DE102018115355A1

DE102018115355A1 - Verfahren zur Herstellung eines einseitig metallisierten Bedienelements aus Kunststoff mit hinterleuchteter Symbolik, Bedienelement mit hinterleuchtbarer Symbolik sowie Maschine zur Durchführung mehrerer Verfahrensschritte

Info

Publication number: DE102018115355A1
Application number: DE102018115355.4A
Authority: DE
Inventors: Carsten Brockmann; Franz Huber
Original assignee: KUNSTSTOFFTECHNIK BERNT GmbH
Current assignee: KUNSTSTOFFTECHNIK BERNT GmbH
Priority date: 2018-06-26
Filing date: 2018-06-26
Publication date: 2020-01-02

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines einseitig metallisierten Bedienelements aus Kunststoff mit hinterleuchtbarer Symbolik, z. B. für ein Kraftfahrzeug. Weiterhin betrifft die Erfindung ein mit dem genannten Verfahren hergestelltes Bedienelement sowie eine Maschine zur Durchführung mehrerer Verfahrensschritte des genannten Herstellungsverfahrens. Um zu gewährleisten, dass das beanspruchte Bedienelement kostengünstig und in hoher Produktqualität im Großserienmaßstab, und in einem kontinuierlichen Galvanikprozess hergestellt werden kann, wird ein Herstellungsverfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen. Mehrere der Verfahrensschritte des mit der hiesigen Erfindung beanspruchten Verfahrens können mit einer Maschine gemäß dem Patentanspruch 20 durchgeführt werden. Ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gefertigtes Bedienelement weist die Merkmale des Patentanspruchs 19 auf.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines einseitig metallisierten Bedienelements aus Kunststoff mit hinterleuchteter 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 ein mit dem Verfahren hergestelltes Bedienelement und eine Maschine zur Durchführung mehrerer Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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. Nachfolgend wird diese erste Metallschicht partiell abgetragen zur Erzeugung des Symbols. 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, eineeine 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 Verfahren zur Herstellung eines einseitig metallisierten Bedienelements aus Kunststoff bereitzustellen, welches sich auch im Großserienmaßstab kostengünstig durchführen lässt, einen kontinuierlichen Galvanikprozess ermöglicht und eine hohe Produktqualität gewährleistet.
Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde ein Bedienelement mit hinterleuchtbarer Symbolik bereitzustellen, welches im Großserienmaßstab 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 des beanspruchten Verfahrens durchgeführt werden können.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, ein Bedienelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 17 und eine Maschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 18 vorgeschlagen.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung eines einseitig metallisierten Bedienelements aus Kunststoff mit hinterleuchtbarer Symbolik vorgeschlagen. Derartige Bedienelemente werden beispielsweise in Kraftfahrzeugen verbaut. Das Verfahren umfasst die folgenden Verfahrensschritte:

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. Bedrucken der galvanisierbaren Schicht mit einer Auftragsmasse, wobei die bedruckten Bereiche die Symbolik ausbilden;
c. Nacharbeiten der die bedruckten Bereiche umgebenden Ränder mit einem Laser zur Ausbildung klarer Konturen der Symbolik;
d. 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 aufgedruckte Auftragsmasse ausgebildet ist und wobei auf der galvanisierbaren Schicht zumindest eine Metallschicht abgeschieden ist. Die mit dem vorliegenden Verfahren hergestellten Bedienelemente lassen sich auch für anderweitige Anwendungen verwenden, beispielsweise als Bestandteil von Haushalts- und Sanitärgeräten.
Nach dem Bedrucken 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 Bedrucken in einem zumindest fließfähigen, i.A. also flüssigen Zustand befinden. Beim nachfolgenden Aushärten wird die Fließfähigkeit der auf die galvanisierbare Schicht aufgebrachten Auftragsmasse 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 aufgedruckten und ausgehärteten 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.
Ist die aufgedruckte Auftragsmasse zum Zeitpunkt der Nachbearbeitung der die bedruckten Bereiche umgebenden Ränder, d.h. der Kontur, mit einem Laser zur Ausbildung klarer Konturen der Symbolik gemäß Verfahrensschritt c. nur partiell ausgehärtet, so erfolgt in der Regel in einem weiteren, dem Schritt c. nachgelagerten Verfahrensschritt eine vollständige Aushärtung der aufgedruckten Auftragsmasse. Dies kann einerseits durch eine aktive Behandlung der aufgedruckten 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 vor der Laserbehandlung zur Schärfung der Kontur initiierte Vernetzungsreaktion, die aber zeitlich langsam verläuft im Vergleich zur zeitlichen Dauer der Abfolge der Verfahrensschritte b) und c).
Zumindest die Verfahrensschritte b) und c) des eingangs beschriebenen Verfahrens werden vorzugsweise in einer der Erfindung ebenfalls gegenständlichen Maschine durchgeführt. Die Maschine umfasst zumindest eine Station zum Bedrucken der galvanisierbaren Schicht mit einer Auftragsmasse und eine Station zum Nacharbeiten der die bedruckten Bereiche umgebenden Ränder mit einem Laser. Auch kann die Maschine eine weitere Station aufweisen, in welcher die Aushärtung der Auftragsmasse erfolgt. 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.
Das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Verfahren ist kostengünstiger als jene aus dem Stand der Technik vorbekannten Herstellungsverfahren für einseitig metallisierte Bedienelemente aus Kunststoff mit hinterleuchtbarer Symbolik. Die Kostenvorteile resultieren daraus, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren 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 Drucksystems bzw. einer Druckmaschine. Weiterhin ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren durch die LaserNacharbeitung der die bedruckten Bereiche umgebenden Ränder, 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 vorgeschlagenen Verfahren 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 d, Variante iii). Alternativ lässt es das vorgeschlagene Verfahren zu, zumindest eine Metallschicht unmittelbar im Wege einer elektrochemischen Galvanisierung auf der galvanisierbaren Schicht abzuscheiden (Verfahrensschritt d, 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 d, Variante i).
Im Rahmen des der Erfindung zugrunde liegenden Verfahrens wird der Kunststoff-Grundkörper vorzugsweise durch Spritzgießen erzeugt, 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 dessen galvanisierbare Schicht mit einer Auftragsmasse bedruckt, wobei die bedruckten Bereiche die Symbolik ausbilden. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird eine nichtgalvanisierbare Auftragsmasse verwendet. Bei der Auftragsmasse kann es sich beispielsweise um ein thermisch oder strahlungsinduziert aushärtbares Material handeln. Auch kann die Auftragsmasse durch Evaporation eines Lösungsmittels aushärten, also im Wege eines Trocknungsprozesses. Ein solches Lösungsmittel kann beispielsweise Wasser oder ein organisches Lösungsmittel sein. Vorzugsweise ist die Auftragsmasse unter Einwirkung von UV-Strahlung aushärtbar. Beim Bedrucken werden Strukturen ausgebildet, die gegenüber der Oberfläche der galvanisierbaren Schicht erhaben sind. In einem weiteren Verfahrensschritt kann die Auftragsmasse ausgehärtet werden, beispielsweise im Wege einer Trocknung, Bestrahlung oder thermischen Behandlung. Im Falle einer strahlungsinduzierten Aushärtung kann auch der gesamte Kunststoff-Grundkörper mit bestrahlt werden, sodass eine oder mehrere Strahlungsquelle(n) in der Produktionslinie nachgeordnet zu einer Druckstation angeordnet werden können. Die Auftragsmasse härtet sodann unter Einwirkung der Strahlung, beispielsweise UV-Strahlung, aus.
Bei dem Aushärtevorgang kann es sich auch um eine chemische Vernetzung handeln, die durch die einfallende Strahlung, beispielsweise UV-Strahlung, 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. Gleiches gilt für die thermische Behandlung der Auftragsmasse durch Wärmestrahlung. Auch dann kann das in der Auftragsmasse enthaltene Lösungsmittel verdampfen. Durch die Tatsache, dass die zum Druck verwendete Auftragsmasse nicht-galvanisierbar ist, wird vermieden, dass sich auf den so ausgebildeten Strukturen in nachfolgenden Verfahrensschritten, insbesondere bei der elektrochemischen bzw. galvanischen Behandlung des Kunststoff-Grundkörpers, Metall abscheidet. Die bedruckten Bereiche sind bzw. die aufgedruckte Symbolik ist galvanikstabil.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird eine Auftragsmasse verwendet, die umfasst: einen transparenten unter UV-Bestrahlung aushärtbaren Lack, sowie in dem Lack dispergierte Partikel, die geeignet sind Laserstrahlen zu absorbieren. Bei Verwendung eines auf anderem Wege als unter UV-Bestrahlung aushärtbaren Lacks ist dieser vorzugsweise ebenfalls mit in dem Lack dispergierten Partikeln versehen, wobei die Partikel geeignet sind Laserstrahlen zu absorbieren. 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 wird die Nacharbeitung der auf die galvanisierbare Schicht aufgedruckten Auftragsmasse erleichtert. Denn durch die Strahlungsabsorption seitens der zugesetzten Partikel wird die Energie effizient auf die Auftragsmasse übertragen und ein Wegbrennen bzw. Weglasern der Auftragsmasse ermöglicht. Durch den Lasereintrag können somit die Konturen oder Randbereiche des aufgebrachten Druckbildes geschärft bzw. nachgearbeitet werden, z.B. durch Abtragen oder Wegbrennen von ungehärteter oder gehärteter Auftragsmasse.
Wie eingangs erwähnt, werden die die bedruckten Bereiche umgebenden Ränder im Anschluss an das Bedrucken mit einem Laser bearbeitet, um klare Konturen der Symbolik auszubilden. Die Laserbearbeitung kann dabei nach der vollständigen oder partiellen Aushärtung der Auftragsmasse erfolgen. Auch kann die Laserbearbeitung vor dem Beginn der Aushärtung oder unmittelbar nach dem Beginn der Aushärtung erfolgen. Eine Laserbearbeitung nach dem vollständigen Aushärten der Auftragsmasse kann aufgrund der klar definierten, gehärteten Bearbeitungsbereiche vorteilhaft sein. Jedoch können die mit der Auftragsmasse bedruckten Bereiche auch unmittelbar nach dem Bedrucken - also vor oder unmittelbar nach dem Beginn der Aushärtung - mit dem Laser nachgearbeitet werden. Ebenso kann eine partiell ausgehärtete Auftragsmasse einer Laserbearbeitung unterzogen werden. Bei der Laserbearbeitung werden die Ränder der aufgebrachten Symbolik geschärft und Unregelmäßigkeiten beseitigt bzw. korrigiert.
In beiden Fällen 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.
Es kann ferner vorgesehen sein die Auftragsmasse mit einem definierten Überstand auf die galvanisierbare Schicht aufzudrucken und den definierten Überstand im Anschluss im Wege der Laser Nachbearbeitung zu entfernen. Dadurch können drucktechnisch bedingte Unschärfen kompensiert werden.
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.
Die im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendeten Lacke können durch den Eintrag von Strahlung, beispielsweise UV-Strahlung, zum Trocknen bzw. Aushärten gebracht werden. Die Bestrahlung mit UV-Licht erfolgt 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. Mit der UV-Aushärtung ist es ermöglicht, die auf die galvanisierbare Schicht gedruckte Auftragsmasse in sekundenschnelle zur Aushärtung zu bringen. Gleiches kann auch bei Verwendung von anderweitigen Strahlungsquellen, beispielsweise Infrarotstrahlern, gelten. Vorteilhaft ist dies insbesondere für die Produktion von großen Stückzahlen sowie für Prozesse, die eine hohe Produktionsgeschwindigkeit erfordern. Dem Aushärteprozess kann eine Nachhärtestation nachgelagert sein, gleichsam kann die applizierte und gehärtete Auftragsmasse beim Transport zum folgenden Verarbeitungsschritt nachhärten. Auch kann der Verfahrensschritt c) - also die Lasernacharbeitung - während des Aushärtens der Auftragsmasse erfolgen.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die Auftragsmasse im Tampondruck auf die galvanisierbare Schicht gedruckt. Dabei wird die Auftragsmasse durch einen elastischen Tampon, vorzugsweise aus Silikonkautschuk auf die galvanisierbare Schicht übertragen. Dieses Druckverfahren ist vorteilhaft, da die Druckübertragung durch die Verformbarkeit des Tampons bestimmt wird. Durch die Formanpassung des Tampons an die zu bedruckende Oberfläche können unregelmäßig geformte Oberflächen bedruckt werden. Somit sind mit diesem Druckverfahren eine Vielzahl formverschiedener Kunststoff-Grundkörper bedruckbar. Die Formanpassung ergibt sich aus den elastischen Eigenschaften des Tampons. Der Tampondruck zeichnet sich durch eine hohe Übertragungsrate der seinerseits aufgenommenen Auftragsmasse auf das zu bedruckende Material aus.
Vorstellbar ist es ferner die Auftragsmasse mit einem alternativen Druckverfahren auf die galvanisierbare Schicht aufzubringen. Dazu 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.
Vorteilhaft kann es sein die Schritte b) bis c) des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer mit mehreren Stationen versehenen Maschine durchzuführen, und die Verfahrensschritte b) und c) jeweils einer Station zugeordnet ist. Vorzugsweise ist der Verfahrensschritt b) einer ersten Station zugeordnet, während der Verfahrensschritt c) einer zweiten Station zugeordnet ist. Bei der zuvor erwähnten Maschine kann es sich um eine Drehtellermaschine handeln, sodass zumindest die Verfahrensschritte b) und c) mit einer solchen ausgeführt werden. Die Maschine kann eine weitere Station umfassen, in welcher die Aushärtung der Auftragsmasse erfolgt. Diese kann der zweiten Station vor- oder nachgelagert sein. Auch kann die Aushärtung bereits während der Laserbearbeitung erfolgen oder beginnen, also in jener Station der Maschine, der der Verfahrensschritt c) zugeordnet ist. In diesem Fall kann die Aushärtung in einer der Laserbearbeitung nachgelagerten Station vervollständigt werden. Entsprechend dem vorliegenden Verfahren handelt es sich bei der ersten Station um eine Druckstation, in welcher die der Maschine zugeführten Kunststoff-Grundkörper bzw. die galvanisierbare Schicht vorzugsweise im Tampondruck zur Ausbildung der Symbolik mit der nicht-galvanisierbaren Auftragsmasse bedruckt werden. Bei der zweiten Station kann es sich um eine Aushärtestation handeln, in welcher die auf die galvanisierbare Schicht aufgedruckte Auftragsmasse ausgehärtet wird, beispielsweise durch Bestrahlung oder thermische Behandlung. Bei der dritten Station kann es sich um eine Laserstation handeln, in welcher die aufgetragene und ausgehärtete Auftragsmasse nachbearbeitet wird. Die zweite und dritte Station können auch umgekehrt angeordnet werden, die Lasernachbearbeitung erfolgt sodann an der noch nicht vollständig ausgehärteten Auftragsmasse. Die Aushärtung erfolgt bei dieser alternativen Anordnung in der dritten Station.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann zur Nacharbeitung der die bedruckten Bereiche umgebenden Ränder ein gepulster Laser verwendet werden, vorzugsweise ein Nd:YAG, ein CO₂- oder ein UV-Laser. Vorzugsweise wird dabei ein Laser verwendet, dessen Wellenlänge eine hohe Absorption in den in dem Lack dispergierten Partikeln und eine geringe Absorption im Kunststoff A und Kunststoff B erfährt. Dadurch wird beim Nacharbeiten der aufgedruckten Auftragsmasse bzw. beim teilweisen Abtragen überschüssiger Auftragsmasse vermieden, dass gleichzeitig auch Kunststoffmaterial der Kunststoffe A oder B abgetragen oder zerstört wird. Durch die geringe Absorption in den Kunststoffen A und B wird ein materialschädigender Einfluss bei der Laserbearbeitung zumindest reduziert.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann 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 bedruckten Bereiche des Kunststoff-Grundkörpers umgebenden Bereiche. Auf die aufgedruckte Auftragsmasse 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 bedruckten 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 bedruckten Auftragsmasse, also letztlich die Schichtdicke der Symbolik, 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 (Verfahrensschritt d, 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 Verfahrens 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.
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 1 eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens näher erläutert. Dabei zeigt die

1 ein Verfahrensschema zum Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Im Verfahrensschritt 1 wird 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.
Gemäß dem Verfahrensschritt 4 wird die galvanisierbare Schicht des Kunststoff-Grundkörpers mit einer Auftragsmasse bedruckt, die in einem Folgeschritt beispielsweise unter Einwirkung von UV-Strahlung, aushärtbar ist. Das Bedrucken der galvanisierbaren Schicht erfolgt vorzugsweise im Tampondruck. 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.
Das Verfahren kann nachfolgend entweder mit den Verfahrensschritten 5a, 5b oder alternativ mit den Verfahrensschritten 5a(2), 5b(2) fortgesetzt werden. Gemäß der Verfahrensfolge 5a, 5b wird die auf die galvanisierbare Schicht aufgedruckte Auftragsmasse ausgehärtet, beispielsweise durch Bestrahlen mit UV-Strahlung (Schritt 5a). Auch andere Strahlung aus anderen Wellenlängenbereichen, beispielsweise Infrarotstrahlung, kommt in Betracht. Alternativ kann die Auftragsmasse im Wege einer Trocknung, oder durch Eintrag von thermischer Energie aushärten. Dabei kann die Auftragsmasse vollständig oder zu einem überwiegenden Teil aushärten. Im letzteren Fall kann ein Nachhärteprozess stattfinden. Im Anschluss an den Aushärtevorgang werden die die bedruckten Bereiche umgebenden Ränder mit einem oder mehreren Lasern zur Ausbildung klarer Konturen der Symbolik nachbearbeitet. Dabei wird überstehende Auftragsmasse entfernt bzw. weggelasert. Wie in den Verfahrensschritten 5a(2) und 5b(2) zu erkennen, kann die auf die galvanisierbare Schicht aufgedruckte Auftragsmasse auch vor bzw. unmittelbar nach dem Beginn der Aushärtung mit dem Laser bearbeitet werden. Schon hierbei lassen sich definierte Konturen der Symbolik ausbilden, bevor das Verfahren in Schritt 5b(2) mit der Aushärtung der Auftragsmasse fortgeführt wird. Auch eine Laserbearbeitung in einem partiell ausgehärteten Zustand der Auftragsmasse ist möglich.
Im Verfahrensschritt 6 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 7 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 6a 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 8 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 9 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 10 und 11 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 12 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 Verfahren auch ohne einzelne in der 1 dargestellte Verfahrensschritte durchgeführt werden. Wird beispielsweise auf die Schritte 6 bis 8 verzichtet, so handelt es sich um eine Verfahrensvariante nach Schritt e, ii des Patentanspruchs 1, also um ein rein elektrochemisches Abscheiden 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 Patentansprüche sind ebenso möglich wie eine Kombination der Merkmale, auch wenn diese in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellt und beschrieben sind.
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 10208674 A1 [0004, 0046]
DE 102010016973 B4 [0005, 0060]
DE 202015006095 U1 [0007, 0020]
DE 102007015625 B4 [0008]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines einseitig metallisierten Bedienelements aus Kunststoff mit hinterleuchtbarer Symbolik, z. B. für ein Kraftfahrzeug, mit den folgenden Verfahrensschritten: a. Erzeugen eines Kunststoff-Grundkörpers mit i. einem rückseitig angeordneten Teilkörper aus einem nicht galvanisierbaren Kunststoff A, und ii. einer vorderseitig angeordneten galvanisierbaren Schicht aus einem galvanisierbaren Kunststoff B, b. Bedrucken der galvanisierbaren Schicht mit einer Auftragsmasse, wobei die bedruckten Bereiche die Symbolik ausbilden; c. Nacharbeiten der die bedruckten Bereiche umgebenden Ränder mit einem Laser zur Ausbildung klarer Konturen der Symbolik; d. Abscheiden von zumindest einer Metallschicht auf der galvanisierbaren Schicht des Kunststoff-Grundkörpers 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.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine nichtgalvanisierbare Auftragsmasse verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auftragsmasse verwendet wird, die umfasst: einen transparenten unter UV-Bestrahlung aushärtbaren Lack, sowie in dem Lack dispergierte Partikel, die geeignet sind Laserstrahlen zu absorbieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftragsmasse im Tampondruck auf die galvanisierbare Schicht gedruckt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Bedrucken eine Aushärtung der Auftragsmasse erfolgt und die mit der Auftragsmasse bedruckten Bereiche nach ihrer vollständigen oder partiellen Aushärtung mit dem Laser nachgearbeitet werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der Auftragsmasse bedruckten Bereiche vor Beginn der Aushärtung oder unmittelbar nach dem Beginn der Aushärtung mit dem Laser nachgearbeitet werden
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte b) und c) des Verfahrens nach Anspruch 1 in einer mit mehreren Stationen versehenen Maschine durchgeführt werden, wobei die Verfahrensschritte b) und c) jeweils einer Station zugeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine eine weitere Station aufweist, in welcher die Aushärtung der Auftragsmasse erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass Verfahrensschritt b) einer ersten Station und Verfahrensschritt c) einer zweiten Station zugeordnet ist..
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensschritte b) und c) mit einer Drehtellermaschine ausgeführt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Nacharbeitung der die bedruckten Bereiche umgebenden Ränder ein gepulster Laser verwendet wird, vorzugsweise ein Nd:YAG, ein CO₂- oder ein UV-Laser.
Verfahren nach Anspruch11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Laser verwendet wird, dessen Wellenlänge eine hohe Absorption in den in dem Lack dispergierten Partikeln und eine geringe Absorption im Kunststoff A und Kunststoff B erfährt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum chemischen Abscheiden der Metallschicht eine Schicht aus Palladiumkeimen auf der galvanisierbaren Schicht aufgebracht wird, insbesondere in jenen nicht mit der Auftragsmasse bedruckten Bereichen.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgebrachten Palladiumkeime durch eine Zinn-Schutzkolloid-Schicht geschützt werden.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem chemischen Abscheiden der Metallschicht die Zinn-Schutzkolloid-Schicht entfernt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Abscheiden der Metallschicht die zu galvanisierende Oberfläche der galvanisierenden Schicht aufgeraut wird, z.B. durch chemische Behandlung.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff B ein transparentes oder transluzentes Polyamid, ABS oder ein ABS/Polycarbonat-Blend ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff A ein Polycarbonat ist.
Bedienelement mit hinterleuchtbarer Symbolik, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, hergestellt in einem Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, 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 aufgedruckte Auftragsmasse ausgebildet ist und wobei auf der galvanisierbaren Schicht zumindest eine Metallschicht abgeschieden ist.
Maschine zur Durchführung zumindest der Verfahrensschritte b) bis c) des Verfahrens nach Anspruch 1, umfassend: eine Station zum Bedrucken der galvanisierbaren Schicht mit einer Auftragsmasse und eine Station zum Nacharbeiten der die bedruckten Bereiche umgebenden Ränder mit einem Laser.
Maschine nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch eine weitere Station, in welcher die Aushärtung der Auftragsmasse erfolgt.
Maschine nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine eine Drehtellermaschine ist.