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Verfahren zum Herstellen von mit metallisiertem Belag versehenen Kunststoffteilen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von mit metallisiertem Belag
versehenen Kunststoffteilen, insbesondere zur Herstellung von der Energiefortleitung,
-kopplung und -übertragung dienenden Bauelementen der Hochfrequenztechnik, wie beispielsweise
Hohlleitern und Reflektoren für sehr kurze elektromagnetische Wellen.
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Die üblichen, der Energiefortleitung, -kopplung und -übertragung
dienenden Bauelemente der Mikrowellentechnik wie Hohlleiter, Richtkoppler und Antennensysteme
werden aus Metall, insbesondere galvanisch nachbehandeltem Messing, gefertigt. Wegen
der unumgänglich recht hohen Anforderungen an die Maßtoleranzen dieser Bauelemente
ergibt sich insbesondere dann, wenn bei ihrer Dimensionierung von Normmaßen abgewichen
werden muß, bei der Herstellung ein recht erheblicher wirtschaftlicher Aufwand.
Diese Nachteile treten besonders bei der relativ schwierig durchzuführenden mechanischen
Nachbearbeitung der inneren Wandungen von Hohlleitern, Richtkopplern und Krümmern
auf. Auch stört in den meisten Fällen sehr stark das hohe Gewicht dieser Bauelemente,
insbesondere bei ihrer Verwendung in mobilen Stationen oder in periodisch geschwenkten
Radarantennensystemen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von mit
metallischem Belag versehenen Kunststoffteilen, insbesondere von der Energiefortleitung,
-kopplung undloder -übertragung dienenden Bauelementen der Mikrowellentechnik, anzugeben,
wobei die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugten Bauteile den üblichen metallischen
Bauteilen in ihren elektrischen Eigenschaften zumindest nicht nachstehen, deren
erwähnte Nachteile jedoch vermeiden sollen.
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Als Radarreflektoren sind metallisierte Kunststoffgewebe bekannt,
die im Vergleich zu metallischen Reflektoren ein wesentlich geringeres Gewicht aufweisen.
Die Erfindung geht gleichfalls von der Verwendung von Kunststoffen aus, die mit
einem Metallbelag versehen sind.
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Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe wird ein Verfahren vorgeschlagen,
welches durch die Kombination folgender Verfahrensschritte gekennzeichnet ist: a)
Herstellen eines Negativs des anzufertigenden Kunststoffteiles, wobei die Oberflächengüte
der vorgegebenen Güte des metallischen Belages des Kunststoffteiles entspricht;
b) Beschichten des Negativs mit Metall in gewünschter Stärke; c) Einsetzen des Negativs
in eine Gießform;
d) Ausgießen der Gießform mit gefülltem oder ungefülltem, härtbarem
Kunststoff aus einem Vergußkessel; e) Aushärten des Kunststoffes; f) Entformen nach
erfolgter Aushärtung des Kunststoffes.
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Einzelne Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens sind zwar bekannt,
jedoch liegt die Erfindung in der kombinierten Anwendung der einzelnen Verfahrensschritte
a) bis f), wodurch erst in überraschender Weise die der Erfindung zugrunde liegende
Aufgabe zur Herstellung von mit Metallschichtbelag versehenen Kunststoffteilen mit
für die Praxis ausreichender Genauigkeit mit einem Erfolg lösbar ist, der über die
Gesamtsummenwirkung der einzelnen Merkmale hinausgeht, indem im Sinne einer fein
tolerierten Metallbeschichtung eines Kunststoffteils zunächst ein leicht zu bearbeitendes
Negativ des anzufertigenden Kunststoffteiles mit dem Metall in gewünschter Stärke
beschichtet und diese Schicht dann durch einen Gießvorgang auf das eigentliche Kunststoffteil
gemäß der vorstehenden Lehre übertragen wird.
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Das Aufspritzen eines metallischen Überzuges auf Gießformen zum Gießen
von Formstücken in verwickelter Form aus Kunstharzen, für die Metallformen nicht
in Frage kommen, ist zwar an sich bekannt. Das Metallisieren dieser Gießformen erfolgt
hierbei deswegen, da für derartige Formen geeignete Kunstharze an formbaren Stoffen
gewöhnlich kleben.
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Dieses Kleben wird dann durch die Beschichtung der Gießform mit dem
metallischen Überzug oder auch mit einem anderen Stoff, der das Kleben des Harzkörpers
verhindert, vermieden. Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird jedoch der metallische
Belag auf das herzustellende Kunststoffteil nicht aufgespritzt, sondern es wird
lediglich das Negativ des herzustellenden Kunststoffteiles mit Metall in gewünschter
Stärke beschichtet, was beispielsweise allerdings nach einem Spritzverfahren erfolgen
kann.
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Erst durch das Ausgießen der Gießform, in der sich dieses Negativ
befindet, mit gefülltem oder ungefülltem Kunststoff und das Aushärten des Kunststoffs
geht bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dann dieser metallische
Belag auf das herzustellende Kunststoffteil über, wodurch sich eine gänzlich anders
geartete Aufbringung des metallischen Belages beim erfindungsgemäßen Verfahren gegenüber
dem bekannten ergibt.
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Außerdem tritt dieser wesentliche Unterschied der erfindungsgemäßen
Lehre zu derjenigen gemäß einer Druckschrift auf, welche einen insbesondere für
das Kokillen-Gießverfahren geeigneten Gießkern aus einem schmelzbaren Werkstoff
mit niedrigerem Schmelzpunkt betrifft als das Gießgut selbst aufweist, so daß der
Kern wegschmilzt, sobald das Gießstück in den Zustand ausreichender Formbeständigkeit
übergegangen ist. Hierbei erfolgt gegebenenfalls eine Beschichtung der Kerne mit
einem Überzug aus einem mehr oder weniger wärmewiderstandsfähigen Material, um eine
Anpassung an verschiedene Gießtemperaturen herbeizuführen.
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Metallbeschichtungsverfahren beispielsweise nach dem Aufdampfprinzip
sind selbstverständlich weiterhin in verschiedenen Varianten bekannt, jedoch selbst
nicht Gegenstand der Erfindung.
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Zur näheren Erläuterung der Erfindung sei sie nachfolgend an Hand
der Fig.1 bis 3 näher beschrieben. Es zeigt F i g. 1 ein bei der Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens verwendetes Negativ des anzufertigenden Kunststoffteiles
in Seiten- und Draufsicht, Fig.2 eine Gießform mit Abschlußdeckeln zur Durchführung
eines Verfahrensschrittes nach der Erfindung in Seiten- und Draufsicht und F i g.
3 eine Form zum Ausgießen eines Hohlleiters mit Flansch nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren im Schnitt.
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Zum Herstellen eines Hohlleiters für elektromagnetische Wellen nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren wird gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig.1 zunächst
ein Negativ 1 des anzufertigenden Kunststoffteiles angefertigt, wobei dieAußenabmessungen
des Negativs den Innenabmessungen des gewünschten Hohlleiters entsprechen und auch
die Oberflächengüte des Negativs der gewünschten Genauigkeit des Hohlleiters angepaßt
wird. Wie aus der im unteren Teil der F i g. 1 gezeigten Draufsicht ersichtlich,
handelt es sich hierbei um einen Hohlleiter mit rechteckförmigem Querschnitt. Das
Negativ kann bei diesem Ausführungsbeispiel, welches
gerade Kanten ohne Abzweigungen
oder Arme aufweist, sowohl aus Metall als auch aus thermoplastischem Kunststoff
oder Wachs hergestellt werden. Die Herstellung aus Metall hat den besonderen Vorteil,
daß das Negativ als unverlorener Kern benutzt werden kann und die Herstellung fast
beliebig vieler Kunststoffhohlleiter unter Verwendung dieses Negativs möglich ist.
Ein Teil der an sich bekannten thermoplastischen Kunststoffe oder Wachse kann auf
Grund seiner mechanischen Eigenschaften selbstverständlich gleichfalls als unverlorener
Kern verwendet werden, ist aber insbesondere dann vorteilhaft zur Verwendung geeignet,
wenn gekrümmte Hohlleiter oder solche mit Abzweigungen, beispielsweise maische T,
hergestellt werden sollen. In der Praxis haben sich als Metallnegative solche aus
rostfreiem, chrom-nickel-haltigem Stahl (beispielsweise X12CrNiS 188, vgl. Handbuch
»Stahlschlüssel«, herausgegeben vom Verein der Deutschen Eisenhüttenleute) oder
auch Al-Mg-Legierungen besonders bewährt. Für die Herstellung von Kernen aus thermoplastischem
Kunststoff oder Wachs eignen sich besonders solche mit hohem Schmelzpunkt, die mit
Füllstoffen, insbesondere anorganischen Füllstoffen, wie beispielsweise feinem Quarzmehl,
gestreckt werden. Thermoplastische Kunststoffe können bei der Herstellung des Negativs
gegebenenfalls auch ausgeschäumt werden. Hierbei ist Voraussetzung, daß der Außenmantel
des Negativs nach dem Ausschäumen eine glatte und porenfreie Schicht aufweist.
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Nach sorgfältiger Oberflächenbehandlung mit abschließendem Hochglanzpolieren,
die bei geeigneten ausgeschäumten thermoplastischen Kunststoffen jedoch gegebenenfalls
entfallen kann, wird das Negativ mit einer dünnen Metallschicht beschichtet. Diese
Beschichtung kann in an sich bekannter Weise, beispielsweise entweder nach dem Elektroplattierungsverfahren,
durch Bedampfung im Hochvakuum, nach dem Metallspritzverfahren oder nach stromlosen
Metallisierungsverfahren, erfolgen.
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Bei der Herstellung von Hohlleitern für elektromagnetische Wellen
genügt im allgemeinen eine Schichtstärke von größenordnungsmäßig 1 bis 5fit.
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Gegebenenfalls können auch verschiedene Metallschichten, beispielsweise
Gold, Silber und Kupfer, übereinander auf das Negativ aufgebracht werden, wobei
die Gesamtstärke im allgemeinen jedoch etwa 10 Ft nicht überschreiten wird.
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Das metallisierte Negativ 1 nach F i g. 1 wird nunmehr an seinen
Stutzen 2 gemäß F i g. 2 in die Öffnungen 3 der Abschlußdeckel 4 und 5 gebracht,
die die beidseitigen Enden der Gießform 6 abschließen.
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Das Negativl ist in Fig.2 gestrichelt angedeutet.
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Im Abschlußdeckel 4 befinden sich Eingußöffnungen 7 für den härtbaren
Kunststoff, mit dem nunmehr der Zwischenraum zwischen dem Negativ 1 und den Wandungen
der Gießform 6 ausgegossen wird. Dieses Ausgießen kann mit gefülltem oder ungefülltem
Kunststoff erfolgen, beispielsweise mit kalthärtendem Epoxyharz, welches Füllstoffe,
beispielsweise Metallpulver, Quarzmehl oder Kaolin, mit oder ohne Einfärbung enthält.
Falls die Herstellung flexibler Kunststoffteile gewünscht wird, können dem Epoxyharz
Flexibilisatoren, die beim Aushärten mit vernetzt werden, zugesetzt werden.
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Das Ausgießen der Gießform kann sowohl mit Druckunterschied zwischen
Gießform und Vergußkessel als auch ohne Druckunterschied erfolgen, d. h.
entweder
nach dem Spritzgießverfahren, wobei im Vergußkessel ein Überdruck besteht, oder
durch vorheriges Evakuieren der Gießform, so daß die Vergußmasse in die Gießform
eingesogen wird.
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Der Gießling wird nunmehr gehärtet und entformt. Die Entfernung des
Negativs aus dem Gießling erfolgt entweder durch mechanische oder chemische Extraktion
oder aber auch durch Ausschmelzen. Im Falle des Ausschmelzens darf die Wärmestandfestigkeit
des ausgehärteten Kunststoffes nicht beeinflußt werden, so daß dann für das Negativ
ein geeignetes Metall bzw. ein geeigneter thermoplastischer Kunststoff oder Wachs
verwendet werden muß, dessen Schmelzpunkt tief genug liegt.
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Bei chemischer Extraktion des Negativs muß selbstverständlich darauf
geachtet werden, daß die Metallschicht durch das Lösungsmittel nicht angegriffen
wird.
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Unverlorene Kerne können nach erneuter Reinigung und nur sehr selten
nach weiterer erforderlicher Oberflächennachbehandlung sofort wieder neu metallisiert
werden.
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Fig. 3 zeigt als Schnittzeichnung eine weitere Gießform 8, in die
wiederum das Negativ 1 nach F i g. 1 eingesetzt wird. Zur Herstellung eines Kunststoffhohlleiters
mit Flanschkopplungen sind hierbei auf die Stutzen 2 nach F i g. 1 Formteile 9 aufgesetzt,
die analog zum Negativ 1 behandelt sind. Durch die Eingußöffnungen 10 wird wiederum
das Kunstharz eingegossen und analog zu dem an Hand der F i g. 2 beschriebenen Verfahren
gehärtet und entformt. Die endgültigen äußeren Abmessungen des Kunststoffteiles
können nunmehr durch mechanische Nachbehandlung, beispielsweise durch Fräsen oder
Drehen, gewonnen werden. Um diese mechanische Nachbehandlung zu ersparen, empfiehlt
es sich jedoch in vielen Fällen, eine zweiteilige Gießform 8 zu verwenden, in der
die Hohlräume 11 durch entsprechende Ausbildung der Gießform ausgespart sind.
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Die Erfindung ist an Hand der Ausführungsbeispiele gemäß der Fig.
1 bis 3 nur an Hand von Hohlleitern beschrieben. Selbstverständlich können mit gleichem
Vorteil auch andere Bauelemente der Mikrowellentechnik nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren hergestellt werden, insbesondere Antennenelemente und Reflektoren. Auch
in der chemischen Apparatebautechnik sind viele vorteilhafte Anwendungsmöglichkeiten
von nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten metallisierten Kunststoffteilen
gegeben, beispielsweise bei der Erstellung von Leitungen oder Behältern, welche
eine Edelmetallinnenfläche aufweisen müssen, die jedoch aus chemischen Gründen nicht
stark zu sein braucht, so daß bei der Verwendung der vorgeschlagenen Kunststoffteile
erhebliche wirtschaftliche Einsparungen entstehen. Gleichzeitig wird hierbei die
Bildung von Lokalelementen infolge der elektrochemischen Potentialdifferenz vermieden,
welche unweigerlich auftritt, wenn mit Edelmetall galvanisierte Grundmetalle verwendet
werden.