DE202019103960U1

DE202019103960U1 - Bedienelement aus Kunststoff mit hinterleuchtbarer Symbolik, sowie Maschine zur Herstellung eines Bedienelements aus Kunststoff mit hinterleuchtbarer Symbolik

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Publication number: DE202019103960U1
Application number: DE202019103960.4U
Authority: DE
Original assignee: KUNSTSTOFFTECHNIK BERNT GmbH
Current assignee: KUNSTSTOFFTECHNIK BERNT GmbH
Priority date: 2018-07-20
Filing date: 2019-07-17
Publication date: 2019-08-27
Anticipated expiration: 2029-07-18
Also published as: CN110735161A; DE102018117643A1; US20200023672A1

Abstract

Bedienelement mit hinterleuchtbarer Symbolik (5), z. B. für ein Kraftfahrzeug, umfassend:
a. einen Kunststoff-Grundkörper mit
i. einem rückseitig angeordneten Teilkörper aus einem nicht galvanisierbaren Kunststoff A, und
ii. einer vorderseitig angeordneten galvanisierbaren Schicht (1) aus einem galvanisierbaren Kunststoff B,
b. eine Symbolik (5), die ausgebildet ist durch laserlithographisches Bearbeiten einer auf zumindest einen Teilbereich der galvanisierbaren Schicht (1) aufgebrachten Auftragsmasse (2);
c. zumindest eine auf der galvanisierbaren Schicht (1) des Kunststoff-Grundkörpers abgeschiedene Metallschicht, die ausgebildet ist durch Abscheiden auf der galvanisierbaren Schicht (1) nach Entfernung von außerhalb der Symbolik (5) liegender Auftragsmasse (2) von der galvanisierbaren Schicht (1), wobei die Abscheidung erfolgt durch
i. chemisches Abscheiden
oder
ii. elektrochemisches Abscheiden
oder
iii. chemisches oder physikalisches Abscheiden von zumindest einer elektrisch leitfähigen Metallschicht und darauffolgendes elektrochemisches Abscheiden von zumindest einer weiteren Metallschicht auf der elektrisch leitfähigen Metallschicht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bedienelement mit hinterleuchtbarer Symbolik, insbesondere zur Verwendung in Kraftfahrzeugen, beispielsweise als Bedienelement für bordeigene Fahrerinformationssysteme oder für die Aktivierung fahrzeugeigner Funktionen wie Innenraumbeleuchtung, Start/Stop-Knopf, Bedienelemente einer Klimaanlage, Schalter für Fahrzeugbeleuchtung etc.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Maschine zur Herstellung eines solchen Bedienelements.
Zur Fertigung von metallisierten Bedienelementen aus Kunststoff sind aus dem Stand der Technik im Wesentlichen zwei Verfahren bekannt. Diese basieren entweder auf der Metallisierung eines aus einem Kunststoff gefertigten Bedienelements mittels PVD-Verfahren (physical vapor deposition), oder auf der Galvanisierung eines Bedienelements aus Kunststoff mittels elektrochemischer Verfahren. Während es beide Verfahren grundsätzlich erlauben, haltbare Metallbeschichtungen auf Bedienelemente aus Kunststoff aufzubringen, ist es bis zum heutigen Tag problematisch, mittels PVD-Verfahren Bedienelemente so zu metallisieren, dass die auf dem Kunststoffteil abgeschiedene Metallschicht auch ohne zusätzliche Schutzschicht z. B. aus einem transparenten Schutzlack eine ausreichende Abriebfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit aufweist. Auch weisen mittels PVD-Verfahren metallisierte Kunststoffteile aufgrund der geringen Schichtdicken der aufgebrachten Metallschichten nicht den häufig gewünschten „cold touch“ auf, d. h. die Haptik des metallisierten Kunststoffteils entspricht nicht der eines Metallteils.
Der DE 10 208 674 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einseitig galvanisch metallisierter Kunststoff-Bedienelemente zu entnehmen. Insbesondere wird ein Verfahren zur Herstellung eines vorderseitig galvanisch metallisierten Bedienelements mit hinterleuchtbaren Symbolen offenbart, wobei im Rahmen des offenbarten Verfahrens in einem ersten Schritt ein Grundkörper aus einem transparenten oder transluzenten Kunststoffmaterial mit einer Vorderseite und einer Rückseite hergestellt wird, wobei im nachfolgenden Verfahrensschritt ein Bereich der Rückseite abgedeckt oder abgeschirmt wird, um eine galvanische Beschichtung in diesem Bereich zu vermeiden. Dann wird der Grundkörper mit aufgebrachter Abdeckung bzw. Abschirmung elektrisch kontaktiert. Nachfolgend wird der Grundkörper chemisch bzw. optional galvanisch vorbehandelt zur Erzeugung einer dünnschichtigen Metallschicht außerhalb des abgedeckten Bereichs. Anschließend wird diese erste Metallschicht zur Erzeugung des Symbols partiell abgetragen. Schließlich wird auf galvanischem Wege die metallische Oberflächenbeschichtung fertiggestellt. In der genannten Patentanmeldung wird vorgeschlagen, zum partiellen Abtragen der Metallschicht entweder einen Schutzlack auf die Metallschicht aufzubringen und nachfolgend die nicht durch den Schutzlack abgedeckten Bereiche der Metallschicht auszuätzen. Alternativ wird vorgeschlagen, das Symbol mittels Laserablation zu erzeugen.
Aus der DE 10 2010 016 973 B4 ist ein Herstellungsverfahren für ein Kunststoff-Bedienelement aus einem zweiteiligen Kunststoff-Grundkörper bekannt, mit einem rückseitig angeordneten Teilkörper aus einem nicht galvanisierbaren Kunststoff A, und einer vorderseitig angeordneten galvanisierbaren Schicht aus einem galvanisierbaren Kunststoff B. Der Kunststoff-Grundkörper wird durch Spritzgießen gefertigt. Im Anschluss daran wird durch chemisches oder physikalisches Abscheiden eine elektrisch leitfähige erste Metallschicht auf der galvanisierbaren Schicht des Kunststoff-Grundkörpers abgeschieden. In Folge dessen wird die erste Metallschicht durch partielles Abtragen zur Ausbildung der Symbolik strukturiert, und im Anschluss durch elektrochemisches Abscheiden zumindest einer zweiten Metallschicht auf der strukturierten ersten Metallschicht abgeschieden.
Bei diesen Verfahren werden die Bauteile nach dem Spritzgießen und einer chemischphysikalischen Vorbehandlung einem Galvanikprozess zugeführt. Zur Strukturierung, beispielsweise zur Laserstrukturierung, müssen die Bauteile dem Galvanikprozess entnommen werden. Daraufhin werden die so behandelten Bauteile erneut dem Galvanikprozess zugeführt und die Abscheidung fortgesetzt. Dieser zusätzliche Arbeitsgang zur Strukturierung der abgeschiedenen Metallfläche erhöht die Kosten und den Produktionsaufwand.
Aus der DE 20 2015 006 095 U1 ist ein galvanisch dekoriertes Bauteil bekannt, welches im Wege einer laseraktivierten Transferbedruckung samt anschließender galvanischer Bearbeitung gefertigt wird. Nach dem Spritzgießen eines Kunststoffkörpers wird ein Druckbild aus einem nicht-galvanisierbaren Lack auf den Kunststoffkörper aufgebracht. Das Druckbild wird dabei von einem auf einem Träger aufgedruckten Druckbild durch Temperatureintrag durch einen Laserstrahl auf das Bauteil übertragen. Nachteilig bei einer derartigen Applikation ist der relativ hohe Energieaufwand und vergleichsweise hohe Anschaffungskosten für eine derartige Druckmaschine.
Aus der DE 10 2007 015 625 B4 ist Verfahren zur Herstellung eines vorderseitig galvanisch beschichteten Bedien-, Dekor oder Anzeigeelements bekannt. Dabei wird bei einem galvanisch behandelbaren Grundkörper, beispielsweise einem Kunststoffrohling, eine eine Symbolik bereitstellende Maskierung aus nicht galvanisierfähigem Material aufgebracht. Dies kann durch Drucken mit einem transparenten oder durchscheinenden Lack erfolgen. Alternativ kann die Symbolik aufgeschweißt werden. Im Anschluss an den Druckvorgang wird auf galvanischem Wege Metall auf den nicht-bedruckten Bereichen abgeschieden. Diesem Vorgang können Vorbehandlungsschritte vorgelagert sein. Bei einem solchen Verfahren ist es nachteilig, dass es der aufgedruckten Symbolik in deren Randbereichen häufig an einer scharfen Kontur mangelt. In Folge dessen kann es in diesen Bereichen, bei der weiteren Beschichtung in der der Galvanik, zu einer unzureichenden Metallabscheidung kommen. Dies kann einerseits zu optischen Mängeln in Form von ungewünscht unscharfen Materialübergängen und andererseits zu einem Abplatzen des aufgebrachten Metalls in den Randbereichen zur Symbolik führen.
Somit liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde ein Bedienelement mit hinterleuchtbarer Symbolik bereitzustellen, welches im Serienmaßstab kostengünstig herstellbar ist, in einem kontinuierlichen Galvanikprozess gefertigt werden kann und eine hohe Produktqualität aufweist.
Ferner unterliegt der Erfindung die Aufgabe eine Maschine bereitzustellen, mittels derer wesentliche Herstellungsschritte zur Fertigung des Bedienelements durchgeführt werden können.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Bedienelement mit den Merkmalen des Schutzanspruchs 1, und eine Maschine mit den Merkmalen des Schutzanspruchs 27 vorgeschlagen.
Erfindungsgemäß wird ein Bedienelement mit hinterleuchtbarer Symbolik vorgeschlagen. Derartige Bedienelemente werden beispielsweise in Kraftfahrzeugen verbaut. Insbesondere handelt es sich dabei um ein einseitig metallisiertes Bedienelement aus Kunststoff mit hinterleuchtbarer Symbolik. Das erfindungsgemäße Bedienelement umfasst:

einen Kunststoff-Grundkörper mit
1. i. einem rückseitig angeordneten Teilkörper aus einem nicht galvanisierbaren Kunststoff A, und
2. ii. einer vorderseitig angeordneten galvanisierbaren Schicht aus einem galvanisierbaren Kunststoff B,
  1. a. eine Symbolik, die ausgebildet ist durch laserlithographisches Bearbeiten einer auf zumindest einen Teilbereich der galvanisierbaren Schicht aufgebrachten Auftragsmasse;
  2. b. zumindest eine auf der galvanisierbaren Schicht des Kunststoff-Grundkörpers abgeschiedene Metallschicht, die ausgebildet ist durch Abscheiden auf der galvanisierbaren Schicht nach Entfernung von außerhalb der Symbolik liegender Auftragsmasse von der galvanisierbaren Schicht, wobei die Abscheidung erfolgt durch
    1. i. chemisches Abscheiden oder
    2. ii. elektrochemisches Abscheiden oder
    3. iii. chemisches oder physikalisches Abscheiden von zumindest einer elektrisch leitfähigen Metallschicht und darauffolgendes elektrochemisches Abscheiden von zumindest einer weiteren Metallschicht auf der elektrisch leitfähigen Metallschicht.

Nachfolgend sei der Verfahrensablauf zur Herstellung des erfindungsgemäßen Bedienelements genauer erläutert. Auch in den hier angegebenen Verfahrensmerkmalen können technische Merkmale verwirklicht sein, die das erfindungsgemäße Bedienelement kennzeichnen.
Das mit der Erfindung vorgeschlagene Bedienelement kann im Wege eines die folgenden Verfahrensschritte umfassenden Herstellungsverfahrens gefertigt werden:

a. Erzeugen eines Kunststoff-Grundkörpers mit
1. i. einem rückseitig angeordneten Teilkörper aus einem nicht galvanisierbaren Kunststoff A, und
2. ii. einer vorderseitig angeordneten galvanisierbaren Schicht aus einem galvanisierbaren Kunststoff B,
b. Aufbringen einer Auftragsmasse auf zumindest einen Teilbereich der galvanisierbaren Schicht;
c. Ausbilden der Symbolik durch laserlithographisches Bearbeiten der aufgebrachten Auftragsmasse in den die Symbolik ausbildenden Bereichen;
d. Entfernen von außerhalb der Symbolik liegender Auftragsmasse von der galvanisierbaren Schicht;
e. Abscheiden von zumindest einer Metallschicht auf der galvanisierbaren Schicht des Kunststoff-Grundkörpers durch
1. i. chemisches Abscheiden oder
2. ii. elektrochemisches Abscheiden oder
3. iii. chemisches oder physikalisches Abscheiden von zumindest einer elektrisch leitfähigen Metallschicht und darauffolgendes elektrochemisches Abscheiden von zumindest einer weiteren Metallschicht auf der elektrisch leitfähigen Metallschicht.

Mit dem genannten Verfahren kann folglich ein Bedienelement mit hinterleuchtbarer Symbolik, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, hergestellt werden, umfassend einen Kunststoff-Grundkörper mit einem rückseitig angeordneten Teilkörper aus einem nicht galvanisierbaren Kunststoff A, und eine vorderseitig angeordnete galvanisierbare Schicht aus einem galvanisierbaren Kunststoff B, wobei die Symbolik durch eine auf die galvanisierbare Schicht aufgebrachte und laserlithographisch bearbeitete Auftragsmasse ausgebildet ist und wobei auf der galvanisierbaren Schicht zumindest eine Metallschicht abgeschieden ist. Derartige Bedienelemente lassen sich auch für anderweitige Anwendungen verwenden, beispielsweise als Bestandteil von Haushalts- und Sanitärgeräten.
Im Wege der laserlithographischen Bearbeitung der aufgebrachten Auftragsmasse in den die Symbolik ausbildenden Bereichen kann eine Aushärtung der Auftragsmasse erfolgen. Unter „Aushärten der Auftragsmasse“ ist im Kontext der vorliegenden Erfindung eine Veränderung der Fließfähigkeit der Auftragsmasse zu verstehen. In der Regel wird die Auftragsmasse sich beim Aufbringen auf die galvanisierbare Schicht zunächst in einem fließfähigen, i.A. also flüssigen Zustand befinden. Durch die nachfolgende laserlithographische Bearbeitung wird die Fließfähigkeit der auf die galvanisierbare Schicht aufgebrachten Auftragsmasse in den bearbeiteten Bereichen soweit reduziert, dass sich die Kontur der aufgedruckten Zeichen bzw. Symbolik zumindest während eines Zeitraums von mindestens einer Minute Dauer, bevorzugt mindestens 10 Minuten Dauer und besonders bevorzugt mindestens einer Stunde Dauer optisch wahrnehmbar nicht mehr ändert. Optisch wahrnehmbar soll hier heißen mit bloßem Auge oder bei max. 10-facher Vergrößerung. Tritt eine optisch wahrnehmbare Änderung der Kontur nach Ablauf der genannten Zeitdauer auf, so ist dies zwar noch als „Aushärten“ im Sinne der vorliegenden Erfindung anzusehen, wird jedoch im Folgenden als „partiell ausgehärtet“ bezeichnet.
Bevorzugt bedeutet Aushärten der Auftragsmasse im Kontext der vorliegenden Erfindung, dass die Fließfähigkeit der aufgedruckten Auftragsmasse praktisch auf Null erniedrigt ist, d.h. dass sich die Kontur der aufgebrachten und laserlithographisch bearbeiteten Auftragsmasse auch über lange Beobachtungszeiträume von vielen Stunden bis Tagen oder Monaten nicht mehr ändert. Dieser Aushärtungsgrad wird im Folgenden als „vollständig ausgehärtet“ bezeichnet.
Von der vorliegenden Erfindung ist sowohl der Aushärtungsgrad „partiell ausgehärtet“ als auch der Aushärtungsgrad „vollständig ausgehärtet“ umfasst.
Nach dem Aufbringen der Auftragsmasse auf zumindest einen Teilbereich der galvanisierbaren Schicht, wird die Auftragsmasse in den die Symbolik ausbildenden Bereichen lithographisch bearbeitet, vorzugsweise im Wege der Laserlithographie. Durch die laserlithographische Bearbeitung, auch Laserschreiben genannt, härtet die Auftragsmasse an den bearbeiteten Stellen zumindest partiell aus.
Grundsätzlich kann die laserlithographische Bearbeitung auf zwei grundsätzlich zu unterscheidenden Wegen erfolgen, nämlich über die Bearbeitung eines Negativlacks bzw. einer Negativauftragsmasse oder eines Positivlacks bzw. einer Positivauftragsmasse. Vor der laserlithographischen Bearbeitung wird die den Negativ- oder Positivlack ausbildende Auftragsmasse - beispielsweise vollflächig - auf der galvanisierbaren Schicht aufgebracht. Bei Durchführung der laserlithographischen Bearbeitung wird die Auftragsmasse partiell über zumindest einen fokussierten Laserstrahl zumindest eines Lasers bestrahlt. In den bestrahlten Bereichen führt die Bestrahlung zu einer lokalen chemischen bzw. physiko-chemischen Veränderung des aufgetragenen Lacks, insbesondere hinsichtlich seiner lokalen Löslichkeit bzw. Fließfähigkeit. Wird die Löslichkeit durch die Bestrahlung lokal verringert, so spricht man von einem Negativlack, während für Positivlacke in Folge der Bestrahlung eine lokale Löslichkeitserhöhung charakteristisch ist. Dem vorliegenden Verfahren bzw. einem entsprechend hergestellten Bedienelement liegt eine auf einem Negativlack basierende laserlithographische Strukturierung zugrunde.
Für einen ersten Überblick sei die laserlithographische Bearbeitung der beispielsweise vollflächig auf die galvanisierbare Schicht aufgebrachten Auftragsmasse anhand eines einfachen Beispiels erläutert. Angenommen, die auszubildende Symbolik betrifft eine einfache Ziffer, beispielsweise die Ziffer 5. Um die Konturen der Ziffer 5 auszubilden, wird ein von einem Laser ausgehender und fokussierter Laserstrahl relativ zur Oberfläche der Auftragsmasse entsprechend der Form oder Kontur der Ziffer 5 bewegt. Auch kann die Oberfläche der Auftragsmasse relativ zu einem positionsfesten Laserstrahl bewegt werden.
Der Laserstrahl rastert die Oberfläche der Auftragsmasse in jenen die Symbolik ausbildenden Bereichen ab, hier in jenem Bereich in dem die Ziffer 5 geschrieben werden soll. Im Wege des Laserschreibens härtet die Auftragsmasse in den bearbeiteten Bereichen, hier im Bereich der Ziffer 5 zumindest partiell aus. In diesem Bereich weist die Auftragsmasse folglich eine geringere Fließfähigkeit bzw. eine höhere Festigkeit auf als die die Ziffer umgebende Auftragsmasse.
Die nicht ausgehärtete Auftragsmasse wird sodann entfernt (vgl. Schritt d. des oben beschriebenen Verfahrens), beispielsweise durch Auswaschen mit einem geeigneten Lösungsmittel oder im Wege eines nachfolgenden Beizvorgangs als Vorstufe des Galvanikprozesses. Auch eine Entfernung durch Besprühen mit festem Kohlenstoffdioxid, also mit Trockeneis, ist denkbar. Insbesondere kommt ein Besprühen mit Trockeneis-Granulat in Betracht, welches mit hoher Geschwindigkeit auf die zu reinigende Oberfläche gesprüht wird. Nach dem Entfernen der nicht ausgehärteten Auftragsmasse ist der laserlithographisch ausgehärtete Bereich bzw. die Symbolik, hier die Ziffer 5, in Bezug auf die umgebenden Bereiche der galvanisierbaren Schicht erhaben. Die galvanisierbare Schicht wird im Anschluss an die laserlithographische Bearbeitung einem Galvanikprozess unterzogen.
Ist die aufgebrachte Auftragsmasse nach der laserlithographischen Bearbeitung nur partiell ausgehärtet, so erfolgt in der Regel in einem weiteren Verfahrensschritt eine vollständige Aushärtung der aufgebrachten Auftragsmasse. Dies kann einerseits durch eine aktive Behandlung der laserlithographisch bearbeiteten Bereiche der Auftragsmasse z.B. mit vernetzender Strahlung wie UV- oder Röntgenstrahlung oder durch Einbringung von Wärme erfolgen. Andererseits kann eine vollständige Aushärtung einfach durch Zeitablauf eintreten, z.B. durch eine bereits im Wege der laserlithographischen Bearbeitung initiierte Vernetzungsreaktion, die aber zeitlich langsam verläuft im Vergleich zur zeitlichen Dauer der Abfolge der Verfahrensschritte b) und c). Im letzteren Fall - also einer vollständigen Aushärtung durch Zeitablauf - kann die Aushärtung parallel zur Durchführung der Verfahrensschritte d. und e. ablaufen. Sodann härten die lithographisch bearbeiteten Bereiche während des Entfernens von nicht ausgehärteter Auftragsmasse bzw. der Durchführung des Galvanikprozesses nach.
Bei einem derart hergestellten Bedienelement bzw. mit einem zugehörigen Herstellungsverfahren wird die Wahrscheinlichkeit einer Materialschädigung des Kunststoff-Grundkörpers im Bereich der galvanisierbaren Schicht verringert, insbesondere im Vergleich zu jenen aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren, bei denen die Symbolik im Anschluss an die galvanische Metallabscheidung z. B. im Wege einer Laserstrukturierung ausgebildet wird. Denn bei einem nach dem vorangehend beschriebenen Verfahren hergestellten Bedienelement trifft der bei der laserlithographischen Bearbeitung bzw. Aushärtung eingesetzte Laserstrahl mit dessen Fokus in erster Linie auf der aufgebrachten Auftragsmasse auf. Im Gegensatz dazu kann der Laserfokus bei der aus dem Stand der Technik bekannten Laserstrukturierung im Wege der kontinuierlichen Schichtabtragung nach dem Abtragen der nahe des Kunststoff-Grundkörpers befindlichen Schichten auch unmittelbar auf dem Kunststoffmaterial auftreffen und dessen Struktur beschädigen. Dabei können beispielsweise aufgeraute oder strukturierte Oberflächen (z.B. Bürststrukturen) des Kunststoff-Grundkörpers beschädigt werden. Derartige Strukturen können beim Spritzgießen am Kunststoff-Grundkörper ausgeformt werden.
Zumindest die oben beschriebenen Verfahrensschritte b) und c) werden vorzugsweise in einer der Erfindung ebenfalls gegenständlichen Maschine durchgeführt. Die Maschine umfasst zumindest eine Station zum Aufbringen einer Auftragsmasse auf zumindest einen Teilbereich der galvanisierbaren Schicht und eine Station zum Ausbilden der Symbolik durch laserlithographisches Bearbeiten der aufgebrachten Auftragsmasse in den die Symbolik ausbildenden Bereichen. Auch kann die Maschine eine weitere Station aufweisen, in welcher die außerhalb der Symbolik liegende Auftragsmasse von der galvanisierbaren Schicht entfernt wird. Auch kann die Maschine eine Nachhärtestation zum finalen Aushärten der die Symbolik ausbildenden Bereiche der Auftragsmasse aufweisen. Die Durchführung mehrerer Verfahrensschritte in ein und derselben Maschine verringert die Prozesskosten und erhöht die Produktionsökonomie. Die Durchführung mehrerer Schritte in einer gemeinsamen Maschine reduziert zudem den Raumbedarf in der Produktionsstätte.
Ein gemäß dem beschriebenen Herstellungsprozess gefertigtes Bedienelement lässt sich kostengünstiger fertigen als Bedienelemente, die mit jenen aus dem Stand der Technik vorbekannten Herstellungsverfahren für einseitig metallisierte Bedienelemente aus Kunststoff mit hinterleuchtbarer Symbolik gefertigt werden. Die Kostenvorteile resultieren daraus, dass bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Bedienelements kein zusätzlicher Laserbearbeitungsschritt zur Strukturierung zwischen der elektrochemischen Metallabscheidung bzw. Galvanisierung erfolgen muss. Entsprechend kann die Galvanisierung kontinuierlich erfolgen. Die Galvanisierung muss also nicht zur Einarbeitung der Symbolik unterbrochen werden. In Bezug auf die Lehre der DE 20 2015 006 095 U1 ergeben sich die Kostenvorteile insbesondere durch die Verwendung eines vereinfachten Aufbringungs- und Aushärtesystems für die Auftragsmasse. Weiterhin ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren durch die definierte Ausbildung der Symbolik-Konturen im Wege der laserlithographischen Bearbeitung und den damit einhergehenden scharf abgegrenzten Rändern der Symbolik, dass auch in den Randbereichen der ausgebildeten Symbolik zuverlässig Metall auf galvanischem Wege abgeschieden werden kann. Dies führt zu einem scharfen Materialübergang zwischen der Symbolik und den galvanisch aufgebrachten Metallschichten.
Mit dem vorangehend beschriebenen Fertigungsverfahren kann auf der galvanisierbaren Schicht des Kunststoff-Grundkörpers zunächst zumindest eine Metallschicht, insbesondere eine elektrisch leitfähige Metallschicht, chemisch abgeschieden werden, um im Anschluss eine klassische elektrochemische Galvanisierung zur Abscheidung von zumindest einer weiteren Metallschicht auf der elektrisch leitfähigen Metallschicht vorzunehmen (Verfahrensschritt e., Variante iii). Alternativ lässt es das Herstellungsverfahren zu, zumindest eine Metallschicht unmittelbar im Wege einer elektrochemischen Galvanisierung auf der galvanisierbaren Schicht abzuscheiden (Verfahrensschritt e., Variante ii), also ohne zuvor bereits eine oder mehrere Metallschicht(en) chemisch abzuscheiden. Auch eine alleinige chemische Abscheidung von zumindest einer Metallschicht auf der galvanisierbaren Schicht ist mit dem vorgeschlagenen Herstellungsverfahren denkbar (Verfahrensschritt e., Variante i).
Der dem Bedienelement zugehörige Kunststoff-Grundkörper kann vorzugsweise durch Spritzgießen erzeugt werden, wobei ein nicht galvanisierbarer Kunststoff A an einen galvanisierbaren Kunststoff B angespritzt wird. Umgekehrt kann der galvanisierbare Kunststoff B aber auch an den nicht galvanisierbaren Kunststoff A angespritzt werden.
Beim Spritzgießen wird ein Werkstoff, beispielsweise einer der Kunststoffe A oder B, in einer Spritzgießmaschine verflüssigt, z.B. aufgeschmolzen, und in eine Gießform unter Druck eingespritzt. Auch Mehrkomponentensysteme, beispielsweise Gemische verschiedener Kunststoffe, können mit dem Spritzgussverfahren verarbeitet werden. Die Gießform bestimmt dabei mit ihrem Innenraum die Form und die Oberflächenstruktur des spritzgegossenen Bauteils, beispielsweise eines Teilkörpers des Kunstsoff-Grundkörpers.
Insbesondere definieren die Größenabmessungen des Innenraums und/oder an den Gießforminnenflächen vorgesehene Oberflächenstrukturen, beispielsweise Vorsprünge oder Ausnehmungen, die Form und Oberflächenstruktur des spritzgegossenen Bauteils. Auch können vor dem eigentlichen Spritzgießen Gegenstände oder Bauteile in der Gießform angeordnet werden, beispielsweise ein Kunststoff-Teilkörper um einen weiteren Kunststoff an diesen Teilkörper anzuspritzen. Damit können die in der Gießform angeordneten Bauteile - z. B. ein erster Teilkörper - die Form der Kavität beim Spritzgießen mitbestimmen, sind also - wie die Gießform selbst - formgebend für das spritzgegossene Bauteil. Auch zusätzlich in der Gießform angeordnete Gegenstände können die Form des spritzgegossenen Bauteils mitbestimmen, die Gegenstände können indes mit der angespritzten Kunststoffmasse ein gemeinsames Verbundbauteil binden.
Um einen Kunststoff an ein bereits ausgehärtetes Bauteil, beispielsweise einen Teilkörper, anzuspritzen, wird eine geschmolzene Kunststoffmasse über ein Verteilersystem bis an die Kavität der Gießform geleitet. Dann erfolgt der Anguss an das in der Gießform angeordnete Bauteil, beispielsweise den erwähnten Teilkörper. Dabei sind verschiedene Angusssysteme bekannt.
Die Wahl des Angusssystems hat unmittelbare Auswirkungen auf die Qualität des spritzgegossenen Bauteils, vorliegend des Kunststoff-Grundkörpers. Bei der Wahl des Angusssystems ist insbesondere die Form des herzustellenden Bauteils zu berücksichtigen. Für rotationssymmetrische Bauteile eignet sich beispielsweise ein Schirmanguss. Als weitere relevante Angusssysteme seien der Punktanguss, Stangenanguss, Tunnelanguss oder Filmanguss erwähnt.
In der Gießform kühlt die an den Teilkörper angespritzte Kunststoffmasse ab und/oder vernetzt sich und geht dabei in einen festen Zustand über bzw. härtet aus. Danach kann der Kunststoff-Grundkörper aus der Gießform entnommen werden.
Unter Berücksichtigung dieser den Spritzgussprozess bestimmenden Parameter kann der Kunststoff-Grundkörper auf unterschiedliche Art und Weise gefertigt werden. Gemäß einer ersten Variante wird ein nicht galvanisierbarer Teilkörper aus einem nicht galvanisierbaren Kunststoff A erzeugt und eine galvanisierbare Schicht aus einem galvanisierbaren Kunststoff B vorderseitig des Teilkörpers - im Spritzgießverfahren - aufgebracht. Gemäß einer zweiten Variante wird die genannte Fertigungsreihenfolge für den Kunststoff-Grundkörper umgekehrt, der nicht galvanisierbare Kunststoff A wird demnach an einen aus galvanisierbarem Kunststoff B gefertigten Teilkörper bzw. an die galvanisierbare Schicht angespritzt.
Bei einem derart gefertigten Kunststoff-Grundkörper kann es sich um ein sogenanntes 2-K-Bauteil handeln. Solche Bauteile können nach dem vorangehend beschriebenen Spritzgussverfahren aus zwei verschiedenen Kunststoffkomponenten hergestellt werden. Bevorzugt wird dabei eine solche Abfolge bei der Herstellung der beiden Komponenten des Grundkörpers eingehalten, bei der zuerst diejenige Kunststoffkomponente gespritzt wird, deren Kunststoffmaterial bei höherer Temperatur verarbeitet werden muss, also den höheren Schmelzpunkt aufweist, und in einem nachfolgenden Verfahrensschritt die bei einer niedrigeren Temperatur zu verarbeitende zweite Kunststoffkomponente an die vorzugsweise bereits vollständig erstarrte erste Kunststoffkomponente angespritzt wird.
Weiterhin hat sich das als Injektion Moulding Decoration (IMD)-Verfahren bekannte Spritzgussverfahren ebenfalls als geeignet zur Herstellung der erfindungsgemäß zu verwendenden Kunststoff-Grundkörper erwiesen. Im Rahmen eines solchen IMD-Verfahrens wird eine Folie aus einem galvanisierbaren Kunststoff B in eine Spritzgussform eingelegt und nachfolgend mit einem nicht galvanisierbaren Kunststoff A hinterspritzt. Je nach Formgebung des Grundkörpers bzw. Materialeigenschaften der Folie ist es aber auch denkbar, zur Ausbildung der nicht galvanisierbaren Rückseite des Grundkörpers eine Folie aus einem nicht galvanisierbaren Kunststoff A in eine Spritzgussform einzulegen und diese mit einem galvanisierbaren Kunststoff B zu hinterspritzen, wobei die aus dem Kunststoff B bestehende Komponente im fertigen Grundkörper die galvanisierbare Oberfläche des Grundkörpers ausbildet. Letztere Variante des Verfahrens bietet den Vorteil, dass die Oberfläche eines spritzgegossenen Kunststoffteils zu metallisieren ist, wozu im Stand der deutlich mehr Erfahrungswerte existieren als zur Metallisierung von Kunststofffolien.
Nach dem Erzeugen des Kunststoff-Grundkörpers wird auf dessen galvanisierbare Schicht zumindest in einem Teilbereich eine Auftragsmasse aufgebracht. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des Herstellungsverfahrens wird eine nicht-galvanisierbare Auftragsmasse verwendet. Bei der Auftragsmasse kann es sich beispielsweise um ein strahlungsinduziert aushärtbares Material handeln. Die Strahlung wird durch einen auf die Auftragsmasse fokussierten Laserstrahl im Wege einer laserlithographischen Bearbeitung - dem Laserschreiben - eingebracht. Durch die eingebrachte Strahlung kann eine strahlungsinduzierte Vernetzungsreaktion der Auftragsmasse eingeleitet werden. Bei der Strahlung handelt es sich vorzugsweise um eine die Vernetzungsreaktion initiierende Strahlung, beispielsweise UV-Strahlung, Infrarotstrahlung oder Röntgenstrahlung. Auch Strahlung aus anderen Wellenlängenbereichen kann im Rahmen der Erfindung zur laserlithographischen Bearbeitung verwendet werden, soweit die Strahlung zur Aktivierung einer Vernetzungsreaktion geeignet ist. Vorzugsweise umfasst die Auftragsmasse dazu zumindest einen Polymerbestandteil. Alternativ oder zusätzlich kann die Auftragsmasse thermisch aushärtbar sein. Im Wege der laserlithographischen Bearbeitung kann mit dem Strahlungseintrag durch den Laser auch ein Wärmeeintrag einhergehen. Weiterhin alternativ oder zusätzlich kann die Auftragsmasse durch Evaporation eines Lösungsmittels aushärten, also im Wege eines Trocknungsprozesses. Dieser Prozess kann durch einen externen Wärmeeintrag befördert werden, sei es im Zuge der laserlithographischen Bearbeitung oder einer zusätzlichen Einheit zur Abgabe von Wärmestrahlung. Als Lösungsmittel kommt beispielsweise Wasser oder ein organisches Lösungsmittel in Betracht. Vorzugsweise ist die Auftragsmasse unter Einwirkung von Strahlung, insbesondere UV-Strahlung oder Röntgenstrahlung aushärtbar, wobei die Strahlung im Rahmen der Erfindung vorzugsweise von einem Laser, z. B. einem UV-Laser, in Richtung der Auftragsmasse ausgesendet wird. Durch die laserlithographische Bearbeitung werden Strukturen ausgebildet, die gegenüber der Oberfläche der galvanisierbaren Schicht erhaben sind, insbesondere nach dem Entfernen der außerhalb der Symbolik liegenden Auftragsmasse im Schritt d. des beschriebenen Herstellungsverfahrens.
Bei der strahlungsinduzierten Aushärtung im Wege der laserlithographischen Bearbeitung kann auch eine Maske zum Einsatz kommen, die oberhalb der zu bestrahlenden Auftragsmasse angeordnet wird und selektiv, nur in bestimmten Bereichen, Laserstrahlung in Richtung der Auftragsmasse hindurchtreten lässt. Beispielsweise kann die Maske aus einem für Laserstrahlung undurchlässigen Material bestehen und Aussparungen zum definierten Durchtritt der Laserstrahlung aufweisen. Die Aussparungen können zu der auszubildenden Symbolik korrespondieren. Bei einer solchen maskenbasierten Laserlithographie handelt es sich jedoch nicht um das Verfahren des direkten Laserschreibens, welches eingangs erläutert wurde.
Bei dem Aushärtevorgang kann es sich auch um eine chemische Vernetzung handeln, die durch die einfallende Laser-Strahlung, beispielsweise UV-Strahlung eines UV-Lasers oder Röntgenstrahlung - z. B. Synchrotonstrahlung - induziert bzw. aktiviert wird. Sofern die Auftragsmasse ein Lösungsmittel umfasst, kann dieses in Folge des mit der Bestrahlung verbundenen Wärmeeintrags verdampfen. Der Aushärtevorgang entspricht dann einem klassischen Trocknungsprozess. Durch die Tatsache, dass die verwendete Auftragsmasse nicht-galvanisierbar ist, wird vermieden, dass sich auf den laserlithographisch ausgebildeten Strukturen in nachfolgenden Verfahrensschritten, insbesondere bei der elektrochemischen bzw. galvanischen Behandlung des Kunststoff-Grundkörpers, Metall abscheidet. Die laserlithographisch bearbeiteten Bereiche sind bzw. die ausgebildete Symbolik ist galvanikstabil.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Bedienelements eine Auftragsmasse verwendet, die einen unter UV-Bestrahlung aushärtbaren Lack umfasst, beispielsweise einen transparenten oder farbigen Fotolack. Bei Verwendung eines transparenten Lacks kann es aufgrund von schwacher Absorption der Laserstrahlung zu einer auf Mehrfachstreuung basierenden Mehrfachhärtung kommen. Dies ist unerwünscht, da es zu Inhomogenitäten des Aushärtungsgrades in den bearbeiteten Bereichen führen kann. Die Aushärtung kann in lateraler Richtung, also in im Wesentlichen senkrecht zum Laserstrahl stehender Richtung, zu einer über 100 - 200 µm über den Laserfokus hinausgehenden Aushärtung führen. Durch die Verwendung eines farbigen Lacks mit einer stärkeren Absorption der Laserstrahlung wird eine solche Mehrfachstreuung samt damit einhergehender unerwünschter Mehrfachhärtung vermieden. Die Härtung ist im Wesentlichen auf den Laserfokus beschränkt.
Weiterhin können dem Lack Partikel zugesetzt werden, die geeignet sind Laserstrahlen zu absorbieren. Auch dadurch kann eine Mehrfachstreuung vermieden werden. Zusätzlich zu den genannten Bestandteilen kann die Auftragsmasse noch weitere Bestandteile umfassen, beispielsweise Bindemittel, UV-Monomere, Fotoinitiatoren, Entschäumer, Verdickungsmittel, Dispergier-Additive oder Füllstoffe.
Die Verwendung von Lacken ist vorteilhaft, da damit eine Vielzahl von Farb- und Eigenschaftsvariationen ermöglicht wird. Durch den Zusatz von Laserstrahlung absorbierenden Partikeln kann der Prozess der laserlithographischen Bearbeitung der Auftragsmasse bzw. des Laserschreibens erleichtert werden. Denn durch die Strahlungsabsorption seitens der zugesetzten Partikel kann die Energie effizient auf die Auftragsmasse übertragen werden, wodurch ein zusätzlicher die Aushärtung fördernder Wärmeeintrag gewährleistet wird.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung, kann bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Bedienelements die Auftragsmasse vollflächig auf der galvanisierbaren Schicht aufgebracht werden. Ein vollflächiges Aufbringen ist im Gegensatz zu einem bereichsweisen oder punktuellen Aufbringen der Auftragsmasse technisch einfacher und kostengünstiger zu realisieren. Auf entsprechende Masken zum Aufbringen der Auftragsmasse kann sodann verzichtet werden. Dadurch können gerade bei der Produktion hoher Stückzahlen von Bedienelementen Kosten- und Zeitvorteile entstehen.
Gleichsam schließt die erfindungsgemäße Offenbarung nicht aus, die Auftragsmasse auf jenen Teilbereichen der galvanisierbaren Schicht aufzubringen, in welchen die Symbolik ausgebildet wird. Insbesondere kann die Auftragsmasse unter dem Einsatz einer Auftragsmaske selektiv in einem gewünschten Teilbereich der galvanisierbaren Schicht aufgebracht werden. Die Auftragsmaske kann Aussparungen aufweisen, in welchen die Auftragsmasse eingebracht wird. Nach dem Abnehmen der Auftragsmaske befindet sich die Auftragsmasse an der gewünschten Position und kann der laserlithographischen Bearbeitung unterzogen werden. Diese Variante bietet Vorteile in ökologischer Hinsicht, sowie mit Blick auf die Materialkosten. Denn im Gegensatz zu einer vollflächigen Beaufschlagung der galvanisierbaren Schicht mit einer Auftragsmasse, wird diese bei einer nur bereichsweisen Aufbringung mengenmäßig eingespart. Es wird also einerseits weniger Auftragsmasse benötigt, was eine unmittelbare Reduktion der Materialkosten bewirkt, und andererseits kann auf etwaige Rückführ- oder Recyclingschritte verzichtet werden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die Auftragsmasse auf die galvanisierbare Schicht aufgedruckt, aufgesprüht, aufgewalzt oder aufgestrichen werden.
Zu den möglichen Druckverfahren zählen der Tief-, Hoch-, Flach- und Durchdruck in den Ausprägungen Stichtiefdruck, Rastertiefdruck, Letterset, Tampondruck, Flexodruck, Buchdruck, Prägedruck, Offsetdruck, Toray-Druck und Siebdruck. Auch ein Auftrag über Digitaldruckverfahren kommt in Frage. Dazu zählen Tintenstrahldruck, 3D Druck, Elektrophotographie, Lasersublimationsdruck, Thermosublimationsdruck, Laserablation und andere Verfahren, um hier nur die Wichtigsten beispielhaft zu nennen.
Beim Aufsprühen kann die die Auftragsmasse durch eine oder mehrere Düsen unter Druck in Richtung der galvanisierbaren Schicht gesprüht werden. Die Verfahren des Aufwalzens bzw. Aufstreichens eignen sich insbesondere zum vollflächigen Aufbringen der Auftragsmasse auf die galvanisierbare Schicht.
Alternativ kann die Auftragsmasse durch Eintauchen der galvanisierbaren Schicht in ein mit der Auftragsmasse gefülltes Vorlagebehältnis auf die galvanisierbare Schicht aufgebracht werden. Bei einem solchen Vorgehen handelt es sich um eine klassische Dipping-Technik. Diese ist schnell durchführbar, jedoch muss eine ausreichende Haftung der Auftragsmasse auf dem Substrat, hier der galvanisierbaren Schicht, gewährleistet sein. Die Haftungsfähigkeit kann durch eine Vorbehandlung der galvanisierbaren Schicht erhöht werden, beispielsweise durch Aufrauen oder thermische Vorbehandlung.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann bei der Herstellung des Bedienelements die laserlithographische Bearbeitung mit einem gepulsten Laser durchgeführt werden, vorzugsweise mit einem Nd:YAG-, einem CO₂- oder einem UV-Laser. Vorzugsweise wird dabei ein Laser verwendet, dessen Wellenlänge an die für eine Initiierung einer Fotopolymerisation der Auftragsmasse notwendige Wellenlänge angepasst ist. Sofern es sich um eine Auftragsmasse handelt, die durch den Eintrag von UV-Strahlung eine Fotopolymerisation unterlaufen kann, so eignet sich insbesondere die Verwendung eines UV-Lasers.
Vorteilhaft kann ferner sein, dass die vom Laser ausgehende Strahlung eine hohe Absorption in der Auftragsmasse erfährt, während die Absorption im Kunststoff A und Kunststoff B gering ist. Dadurch wird beim lithographischen Bearbeiten der Auftragsmasse vermieden, dass Kunststoffmaterial der Kunststoffe A oder B zerstört wird. Durch die geringe Absorption in den Kunststoffen A und B wird ein materialschädigender Einfluss beim Laserschreiben zumindest reduziert.
Beim laserlithographischen Bearbeiten der Auftragsmasse wird ein fokussierter Laserstrahl des Lasers entlang eines vorgegebenen Verfahrweges über die Auftragsmasse geführt. Dazu kann der Laser über eine Haltevorrichtung mit einer Antriebs- und Verschiebeeinheit verbunden sein, die ein Verschieben des Lasers entlang des vorgegebenen Verfahrweges ermöglicht. Der Verfahrweg kann der Kontur oder der Form der auszubildenden Symbolik entsprechen. Der Verfahrweg kann mehrfach wiederholt werden und/oder aus mehreren aneinander gereihten Verfahrbewegungen bestehen. Die laserlithographische Bearbeitung kann simultan von mehreren Lasern vorgenommen werden. Dies kann insbesondere vorteilhaft sein, sofern die Symbolik aus mehreren Einzelsymbolen besteht. Dann kann jedem lithographisch zu strukturierenden Einzelsymbol ein Laser zugeordnet sein. Im Wege der laserlithographischen Bearbeitung können ultrafeine Strukturen ausgebildet werden, so dass - je nach Kundenanforderung - auf eine Nacharbeitung der ausgebildeten Strukturen auch verzichtet werden kann. Dies stellt jedoch nur eine optionale Variante dar. Denn auch ultrafeine Strukturen können einer Nachbearbeitung, z. B. einer Lasernachbearbeitung zur Ausbildung scharfer Ränder, unterzogen werden.
Gleichermaßen kann der Kunststoff-Grundkörper mit der auf der galvanisierbaren Schicht aufgebrachten Auftragsmasse beim laserlithographischen Bearbeiten relativ zu einem positionsfest fokussierten Laserstrahl bewegt werden. Auch dadurch lässt sich die Symbolik strukturieren. Der Kunststoff-Grundkörper muss in diesem Fall auf einer beweglichen Verfahreinheit angeordnet sein. Diese kann beispielsweise in Form einer mehrachsigen Lineareinheit ausgestaltet sein.
Die Auftragsmasse kann im Wege der Laserbearbeitung bzw. laserlithographischen Bearbeitung an den bearbeiteten Stellen zumindest partiell aushärten. Bei nicht vollständiger - also partieller - Aushärtung kann die Auftragsmasse nach der Laserbearbeitung einen Nachhärteprozess durchlaufen, in welchem die Aushärtung vervollständigt wird. Der Nachhärteprozess kann durch einfachen Zeitablauf oder durch zusätzlichen Wärme- oder Strahlungseintrag gefördert werden. Jedoch ist es im Rahmen der Erfindung ebenfalls möglich, dass die Auftragsmasse im Wege der Laserbearbeitung an den bearbeiteten Stellen vollständig aushärtet.
Bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Bedienelements kann das Nachhärten durch eine der laserlithographischen Bearbeitung nachgelagerte Nachhärtestation verwirklicht werden. Gleichsam kann die Nachhärtestation dem Entfernen der überschüssigen Auftragsmasse nachgelagert sein. Sofern die Auftragsmasse durch die laserlithographische Bearbeitung noch nicht vollständig ausgehärtet ist, kann die partiell gehärtete Auftragsmasse beim Transport des Bauteils zu einem folgenden Verarbeitungsschritt nachhärten. Die bei der Herstellung des Bedienelements verwendeten Lacke können durch den Eintrag von Strahlung, beispielsweise UV-Strahlung, zum Trocknen bzw. Aushärten gebracht werden. In der genannten Nachhärtestation können die Bauteile mit UV-Licht bestrahlt werden. Die Bestrahlung mit UV-Licht erfolgt hierbei vorzugsweise über Quecksilberdampflampen oder LED-Lampen. Die UV-Strahlung kann von einer geeigneten Bestrahlungseinrichtung durchgeführt werden. Die Bestrahlungseinrichtung kann in eine übergeordnete Maschine integriert sein.
Wie eingangs erwähnt, wird die außerhalb der Symbolik liegende, beziehungsweise die nicht ausgehärtete Auftragsmasse von der galvanisierbaren Schicht entfernt. Dies kann beispielsweise mit Hilfe eines geeigneten Lösungsmittels erfolgen, also im Sinne eines Abwaschens. Als Lösungsmittel kommen jegliche Lösungsmittel in Betracht, vermöge dessen die Auftragsmasse von der galvanisierbaren Schicht entfernbar ist. Die Auftragsmasse muss also zumindest eine Teillöslichkeit in dem ausgewählten Lösungsmittel aufweisen. In Betracht kommen grundsätzliche wässrige oder organische Lösungsmittel. Auch Fluide wie CO₂ oder überkritisches CO₂ kommen als Lösungsmittel in Betracht. Beispielsweise kann die Auftragsmasse unter Einsatz einer CO₂-Sprühanlage entfernt werden. Weiterhin kommt eine Entfernung mit festem Kohlenstoffdioxid in Form von Trockeneis, beispielsweise Trockeneis-Granulat, in Betracht. Das Trockeneis-Granulat wird dabei mit hoher Geschwindigkeit auf die zu reinigende Oberfläche, hier in Richtung der nicht ausgehärteten Auftragsmasse gesprüht oder geblasen. Dadurch kann die Auftragsmasse erstarren, spröde werden und schließlich abplatzen oder mechanisch entfernt werden.
Alternativ kann die Auftragsmasse durch Beizen mit einem Beizmittel, beispielsweise einer oxidierenden Lösung wie Chromschwefelsäure oder Kaliumpermanganat, entfernt werden. Prinzipiell kommen als Beizmittel organische oder anorganische Säuren und Laugen in Betracht. Die Auswahl richtet sich nach der Löslichkeit bzw. Abtragungseffizienz des Beizmittels in Bezug auf die verwendete Auftragsmasse. Zudem darf das Beizmittel nicht zu aggressiv gegenüber der galvanisierbaren Schicht bzw. dem Kunststoff-Grundkörper sein. Zwar kann das ohnehin in einem Vorbehandlungsschritt zur Galvanik verwendete Beizmittel gleichsam zur Entfernung der Auftragsmasse eingesetzt werden - dies bietet insbesondere Kostenvorteile -, jedoch sollte die galvanisierbare Schicht bzw. der Kunststoff-Grundkörper nicht zu stark beschädigt werden.
Weiterhin kann es im Rahmen der Erfindung Vorteile bieten, wenn die Ränder der laserlithographisch bearbeiteten Stellen nach ihrer vollständigen oder partiellen Aushärtung mit weiteren Laser zur Ausbildung einer scharfen Kontur der Symbolik nachgearbeitet werden. Nach dem Laserschreiben der Symbolik beginnt die Auftragsmasse in den bearbeiteten Bereichen auszuhärten oder ist bereits durch das Laserschreiben bzw. die laserlithographische Bearbeitung ganz oder zumindest partiell ausgehärtet. In den Randbereichen der Symbolik, können die Ränder mit zumindest einem Laser nachbearbeitet werden, beispielsweise indem der zumindest eine Laser entlang der Randbereiche der laserlithographisch geschriebenen Symbolik verfahren wird. Dadurch werden die Ränder der Symbolik von dem zumindest einen Laser bzw. Laserstrahl abgerastert und nachbearbeitet.
Durch den Lasereintrag können somit die Konturen oder Randbereiche der ausgebildeten Symbolik geschärft bzw. nachgearbeitet werden, z.B. durch Abtragen oder Wegbrennen von ungehärteter oder gehärteter bzw. überstehender Auftragsmasse. Bei der Lasernachbearbeitung werden die Ränder der aufgebrachten Symbolik geschärft und Unregelmäßigkeiten beseitigt bzw. korrigiert. Dabei kann ein Laserstrahl bzw. mehrere Laserstrahlen entlang eines vorgegebenen Verfahrwegs über das zu bearbeitende Bauteil, also die galvanisierbare Schicht, bewegt werden und über die gewünschte Kontur der Symbolik überstehendes Material entfernen.
Auch ist es möglich den bzw. die Laser positionsfest anzuordnen und das nachzubearbeitende Bauteil relativ zum positionsfesten Laser bzw. zu den positionsfesten Lasern zu bewegen. Eine solche Nachbearbeitung kann unmittelbar im Anschluss an den o.g. Verfahrensschritt c. oder den Verfahrensschritt d. durchgeführt werden. Auch eine simultan zur laserlithographischen Bearbeitung durchgeführte Lasernachbearbeitung zur Schärfung der Randbereiche ist denkbar, beispielsweise indem ein der laserlithographischen Bearbeitung zugeordneter Laserstrahl und ein der Lasernachbearbeitung zugeordneter Laserstrahl unmittelbar nacheinander entlang eines vorgegebenen Verfahrweges bewegt werden bzw. der Kunststoff-Grundkörper relativ zu den Laserstrahlen bewegt wird.
Vorteilhaft kann es sein die Schritte b. und c. des vorangehend beschriebenen Verfahrens zur Herstellung des erfindungsgemäßen Bedienelements in einer mit mehreren Stationen versehenen Maschine durchzuführen, wobei die Verfahrensschritte b. und c. jeweils einer Station zugeordnet ist. Die Maschine kann eine weitere Station aufweisen, in welcher der Schritt d. des Verfahrens erfolgt. Vorzugsweise ist der Verfahrensschritt b. einer ersten Station zugeordnet, während der Verfahrensschritt c. einer zweiten Station zugeordnet ist. Der Verfahrensschritt d. ist sodann vorzugsweise einer dritten Station der Maschine zugeordnet.
Bei der zuvor erwähnten Maschine kann es sich um eine Drehtellermaschine handeln, sodass zumindest die Verfahrensschritte b., c. und optional d. mit einer solchen ausgeführt werden. Die Maschine kann eine weitere Station umfassen, in welcher die Aushärtung der Auftragsmasse erfolgt.
Wie beschrieben, kann bei der Herstellung des Bedienelements auf der galvanisierbaren Schicht zumindest eine Metallschicht abgeschieden werden. Bei der zumindest einen Metallschicht kann es sich um eine Metallschicht handeln, die mittels chemischer Abscheidung auf die galvanisierbare Schicht aufgebracht wird. Alternativ kann auf der galvanisierbaren Schicht unmittelbar auf elektrochemischem Wege zumindest eine Metallschicht abgeschieden werden. Vorteilhaft ist es jedoch zunächst auf chemischem Wege eine elektrisch leitfähige Metallschicht auf der galvanisierbaren Schicht aufzubringen und im Anschluss daran auf dieser Schicht zumindest eine weitere Metallschicht galvanisch abzuscheiden.
Unter chemischem Abscheiden ist eine stromlose, d.h. nicht elektrochemische Abscheidung einer Metallschicht auf der galvanisierbaren Schicht zu verstehen.
Beispielhaft hierfür wird nachfolgend die Abscheidung einer Nickelschicht aus einer Elektrolytlösung mittels eines kolloidalen Verfahrens beschrieben.
Im Rahmen eines solchen kolloidalen Verfahrens wird in einem ersten Schritt aus einer Elektrolytlösung eine Schicht aus Palladiumkeimen auf der galvanisierbaren Schicht aufgebracht bzw. abgeschieden. Vorzugsweise jedoch nur auf jenen die laserlithographisch bearbeiteten Bereiche des Kunststoff-Grundkörpers umgebenden Bereiche.
Auf die laserlithographisch bearbeiteten Bereiche der Auftragsmasse, also die Symbolik, wird vorzugsweise keine Materiallage aus Palladiumkeimen aufgetragen. Das Aufbringen der Palladiumkeime wird häufig als „Aktivieren der Oberfläche“ des zu galvanisierenden Bauteils bezeichnet. Hierzu wird beispielhaft auf die Ausführungen in der DE 102 08 674 A1 verwiesen. Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise bekannt, dass zum Aktivieren der Oberfläche des Grundkörpers Palladiumkeime aus einer kolloidalen Lösung auf die galvanisierbare Schicht aufgebracht werden können, wobei diese aufgebrachten Palladiumkeime durch eine Zinn-Schutzkolloid-Schicht geschützt sein können. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn vor dem nachfolgenden Aufbringen der Metallschicht auf die aktivierte galvanisierbare Schicht eine ggf. die Palladiumkeime abdeckende Zinn-Schutzkolloid-Schicht entfernt wird. Dieser Vorgang, der auch als „Stripping“ bezeichnet wird, kann beispielsweise durch Waschen der aktivierten galvanisierbaren Oberfläche des Grundkörpers vorgenommen werden.
Nachfolgend kann auf der aktivierten Oberfläche des Grundkörpers des Bedienelements auf chemischem, aber nicht elektrochemischem Wege (d. h. stromlos), in einem geeigneten Metallbad zumindest eine Metallschicht, bevorzugt aus Nickel oder Kupfer, abgeschieden werden (sog. „chem. Nickel“ bzw. „chem. Kupfer“). Da die mit der Auftragsmasse versehenen Bereiche nicht aktiviert sind, scheidet sich auf diesen kein Metall bzw. nur geringe Mengen Metall ab, die jedoch in einem Folgeschritt ohne großen Aufwand entfernbar sind. Einem solchen chemischen Abscheiden kann ein Finishing mit einem Schutzlack nachgelagert sein. Auch kann der chemischen Abscheidung ein Galvanikprozess nachgelagert sein.
Vorteilhaft kann es sein vor der chemischen Abscheidung der Metallschicht mittels eines physikalischen Verfahrens eine dünne Zwischenschicht abzuscheiden, beispielsweise mittels PVD-Verfahren („physical vapor deposition“).
Wird eine Nickel- oder eine Kupferschicht chemisch abgeschieden, so weist diese typischerweise eine Schichtdicke zwischen 100 Nanometern und 5 Mikrometern auf, bevorzugt zwischen 500 Nanometern und zwei Mikrometern, und besonders bevorzugt von etwa 1 Mikrometer. Die minimale Schichtdicke ist dabei im Wesentlichen davon abhängig, ab welcher Schichtdicke sich eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit der Metallschicht ausbildet. Auch wird die minimale Schichtdicke die Stromtragfähigkeit der elektrisch leitfähigen Metallschicht bestimmt, die für die nachfolgenden Galvanikschritte, sofern ein solcher Prozess im Anschluss vorgesehen ist, erforderlich ist. Die maximale Schichtdicke wird in erster Linie vor der Abscheidegeschwindigkeit bestimmt, die das zur stromlosen Abscheidung der elektrisch leitfähigen Metallschicht verwendete chemische oder physikalische Verfahren aufweist. Bei zu langer Verweildauer im entsprechenden Prozessschritt wird das gesamte Verfahren unwirtschaftlich.
Bevorzugt werden zumindest die Prozessschritte „Aktivieren der Oberfläche“, „Aufbringen der elektrisch leitfähigen Metallschicht (chem. Nickel/chem. Kupfer)“ in weniger als 24 h durchlaufen, um eine Passivierung der reaktiven Oberfläche des chem. Nickel/chem. Kupfer zu vermeiden.
Falls die stromlos abgeschiedene elektrisch leitfähige Metallschicht tatsächlich eine nur geringe Stromtragfähigkeit aufweist, was nachteilig für nachfolgende elektrochemische Verfahrensschritte wäre, kann optional bei geringen Strömen eine erste Metallschicht z.B. aus Kupfer oder Nickel auf galvanischem Wege auf der elektrisch leitfähigen Metallschicht abgeschieden werden (sog. „Vor-Kupfer“ bzw. „Vor-Nickel“).
Zur Fertigstellung des metallisierten Bedienelements kann nachfolgend die Dicke der Metallschicht, die ggf. noch mit einer dünnen Schicht aus Vorkupfer oder Vornickel bedeckt ist, mittels eines galvanischen, d. h. elektrochemischen Verfahrens erhöht werden. In der Regel wird hierzu auf die (elektrisch leitfähige) Metallschicht eine erste Zwischenschicht aus Kupfer abgeschieden, die aufgrund ihrer hohen Duktilität eine Brücke bildet zwischen dem Kunststoff-Grundkörper, der eine hohe Elastizität aufweist, und einer in einem nachfolgenden Prozessschritt auf der Oberfläche des Bedienelements abgeschiedenen Dekorschicht aus einem harten Dekormetall wie Chrom oder auch Nickel. Diese erste Zwischenschicht aus Kupfer kann eine Schichtdicke von 10 bis 40 Mikrometern und darüber aufweisen. In der Regel wird der Galvanikprozess zur Abscheidung der ersten Zwischenschicht aus Kupfer so eingestellt, dass auf allen zugleich im Galvanikbad beschichteten Bedienelementen eine Schichtdicke dieser ersten Zwischenschicht von zumindest 20 Mikrometern sichergestellt ist. An den mit der Auftragsmasse bedruckten Bereichen des Kunststoff-Grundkörpers findet der Galvanikprozess nicht statt, dort erfolgt keine Metallabscheidung.
Oftmals wird auf der ersten Zwischenschicht aus Kupfer noch eine zweite metallische Zwischenschicht abgeschieden, um die Korrosionsbeständigkeit der Metallbeschichtung zu erhöhen. Auch kann diese zweite Zwischenschicht die Haftung der auf der Oberfläche des Bedienelements aufgebrachten Dekorschicht auf der ersten Zwischenschicht erhöhen. Schließlich kann auch die Optik der Dekorschicht durch geeignete Wahl des Materials der zweiten Zwischenschicht gezielt beeinflusst werden. Besonders bewährt hat sich die Aufbringung einer zweiten Zwischenschicht aus Nickel. Dabei kann diese zweite Zwischenschicht insbesondere aus Rissnickel, Mattnickel, Halbglanznickel oder Glanznickel bestehen und ihrerseits nochmals in Zwischenschichten unterteilt sein. So hat sich bei mechanisch besonders stark beanspruchten Bedienelementen wie z. B. dem Schaltkauf des Gangwahlhebels eines Getriebes, oder bei Bedienelementen, die dem Angriff korrosiver Medien wie Handschweiß besonders stark ausgesetzt sind, ein Schichtaufbau bewährt bestehend aus einer auf die erste Zwischenschicht aus Kupfer aufgebrachten Schicht aus Halbglanznickel und einer auf deren Oberfläche abgeschiedenen Schicht aus Mattnickel, auf deren Oberfläche schließlich eine Schicht aus Rissnickel aufgebracht wird. Die Rissnickelschicht trägt zu einer wesentlichen Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit des gesamten Schichtaufbaus bei, wobei als ursächlich hierfür ein kontrollierter Korrosionsangriff an der Rissnickelschicht angesehen wird. Aber auch die Haftung der Dekorschicht wird durch diese Zwischenschicht nochmals erhöht. Die Schichtdicke der zweiten Zwischenschicht beträgt typisch zwischen 5 und 30 Mikrometern, bevorzugt beträgt sie 10 Mikrometer und darüber, insbesondere bei einer zweiten Zwischenschicht aus Nickel.
Nachfolgend wird auf der ersten Zwischenschicht aus Kupfer bzw. der optionalen zweiten Zwischenschicht aus Nickel galvanisch eine Schicht aus einem Dekormetall abgeschieden, bei welchem es sich beispielsweise um Chrom oder auch um Nickel handeln kann. Hierbei wird auf die an sich bekannten Verfahren zur Ausbildung einer Halbglanz- bzw. Mattnickelschicht (Aludesign), einer Rissnickelschicht oder einer Glanzchromschicht zurückgegriffen. Typische Schichtdicken dieser Dekorschicht liegen zwischen 100 Nanometern und wenigen Mikrometern, im Fall von Chrom bevorzugt bei zumindest 300 Nanometern.
Vorteilhaft kann es sein, dass die Schichtdicke der die Symbolik bereitstellenden Auftragsmasse der Schichtdicke der abgeschiedenen, zumindest einen Metallschicht entspricht. Dadurch ist die Ausbildung einer planen Oberfläche ermöglicht.
Abschließend kann die metallisierte Oberfläche des Bedienelements noch mit einem geeigneten Schutz- und/oder Dekorlack versehen werden, der auf die Dekorlage aus dem Dekormetall wie z. B. Chrom aufgebracht wird und die Korrosionsbeständigkeit des gesamten auf das Bedienelement aufgebrachten Schichtaufbaus nochmals erhöht.
Mit dem voranstehend beschriebenen Galvanikprozess kann auch unmittelbar auf der galvanisierbaren Schicht des Kunststoff-Grundkörpers zumindest eine Metallschicht abgeschieden werden (siehe oben, Verfahrensschritt e., Variante ii). Dies ist möglich, sofern die galvanisierbare Schicht elektrisch leitfähig ist. Zu denken ist beispielsweise an eine metallische Grundierung oder die Verwendung eines elektrisch leitfähigen Kunststoffs. Auch kann der Kunststoff-Grundkörper als galvanisierbare Schicht ein zusätzliches Metallbauteil enthalten, zum Beispiel eine Metallfolie, an welche der Kunststoff B angespritzt ist.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des der Erfindung zugrunde liegenden Bedienelements ist der Kunststoff B, also der die galvanisierbare Schicht bereitstellende Kunststoff, ein transparentes oder transluzentes Polyamid, ABS oder ein ABS/Polycarbonat-Blend. Das Akronym ABS steht dabei für Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymere. Bei dem Kunststoff A handelt es sich vorzugsweise um ein Polycarbonat. Setzt sich der Grundkörper aus Teilkörpern dieser Materialien zusammen, so ist eine hochbelastbare mechanische Verbindung der Teilkörper gewährleistet. Ein mechanisch besonders stabiler Grundkörper wird erhalten, sofern der die galvanisierbare Schicht aus einem ABS/Polycarbonat-Blend besteht, während der rückseitige Teilkörper aus Polycarbonat gefertigt ist. Bei Ausbildung der galvanisierbaren Schicht aus Polyamid kann es von Vorteil sein, die galvanisierbare Schicht mit einer geeigneten Strukturierung zu versehen, die eine zusätzliche Verkrallung mit dem rückseitigen Teilkörper bewirkt.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann es von Vorteil sein, dass vor dem Abscheiden der ersten Metallschicht die zu galvanisierende Oberfläche der galvanisierenden Schicht aufgeraut wird, z.B. durch chemische Behandlung. Wird die galvanisierbare Schicht von ABS oder ABS/Polycarbonat-Blends gebildet, so kann die Rauigkeit der Oberfläche erhöht werden, indem die ButadienAnteile des ABS-Kunststoffs zumindest teilweise aus der Oberfläche der galvanisierbaren Schicht herausgelöst werden. Hierzu kann sich die Behandlung der galvanisierbaren Schicht bzw. des Grundkörpers in einem Beizvorgang in einem Chromschwefelsäurebad eignen. Bei einer galvanisierbaren Schicht aus Polyamid hingegen, so kann die Oberflächenrauigkeit erhöht werden, indem die galvanisierbare Schicht bzw. der Grundkörper derart chemisch behandelt wird, dass die aus Polyamid bestehende Schicht zumindest teilweise aufquillt.
Für weitere Einzelheiten zum Galvanikprozess bzw. zur kombinierten chemischen Abscheidung samt Galvanikprozess sei ergänzend auf den Offenbarungsgehalt der DE 10 2010 016 973 B4 verwiesen.
Wie im vorangehenden Kontext schon ausgeführt, umfasst die vorliegende Erfindung zudem Maschine zur Herstellung eines einseitig metallisierten Bedienelements aus Kunststoff mit hinterleuchtbarer Symbolik, z. B. für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Station in welcher nach Bereitstellung eines Kunststoff-Grundkörpers mit einem rückseitig angeordneten Teilkörper aus einem nicht galvanisierbaren Kunststoff A, und einer vorderseitig angeordneten galvanisierbaren Schicht aus einem galvanisierbaren Kunststoff B, auf zumindest einen Teilbereich der galvanisierbaren Schicht eine Auftrasmasse aufgebracht wird, und eine Station zum Ausbilden der Symbolik durch laserlithographisches Bearbeiten der aufgebrachten Auftragsmasse in den die Symbolik ausbildenden Bereichen.
Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass Begriffe, wie „umfassend“, „aufweisen“ oder „mit“ keine anderen Merkmale oder Schritte ausschließen. Ferner schließen die Begriffe „ein“ oder „das“, die auf einer Einzahl von Schritten oder Merkmalen hinweisen, keine Mehrzahl von Merkmalen oder Schritten aus und umgekehrt.
Nachfolgend wird anhand der beigefügten Figuren die Herstellung des erfindungsgemäßen Bedienelements genauer erläutert. Dabei zeigen die

1 ein Verfahrensschema zum Ablauf eines Herstellungsverfahrens zur Fertigung des erfindungsgemäßen Bedienelements;
2a-d eine schematische Illustration der Verfahrensschritte c. und d. gemäß einer ersten Ausführungsform;
3a-c eine schematische Illustration der Verfahrensschritte c. und d. in einer zweiten Ausführungsform.

Wie im Verfahrensschema getreu der 1 dargestellt, wird im Verfahrensschritt 1 in einer Spritzgussform ein Teilkörper aus einem nicht galvanisierbaren Kunststoff A (z. B. Polycarbonat) mittels Spritzguss hergestellt. Die Form des gegossenen Kunststoffs wird dabei im Wesentlichen durch die Gießform bzw. die Kavität definiert. Zusätzlich können weitere Bauteile in der Gießform vorgelegt werden, an welche die Kunststoffmasse A angegossen wird.
Im Verfahrensschritt 2 wird an diesen Teilkörper vorderseitig eine galvanisierbare Schicht aus einem galvanisierbaren Kunststoff B (z. B. ABS/Polykarbonat-Blend) angespritzt, wodurch der als Zwei-Komponenten-(2K)-Bauteil ausgebildete Grundkörper des erfindungsgemäßen Bedienelements ausgebildet wird. Die Verfahrensschritte 1 und 2 können auch in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt werden.
Im nachfolgenden optionalen Verfahrensschritt 3 wird zumindest die Oberfläche der galvanisierbaren Schicht des Bedienelements einem Beizprozess unterzogen, bei welchem die Butadienanteile aus der Oberfläche des ABS-Kunststoffanteils herausgelöst werden. Dieser Verfahrensschritt wird bevorzugt in einem Chromschwefelsäurebad ausgeführt. Neben der Aufrauhung der galvanisierbaren Oberfläche des Kunststoff-Bedienelements werden u. a. Verunreinigungen von der galvanisierbaren Oberfläche entfernt, insbesondere evtl. anhaftende organische Verunreinigungen. Dieser Verfahrensschritt kann nach dem Verfahrensschritt 5 wiederholt werden oder grundsätzlich dem Verfahrensschritt 6 entsprechen.
Gemäß dem Verfahrensschritt 4 wird auf die galvanisierbare Schicht des Kunststoff-Grundkörpers mit einer Auftragsmasse aufgebracht. Die Auftragsmasse kann durch Aufdrucken, Aufstreichen, Aufwalzen, Aufsprühen oder im Wege einer Dipping-Technik erfolgen. Bei der Auftragsmasse kann es sich um einen Lack - beispielsweise einen UV-Lack - handeln, der weitere Bestandteile umfassen kann, beispielsweise Partikel die geeignet sind, Laserstrahlen zu absorbieren.
Im dargestellten Verfahrensschritt 5 wird die Symbolik ausgebildet, nämlich durch laserlithographische Bearbeitung - auch Laserschreiben genannt. In den die Symbolik ausbildenden Bereichen, also jenen Bereichen in, denen Bestimmte Symbole vorgesehen sein sollen, wird ein Laserstrahl (vorzugsweise ein UV-Laser) entlang eines vorgegebenen Weges über die Auftragsmasse bewegt. Dabei kann die Auftragsmasse vollständig oder zu einem überwiegenden Teil aushärten. Der Laser kann beispielsweise eine Fotopolymerisation in der Auftragsmasse initiieren und/oder durch Wärmeeintrag die Aushärtung beschleunigen. Nach dem (partiellen) Aushärten, wird nicht ausgehärtete Auftragsmasse gemäß dem Verfahrensschritt 7 entfernt, beispielsweise durch Auswaschen oder einen Beizvorgang.
Die 2a bis 2d zeigen exemplarisch den Vorgang des Laserschreibens und der Entfernung der nicht ausgehärteten Auftragsmasse. Wie in 2a illustriert ist die galvanisierbare Schicht 1 vor der laserlithographischen Bearbeitung mit einer Auftragsmasse 2 beaufschlagt worden. Im hiesigen Beispiel ist die galvanisierbare Schicht 1 vollflächig mit der Auftragsmasse 2 beschichtet. In jenen Bereichen der Auftragsmasse 2 in denen die Symbolik ausgebildet werden soll, wird ein Laserstrahl 3 entlang eines vorgegebenen Weges über die Auftragsmasse 2 bewegt (2b). In lateraler Richtung wird mittels des Laserstrahls 3 ein einer Schreibbreite 4 des Laserstrahls 3 entsprechender Bereich der Auftragsmasse 2 der Laserstrahlung 3 ausgesetzt bzw. von dem Laser bearbeitet. Der Laserstrahl 3 kann dabei mehrfach entlang desselben Weges bewegt werden. Ist der Fokus des Laserstrahls 3 kleiner als die gewünschte Schreibbreite 4, so kann der Laserstrahl 3 in lateraler Richtung mehrfach entlang zueinander paralleler Bahnen bewegt werden. In Folge der Einwirkung der Laserstrahlen 3, härtet die Auftragsmasse 2 zumindest im Bereich der Schreibbreite 4 des Lasers aus und bildet einen gehärteten Bereich 5. Nach dem Entfernen der nicht ausgehärteten Auftragsmasse 2 verbleibt der gehärtete Bereich 5 auf der galvanisierbaren Schicht 1 und ist gegenüber den ausgewaschenen bzw. von Auftragsmasse 2 befreiten Bereichen 6 erhaben (2d). Der gehärtete Bereich 5 bildet somit die Symbolik aus.
Die 3a bis 3c zeigen einen im Vergleich zu dem in den 2a bis 2d dargestellten Vorgang leicht abgewandelten Prozess. Anstelle eines direkten Laserschreibens, wird der ausgehärtete Bereich 5 der Auftragsmasse 2 (siehe 3b) unter Mithilfe einer Maske 7 ausgebildet. Die Maske 7 besteht aus einem für die Laserstrahlen 3 undurchdringbaren Material. Wie dargestellt weist die Maske 7 jedoch zumindest eine Aussparung 8 auf, durch welche Laserstrahlung 3 in Richtung der Auftragsmasse 2 gelangen kann. Ein positionsgenaues Verfahren der Laserstrahlen 3 ist bei dieser Variante nicht erforderlich. Jedoch muss neben der nicht ausgehärteten Auftragsmasse 2 auch die Maske 7 nach der Laserbeaufschlagung vom Substrat entfernt werden. Wie in 3c dargestellt verbleibt nach dem Entfernen der Maske 7 eine gegenüber den ausgewaschenen bzw. von der Auftragsmasse 2 befreiten Bereichen 6 erhabene Symbolik bzw. ein gehärteter Bereich 5.
Im Anschluss an die laserlithographische Aushärtung kann ein Nachhärteprozess stattfinden. Zurückkommend auf das Verfahrensschema der 1, so können die die Symbolik umgebenden Ränder in einem Verfahrensschritt 7 mit einem oder mehreren Lasern zur Ausbildung klarer Konturen der Symbolik nachbearbeitet werden. Dabei wird überstehende Auftragsmasse entfernt bzw. weggelasert.
Im Verfahrensschritt 8 wird die galvanisierbare Oberfläche des Grundkörpers aktiviert, d.h. es wird auf aus dem Stand der Technik vorbekannte Weise aus kolloidaler Lösung die Oberfläche mit Palladiumkeimen bekeimt, wobei die Palladiumkeime bevorzugt von einem Zinn-Schutzkolloid bedeckt sind. Das Zinn-Schutzkolloid wird durch Waschen entfernt, wodurch eine Oberfläche mit aktivem Palladium entsteht.
Im Verfahrensschritt 9 wird chemisch, d. h. ohne Anwendung eines Galvanisierungsstroms, eine elektrisch leitende erste Metallschicht auf die aktivierte Oberfläche des Grundkörpers aufgebracht. Hierzu wird der Grundkörper in ein geeignetes Nickelbad eingebracht wird, aus welchem sich Nickel auf der aktivierten Oberfläche des Grundkörpers niederschlägt (sog. „chem. Nickel“). Die hierbei entstehende dünne Nickelschicht weist eine Dicke von etwa einem Mikrometer auf. Die Nickelschicht stellt die (erste) abgeschiedene Metallschicht dar.
In einer alternativen Verfahrensführung wird im Verfahrensschritt 8a die galvanisierbare Oberfläche des Grundkörpers aktiviert, d. h. die Oberfläche wird aus kolloidaler Lösung mit Palladiumkeimen bekeimt, wobei die Palladiumkeime bevorzugt von einem Zinn-Schutzkolloid bedeckt sind. Dieses wird in einem nicht dargestellten Verfahrensschritt in einer alkalischen Lösung durch Kupfer ersetzt. Die hierbei entstehende Kupferschicht bietet eine ausreichend hohe Bedeckung und damit elektrische Leitfähigkeit, um ohne weitere Zwischenschritte (wie z. B. die Abscheidung von chem. Nickel/chem. Kupfer) elektrochemisch galvanisiert werden zu können. Dieses Verfahren wird auch als Direktmetallisierung bezeichnet.
Weiterhin ist bekannt, dass auch die Abfolge der in der Figur nicht dargestellten Verfahrensschritte Quellen des Kunststoffs (ABS, ABS-PC, PC, PES, PEI, PEEK, etc.), Beizen in einer oxidierenden Lösung (Chromschwefelsäure, Kaliumpermanganat, etc.), Aktivieren in einer metallkomplexhaltigen Lösung, Vernetzen durch Bildung von Metallsulfiden in einer alkalischen Sulfidlösung und schließlich elektrochemisches Galvanisieren in einem Metallbad es erlaubt, auf eine zeitaufwendige stromlose Abscheidung von chemisch Nickel bzw. chemisch Kupfer zu verzichten.
Im optionalen Verfahrensschritt 10 wird die Schichtdicke der dünnen Nickelschicht mittels elektrochemischer Abscheidung von Nickel oder Kupfer bei niedriger Stromstärke um einige 100 Nanometer erhöht, um die Leitfähigkeit und/oder Stromtragfähigkeit der ersten Metallschicht zu erhöhen („Vornickel“, „Vorkupfer“).
Im nicht dargestellten nächsten Verfahrensschritt wird der auf der galvanisierbaren Oberfläche mit der ersten Metallschicht (d. h. einer dünnen Nickelschicht und ggf. einer Schicht aus Vornickel oder Vorkupfer) bedeckte Grundkörper dem Galvanikprozess entnommen, gewaschen und getrocknet.
Nachfolgend werden die Grundkörper dem Galvanik-Prozess zugeführt. Hierbei wird im nächsten Verfahrensschritt 11 in einem ersten (falls Vorkupfer oder Vornickel aufgebracht wurde: zweiten) elektrochemischen Galvanikschritt eine erste metallische Zwischenschicht galvanisch abgeschieden. Diese besteht in der Regel aus Kupfer und weist eine Dicke von typisch zwischen 10 und 40 Mikrometern auf. Bevorzugt wird dieser Galvanikschritt so ausgeführt, dass unabhängig von der Position eines Bedienelements auf dem Halter eine minimale Schichtdicke der ersten Zwischenschicht aus Kupfer von 20 Mikrometern erzielt wird.
In den nachfolgenden Verfahrensschritten 12 und 13 wird auf der ersten Zwischenschicht aus Kupfer galvanisch eine zweite Zwischenschicht aus Nickel abgeschieden. Diese kann z. B. als einlagige Schicht aus Mattnickel mit einer Dicke von zumindest 10 Mikrometern ausgeführt sein. Alternativ kann die zweite Zwischenschicht auch als Schichtabfolge von Glanznickel, Halbglanznickel, Mattnickel, mikroporigem Nickel und/oder Rissnickel ausgebildet sein. Bewährt in der Praxis hat sich beispielsweise ein Schichtaufbau aus etwa 5 Mikrometern Halbglanznickel, auf welches nachfolgend eine Schicht mit einer Stärke von etwa 5 Mikrometern aus Mattnickel oder Glanznickel (je nach gewünschter Optik der fertig gestellten metallisierten Oberfläche) aufgebracht wird. Dieser Schichtaufbau weist aufgrund der positiven Eigenschaften von Halbglanznickel eine hohe Korrosionsbeständigkeit auf. Sind die metallisierten Bedienelemente für eine Verwendung in einer stark korrosiven Umgebung vorgesehen, so hat es sich bewährt, zumindest eine Zwischenlage aus Rissnickel zu verwenden, insbesondere eine Schichtabfolge von Halbglanznickel, Glanz- oder Mattnickel und Rissnickel für die zweite Zwischenschicht zu verwenden.
Schließlich wird im Verfahrensschritt 14 auf der zweiten Zwischenschicht aus Nickel galvanisch eine Schicht aus einem Dekormetall abgeschieden wird, bei welchem es sich beispielsweise um Chrom handeln kann. Typische Schichtdicken dieser Dekorschicht liegen i. A. zwischen 100 Nanometern und wenigen Mikrometern, im Fall von Chrom bevorzugt bei zumindest 300 Nanometern.
Optional kann nach dem Herausnehmen des Grundkörpers aus der Galvanik, worauf ein Reinigungs- und ein Trocknungsschritt (in der Figur nicht dargestellt) folgen, in einem weiteren nicht dargestellten Verfahrensschritt eine Einfärbung der metallisierten Oberfläche mittels PVD-Verfahren erfolgen. Hierbei wird eine zwischen 100 Nanometer und wenigen Mikrometern dicke Metallschicht z. B. aus Gold aufgebracht. Hier ist ein weites Farbspektrum erzielbar.
Abschließend kann in einem abschließenden Verfahrensschritt (nicht dargestellt) noch eine Lackschicht aufgebracht werden, welche beispielsweise die Optik der vorderseitig aufgebrachten Metallschicht bzw. deren Korrosionsbeständigkeit verändern bzw. verbessern kann.
Selbstverständlich kann das erfindungsgemäße Bedienelement auch ohne einzelne in der 1 dargestellte Verfahrensschritte gefertigt werden. Wird beispielsweise auf die Schritte 8 bis 10 verzichtet, so handelt es sich um eine Herstellungsvariante mit einer rein elektrochemischen Abscheidung zumindest einer Metallschicht. Auch ein rein chemisches Abscheiden zumindest einer Metallschicht ist denkbar.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Abwandlungen im Rahmen der Schutzansprüche sind ebenso möglich wie eine Kombination der Merkmale, auch wenn diese in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellt und beschrieben sind.
Bezugszeichenliste

1: galvanisierbare Schicht
2: Auftragsmasse
3: Laserstrahl
4: Schreibbreite
5: gehärteter Bereich, Symbolik
6: Bereich
7: Maske
8: Aussparung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10208674 A1 [0004, 0067]
DE 102010016973 B4 [0005, 0081]
DE 202015006095 U1 [0007, 0027]
DE 102007015625 B4 [0008]

Claims

Bedienelement mit hinterleuchtbarer Symbolik (5), z. B. für ein Kraftfahrzeug, umfassend: a. einen Kunststoff-Grundkörper mit i. einem rückseitig angeordneten Teilkörper aus einem nicht galvanisierbaren Kunststoff A, und ii. einer vorderseitig angeordneten galvanisierbaren Schicht (1) aus einem galvanisierbaren Kunststoff B, b. eine Symbolik (5), die ausgebildet ist durch laserlithographisches Bearbeiten einer auf zumindest einen Teilbereich der galvanisierbaren Schicht (1) aufgebrachten Auftragsmasse (2); c. zumindest eine auf der galvanisierbaren Schicht (1) des Kunststoff-Grundkörpers abgeschiedene Metallschicht, die ausgebildet ist durch Abscheiden auf der galvanisierbaren Schicht (1) nach Entfernung von außerhalb der Symbolik (5) liegender Auftragsmasse (2) von der galvanisierbaren Schicht (1), wobei die Abscheidung erfolgt durch i. chemisches Abscheiden oder ii. elektrochemisches Abscheiden oder iii. chemisches oder physikalisches Abscheiden von zumindest einer elektrisch leitfähigen Metallschicht und darauffolgendes elektrochemisches Abscheiden von zumindest einer weiteren Metallschicht auf der elektrisch leitfähigen Metallschicht.
Bedienelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftragsmasse (2) eine nicht-galvanisierbare Auftragsmasse (2) ist.
Bedienelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftragsmasse (2) einen unter Bestrahlung aushärtbaren Lack umfasst, beispielsweise einen transparenten oder farbigen Fotolack.
Bedienelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dessen Herstellung die Auftragsmasse (2) vollflächig auf der galvanisierbaren Schicht (1) aufgebracht wird.
Bedienelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dessen Herstellung die Auftragsmasse (2) zumindest auf jenen Teilbereichen der galvanisierbaren Schicht (1) aufgebracht wird, in welchen die Symbolik (5) ausgebildet wird.
Bedienelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei dessen Herstellung die Auftragsmasse (1) unter dem Einsatz einer Auftragsmaske selektiv in einem gewünschten Teilbereich auf die galvanisierbare Schicht aufgebracht wird.
Bedienelement nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei dessen Herstellung die Auftragsmasse (2) auf die galvanisierbare Schicht (1) aufgedruckt, aufgesprüht, aufgewalzt oder aufgestrichen wird.
Bedienelement nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei dessen Herstellung die Auftragsmasse (2) durch Eintauchen der galvanisierbaren Schicht (1) in ein mit der Auftragsmasse (2) gefülltes Vorlagebehältnis auf die galvanisierbare Schicht (1) aufgebracht wird.
Bedienelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei dessen Herstellung die laserlithographische Bearbeitung mit einem gepulsten Laser durchgeführt wird, vorzugsweise mit einem Nd:YAG, einem CO₂- oder einem UV-Laser.
Bedienelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dessen Herstellung beim laserlithographischen Bearbeiten ein fokussierter Laserstrahl (3) des Lasers entlang eines vorgegebenen Verfahrweges über die Auftragsmasse (2) geführt wird.
Bedienelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dessen Herstellung der Kunststoffgrundkörper mit der auf der galvanisierbaren Schicht (1) aufgebrachten Auftragsmasse (2) beim laserlithographischen Bearbeiten relativ zu einem positionsfest fokussierten Laserstrahl (3) bewegt wird.
Bedienelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dessen Herstellung ein Laser verwendet wird, dessen Wellenlänge an die für eine Initiierung einer Fotopolymerisation der Auftragsmasse (2) notwendige Wellenlänge angepasst ist.
Bedienelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dessen Herstellung die von dem Laser ausgehende Strahlung eine geringe Absorption im Kunststoff A und Kunststoff B erfährt.
Bedienelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dessen Herstellung die Auftragsmasse (2) im Wege der Laserbearbeitung an den bearbeiteten Stellen zumindest partiell aushärtet.
Bedienelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dessen Herstellung die Auftragsmasse (2) an den laserlithographisch bearbeiteten Stellen nach der Bearbeitung einen Nachhärteprozess durchläuft, in welchem die Aushärtung vervollständigt wird.
Bedienelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dessen Herstellung die Auftragsmasse (2) im Wege der Laserbearbeitung an den bearbeiteten Stellen vollständig aushärtet.
Bedienelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei dessen Herstellung die außerhalb der Symbolik (5) liegende, beziehungsweise die nicht ausgehärtete Auftragsmasse (2) mit Hilfe eines Lösungsmittels von der galvanisierbaren Schicht (1) entfernt bzw. abgewaschen wird.
Bedienelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei dessen Herstellung die außerhalb der Symbolik (5) liegende, beziehungsweise die nicht ausgehärtete Auftragsmasse (2) mittels einer CO₂-Sprühanlage entfernt wird.
Bedienelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei dessen Herstellung die außerhalb der Symbolik (5) liegende, beziehungsweise die nicht ausgehärtete Auftragsmasse (2) durch Beizen mit einem Beizmittel entfernt wird, beispielsweise einer oxidierenden Lösung wie Chromschwefelsäure oder Kaliumpermanganat.
Bedienelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dessen Herstellung die Ränder der laserlithographisch bearbeiteten Stellen nach ihrer vollständigen oder partiellen Aushärtung mit einem Laser zur Ausbildung einer scharfen Kontur der Symbolik nachgearbeitet werden.
Bedienelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dessen Herstellung zum chemischen Abscheiden der Metallschicht eine Schicht aus Palladiumkeimen auf der galvanisierbaren Schicht aufgebracht wird, insbesondere in jenen nicht mit der Symbolik (5) versehenen Bereichen.
Bedienelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dessen Herstellung die aufgebrachten Palladiumkeime durch eine Zinn-Schutzkolloid-Schicht geschützt werden.
Bedienelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dessen Herstellung vor dem chemischen Abscheiden der Metallschicht die Zinn-Schutzkolloid-Schicht entfernt wird.
Bedienelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dessen Herstellung vor dem Abscheiden der Metallschicht die zu galvanisierende Oberfläche der galvanisierenden Schicht (1) aufgeraut wird, z.B. durch chemische Behandlung.
Bedienelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff B ein transparentes oder transluzentes Polyamid, ABS oder ein ABS/Polycarbonat-Blend ist.
Bedienelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff A ein Polycarbonat ist.
Maschine zur Herstellung eines einseitig metallisierten Bedienelements aus Kunststoff mit hinterleuchtbarer Symbolik (5), z. B. für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Station in welcher nach Bereitstellung eines Kunststoff-Grundkörpers mit einem rückseitig angeordneten Teilkörper aus einem nicht galvanisierbaren Kunststoff A, und einer vorderseitig angeordneten galvanisierbaren Schicht (1) aus einem galvanisierbaren Kunststoff B, auf zumindest einen Teilbereich der galvanisierbaren Schicht eine Auftrasmasse (2) aufgebracht wird, und eine Station zum Ausbilden der Symbolik (5) durch laserlithographisches Bearbeiten der aufgebrachten Auftragsmasse (2) in den die Symbolik (5) ausbildenden Bereichen.
Maschine nach Anspruch 27, gekennzeichnet durch eine weitere Station, in welcher die außerhalb der Symbolik (5) liegende Auftragsmasse (2) von der galvanisierbaren Schicht (1) entfernt wird.
Maschine nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine eine Drehtellermaschine ist.