DE202015001879U1 - Galvanisiertes Kunststoffbauteil mit strukturierter Oberfläche - Google Patents

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Abstract

Galvanisch dekoriertes Bauteil (1) aus Kunststoff (5) mit einer ansichtsseitig in die Oberfläche eingebrachten Struktur oder Bürstung.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein galvanisch dekoriertes Bauteil aus Kunststoff welches derart bearbeitet wurde, das oberflächlich eine mechanisch eingebrachte Bürstung oder Struktur einer zum Beispiel gebürsteten Echtmetalloberfläche nachgebildet wird. Bei den Bauteilen aus galvanisierten Kunststoff der hier betrachteten Art handelt es sich im wesentlichen um Dekor,- und Bedienelemente für die Automobilindustrie.
  • In Kraftfahrzeugen zum Beispiel werden aus optischen und ästhetischen Gründen gerne gebürstete Oberflächen auf Dekor und Bedienelemente eingesetzt. Solche Bürststrukturen werden zur Zeit fast ausschließlich auf Echtmetallen wie Aluminium oder Edelstahl appliziert. Zum Einsatz kommen diese bearbeiteten Metalle dann als dünne Bleche, die vor oder nach der Bürstung meist in einem nachgeschalteten Prägeprozess in die gewünschte Kontur verformt und anschließend mit dem Trägerbauteil, also dem Bedienelement oder dem Dekorelement, durch verkleben, hinterspritzen, verklemmen oder anderweitige Fügeverfahren verbunden werden.
  • Diese Bauteile sind durch den nur schwer automatisierbaren Bürstprozess und dem Verformen der Metallbleche sehr kostenintensiv und unterliegen weiter verformungstechnischen Grenzen. Auch sind partielle Bürstungen auf einem Oberflächenniveau nur sehr aufwendig durch maskieren möglich.
  • Zur Imitierung der vorgenannten Bauteile mit Bürstungen oder Strukturen sind verschiedene Ansätze bekannt.
  • So basiert eine Darstellung beispielsweise darauf, dass eine Bürststruktur in die oberflächenabformende Seite des Spritzgusswerkzeug eingebracht ist und dort während des Spritzgießvorgang auf das Kunststoffbauteil übertragen wird. In einem anschließenden Oberflächenbeschichtungsverfahren, beispielsweise dem Dünnschicht Metallübertrag durch das PVD-Verfahren (Physical-Vapor-Deposition) kann eine Metallisierung der Oberfläche erfolgen. Hierbei werden dünne Schichten in einem Vakuum abgeschieden. Das abzuscheidende Material liegt in fester Form vor. Das verdampfte Material bewegt sich durch die Vakuumkammer und trifft auf die zu beschichtenden Bauteile, wo es zur Schichtbildung kommt. Durch die nur wenige Mikro- bis Nanometer aufbauende PVD Schicht, werden die abgeformten, im Werkzeug eingebrachten Strukturen, Bürststrukturen oder Narben sehr detailgetreu abgebildet. Als problematisch hat sich jedoch erwiesen, dass die so abgeschiedene sehr dünnen Metallschicht nicht ohne eine zusätzliche Schutzschicht eine hinreichende Festigkeit gegen Abrieb aufweist. Aus diesem Grund ist es erforderlich, eine Schutzschicht, beispielsweise aus Lack, aufzubringen. Durch diesen zusätzlichen Arbeitsgang sind jedoch die Kosten erhöht. Darüber hinaus wird die warme haptische Empfindung, im Gegensatz zur kalten Haptik der Echtmetall bzw. der galvanisierten Oberfläche, als qualitativ nicht ansprechend empfunden.
  • Darüber hinaus sind Verfahren bekannt, bei denen Kunststofffolien mit einer entsprechenden Bürststruktur geprägt werden. Auf diesen wird meist rückseitig eine metallfarbende Druckschichten aufgebracht. Diese Folien werden ja nach Kontur gestanzt bis verformt und gestanzt und in ein formgebendes Spritzgusswerkzeg eingelegt. Im anschließenden Spritzgussvorgang verbindet sich die Folie dauerhaft mit dem Kunststoffsubstrat und zeigt auf der Oberfläche die gewünschte Bürststrukturierung. Auch hier kann optisch eine Bürststruktur imitiert werden, Metallisch haptische und qualitative Ansprüche können solche IML oder FIM dekorierte Bauteile nicht gerecht werden.
  • Eine weitere Darstellung solcher Oberflächen beschreibt die IMD Technologie. Hier wird ein Folienträger mit einer Bürststruktur durch Prägung oder Walzung versehen und mit einem metallisch wirkenden Thermotransfer Lacksystem bedruckt. Im Spritzgießprozess drückt sich nun die eingeprägte Bürststruktur auf das Spritzgussbauteil ab und das metallisch wirkende Lacksystem wird übertragen. Auch hier entsteht ein metallisch wirkendes gebürstetes Bauteil ohne metallische Haptik.
  • Versuche eine Bürststruktur auf galvanisierte Bauteile zu übertragen scheiterte bisher an diversen technischen Aspekten.
  • Eine in die oberflächenabformende Seite des Spritzgusswerkzeug eingebrachte Bürstung oder Struktur wird zwar vom Kunststoffmaterial detailgetreu abgeformt, durch die abgeschiedenen Metallschichten jedoch soweit eingeebnet, das die optische Anmutung teilweise komplett verloren geht.
  • Der Standardaufbau einer auf Kunststoff galvanisch abgeschiedenen Chromdekoration beginnt nach der chemischen Aufrauhung und der autokatalytischen Abscheidung von sehr dünnen Hilfsleitschichten. Diese bestehen in der Regel aus wenigen zehntel Mikrometer Nickel oder Kupfer. Im Anschluss der autokatalytischen Abscheidung durchfährt das Bauteil die elektrolytische Abscheidung. Im ersten Funktionsbad wird die sehr dünne Hilfsleitschicht durch ein elektrolytisch abgeschiedenes Nickel oder durch eine sogenannte autokatalytische Kupferschicht verstärkt. Im Anschluss daran wird eine relativ zur gesamten Schichtstärke dicke Kupferschicht abgeschieden. Diese beträgt in der Regel. 15 bis 25 μm und dient als duktile Schicht einebnend und gleicht die unterschiedlichen Temperaturausdehnungen des Kunststoffuntergrunds und des späteren Metallaufbaus aus. Nach der abgeschiedene Kupferschicht werden weitere Nickelschichten abgeschieden. Diese besteht in der Regel aus einer Halbglanznickelschicht, ca. 8–10 μm, einer Glanznickelschicht, ca. 8–10 μm sowie einer korrosionssteuernden rissigen oder porigen Nickelschicht von 1,5 bis 2,5 μm. Im Anschluss und als Abschluss wird je nach Einsatz, also Exterieur und Interieur und je nach Vorgaben der Kunden, eine Chromschicht von ca. 0,3–0,5 μm bei einer mikroporiger Nickelschicht sowie ca. 0,6 bis 0,8 μm bei mikrorissigen Nickelschicht abgeschieden.
  • Nur diese Multilayer-Metallaufbau stellt ein gesteuerten Korrosionsverlauf durch Korrosionsstromverteilung an Rissen und Poren dar. Wird nun eine Bürststruktur mechanisch eingebracht, zerstört diese durch die Tiefe der mechanischen Bürstung den Korrosionsmechanismus des Chrombauteils. Desweiteren liegen durch die mechanische Beschädigung der Bürststrukturen Nickelschichten frei was ggf. Allergien auslösen kann.
  • Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein galvanisch dekoriertes Kunststoffbauteil mit einer in der Oberfläche eingebrachten Struktur oder Bürstung bereitzustellen
  • Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, dass bevorzugt eine Bürstung oder eine Strukturierung einer Referenzoberfläche, meist eines Metallbauteils, abgenommen wird. Die so ermittelte Topographie der Oberfläche wird als bearbeitbarer 3D Datensatz konvertiert. Als bearbeitbarer Datensatz kann zum Beispiel ein STL-Datensatz angefertigt werden. Andere 3D Datensatzformate sind hier ebenfalls verwendbar. Dieser Datensatz wird daraufhin derart bearbeitet, das Spitzen und Tiefen, also Unregelmäßigkeiten der meist mechanischen Bearbeitung, grob herausgefiltert werden. Die bevorzugte Topographie der Struktur bewegt sich somit nach Bearbeitung in einem Bereich von 0,2–1,4 μm, besonders bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 0,9 μm.
  • Weiter wird das zu bearbeitende Bauteil galvanisiert, wobei die abschließenden Chromschicht größer als der gesamte Topographiebereich der abgenommenen und bearbeiteten Struktur oder Bürstung der Referenzoberfläche abgeschieden wird.
  • Bevorzugt liegt die Schichtstärke der abschließenden Chromschicht um 0,1 μm bis 0,8 μm höher, bevorzugt um 0,2 μm–0,5 μm höher als der Topographiebereich der eingebrachten Bürstung oder Struktur.
  • Im letzten Bearbeitungsschritt wird die Chromoberfläche des Bauteils durch einen verbrennenden Laserstrahl gemäß des bearbeiteten Datensatz der Bürstung oder Struktur bearbeitet.
  • In Weiterbildung der Erfindung kann die Bürstung oder Struktur auch mechanisch eingebracht werden. Hier hat es sich als zielführend erwiesen diese zu einem sehr späten Beschichtungszeitpunkt in der galvanischen Abscheidung einzubringen. Bevorzugt kann die Bürstung oder Struktur nach der Halbglanznickelschicht, der Glanznickelschicht, sowie der korrosionssteuernden rissigen oder porigen Nickelschicht eingebracht werden, besonders bevorzugt nach der Glanznickelschicht. Die Bauteile müssen dafür jedoch dem Galvanikprozess entnommen, mechanisch bearbeitet werden und dem Galvanikprozess zur abschließenden Weiterbeschichtung bis Chrom wieder zugeführt werden. Eine mechanische Bearbeitung der Chromschicht ist ebenfalls möglich, der allgemeine Gesamteindruck erscheint jedoch weniger hochwertig.
  • Vorteile der Ausgestaltung durch Laserabtrag ist die Darstellung der Bürstbereiche durch eine am Computer unterstütze Konstruktion. Es kann mit dieser Technik erstmals ein genaues Matching einer Bürststrukturen über mehrere Bauteile erzielt werden. Weiter können die Struktur oder Bürstbereiche genaustens definiert werden. Technisch möglich wären somit Bürst und Glanzbereiche nebeneinander, welches mit der herkömmlichen Technologie des mechanischen Bürsten nicht möglich wäre.
  • Andere Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den übrigen Unteransprüchen angegeben. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend im Einzelnen beschrieben. Es zeigen:
  • 1: Die schematische Darstellung eines galvanisierten Bauteils aus Kunststoff in Form eines Tasters welches mit Laser oder mechanisch bearbeitet wird
  • Das beschichtete Bauteil 1 zeigt ein aus Kunststoff gefertigtes Produkt für die Automobilindustrie mit anschließender Galvanisierung. Bei dem Kunststoff handelt es sich um einen galvanisierbaren Kunststoff 5. Das Bauteil 1 weist nach Abschluss der galvanischen Beschichtung einen nach Anforderungen des Einsatzgebietes geforderten Schichtaufbaus 2 auf. Die Schichtstärke der abschließenden Chromschicht 3 ist jedoch um 0,1 μm bis 0,8 μm höher, bevorzugt um 0,2 μm bis 0,5 μm höher als der Topographiebereich der Struktur oder Bürstung, welche von einem Referenzbauteil abgeführt wurde. Das anschließend durch Laserabtrag 4a oder mechanisches Bürsten 4b bearbeitete Bauteil weist abschließend eine Struktur oder Bürstung auf der Oberfläche auf.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Galvanisch dekoriertes Bauteil mit eingebrachten Struktur oder Bürstung.
    2
    Anforderungskonformer metallischer Schichtaufbau
    3
    abschließenden Chromschicht
    4a
    Struktur oder Bürstung durch Laserabtrag
    4b
    Struktur oder Bürstung durch mechanische Bearbeitung
    5
    galvanisierbarer Kunststoff

Claims (7)

  1. Galvanisch dekoriertes Bauteil (1) aus Kunststoff (5) mit einer ansichtsseitig in die Oberfläche eingebrachten Struktur oder Bürstung.
  2. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche bevorzugt nach der galvanischen Abscheidung derart bearbeitet wird, das eine mechanisch eingebrachte Bürstung oder Struktur (4a/b) nachgebildet ist.
  3. Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche durch Laserabtrag (4a) bearbeitet wird.
  4. Bauteil nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das die Schichtstärke der abschließenden Chromschicht (3) um 0,1 μm bis 0,8 μm höher, bevorzugt um 0,2 μm–0,5 μm höher als der Topographiebereich der eingebrachten Struktur oder Bürstung durch den Laserabtrags (4a) abgeschieden wird.
  5. Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche mechanisch (4b) bearbeitet wird.
  6. Bauteil nach Anspruch 1, 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Bearbeitung (4b) im Schichtaufbau der Oberfläche (2) vor der abschließenden Abscheidung der Chromschicht (3) durchgeführt wird.
  7. Bauteil nach Anspruch 1, 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Bearbeitung (4b) nach der abschließenden Abscheidung der Chromschicht (3) durchgeführt wird.
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