DE19626364A1 - Oberflächenspiegeleinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Oberflächenspiegeleinrichtung mit einer planen, ein­ seitig verspiegelten Platte.

In zunehmenden Maße besteht die Notwendigkeit, großflächige Spiegel hoher Reflektion im sichtbaren Bereich für Bildprojektionszwecke einzusetzen. Ein Beispiel hierfür ist die Bildprojektion für Fernseh-(TV-) Zwecke, insbesondere im Hinblick auf die neuen großformatigen Projektionen (sogenanntes HDTV-Fern­ sehen). Hierfür werden Trapezspiegel benötigt, bei denen eine Spiegelfläche von über einem Quadratmeter keine Seltenheit ist.

An sich wären hierfür preisgünstige und leistungsfähige Lösungen verspiegelte Floatglasscheiben der notwendigen Größe, verspiegelt mit Aluminium und ent­ sprechenden Schutzschichten. Hierbei sind Reflektionen von 94% im sicht­ baren Spektralbereich Standard und höhere Reflektionen auch für Substratgrö­ ßen über einem Quadratmeter möglich.

Allerdings sind hierbei Verformungen der optisch wirksamen Fläche uner­ wünscht, da sie natürlich zu Bildstörungen führen. Entsprechend werden zur Erzielung der notwendigen Stabilität bei den genannten Spiegelflächen von mehr als einem Quadratmeter Floatglasdicken von über 6 mm eingesetzt. Das führt zu einem erheblichen Gewicht dieser optischen Komponenten im Ge­ samtsystem in einer Größenordnung von 20 kg oder mehr. Während dieses bei Spezial- oder Einzelgeräten hingenommen wird, ist es bei optischen Geräten, insbesondere für Projektionen in TV-Geräten des Konsumbereiches, ein unbe­ friedigender Zustand, da auf diese Weise das Gewicht des Gesamtsystems sehr weit hochgetrieben und Handhabbarkeit des Gerätes sehr vermindert wird.

Vorschläge für extrem leichte Folienspiegel haben jedoch mehr noch als bei­ spielsweise dünneres Floatglas den Nachteil, daß unvermeidbare Schwingun­ gen sich sehr negativ auf das erzeugte, entsprechend unscharfe und verzerrte bzw. instabile Bild bemerkbar machen. Außerdem stellt bei solchen Folienspie­ geln dann auch eine kostengünstige Beschichtung ein Problem dar.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Möglichkeit vorzuschlagen, die derar­ tige optische Geräte, insbesondere für den Konsumbereich, leichter transpor­ tierbar macht.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Oberflächenspiegeleinrichtung mit einer planen, einseitig verspiegelten Platte, bei der auf der der verspiegelten Seite abgewandten Rückseite der Glasplatte ein relativ zu Glas leichter Träger mit zumindest vergleichbarer Stabilität angeordnet ist.

Wie sich herausgestellt hat, kann an sich durch die Nutzung von dünneren Floatgläsern als Spiegelträgermaterial eine Gewichtsreduktion der Oberflächen­ spiegeleinrichtungen erzielt werden. Dabei treten jedoch zwei Probleme auf:

Die dann relativ dünnen Spiegel biegen sich extrem durch, wobei ja schon rela­ tiv geringfügige Verbiegungen zu starken Bildverzerrungen führen können. Die Planität von zum Beispiel Normalfloatglas nimmt mit der Dicke generell zu.

Außerdem neigen dünne Spiegel zu Schwingungseinkopplungen beliebiger Schwingungen aus der Umgebung, die das reflektierte Bild verzeichnen und darüber hinaus auch noch aufgrund von Resonanz zu Bruch der Glasplatte füh­ ren können.

Beide Probleme können jedoch mit dem neuen Vorschlag gelöst werden: Wird auf der Rückseite, also der optisch nicht aktiven und daher unempfindlichen und unkritischen Seite, ein zu Glas relativ leichter Träger mit zumindest vergleichba­ rer Stabilität angeordnet, kann die Gewichtsreduktion realisiert und gleichzeitig sowohl der Durchbiegung der Glasplatte als auch möglichen Schwingungen entgegengewirkt werden.

Auf diese Weise kann eine Formstabilisierung auch großer und dünner Spiegel im Dickenbereich von 0,5 bis 2 mm erfolgen, die ja nur 10-20% Gewicht der bisher bei solchen Anwendungsfällen üblichen Floatglasdicken aufweisen.

Anstelle einer Glasplatte kann auch ein verspiegeltes Kunststoffsubstrat, etwa aus PMMA oder Polycarbonat, eingesetzt werden, das durch die entsprechen­ den Träger ebenfalls stabilisiert wird.

Erfolgreich getestet wurde auch eine Platte aus hochreflektierend veredeltem Aluminium. Alle diese Materialien (dünnes Glas, Kunststoff, Aluminium) schieden bisher für den angestrebten Verwendungszweck wegen der Gefahr des Durchbiegens und des Schwingens völlig aus.

Die erforderliche Stabilität und Steifigkeit bei gleichzeitig niedrigem Gewicht läßt sich erfindungsgemäß vorzugsweise besonders dadurch erzielen, daß der Trä­ ger eine Wabenstruktur aufweist.

Neben rohrförmigen oder quadratischen Waben kommen hierfür insbesondere Waben mit sechseckigem Querschnitt in Betracht (also sogenannter klassischer Bienenwabenquerschnitt), der sich durch eine besonders hohe Steifigkeit aus­ zeichnet, bei gerade in Bezug auf diese Steifigkeit relativ niedrigem Gewichtsan­ teil.

Die Steifigkeit führt nicht nur dazu, daß den Durchbiegungen entgegengewirkt wird, sondern auch, daß entsprechende Schwingungen abgefangen werden können. Es ist darüber hinaus so sehr viel leichter möglich, die dünnen optisch wirksamen Spiegel möglichst bruchfrei von ihrer Herstellung bis zu ihrer Mon­ tage im Endgerät zu transportieren und dabei mit möglichst wenig Montagehal­ terungen formstabil und auch im Gerät gegen Bruch stabil zu fixieren.

Als Material gerade auch für die wabenförmige Konzeption haben sich insbe­ sondere Aluminium oder Kunststoff bewährt. Diese Materialien können mit der Glas- oder Kunststoff- oder Aluminiumplatte auch vergleichsweise unkritisch verklebt werden. Zur weiteren Schwingungsdämpfung ist es auch noch möglich, die Waben innen mit insbesondere Polyurethan- oder Polystyrol-Schaum auszuschäumen, wodurch die Aluminiummaterial-Anteile weiter reduziert werden können (also die Waben größer gemacht werden können).

Als Wabenmaterial ist Aluminium (feuerfest) mit einer so entstehenden Dichte der Wabenschicht von 0,082 g/cm³ oder auch Kunststoff mit 0,050 g/cm³ möglich, ergänzt etwa mit schwer entflammbarem Polystyrol-Hartschaum von 0,016 g/cm³. Zum Vergleich sei an die Dichte von Glas von 2,5 g/cm³ erinnert. Es lassen sich somit Systeme (Oberflächenspiegelelemente) mit einer auf das Gesamtvolumen, also einschließlich spiegelnder Platte etc., bezogenen Dichte von kleiner 0,25 g/cm³ durchaus erzeugen.

Hierbei ist eine weitere Alternative dann gegeben, wenn eine rahmenähnliche Konzeption - durchaus wiederum mit wabenförmigen Elementen - gewählt wird, wobei diese Rahmenelemente innen durch Abstandshalter ebenfalls mit waben­ förmigen Elementen ergänzt werden.

Die nun zwischen den Rahmen- und Abstandshalterelementen entstehenden Freiräume können ebenfalls mit Polyurethan-Schaum ausgeschäumt werden.

Eine noch bessere Stabilisierung des Systems aus der dünnen Glasplatte bzw. Platte und dem Träger bzw. Stabilisator entsteht dann, wenn auf der dem Spiegel gegenüberliegenden Seite des Trägers eine Verklebung mit einer besonders leichten Kunststoffplatte ausgeführt wird. Es bildet sich dann ein Sandwich.

Experimentell hat sich gezeigt, daß je nach Ersatz des vorher notwendigen dic­ ken Spiegelsubstrats durch die leichten Sandwicheinheiten Gewichtseinsparun­ gen bis zu 70% möglich sind.

Als Fertigungsverfahren hat es sich besonders bewährt, wenn die dünnen Spie­ gel (also die schon verspiegelten Glas-, Kunststoff- oder Aluminiumplatten) zur Montage auf besonders ebenen Glasplatten oder Vakuumspannplatten fixiert werden. Dann kann auf diesen Platten eine entsprechende Einheit verklebt werden und so eine besonders gute Planität garantiert werden.

Man kann also von einer Montage auf besonders planen Unterlagen aus Glas (z. B. Floatglas 10 mm) ausgehen und dort das Spiegelsubstrat und den Stabili­ sator unter ganzflächiger Belastung aushärten lassen. Vakuumansaugplatten könnten für eine besonders gute Formtreue der Spiegelvorderseite auch eine Rolle spielen. Hier ist nur ein schnell härtender Kleber zu verwenden (UV-här­ tender Kleber, der nur durch die Waben belichtet werden kann). Die Abschluß­ platte wird erst zum Schluß aufgeklebt. Große Vorderflächen-Spiegeltafeln sind häufig auf der Spiegelseite mit einer Folie geschützt, was für eine weitere Bear­ beitung immer von Vorteil ist. Es können also Spiegel beliebiger Größe aus den großen Spiegeltafeln herausgeschnitten und die Kanten durch Schleifen und Polieren bearbeitet werden, ohne die Spiegelschicht zu verletzen. Erst der Kunde zieht die Folie bei der Montage im Gerät ab.

Im folgenden werden anhand der Zeichnung zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische schematische Ansicht einer Ecke einer erfindungs­ gemäßen Oberflächenspiegeleinrichtung;

Fig. 2 einen Schnitt parallel zur Glasplatte durch eine andere Ausführungsform;

Fig. 3 eine Seitenansicht der Ausführungsform aus Fig. 2;

Fig. 4 eine Seitenansicht einer anderen Ausführungsform.

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht der Oberflächenspiegeleinrichtung, wobei der innere Bereich durchscheinend dargestellt ist. Obenauf ist eine Platte 10 aus Glas, Kunststoff oder Aluminium zu erkennen, die mit einer Aluminium- oder dielektrischen Schicht beschichtet ist, welche die Spiegelschicht 11 bildet, und im Verhältnis zu bekannten Glasplatten dieser Art relativ dünn ist, beispielsweise zwischen 0,5 und 2 mm. Im folgenden sei die Platte 10 als Ausführungsbeispiel aus dünnem Glas und wird daher als Glasplatte 10 bezeichnet. Die der Schicht 11 abgewandte Seite der Glasplatte 10 (in der Fig. 1 also nach unten gerichtet) ist verklebt mit einem Träger 20.

Der Träger 20 besteht aus diversen Waben 21, die hier jeweils kreisförmigen Querschnitt besitzen, wobei die Achsen 22 der Waben 21 senkrecht auf der Glasplatte 10 stehen. Das Material des Trägers 20 ist sehr leicht und beispiels­ weise aus Aluminium oder Kunststoffmaterial vorzusehen. Der Bereich innerhalb oder auch zwischen den Waben ist entweder leer oder durch einen Schaum 23 gefüllt, wodurch dann die Wabenabmessungen entsprechend vergrößert oder einzelne Waben auch ganz entfallen können.

Die Dicke des Trägers 20 beträgt ein mehrfaches der Dicke der Glasplatte 10, das Gewicht dagegen ist deutlich verringert. Die der Glasplatte 10 abgewandte Seite des Trägers 20 ist durch eine zur Glasplatte 10 parallele Platte 30, eine dünne Abschlußplatte aus einem ebenfalls sehr leichtem Material, beispiels­ weise Kunststoff, verschlossen, beispielsweise ebenfalls verklebt.

Es entsteht so insgesamt ein Sandwich, wobei der Träger 20 zwischen zwei Platten, nämlich den Platten 10 und 30, eingenommen ist.

In Fig. 2 ist eine Wabenform aus sechseckigen Waben 21 vorgesehen, die be­ sonders geeignet ist, da das Verhältnis aus Steifigkeit und Gewicht hier beson­ ders gut ist. Grund hierfür sind wabenförmige Rahmenelemente, die die Glasplatte 10 umranden. Innerhalb des Rahmens ist die Glasplatte 10 mit weite­ ren Teilen des Trägers 20, nämlich hier Abstandselementen 25 versehen, die in gleicher Art wabenförmig ausgebildet sind. Der freie Bereich zwischen dem Rahmen und den Abstandselementen kann ebenfalls mit Polyurethan-, Polysty­ rol- oder ähnlichem Schaum ausgeschäumt sein.

Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht von Fig. 2. Hier ist ebenfalls oben die Glasplatte 10 zu erkennen, die auf ihrer Oberseite wiederum mit einer Spiegelschicht 11 versehen ist. Auf der der Spiegelschicht abgewandten Seite der Glasplatte 10 ist der Träger 20 zu erkennen, hier die verschiedenen Kanten der Waben 21 des Trägers 20.

Auf der Unterseite des Trägers 20 ist wiederum die Platte 30, eine dünne Ab­ schlußplatte aus leichtem Kunststoff, abgebildet.

In Fig. 4 ist eine weitere Variante dargestellt. Hier ist die Glas- oder Kunststoff­ platte 10 mit dem Träger 20 nicht unmittelbar, sondern über eine Zwischenplatte 35 verbunden. Der Stabilisator ist bei dieser Version eine Sandwichkonstruktion bestehend aus einer Wabenplatte (Träger 20) wie in den anderen Ausführungs­ beispielen mit zwei ebenen Abschlußplatten aus leichtem Aluminium oder Kunststoff. Die Verbindung der einen dieser Abschlußplatten - der Zwischen­ platte 35 - mit der Glas- oder Kunststoffplatte 10, also zum Beispiel dem ver­ spiegelten Glassubstrat erfolgt über Metall-Glas oder Kunststoff-Glas oder ge­ gebenenfalls Kunststoff-Kunststoff-Kleber.

Die geeignete Wahl der Ausführungsform hängt von den Anforderungen an die Planität und die Schwingungssteifigkeit ab.

Bezugszeichenliste

10 Glas- oder Kunststoffplatte
11 Spiegelschicht
20 Träger
21 Waben
22 Achsen von 21
23 Schaum
25 Abstandselemente
30 Platte aus vorzugsweise leichtem Kunststoff
35 Zwischenplatte.

Claims (12)

1. Oberflächenspiegeleinrichtung, mit einer planen, einseitig verspiegelten Platte, dadurch gekennzeichnet, daß auf der der verspiegelten Seite abgewandten Rückseite der Platte (10) ein relativ zu Glas leichter Träger mit zumindest vergleichbarer Stabilität an­ geordnet ist.

2. Oberflächenspiegeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (20) eine Wabenstruktur aufweist, wobei die Achsen (22) der Waben (21) senkrecht auf der Platte (10) stehen.

3. Oberflächenspiegeleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wabenstruktur des Trägers (20) sechseckigen Querschnitt aufweist.

4. Oberflächenspiegeleinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Wabe (21) einen Durchmesser von mehr als 1 und weniger als 7 mm besitzt.

5. Oberflächenspiegeleinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (20) aus Aluminium oder aus Kunststoff besteht.

6. Oberflächenspiegeleinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdicke des Trägers (20) mehr als 3 und weniger als 15 mm be­ trägt.

7. Oberflächenspiegeleinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (20) aus einem oder mehreren Rahmenelementen sowie aus zwischen den Rahmenelementen im Innenbereich des Rahmens positionier­ ten Abstandselementen gleicher Schichtdicke besteht.

8. Oberflächenspiegeleinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich innerhalb der Waben und/oder der freie Innenbereich zwi­ schen Abstandselementen und Rahmen mit einem Schaum, insbesondere Polyurethan-Schaum ausgeschäumt ist.

9. Oberflächenspiegeleinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (20) mit der Platte (10) verklebt ist.

10. Oberflächenspiegeleinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf der der Platte (10) gegenüberliegenden Seite des Trägers (20) eine zusätzliche Verklebung mit einer leichten weiteren Platte (30), insbesondere einer leichten Kunststoffplatte, vorgenommen wird.

11. Oberflächenspiegeleinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (10) eine Glas- oder Kunststoffplatte oder eine hochreflektierend veredelte Aluminiumplatte ist.

12. Verfahren zur Herstellung einer Oberflächenspiegeleinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer planen Unterlage eine bereits verspiegelte Glas- oder Kunst­ stoffplatte (10) mit der verspiegelten Seite zur Unterlage hin aufgelegt wird, ein Träger (20) auf der nicht verspiegelten Seite angeordnet und aufgeklebt wird, der relativ zu Glas leicht und von mindestens vergleichbarer Stabilität ist und daß eine weitere leichte Platte (30) insbesondere nach dem Aushärten aufgelegt und mit dem Träger verklebt wird.