DE102011112104A1

DE102011112104A1 - Verfahren zur Beschichtung von transparenten, thermoplastischen Formkörpern mit gewölbter Oberfläche

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Publication number: DE102011112104A1
Application number: DE201110112104
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-09-02
Filing date: 2011-09-02
Publication date: 2013-04-18

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung von transparenten, thermoplastischen Formkörpern mit gewölbter Oberfläche. Thermoplastsiche Formkörper zeigen unter Witterungseinfluss, etwa infolge der UV-Absorption eine Erniedrigung der Bruchfestigkeit, sodass Risse und möglicherweise Brüche im Material auftreten können. Im Ergebnis kommt es zu einer Erniedrigung der Stabilität des Formkörpers. Erfindungsgemäß wird ein Verfahren vorgeschlagen bei dem der Oberfläche des Formkörpers eine Glasschicht abgeschieden wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung von transparenten, thermoplastischen Formkörpern mit gewölbter Oberfläche.
Transparente thermoplastische Formkörper finden weitreichende Anwendung.
Unter Thermoplasten im Sinne der vorliegenden Erfindung werden Kunststoffe verstanden, die sich in einem bestimmten Temperaturbereich (thermo-plastisch) verformen lassen. Dieser Vorgang ist reversibel, weshalb er durch Abkühlung und Wiedererwärmung bis in den schmelzflüssigen Zustand beliebig oft wiederholt werden kann, so lange nicht durch Überhitzung die sogenannte thermische Zersetzung des Materials einsetzt.
Beispiele für Thermoplasten sind Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polyamide (PA), Polylactat (PLA), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polycarbonat (PC), Polyethylenterephthalat (PET), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polystyrol (PS), Polyetheretherketon (PEEK) und Polyvinylchlorid (PVC) sowie Zelluloid.
So sind etwa Formkörper aus Acrylglas (Polymethylmethacrylat, PMMA) bekannt, welches sich durch sein gegenüber Glas geringere Gewicht auszeichnet. Daher wird es als Glasersatz verwendet. Nachteilig an der Verwendung von Acrylglas ist, dass aufgrund der Absorption von UV-Licht, eine Änderung im Molekulargewicht.
So offenbart die Publikation Schreyer, G., Die Angewandte Makromolekulare Chemie, 11(1), 159–173, dass unter dem Einfluss der Witterung (bis 25 Jahre) sich das Molekulargewicht von PMMA erniedrigt. Die Abnahme hängt dabei u. a. von diesem selbst, vom Gehalt an UV-absorbierenden Zusätzen, vom Ort und vom Betrag der eingestrahlten Energie ab. Da viele Eigenschaften von PMMA, insbesondere die im Kurzzeitversuch ermittelten mechanischen Kennwerte nicht oder nur wenig vom Molekulargewicht abhängen, ändern sie sich bei Freibewitterung nur unwesentlich. Keine Änderung erfahren dabei die Lichtdurchlässigkeit, die Erweichungstemperatur, die Zug- oder Biegefestigkeit, der Elastizitätsmodul. Wahrnehmbare Erniedrigungen zeigen die das Zähigkeitsverhalten eines Werkstoffes charakterisierenden Kennwerte wie die Schlag- und Kerbschlagzähigkeit sowie die Bruchdehnung.
Infolge der UV-Absorption kommt es daher zu einer Erniedrigung der Bruchfestigkeit, sodass Risse und möglicherweise Brüche im Material auftreten können. Im Ergebnis kommt es zu einer Erniedrigung der Stabilität des Formkörpers.
Ähnliche Einflüsse der Witterung zeigen sich auch bei anderen Thermoplasten, weshalb eine Beschichtung zur Unterbindung von Riss- und Bruchbildung an thermoplastischen Körpern in hohem Maße wünschenswert ist.
Als Formkörper sind etwa Kunststoffverglasungen von Scheinwerfern bekannt. Dabei kommt es infolge von Witterungseinflüssen zu Nachteilen in Bezug auf die Beständigkeit der eingesetzten Materialien.
Scheinwerfer wurden gewöhnlich aus Glas hergestellt. Das Glas reagierte selten chemisch mit den Lampenfüllmaterialien und steuerte selten, wenn überhaupt, Stoffe zum Lampenprozess bei, oder gaste dieselben aus. Automobilscheinwerfer bestehen nunmehr vorherrschend aus Kunststoff und der Trend geht dahin, für sämtliche Fahrzeuglampen Kunststoff zu verwenden. Um die Materialkosten zu verringern, wird das Gehäusematerial mit billigeren Materialien gestreckt oder gefüllt, wie Glimmer oder Glasfaser. Diese gefüllten Harzmaterialien werden als Rohgießmassen bezeichnet (bulk molding compounds oder BMC). Das Füllmaterial neigt dazu, eine rohe Oberfläche zu erzeugen. Das Gehäuse wird deshalb häufig mit einem flüssigen Basisüberzug zur Schaffung der reflektierenden Bereiche beschichtet, um einen hohen Grad an Glätte zu erreichen. Diese Glättungsmaterialien, beispielsweise ein Acrylurethan, fließen über die in der Oberfläche des Gehäuses verbliebenen Spalte oder Risse und füllen diese aus. Die Rohgießmasse ist teuer.
Zum Schutz der eingesetzten Kunststoffe sind Verfahren vorgeschlagen worden, die Kunststoffe mittels Beschichtungsverfahren zu schützen.
So offenbart die DE 3413019 A1 ein Verfahren zum Aufbringen einer dünnen, transparenten Schicht auf der Oberfläche optischer Elemente, wobei zum Schutz gegen mechanische und chemische Einflüsse die Oberfläche einem monomeren Dampf organischer Verbindungen, vorzugsweise einer siliziumorganischen Substanz, ausgesetzt und die Schutzschicht durch Polymerisation aus der Dampfphase mit Hilfe der Strahlung aus einer elektrischen Gasentladung abgeschieden wird. Dabei werden während des Wachstums der Polymerschicht dem monomeren Dampf die Schichthärte erhöhende Substanzen zugegeben werden, wobei die Zugabe der die Schichthärte erhöhenden Substanzen gegenüber dem Beginn des Polymerisationsprozesses verzögert erfolgt.
Weiterhin offenbart die DE 4238279 A1 einen Kunststoffgegenstand mit einer transparenten Oberflächenschicht, welche mindestens die Elemente Silizium, Kohlenstoff und Sauerstoff enthält und aus mindestens drei Tiefenbereichen unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung besteht und die Bindungsenergien der Si-2p-, C-1s- und O-1s-Photoelektronen für die jeweiligen Tiefenbereiche spezifische Werte aufweisen. Im Rahmen dieser Druckschrift sind zudem weitere Verfahren zur Beschichtung mit PVD und CVD offenbart.
Schließlich offenbart die DE 10005121 A1 einen Lampenreflektor mit einer Sperrschicht aus einem Plasmapolymer, wobei das Plasmapolymer ein Siloxanmaterial, wie Hexamethyldisiloxan (HMDSO), das hochgradig oxidiert ist (Siliziumdioxid mit reduziertem Kohlenstoffgehalt) oder Tetramethyldisiloxan (TMDSO) ist.
Der Nachteil dieser vorbeschriebenen Beschichtungen besteht darin, dass diese zwar eine Erhöhung der Kratzfestigkeit der verwendeten Kunststoffe erhöhen jedoch keine zusätzliche Stabilisierung des Formkörpers darstellen bzw. eine aufwendige Herstellung und Beschichtung der Formkörper nach sich ziehen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, ein Verfahren zur Beschichtung von transparenten, thermoplastischen Formkörpern anzugeben, welches die vorbenannten Nachteile des Stands der Technik überwindet.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß dem Hauptanspruch gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß erfolgt eine Beschichtung des transparenten, thermoplastischen Formkörpers mit einer transparenten Glasschicht. Dabei kann die Umweltbeständigkeit von Glas und dessen optische Eigenschaften dazu verwendet werden, eine Stabilisierung des transparenten, thermoplastischen Formkörpers ohne Nachteile hinsichtlich der Transparenz zu erzielen. Aufgrund der Kombination von transparentem, thermoplastischem Formkörper mit einer Glasschicht können zudem vorteilhafterweise immer noch Reduzierungen im Gewicht im Vergleich zu Formkörpern aus reinem Glas erzielt werden, wobei eine Herstellung von Formkörpern aus transparenten, thermoplastischen Werkstoffen eine einfachere Handhabbarkeit in Bezug auf die Formgebung im Vergleich zu Glas gewährleistet. Insbesondere können so komplexere dreidimensionale Formkörper einfach hergestellt werden. Durch die Verwendung einer zusätzlichen Glasschicht erfolgt zudem eine Verstärkung des Formkörpers, was zu einer erhöhten Stabilität und Bruchfestigkeit führt.
Die Applikation der Glasschicht ist hierbei durch verschiedene Verfahren möglich.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird die Glasschicht auf den Formkörper mit einem Verfahren aufgetragen, umfassend

– Applikation eines Haftvermittlers auf der Oberfläche des transparenten, thermoplastischen Formkörpers,
– Auftragen einer Schicht aus Glasnanopartikeln auf die mit dem Haftvermittler beschichtete Oberfläche des transparenten, thermoplastischen Formkörpers,
– Lokaler Energieeintrag mittels Strahlung im Bereich der Oberfläche des transparenten, thermoplastischen Formkörpers, wodurch die Glasnanopartikel eine homogene Schicht ausbilden.

Alternativ zu Glasnanopartikeln können auch Glasstaub oder Glaskügelchen mit einer Größe bis zu 2 mm Durchmesser verwendet werden.
Der Haftvermittler dient der lokalen Fixierung der Glasnanopartikel auf der Oberfläche des Formkörpers. Dies ist insbesondere Wichtig bei komplexen Geometrien des Formkörpers, da andernfalls eine gleichmäßige Bedeckung der Oberfläche mit den Glasnanopartikeln nicht möglich ist. Der Haftvermittler wird bevorzugt über die Dampfphase auf der Oberfläche des Formkörpers abgeschieden.
In einer Ausführungsform ist der Haftvermittler ein Silane. Haftvermittler dieser Substanzgruppe werden vor allem bei Verbünden aus einem anorganischen Substrat mit einem organischen Material eingesetzt. In der Regel haben sie die allgemeine Form R-SiX₃, wobei R einen organisch funktionalisierten Rest und X eine hydrolysierbare Gruppe (meist Alkoxygruppen, seltener auch -Cl) bezeichnet. Durch Hydrolysereaktionen mit Wasser bilden sie daher Silanole der Form R-Si(OH)₃. Mit anorganischen Materialien, die an der Oberfläche OH^– oder COOH-Gruppen aufweisen, können Silanole Kondensationsreaktionen (unter Wasserabspaltung) eingehen und so einen stabilen Verbund durch chemische Bindungen bilden; idealerweise werden die Si-Atome dabei über alle drei OH-Gruppen in die Substratoberfläche eingebunden. Alternativ können die eingesetzten Silanhaftvermittler auch direkt mit den chemischen Gruppen an der Oberfläche reagieren, wobei die Kondensationsreaktion dann unter Abspaltung des Alkohols bzw. von HCl erfolgt. Die organische Gruppe R besteht in der Regel aus einem Spacer (meist einer Propylkette) und einer funktionellen Gruppe. Viel verwendete Funktionen sind Vinyl-, Methacrylsäure-, Epoxy-, Amino-, Harnstoff- oder Thiol-Gruppen.
Der lokale Energieeintrag erfolgt hierbei im Bereich der Oberfläche des transparenten, thermoplastischen Formkörpers, wobei der Energieeintrag nur im Bereich der Glasnanopartikel auf der Oberfläche erfolgt. Infolgedessen erfolgt eine lokale Verschmelzung der Glasnanopartikel und eine Ausbildung einer homogenen Schicht. Die Eindringtiefe des Energieeitrag ist dabei in Abhängigkeit der Schichtdicke der auf dem transparenten, thermoplastischen Formkörper angeordneten Glasnanopartikel anzupassen.
In einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt der Energieeintrag über eine Wärmestrahlung, etwa durch Infrarotstrahlung oder einen Heizstrahler.
In einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt der Energieeintrag über einen Laser.
In einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt der Energieeintrag über Mikrowellenstrahlung.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Glasschicht auf den Formkörper mit einem Verfahren aufgetragen, umfassend

– Erwärmung der Oberfläche des transparenten thermoplastischen Formkörpers in den Bereich der Glasübergangstemperatur,
– Aufbringen von Glasnanopartikeln auf die erwärmte Oberfläche des Formkörpers,
– Einbettung der Glasnanopartikel in die Oberfläche des transparenten, thermoplastischen Formkörpers durch mechanische Einwirkung.

Die Einbettung der Glasnanopartikel erfolgt mittels einer mechanischen Krafteinwirkung und kann mit bekannten Einrichtungen wie Rollen, Pressen, etc. realisiert werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Glasschicht auf den Formkörper im Sol-Gel-Verfahren aufgetragen.
Der Sol-Gel-Prozess ist ein Verfahren zur Herstellung nichtmetallischer anorganischer oder hybridpolymerer Materialien aus kolloidalen Dispersionen, den sogenannten Solen. Die Ausgangsmaterialien werden auch als Präkursoren bezeichnet. Aus ihnen entstehen in Lösung in ersten Grundreaktionen feinste Teilchen. Durch eine spezielle Weiterverarbeitung der Sole lassen sich Pulver, Fasern, Schichten oder Aerogele erzeugen. Wegen der geringen Größe der zunächst erzeugten Solpartikel im Nanometerbereich lässt sich der Sol-Gel-Prozess als Teil der chemischen Nanotechnologie verstehen
Bei den Ausgangsmaterialien für eine Solsynthese handelt es sich oft um Alkoholate von Metallen beziehungsweise Nichtmetallen, vorzugsweise um Si-Prekursoren wie Tetramethylorthosilicat (TMOS), Tetraethylorthosilicat (TEOS) oder Tetraisopropylorthosilicat (TPOT).
Werden dabei eine oder mehrere der Alkoholatgruppen Si-OR durch einen Kohlenwasserstoffrest Si-R ersetzt, erhält man Alkoxysilane. Weil die nun vorhandene Si-C-Bindung hydrolytisch stabil ist, bleiben die organischen Reste während der Hydrolyse- und Kondensationsreaktionen fest im Solpartikel gebunden. Unpolare Seitenketten erlauben so die Herstellung hydrophober Materialien. Trägt die Seitenkette funktionale Gruppen, die an einer organischen Polymerisationsreaktion teilnehmen können, lassen sich Hybridpolymere erhalten.
Neben Silizium können viele andere Metalle und Übergangsmetalle im Sol-Gel-Prozess eingesetzt werden wie Aluminium-(2-propylat), Aluminium-(2-butylat, Zirkonpropylat oder Titanethylat, Titan-(2-propylat).
Diese Verbindungen sind hydrolyseempfindlicher als die Silizium-Alkoxide. Durch Komplexierung mit 2,4-Diketonen (β-Diketonen) kann diese Reaktivität deutlich gesenkt werden, was die gemeinsame Verwendung von Prekursoren unterschiedlicher Metalle ermöglicht oder die Beständigkeit von Solen gegen Luftfeuchtigkeit verbessert. Von Übergangsmetallen werden auch Carboxylate wie Acetate und Propionate verwendet, wobei die Löslichkeit der entsprechenden Verbindung im eingesetzten Lösungsmittel eine wichtige Rolle spielt.
Die Hydrolyse von Prekursor-Molekülen und die Kondensation zwischen dabei entstehenden reaktiven Spezies, sind die wesentlichen Grundreaktionen des Sol-Gel-Prozesses. Die dabei ablaufenden Vorgänge und die Eigenschaften der Prekursor-Moleküle haben einen entscheidenden Einfluss auf die resultierenden Materialeigenschaften.
Aus Metallalkoholaten und Wasser entstehen unter Abspaltung von Alkoholmolekülen MOH-Gruppen: M(OR)_n + H₂O → M(OR)_n-1OH + ROH
Diese Gleichung beschreibt die partielle Hydrolyse eines Metallalkoholates. Analoge Reaktionen lassen sich für Metallcarboxylate oder -diketonate formulieren, wobei diese Gruppen jedoch eine deutlich höhere hydrolytische Stabilität aufweisen.
In der Realität werden bereits MOH-Gruppen teilweise hydrolysierter Prekursormoleküle unter Wasserabspaltung miteinander kondensieren: (RO)_mM-OH + HO-M(OR)_m → (RO)_mM-O-M(OR)_m + H₂O
Aus dem Dimer entstehen in der Art einer anorganischen Polykondensationsreaktion Trimere, Tetramere und weitere Oligomere, bis sich schließlich ein Partikel gebildet hat. Je nach Lösungsmittel unterscheidet man zwischen alkoholischen Solen und Hydrosolen. Hydrolyse und Kondensation sind dynamische Reaktionen vieler ineinander greifender Gleichgewichte, die auch von Katalysatoren (Säuren, Basen) beeinflusst werden. Solpartikel können in erheblichem Umfang nicht hydrolysierte Alkoholat-, Carboxylat- oder Diketonatgruppen enthalten. Fortschreitendes Partikelwachstum und die Aggregation von Solteilchen zu Sekundärpartikeln führen zu einem Anstieg der Viskosität. Eine solche „Alterung” von Beschichtungssolen kann sich nachteilig auf eine industrielle Produktion auswirken.
Sobald sich zwischen den Wänden des Reaktionsgefäßes ein Netzwerk aus Solpartikeln gebildet hat, spricht man von Gelierung. Das viskos fließende Sol ist in einen viskoelastischen Festkörper übergegangen. Das Gel besteht aus dem Gelgerüst und der von ihm eingeschlossenen Lösungsmittel, wobei jedoch alle Poren miteinander in Verbindung stehen („interpenetrierendes Netzwerk”).
Eine mögliche Herstellung erfolgt mittels einer Tauchbeschichtung, wobei sich Substrate sich durch Eintauchen und Herausziehen mit einer konstanten Geschwindigkeit gleichmäßig mit einer Flüssigkeit benetzen lassen. Hierfür eignen sich besonders planare, leicht uniaxial gebogene oder zylindrische Substrate. Homogene Schichtdicken lassen sich durch vibrationsfreie Einstellung der Ziehgeschwindigkeit erreichen. Weil die Filmbildung primär durch einen Flüssigkeitsmeniskus bedingt wird, können auf großen Oberflächen leicht Schichtdickenschwankungen unter 3% realisiert werden.
Im Rahmen der erfindungsgemäßen Anwendung zur Beschichtung transparenter, thermoplastischer Formkörper sind geringe Schichtdickenschwankungen akzeptabel, da mit dem Verfahren keine dünnen Schichten erzeugt werden sollen, welche spezielle optische Parameter aufweisen sollen sondern eine Schutzschicht für den Formkörper.
Das fortgesetzte Ablaufen der Beschichtungslösung würde grundsätzlich zu einem „keilförmigen” Profil des resultierenden Nassfilms führen. Durch das Verdampfen des Lösungsmittels und die damit steigende Konzentration des Sols kommt es aber zu fortgesetzten Hydrolyse- und Kondensationsreaktionen. Die Solpartikel aggregieren und es bildet sich ein fester Gelfilm. Ist beispielsweise Ethanol Hauptkomponente des Lösungsmittels, verlaufen diese Vorgänge sehr schnell innerhalb einer Zone wenige Zentimeter oberhalb des Solniveaus.
Das entstehende Gel wird anschließend unter verschieden Temperaturbedingungen getempert und somit in ein Aerogel umgewandelt. Erfindungsgemäß entsteht eine SiO₂-Schicht, die infolge eines Temperatureintrags mittels Tempern in eine Glasschicht aus Quarzglas umgewandelt wird. Quarzglas, auch als Kieselglas bezeichnet, ist ein Glas, das im Gegensatz zu den gebräuchlichen Gläsern keine Beimengungen von Soda oder Calciumoxid enthält, also aus reinem Siliziumdioxid (SiO₂) besteht und ein amorphes Gefüges im Gegensatz zu dem kristallinen Quarz aufweist.
Bei den Tempervorgängen, welche ein Umwandlung des mittels Sol-Gel-Verfahrens abgeschiedenen diesen Tempervorgängen ist jedoch die Glasübergangtemperatur der thermoplastischen Werkstoffe entsprechend zu berücksichtigen.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird der transparente, thermoplastische Formkörper vor einer Überhitzung infolge von Wärmeexposition durch eine Kühleinrichtung geschützt.
Dabei ist die Kühleinrichtung vorteilhafterweise auf der der Glasschicht gegenüberliegenden Seite des Formkörpers angeordnet.
Durch die Kühlung des Formkörpers ist eine lokale Überhitzung des Formkörpers an der Oberfläche zur Verbindung der abgeschiedenen Glasschicht realisierbar ohne dass es zu einer Zersetzung des Formkörpers kommen würde.
Die Kühlung ist insbesondere vorteilhaft in Verbindung mit einem lokalen Energieeintrag, wobei die Eindringtiefe des Energieeintrags so eingestellt wird, dass lediglich ein Energieeintrag im Bereich der applizierten Glasnanopartikelschicht erfolgt.
In einer Ausführungsform der Erfindung besteht der Formkörper aus einem transparenten, thermoplastischen Werkstoff, ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polyamide (PA), Polylactat (PLA), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polycarbonat (PC), Polyethylenterephthalat (PET), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polystyrol (PS), Polyetheretherketon (PEEK) und Polyvinylchlorid (PVC) sowie Mischungen und Copolymeren dieser Verbindung.
In einer Ausführungsform der Erfindung kann die Glasschicht sowohl auf die äußere Oberfläche des Formkörpers als auch auf dessen Innenseite appliziert werden. Bei Applikation auf der Außenseite kann die Glasbeschichtung derart gewählt werden, dass eine UV-Reflektion vor dem Übertritt in den transparenten, thermoplastischen Formkörper erfolgt, sodass der Formkörper vor den schädigenden UV-Einfluss geschützt werden kann. Dadurch können die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile, wie etwa eine Verringerung der Bruchdehnung beim PMMA durch Abnahme der Molekülmassen unter Witterungseinflüssen entgegengewirkt werden.
Bei Applikation der Glasschicht auf der Innenseite des Formkörpers kann durch die Glasschicht eine Stabilisierung des Formkörpers von dessen Rückseite erfolgen. Die Glasschicht ermöglicht somit eine Verstärkung der Bruchsicherheit, wobei die Glasschicht selbst aufgrund der Verbindung mit dem Formkörper eine Verstärkung erfährt.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung wird zunächst in einem ersten Schritt der Formkörper aus einem dünnen Glas gefertigt. Daran anschließend wird auf der Innenseite dieses Formkörpers der transparente, thermoplastische Werkstoff appliziert. Dies kann durch bekannte Verfahren, wie beispielsweise Spritzgießen erfolgen.
In einer weiteren Ausgestaltung der vorbeschriebenen Ausführungsform wird der zuerst hergestellte Glasformkörper bei der Applikation des transparenten, thermoplastischen Werkstoffs gekühlt, um eine schnelle Aushärtung des Materials zu gewährleisten.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Glasbestandteil des erfindungsgemäßen Formkörpers zumindest für den UV-Wellenlängenbereich intransparent. Dadurch wird ein schädigender Einfluss des UV-Lichts auf den transparenten, thermoplastischen Werkstoff vermieden. Dabei ist gleichzeitig zu beachten, dass bei Ausführung als Scheinwerfer eine Transparenz für die Wellenlängenbereiche im sichtbaren Bereich gegeben ist.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Formkörper zumindest ein Bestandteil eines Scheinwerfers eines Fahrzeugs. Unter dem Begriff Fahrzeug wird im Sinne der Erfindung mobile Verkehrsmittel, die dem Transport von Gütern (Güterverkehr), Werkzeugen (Maschinen oder Hilfsmittel) oder Personen (Personenverkehr) dienen verstanden. Die Antriebsart oder die Verwendung ist für die Einordnung dabei ohne Belang.
Unter dem Begriff Scheinwerfer wird im Sinne der vorliegenden Anmeldung zumindest ein Teil der Fahrzeugbeleuchtung verstanden, welcher Licht grundsätzlich in Fahrtrichtung abstrahlt.
Moderne Scheinwerfereinrichtungen bestehen aus einer Lampe, die vor einem Parabolspiegel angeordnet ist. Mit der Spiegelung sowie mit dem geriffelten Scheinwerferglas wird das Licht diffundiert ausgestrahlt, vgl. Strahlengang. Das Glasgehäuse ist linsenförmig gestaltet und strukturiert. Weiterentwickelte Scheinwerfer besitzen zur gezielten Streuung und Bündelung des Lichts speziell geformte Freiformreflektoren, die mit Hilfe der nichtabbildenden Optik entworfen werden und keiner mathematischen Regelfläche mehr entsprechen. Sie entstehen durch die Variation der Flächennormalen der Reflektorflächen entsprechend den Anforderungen der Lichtverteilung. Dabei wird der Reflektor oft in verschiedene Bereiche segmentiert. Dann kann jedes Segment einen spezifischen Teil der Beleuchtungsaufgabe erfüllen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Formkörper ein Glasgehäuse einer Scheinwerfereinrichtung. Durch die Beschichtung mit einer Glasschicht wird die Lebensdauer des Glasgehäuses, welches aus einem transparenten, thermoplastischen Formkörper besteht, wesentlich verlängert.
In einer weiteren Ausführungsform ist der transparente, thermoplastische Formkörper eine Scheibe mit gewölbter Oberfläche eines Fahrzeugs, wie etwa eine Windschutz- oder Heckscheibe eines Kraftfahrzeugs. Durch die Verwendung einer Scheibe aus einem transparenten, thermoplastischen material lässt sich im Vergleich zu Scheiben aus Glas neben der Einsparung des Gewichts auch eine erhöhte Versteifung der Scheibe bewerkstelligen. Dadurch könnten im Rahmen der Verletzungsprävention von Fahrzeuginsassen bei Unfällen, diese vor entstehenden Glasfragmenten und -splittern geschützt werden. Gleichzeitig besteht jedoch hierbei das Problem, dass im Fall einer nachfolgenden notwendigen Bergung der Fahrzeuginsassen, diese möglicherweise über die Scheibenöffnungen geborgen werden müssten. Hierzu wird erfindungsgemäß ein Heizdraht vorgeschlagen, welcher über eine Auslöseeinrichtung ähnlich einer Airbagauslöseeinrichtung bei Registrierung eines Unfalls in Betrieb genommen wird. Der Heizdraht erhitzt dabei nach einem Unfall den transparenten, thermoplastischen Werkstoff, wodurch dieser im Bereich des Heizdrahts zum Schmelzen gebracht wird. Sofern die auf der Scheibe angeordnete Glasschicht nicht bereits infolge des Unfalls zerstört wurde, kann diese nun mitsamt dem Formkörper entfernt werden. Der Heizdraht kann dabei so angeordnet sein, dass eine nachfolgende Bergung der Insassen möglich ist. Vorteilhafterweise ist der Heizdraht hierbei in den Verbindungsfugen von Fahrzeug und Scheibe angeordnet. Dadurch ist eine schnelle und effiziente Bergung der Insassen durch Rettungskräfte bei gleichzeitig erhöhter Sicherheit der Insassen gewährleistet.
Die Erfindung soll nachgehend eingehender anhand einiger Ausführungsbeispiele und der zugehörigen Figuren erläutert werden. Die Ausführungsbeispiele sollen dabei die Erfindung erläutern ohne diese zu beschränken.
Es zeigen die Figuren in
1 eine schematische Darstellung eines Scheinwerfers eines Fahrzeugs, in
2 einen Ausschnitt einer Abdeckscheibe eines Scheinwerfers und in
3a–3d eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahrens.
In einem ersten Ausführungsbeispiel ist in der 1 der transparente, thermoplastische Formkörper ein Teil eines Scheinwerfers für Fahrzeuge. Der Scheinwerfer besteht dabei im Wesentlichen aus einem Gehäuse 1, einer Reflektoreinheit 2, einem nicht näher dargestellten Dämpfungselement 3 und wird in Abstrahlrichtung des Fahrzeugscheinwerfers von einer Streuscheibe 4 bzw. einer transparenten Abdeckscheibe abgedeckt. Diese Abdeckscheibe 4 ist der transparent, thermoplastische Formkörper, welcher aus PMMA besteht.
Erfindungsgemäß weist die Abdeckscheibe 4 in der 2 an der Außenseite eine Beschichtung aus Glas auf.
In den 3a–3d ist schematisch eine Beschichtung der Oberfläche eines transparenten, thermoplastischen Formkörpers dargestellt. Dabei wird der Formkörper 5 in einem ersten Schritt in der 3a von einer nicht näher dargestellten Heizeinrichtung an der Oberfläche durch Wärmestrahlung erwärmt. Daran anschließend werden die Glasnanopartikel 6 auf die erwärmte Oberfläche des Formkörpers 5 aufgebracht. Danach erfolgt in 3c die Einbettung der Glasnanopartikel 6 in die Oberfläche des Formkörpers 5 durch eine mechanische Einwirkung in Form einer nicht näher dargestellten Presse 7. Das Ergebnis ist in der 3d eine Schicht aus Glasnanopartikeln 6, welche an der Oberfläche des Formkörpers 5 angeordnet sind.
Bezugszeichenliste

1: Gehäuse
2: Reflektoreinheit
3: Dämpfungselement
4: Abdeckscheibe
5: Formkörper
6: Glasnanopartikel
7: Presse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 3413019 A1 [0012]
DE 4238279 A1 [0013]
DE 10005121 A1 [0014]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Schreyer, G., Die Angewandte Makromolekulare Chemie, 11(1), 159–173 [0006]

Claims

Verfahren zur Beschichtung von transparenten, thermoplastischen Formkörpern mit gewölbter Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, dass die auf der Oberfläche des Formkörpers (5) eine Glasschicht abgeschieden wird.
Verfahren nach Anspruch 1 umfassend die Schritte: i) Applikation eines Haftvermittlers auf der Oberfläche des transparenten, thermoplastischen Formkörpers (5), ii) Auftragen einer Schicht aus Glasnanopartikeln (6) auf die mit dem Haftvermittler beschichtete Oberfläche des transparenten, thermoplastischen Formkörpers (5), iii) lokaler Energieeintrag mittels Strahlung im Bereich der Oberfläche des transparenten, thermoplastischen Formkörpers (5), wodurch die Glasnanopartikel (6) eine homogene Schicht ausbilden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Energieeintrag mittels Strahlung mittels Wärmestrahlung, Mikrowellenstrahlung oder Laser erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Haftvermittler ein Siloxan ist.
Verfahren nach Anspruch 1 umfassend die Schritte: i) Erwärmung der Oberfläche des transparenten thermoplastischen Formkörpers (5) in den Bereich der Glasübergangstemperatur, ii) – Aufbringen von Glasnanopartikeln (6) auf die erwärmte Oberfläche des Formkörpers (5), iii) – Einbettung der Glasnanopartikel (6) in die Oberfläche des transparenten, thermoplastischen Formkörpers (5) durch mechanische Einwirkung.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mechanische Krafteinwirkung mittels Rollen oder Pressen erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasschicht im Sol-Gel-Verfahren aufgetragen wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung des transparenten, thermoplastischen Formkörpers (5) durch Eintauchen und Herausziehen mit konstanter Geschwindigkeit aus einer Lösung mit Prekursoren erfolgt und anschießend getempert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der transparente, thermoplastische Formkörper (5) während der Beschichtung mittels einer Kühleinrichtung gekühlt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper aus einem transparenten, thermoplastischen Werkstoff, ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polyamide (PA), Polylactat (PLA), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polycarbonat (PC), Polyethylenterephthalat (PET), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polystyrol (PS), Polyetheretherketon (PEEK) und Polyvinylchlorid (PVC) sowie Mischungen und Copolymeren dieser Verbindung.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Formkörper eine Scheibe mit gewölbter Oberfläche eines Fahrzeugs beschichtet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Formkörper ein Glasgehäuse einer Scheinwerfereinrichtung eines Fahrzeugs beschichtet wird.
Transparenter, thermoplastischer Formkörper erhältlich nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
Verwendung eines transparenten, thermoplastischen Formkörpers nach Anspruch 13 als Glasgehäuse einer Scheinwerfereinrichtung eines Fahrzeugs.
Verwendung eines transparenten, thermoplastischen Formkörpers nach Anspruch 13 als eine Scheibe eines Fahrzeugs mit gewölbter Oberfläche.