reflektor besaß eine Oberflächenenergie
von etwa 34 dyn/cm (34 mN/m). In einem Sputterabscheidungsbeschichter
wurde der Reflektor für die
Dauer von einer Minute einem Wasserdampfplasma bei einem Druck von
50 mTorr (6,7 Pa), einer Leistung von 10 W und 13,56 MHz ausgesetzt,
was zu einer Steigerung der Oberflächenenergie auf etwa 50 dyn/cm
(50 mN/m) führte.
Dieser Reflektor wurde 90 Stunden einer Fernlichtbeleuchtung bei
13,8 V ausgesetzt, ohne dass eine wesentliche Schleierbildung auftrat.
Der Scheinwerferkörper
wurde anschließend
mit der Linse verklebt und über
200 Stunden beleuchtet, wobei nur eine minimale Schleierbildung
eintrat.
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Beispiel 2
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Ein
runder 7''(17,8 cm)-Scheinwerferkörper wurde
aus einem BMC gebildet und mit einer Grundschicht, der Reflektor
mit einer Aluminiumschicht und anschließend durch Plasmapolymerisation
mit einer Deckschicht aus HMDSO beschichtet. Der Reflektor besaß eine Oberflächenenergie
von weniger als 30 dyn/cm (30 mN/m). In einem Sputterabscheidungsbeschichter
wurde der Reflektor für
die Dauer von einer Minute einem Wasserdampfplasma bei einem Druck
von 35 mTorr (4,7 Pa), einer Leistung von 7 W und 13,56 MHz ausgesetzt,
was zu einer Steigerung der Oberflächenenergie auf etwa 58 dyn/cm
(58 mN/m) führte.
Dieser Reflektor wurde 90 Stunden einer Fernlichtbeleuchtung bei
12,8 V ausgesetzt, ohne dass eine wesentliche Schleierbildung auftrat. Der
Scheinwerferkörper
wurde anschließend
mit der Linse verklebt und wieder über 200 Stunden beleuchtet,
wobei nur minimale Schleierbildung eintrat.
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Beispiel 3
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Ein
runder 7''(17,8 cm)-Scheinwerferkörper wurde
aus einem BMC gebildet und mit einer Grundschicht beschichtet. In
einem Stokes-Vakuumverdampfungsmetallisierer wurde der Reflektor
des Scheinwerfers mit Aluminium metallisiert und anschließend in
derselben Kammer wie die Metallisierung durch Plasmapolymerisation
mit einer Deckschicht aus HMDSO beschichtet. Der Reflektor besaß eine Oberflächenenergie
von weniger als 30 dyn/cm (30 mN/m). Als der Reflektor einer Beleuchtung
bei 12,8 V ausgesetzt wurde, hatte sich nach 20 Minuten ein starker
Schleier auf dem Reflektor gebildet.
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Beispiel 4
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Ein
runder 7''(17,8 cm)-Scheinwerferkörper wurde
aus einem BMC gebildet und mit einer Grundschicht beschichtet. In
einem Stokes-Vakuumverdampfungsmetallisierer wurde der Reflektor
des Scheinwerfers mit Aluminium metallisiert und anschließend in
einer Kammer durch Plasmapolymerisation mit einer Deckschicht aus
HMDSO beschichtet. In derselben Kammer wurde der Reflektor für die Dauer
von einer Minute einem Wasserdampfplasma bei einem Druck von 8 mTorr
(1,1 Pa), einer Leistung von 500 W und 20 kHz Wechselstromleistung
(1900 V, 0,3 A) ausgesetzt. Das führte zu einer Steigerung der
Oberflächenenergie
des Reflektors auf etwas mehr als 44 dyn/cm (44 mN/m). Als der Scheinwerfer einer
Fernlichtbeleuchtung bei 13,8 V ausgesetzt wurde, war nach 24 Stunden
keine wesentliche Eintrübung
auf dem Reflektor vorhanden, obwohl zu einem früheren Zeitpunkt die Spur einer
Eintrübung
zu sehen war, die anschließend
verschwand.
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Beispiel 5
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Ein
runder 7''(17,8 cm)-Scheinwerferkörper wurde
aus einem BMC gebildet und mit einer Grundschicht beschichtet. In
einem Stokes-Vakuumverdampfungsmetallisierer wurde der Reflektor
des Scheinwerfers mit Aluminium metallisiert und anschließend in
einer Kammer durch Plasmapolymerisation mit einer Deckschicht aus
HMDSO beschichtet. In derselben Kammer wurde der Reflektor dann für die Dauer
von einer Minute mit Wasserdampf bei einem Druck von 20 mTorr (2,7
Pa), einer Leistung von 550 W und 20 kHz Wechselstromleistung plasmabehandelt,
wodurch eine Fläche
mit einer Oberflächenenergie
von 44 dyn/cm (44 mN/m) erzeugt wurde. Dieser Scheinwerfer zeigte
bei einer Fernlichtbeleuchtung bei 13,8 V nach 100 Stunden keine
wesentliche Schleierbildung auf dem Reflektor.
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Beispiel 6
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Ein
runder 7''(17,8 cm)-Scheinwerferkörper wurde
aus einem BMC gebildet und mit einer Grundschicht beschichtet. In
einem Stokes-Vakuumverdampfungsmetallisierer wurde der Scheinwerferkörper mit
Aluminium metallisiert und anschließend in einer Kammer durch
Plasmapolymerisation mit einer Deckschicht aus HMDSO beschichtet.
In derselben Kammer wurde der Scheinwerferkörper für die Dauer von einer Minute
einem Wasserdampfplasma bei einem Druck von 6 mTorr (0,8 Pa), einer
Leistung von 550 W Wechselstromleistung ausgesetzt. Die Endoberflächenenergie
war etwa 37 dyn/cm (37 mN/m). Dieser Scheinwerferkörper wurde
19 Stunden ununterbrochen mit Fernlicht bei 13,8 V beleuchtet, wobei eine
schwache, helle, jedoch nicht akzeptable Eintrübung eintrat.
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Beispiel 7
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Zum
Bestimmen der Wirkung von der Wasserdampfplasmabehandlung auf die
Haftung von Scheinwerferreflektorflächen wurde ein Test durchgeführt. In
einem Sputterabscheidungsbeschichter wurden 100 mit einer Grundschicht
beschichtete flache BMC-Tafeln in der Größe 1'' × 4'' (2,54 cm × 10,2 cm) mit Aluminium beschichtet
und anschließend, wie
es für
Scheinwerferreflektoren typisch ist, mit HMDSO beschichtet. Es wurde
eine für
metallisierte Al/HMDSO-Kraftfahrzeugreflektoren typische Oberflächenenergie
von weniger als 30 dyn/cm (30 mN/m) festgestellt. In demselben Beschichter
wurden 75 mit einer Grundschicht beschichtete BMC-Tafeln mit Aluminium
und HMDSO beschichtet, und anschließend für die Dauer von einer Minute
mit Wasserdampf bei einem Druck von 6 mTorr bis 8 mTorr (0,8 Pa
bis 1,1 Pa), einer Leistung von 75 W und 13,56 MHz HF-Leistung plasmabehandelt.
Das führte
zu einer Oberflächenenergie
von mehr als 58 dyn/cm (58 mN/m).
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Alle
Tafeln wurden anschließend
mit flachen Tafeln aus dem transparentem Scheinwerferlinsenmaterial
Polycarbonat unter Verwendung eines für Kraftfahrzeuge üblichen
Zweikomponenten-Urethanklebers verklebt. Nach einer 7-tägigen Trocknung
bei Raumtemperatur wurden die Tafeln mit Standardverfahren auf Zug
getestet. Es wurde festgestellt, dass bei den standardmäßig beschichteten
Al/HMDSO-Tafeln die Haftung an der Kleber/HMDSO-Trennstelle durch
zu schwache Haftung des Klebers infolge der niedrigen Oberflächenenergie
des HMDSO versagte. Es wurde außerdem
festgestellt, dass keine der mit Wasserdampfplasma behandelten Tafeln
an der Trennstelle fehlerhaft war, sondern zusammenhielten, bis
schließlich
bei einer viel höheren
Zugbelastung die Grundfläche/BMC-Trennstelle nachgab. Das
zeigt, dass die mit Wasserdampfplasma behandelte HMDSO-Fläche gut
an der Klebeverbindungsstelle haftete.
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In Übereinstimmung
mit den Bestimmungen der Patentbestimmungen sind das Prinzip und
die Arbeitsweise der Erfindung in ihren Vorzugsausgestaltungen erklärt und bildlich
dargestellt worden. Es gilt jedoch als einbegriffen, dass die Erfindung
auf andere Weise als auf die speziell erklärte und bildlich dargestellte
Weise praktisch umgesetzt werden kann, ohne dass von ihrem Gehalt
und Geltungsbereich abgewichen wird.