WO2016110538A1 - Bauteil mit sol-gel-schicht und verfahren zur herstellung des bauteils - Google Patents

Bauteil mit sol-gel-schicht und verfahren zur herstellung des bauteils Download PDF

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    • C23C28/32—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer

Definitions

  • the invention relates to a component on mobile control elements, in particular remote controls for motor vehicles with a sol-gel layer. Furthermore, the invention relates to a method for producing the component with the sol-gel layer.
  • PVD vapor phase deposition
  • CVD chemical vapor deposition
  • Ceramic materials do not have sufficient resistance to mechanical stress, such as toughness or ductility, to meet automotive-compliant mobile control requirements. In addition, are ceramic
  • Object of the present invention is therefore to provide a component with which the disadvantages of the prior art are overcome. Furthermore, a reduction of material and production costs to take place at the same time high color selection of the ceramic optics.
  • the invention in conjunction with the preamble of claim 1, characterized in that the component comprises a sol-gel layer,
  • the mobile controls are remote controls, in particular
  • Remote control key Preferably, the components key housing, push buttons, buttons or other components of the mobile controls.
  • the sol-gel layer is applied to the base body.
  • factors of the sensory detectable material appearance of ceramics such as weight, thermal conductivity, gloss and color, be wholly or at least partially imitable.
  • a coating based on a sol-gel coating process is carried out with a simultaneous mechanical and chemical resistance.
  • a sol-gel layer designates all via a sol-gel process
  • a sol-gel coating creates an easy-to-clean surface due to its nano-structure.
  • a cover layer is arranged on the sol-gel layer.
  • the cover layer serves as a surface layer which closes the component towards the top.
  • Cover layer formed as functional layers.
  • the functional layers have additional properties, e.g. a corrosion protection.
  • the metal applied in electroplating is made of copper, nickel and chromium. This list is not exhaustive.
  • the metal applied in electroplating is made of copper, nickel and chromium. This list is not exhaustive.
  • the metal applied in electroplating is made of copper, nickel and chromium. This list is not exhaustive.
  • the metal applied in electroplating is made of copper, nickel and chromium. This list is not exhaustive.
  • the metal applied in electroplating is made of copper, nickel and chromium. This list is not exhaustive.
  • the metal applied in electroplating is made of copper, nickel and chromium. This list is not exhaustive.
  • Copper layer to create an electrically conductive ductile layer.
  • the galvanic coating of the copper by means of nickel is primarily a diffusion barrier, which avoids corrosion of the underlying copper layer and the carrier material.
  • the final coating of the nickel layer by means of chromium leads to a very hard and wear-resistant surface.
  • the intermediate layer and / or the cover layer are formed as a sol-gel layer.
  • the component has a plurality of gel sol layers arranged one above the other, which additionally improves a ceramic appearance of the component.
  • the sol-gel layer is colored according to a defined color system
  • the sol-gel layer has a defined degree of gloss.
  • a sol-gel layer is dyed freely definable.
  • the gel sol layer preferably has a defined, freely selectable degree of gloss from matt to high gloss.
  • the degree of gloss is preferably defined by the components of the sol-gel layer used. Particularly preferred is a high gloss (> 70 GU, measuring angle 20 °), a medium gloss (10 - 70 GU, measuring angle 60 °) or a low gloss ( ⁇ 10 GU, measuring angle 85 °) set.
  • the gloss and color values of the sol-gel coating may be color matched according to the exemplary ceramic materials or other specifications, e.g.
  • the sol-gel layer is colored according to a defined color system and / or black, white or gray parts.
  • a monochromatic or a multicolor color system is preferably to be understood.
  • the method has the following step:
  • FIG. 1 shows a schematic cross section through an inventive component.
  • Fig. 1 is a schematic cross section through the component according to the invention is shown.
  • the component 1 is, for example, as a housing, snaps or buttons of a
  • the component 1 has a non-ceramic
  • the non-ceramic body 2 is made of metal or plastic.
  • a sol-gel layer 4 is applied to the base body 2 by means of a sol-gel coating process.
  • the sol-gel layer 4 has a corresponding degree of gloss.
  • the sol-gel layer 4 is colored according to a defined color system and preferably has a high "white” content in order to image a ceramic optic.
  • An intermediate layer 3 is provided between the non-ceramic base body 2 and the sol-gel layer 4. Furthermore, a cover layer 5 is applied to the sol-gel layer 4. The cover layer 5 closes the component 1 upwards or outwards.
  • the intermediate layer 3 and the cover layer 5 are as
  • the intermediate layer 3 and the cover layer 5 can be applied by means of an electroplating technique.
  • the metals copper, nickel or chromium are particularly preferred.
  • Corrosion protection of the support material and the curing of these layers are used.
  • a ceramic optic is produced with a simultaneously high color selection, in which an improvement of the mechanical and chemical component properties can also be set.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bauteil (1) an mobilen Bedienelementen für Kraftfahrzeuge aufweisend wenigstens einen nichtkeramischen Grundkörper (2), dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil eine Sol-Gel-Schicht (4) aufweist, die auf den Grundkörper (2) aufgebracht ist.

Description

Bauteil mit Sol-Gel-Schicht und Verfahren zur Herstellung des Bauteils
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Bauteil an mobilen Bedienelementen, insbesondere von Fernbedienungen für Kraftfahrzeuge mit einer Sol-Gel-Schicht. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des Bauteils mit der Sol-Gel-Schicht.
Die Verwendung von keramischen Materialien bei Fernbedienungen für
Kraftfahrzeuge ist aufgrund der hohen technischen Anforderungen seitens der Erstausrüster, beispielsweise bezüglich mechanischer Belastungen bei Falltests, oftmals nicht möglich. Das sehr harte, aber auch sehr spröde Material besitzt zwar eine gute Widerstandsfähigkeit gegen Abrieb, jedoch kann es bei Beanspruchung auf Schlag schnell nachgeben und brechen.
Eine Alternative zur Erzeugung einer möglichst realitätsnahen keramischen Optik an solchen Bauteilen wäre die Kombination mit einer geeigneten Beschichtung zu einem Gesamtprodukt mit ähnlichen Eigenschaften, wobei die subjektiv erfassbaren optischen und haptischen Merkmale, wie Gewicht, Wärmeleitwert, Glanz und Farbe, von Echtkeramik übermittelt werden. Beschichtungen und Materialkombinationen, die den mechanischen sowie chemischen Anforderungen an das Bauteil und die
Oberfläche gerecht werden, wie z.B. Bedampfung, S puttern, physikalischer
Gasphasenabscheidung (PVD) und chemische Gasphasenabscheidung (CVD), erfüllen zwar diese Anforderungen weitestgehend und erzeugen eine Optik von optisch guter Qualität, sind jedoch noch relativ kostenintensiv und in ihrer
Farbauswahl auf ein eingegrenztes Farbspektrum beschränkt.
Eine entsprechende Imitation von farbiger sowie heller, insbesondere weißer, Keramik ist mit den bisher eingesetzten Beschichtungen für Funkschlüsselteile nicht möglich. Mehrfarbige und marmoriert-anmutende Oberflächen, wie etwa„Stein-Look", sind mit den bisher eingesetzten Beschichtungen für Funkschlüsselteile ebenfalls nicht möglich. Keramische Materialien besitzen keine ausreichende Widerstandsfähigkeit gegen mechanische Belastungen, wie Zähigkeit oder Duktilität, um Automotive konforme Anforderungen für mobile Bedienelemente zu erfüllen. Zudem sind keramische
Materialien und die zugehörigen Fertigungsprozesse aufwendig und hochpreisig.
In dem bspw. ein metallischer Grundkörper mittels PVD beschichtet wird, lassen sich die sensorisch erfassbaren Materialeigenschaften von dunkler, bzw. schwarzer Keramik weitestgehend imitieren, bei gleichzeitiger guter sowie chemischer
Oberflächenbeständigkeit. Eine Beschichtung in einem farbigen, insbesondere hellen, bzw. weißen Farbspektrum ist mit diesem Verfahren nicht möglich.
Ein geeignetes Verfahren, welches ebenso die mechanischen und chemischen Eigenschaften erhält und gleichzeitig Farben und Weiß ermöglicht und die die sensorisch erfassbaren Materialeigenschaften einer Keramik imitiert, ist nicht bekannt.
Weitere Materialien und Beschichtungsverfahren, die in der Lage sind, wenigstens annähernd keramische Teile oder Oberflächen, insbesondere in weiß und farbig, zu imitieren, besitzen keine oder nur geringe Widerstandsfähigkeit gegen mechanische und chemische Belastungen bzw. Beständigkeit gegen gängige aggressive Medien (Treibstoffe, Reinigungsmittel, Cremes und Körperflüssigkeiten).
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Bauteil bereitzustellen, mit dem die Nachteile aus dem Stand der Technik überwunden werden. Ferner sollen eine Senkung der Material- und Produktionskosten bei gleichzeitig hohen Farbauswahl der keramischen Optiken stattfinden.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil eine Sol-Gel-Schicht aufweist,
- die auf dem Grundkörper aufgebracht ist oder
- die auf einer Zwischenschicht aufgebracht ist, wobei die Zwischenschicht zwischen der Sol-Gel-Schicht und dem Grundkörper angeordnet ist. Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, ein Bauteil bereitzustellen, bei dem eine keramische Optik (= Anmutung) bei gleichzeitig hoher Farbauswahl erzeugt wird, und bei dem sich auch eine Verbesserung der mechanischen und chemischen
Bauteileigenschaften einstellt.
Bevorzugt sind die mobilen Bedienelemente Fernbedienungen, insbesondere
Funkschlüssel. Bevorzugt sind die Bauteile Schlüsselgehäuse, Druckknöpfe, Tasten oder weitere Komponenten der mobilen Bedienelemente.
Vorzugsweise besteht der nichtkeramische Grundkörper (= Substrat) aus Metall oder Kunststoff. Bevorzugt wird die Sol-Gel-Schicht auf den Grundkörper appliziert. Dabei sollen die Faktoren der sensorisch erfassbaren Materialanmutung von Keramik, wie Gewicht, Wärmeleitwert, Glanz und Farbe, ganz oder zumindest teilweise imitierbar sein.
Dabei soll eine Übertragung der Optik von keramischen Materialien, insbesondere von Echtkeramiken, auf nicht keramische Materialien, vorzugsweise in bunten und hellen Farben, insbesondere in„Weiß", zur Imitation heller bzw. weißer Keramik, erfolgen.
Bevorzugt erfolgt eine Beschichtung auf Basis eines Sol-Gel-Beschichtungsverfahrens bei einer gleichzeitig vorhandenen mechanischen und chemischen Beständigkeit.
Bevorzugt bezeichnet eine Sol-Gel-Schicht alle über ein Sol-Gel- Verfahren
hergestellten anorganischen oder hybridpolymeren Filmsysteme.
Eine Sol-Gel-Beschichtung erzeugt aufgrund ihrer Nano-Struktur eine leicht zu reinigende Oberfläche.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist eine Deckschicht auf der Sol-Gel-Schicht angeordnet.
Bevorzugt dient die Deckschicht als eine Oberflächenschicht, die das Bauteil nach oben hin abschließt. Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind die Zwischenschicht und/oder die
Deckschicht als Funktionsschichten ausgebildet.
Bevorzugt weisen die Funktionsschichten zusätzliche Eigenschaften auf, wie z.B. einen Korrosionsschutz.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind die Zwischenschicht und/oder die
Deckschicht mittels einer Galvanotechnik aufbringbar.
Vorzugsweise ist das bei der Galvanotechnik aufgebrachte Metall aus Kupfer, Nickel und Chrom. Diese Aufzählung ist nicht abschließend. Bevorzugt dient die
Kupferschicht dazu, eine elektrisch leitfähige duktile Schicht zu schaffen.
Die galvanische Beschichtung des Kupfers mittels Nickel ist in erster Linie eine Diffusionssperre, die eine Korrosion der darunter liegenden Kupferschicht und des Trägermaterials vermeidet. Die abschließende Beschichtung der Nickelschicht mittels Chrom führt zu einer sehr harten und verschleißfesten Oberfläche.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind die Zwischenschicht und/oder die Deckschicht als Sol-Gel-Schicht ausgebildet.
Auf diese Weise weist das Bauteil eine Mehrzahl an übereinander angeordneten Gel- Sol-Schichten auf, was eine keramische Optik des Bauteils zusätzlich verbessert.
Bevorzugt ist die Sol-Gel-Schicht nach einem definierten Farbsystem farbig
ausgestaltet und/oder weist schwarze, weiße oder graue Anteile auf.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist die Sol-Gel-Schicht einen definierten Glanzgrad auf.
Bevorzugt ist eine Sol-Gel-Schicht frei definierbar eingefärbt. Bevorzugt weist die Gel- Sol-Schicht einen definierten frei wählbaren Glanzgrad von matt bis hochglänzend auf. Bevorzugt ist der Glanzgrad über die verwendeten Komponenten der Sol-Gel-Schicht definiert. Besonders bevorzugt ist ein Hochglanz (>70 GU, Messwinkel 20°), ein mittlerer Glanz (10 - 70 GU, Messwinkel 60°) oder ein geringer Glanz (<10 GU, Messwinkel 85°) einstellen.
Die Glanz und Farbwerte der Sol-Gel-Beschichtung können mittels Color-Matching entsprechend der vorbildhaften Keramikmaterialien oder anderen Vorgaben, z.B.
Kundenvorgabe, referenziert werden.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die Sol-Gel-Schicht nach einem definierten Farbsystem farbig ausgestaltet weist und/oder schwarze, weiße oder graue Anteile auf.
Bevorzugt ist unter farbig ein einfarbiges oder ein mehrfarbiges Farbsystem zu verstehen.
Vorstehende Aufgabe wird ferner gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 8, nämlich mit einem Verfahren zum Beschichten von Bauteilen mit einem nichtkeramischen Grundkörper an mobilen Bedienelementen für Kraftfahrzeuge aufweisend einen der folgenden Schritte:
- Aufbringen einer Sol-Gel-Schicht auf den Grundkörper oder
- Aufbringen der Sol-Gel-Schicht auf eine Zwischenschicht, wobei die Zwischenschicht zuvor auf dem Grundkörper aufgebracht worden ist,
um eine keramische Optik zu erzeugen.
Auf diese Weise wird ein Verfahren bereitgestellt, bei dem eine keramische Optik bei gleichzeitig hoher Farbauswahl des Bauteils erzeugt wird, und bei dem sich auch eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften des Bauteils einstellen.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist das Verfahren nachfolgenden Schritt auf:
- Aufbringen einer Deckschicht auf die Sol-Gel-Schicht. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigt:
Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Bauteil.
In Fig. 1 ist ein schematischer Querschnitt durch das erfindungsgemäße Bauteil dargestellt.
Das Bauteil 1 ist bspw. als Gehäuse, Druckknöpfe oder Tasten eines
Fahrzeugschlüssels bestimmt. Das Bauteil 1 weist einen nichtkeramischen
Grundkörper 2 auf. Der nichtkeramische Grundkörper 2 besteht aus Metall oder aus Kunststoff. Eine Sol-Gel-Schicht 4 ist mittels eines Sol-Gel-Beschichtungsverfahrens auf den Grundkörper 2 aufgebracht.
Die Sol-Gel-Schicht 4 weist dabei einen entsprechenden Glanzgrad auf. Die Sol-Gel- Schicht 4 ist nach einem definierten Farbsystem farbig ausgestaltet und weist bevorzugt einen hohen„Weiß"-Anteil auf, um eine keramische Optik abzubilden.
Eine Zwischenschicht 3 ist zwischen dem nichtkeramischen Grundkörper 2 und der Sol-Gel-Schicht 4 vorgesehen. Ferner ist eine Deckschicht 5 auf der Sol-Gel-Schicht 4 aufgebracht. Die Deckschicht 5 schließt das Bauteil 1 nach oben bzw. außen hin ab.
Vorzugsweise sind die Zwischenschicht 3 und die Deckschicht 5 als
Funktionsschichten ausgebildet. Auf diese Weise lässt sich ein zusätzlicher
Korrosionsschutz erzielen. Bevorzugt sind die Zwischenschicht 3 und die Deckschicht 5 mittels einer Galvanotechnik aufbringbar. Besonders bevorzugt werden dabei die Metalle Kupfer, Nickel oder Chrom verwendet, die insbesondere dem
Korrosionsschutz des Trägermaterials und der Härtung dieser Schichten dienen. Durch das Vorsehen der Sol-Gel-Schicht wird eine keramische Optik bei gleichzeitig hoher Farbauswahl erzeugt, bei der sich auch eine Verbesserung der mechanischen und chemischen Bauteileigenschaften einstellen lässt.
Zur Herstellung des Bauteils 1 sind nachfolgende Schritte vorgesehen:
- Aufbringen der Zwischenschicht 3 auf den Grundkörper 2,
- Aufbringen der Sol-Gel-Schicht 4 auf die Zwischenschicht 3 und
- Aufbringen der Deckschicht 5 auf die Sol-Gel-Schicht 4.
Auf diese Weise wird ein Verfahren bereitgestellt, bei dem ein Bauteil mit einer keramischen Optik auf einfache Weise herstellbar ist.
Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste
1 Bauteil
2 Grundkörper
3 Zwischenschicht
4 Sol-Gel-Schicht
5 Deckschicht

Claims

Bauteil mit Sol-Gel-Schicht und Verfahren zur Herstellung des Bauteils Patentansprüche
1. Bauteil (1 ) an mobilen Bedienelementen für Kraftfahrzeuge aufweisend
wenigstens einen nichtkeramischen Grundkörper (2),
dadurch gekennzeichnet, dass
das Bauteil eine Sol-Gel-Schicht (4) aufweist,
- die auf dem Grundkörper (2) aufgebracht ist oder
- die auf einer Zwischenschicht (3) aufgebracht ist, wobei die
Zwischenschicht (3) zwischen der Sol-Gel-Schicht (4) und dem Grundkörper (2) angeordnet ist.
2. Bauteil (1 ) gemäß Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Deckschicht (5) auf der Sol-Gel-Schicht (4) angeordnet ist.
3. Bauteil (1 ) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Zwischenschicht (3) und/oder die Deckschicht (5) als Funktionsschichten ausgebildet sind.
4. Bauteil (1 ) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Zwischenschicht (3) und/oder die Deckschicht (5) mittels einer Galvanotechnik aufbringbar sind.
5. Bauteil (1) einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Zwischenschicht (3) und/oder die Deckschicht (5) als Sol-Gel-Schicht ausgebildet sind.
6. Bauteil (1 ) einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Sol-Gel-Schicht (4) einen definierten Glanzgrad aufweist.
7. Bauteil (1 ) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Sol-Gel-Schicht (4) nach einem definierten Farbsystem farbig
ausgestaltet ist, und/oder schwarze, weiße oder graue Anteile aufweist.
8. Verfahren zur Herstellung von Bauteilen (1) mit einem nichtkeramischen
Grundkörper (2) an mobilen Bedienelementen für Kraftfahrzeuge aufweisend einen der folgenden Schritte:
- Aufbringen einer Sol-Gel-Schicht(4) auf den Grundkörper (2) oder
- Aufbringen der Sol-Gel-Schicht(4) auf eine Zwischenschicht (3), wobei die Zwischenschicht (3) zuvor auf dem Grundkörper (2) aufgebracht worden ist, um eine keramische Optik zu erzeugen.
9. Verfahren gemäß Anspruch 8, ferner aufweisend den Schritt:
- Aufbringen einer Deckschicht (5) auf die Sol-Gel-Schicht(4).
PCT/EP2016/050208 2015-01-07 2016-01-07 Bauteil mit sol-gel-schicht und verfahren zur herstellung des bauteils Ceased WO2016110538A1 (de)

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