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Dokumentenidentifikation DE102006040200B4 04.09.2008
Titel Verfahren zum Beschichten eines Kunststoffteils
Anmelder Webasto AG, 82131 Gauting, DE
Erfinder Schwürzinger, Günter, 94262 Kollnburg, DE;
Waibel, Matthias, 81369 München, DE
Vertreter advotec. Patent- und Rechtsanwälte, 80538 München
DE-Anmeldedatum 28.08.2006
DE-Aktenzeichen 102006040200
Offenlegungstag 20.03.2008
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 04.09.2008
Veröffentlichungstag im Patentblatt 04.09.2008
IPC-Hauptklasse B05D 1/36(2006.01)A, F, I, 20060828, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B05D 1/02(2006.01)A, L, I, 20060828, B, H, DE   B05D 1/18(2006.01)A, L, I, 20060828, B, H, DE   B05D 1/26(2006.01)A, L, I, 20060828, B, H, DE   B05D 7/02(2006.01)A, L, I, 20060828, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft Verfahren zum Beschichten eines Kunststoffteils mit einem Lack nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und dem Oberbegriff des Patentanspruchs 2.

Flutverfahren zum Ausbilden von Beschichtungen auf Kunststoffteilen sind aus der Praxis bekannt und werden in der Regel derartig durchgeführt, dass eine zu beschichtende Fläche des Kunststoffteils in einem sogenannten Anflutbereich mit Lack oder dergleichen beaufschlagt wird. Anschließend verteilt sich der in dem Anflutbereich aufgebrachte Lack schwerkraftbedingt über die restliche zu beschichtende Fläche, die auch als Abflutbereich bezeichnet wird.

Die bei einem Flutverfahren gebildete Beschichtung hat eine keilförmige Schichtdickenverteilung, wobei in dem Anflutbereich eine geringere Schichtstärke als in dem Abflutbereich vorliegt. Wenn das beschichtete Bauteil beispielsweise als Karosserieteil eines Kraftfahrzeugs eingesetzt wird, ist die in dem Anflutbereich ausgebildete Schichtstärke gegebenenfalls nicht ausreichend, um das Bauteil hinreichend gegen Bewitterung und sonstige Umwelteinflüsse zu schützen.

Des Weiteren ist es bekannt, im Bereich von Kraftfahrzeugkarosserien, Polycarbonat-Bauteile einzusetzen. Polycarbonat weist aber eine geringe Witterungs- und Medienbeständigkeit und eine hohe Kratzempfindlichkeit auf und muss daher mit einer Beschichtung versehen werden. Eine nach einem herkömmlichen Flutverfahren aufgebrachte Beschichtung schützt das Kunststoffsubstrat aus Polycarbonat gegebenenfalls aber nicht hinreichend.

Ein Flutbeschichtungsverfahren zur Ausbildung einer abrieb- und kraftfesten Beschichtung auf einem Kunststoffsubstrat ist auch aus der DE 10 2004 027 842 A1 bekannt. Dieses Kunststoffsubstrat kann aus Polycarbonat gebildet sein.

Des Weiteren ist es bekannt, abrieb- und kratzfeste Beschichtungen nach einem Sprühverfahren auf ein zu beschichtendes Kunststoffteil aufzubringen. Bei dem Sprühverfahren wird ein aufzubringender Lack in zerstäubter Form auf die betreffende Fläche des Kunststoffteils aufgebracht. Hierbei bildet sich aber eine orangenhautartige Oberflächenstruktur aus, so dass dieses Verfahren nicht für großflächige optische Bauteile bzw. Verglasungsbauteile eines Kraftfahrzeugs geeignet ist.

Auch ist es bekannt, Beschichtungen nach einem Tauchverfahren auf ein zu beschichtendes Kunststoffteil aufzubringen. Hierbei wird das zu beschichtende Kunststoffteil in ein Tauchbad eingetaucht, wobei das Beschichtungsmaterial bzw. der Lack beim Herausziehen des Kunststoffteils aus dem Tauchbad von oben, d. h. von einem Kopfbereich, nach unten, d. h. über einen Fußbereich der zu beschichtenden Fläche abläuft.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Beschichtung eines Kunststoffteils zu schaffen, bei dem die hergestellte Beschichtung hohen optischen Ansprüchen genügt und dem beschichteten Kunststoffsubstrat eine erhöhte Verschleißfestigkeit vermittelt wird.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch das Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Der Kern der Erfindung besteht mithin darin, ein aus einem Flutverfahren und einem Sprühverfahren kombiniertes Verfahren einzusetzen, bei welchem ein zu beschichtendes Kunststoffteil zunächst nur in einem kritischen Bereich, welcher bei dem Flutschritt den Anflutbereich dargestellt, mit Lack besprüht wird und anschließend eine im Wesentliche vollflächige Beschichtung des Kunststoffteils nach einem Flutverfahren erfolgt. In dem Sprühschritt erfolgt mithin ein partielles Vorbeschichten des Kunststoffteils. Durch das vollflächige Fluten des Bauteils wird eine optisch anmutende Bauteilqualität erreicht. Durch das partielle Besprühen des Kunststoffteils mit Lack wird eine partielle Schichtstärkenerhöhung in dem Anflutbereich geschaffen. Im Gegensatz zu einer sogenannten Doppelflutung erfolgt keine Erhöhung der Schichtstärke in einem sogenannten Abflutbereich, d. h. dem Bereich des Kunststoffteils, über den der aufzubringende Lack beim Fluten abläuft.

Grundsätzlich ist das Verfahren nach der Erfindung für eine Vielzahl von Applikationen geeignet, bei denen ein Kunststoffwerkstück mit einem Lack bzw. einer Beschichtung zu versehen ist. Insbesondere eignet sich aber das Verfahren nach der Erfindung zur Beschichtung eines beispielsweise flächigen Kunststoffteils mit einer abrieb-und kratzfesten Schicht, so dass das Kunststoffteil als Karosserieteil eines Kraftfahrzeugs verwendet werden kann. Beispielsweise bildet das Kunststoffteil ein aus Polycarbonat gebildetes Dach eines Kraftfahrzeugs. Das Kunststoffteil kann aber auch ein Deckelelement eines Kraftfahrzeugdachöffnungssystems, wie eines Schiebedachs, sein. Denkbar ist es auch, dass das Kunststoffteil eine Streuscheibe eines Fahrzeugscheinwerfers, eine Karosserieabdeckleiste oder dergleichen bildet.

Der Begriff Fluten ist im vorliegenden Zusammenhang in seinem weitesten Sinne zu verstehen und umfasst auch herkömmlicherweise als Gießen bezeichnete Auftragprozesse, bei denen Lack aus einem Gefäß in dem Anflutbereich über das zu beschichtende Kunststoffteil geschüttet wird.

Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung wird zwischen dem Sprühschritt und dem Flutschritt ein Lackabdunstschritt ausgeführt und erfolgt bei dem Flutschritt eine Anlösung der bei dem Sprühschritt aufgetragenen Lackschicht, so dass eine bei dem Sprühschritt und dem Lackabdunstschritt entstandene Oberflächenstruktur aufgelöst wird. Durch das Fluten der zu beschichtenden Fläche wird mithin die gegebenenfalls optischen Anforderungen nicht genügende Oberflächenstruktur der in dem Sprühschritt entstandenen Schicht aufgelöst. Ein Durchscheinen einer sogenannten orangenhautartigen Struktur kann somit ausgeschlossen werden.

Der bei dem Verfahren nach der Erfindung eingesetzte Lack kann ein auf Polysiloxanbasis gebildeter Lack sein, der in seinem flüssigen Zustand ein Sol bildet. Ein derartiger, transparent ausgeführter Lack eignet sich insbesondere als abrieb- und kratzfeste Beschichtung eines transparenten Polycarbonatbauteils.

Die Orientierung des Kunststoffbauteils während der Beschichtung mit Lack ist im Wesentlichen abhängig von dessen Geometrie. So kann ein im Wesentlichen planes Bauteil während der Beschichtung eine vertikale Orientierung haben. Ein gewölbtes Bauteil wird hingegen zweckmäßigerweise geneigt in eine zum Aufbringen der Beschichtung geeignete Lackieranlage eingebracht.

Die Dauer des Sprühschritts und die Dauer des Flutschritts sind ebenfalls im Wesentlichen abhängig von der Geometrie und den Abmessungen des Bauteils, aber auch von den Eigenschaften des eingesetzten Lacks.

In der Regel wird das Kunststoffteil nach seiner Beschichtung, d. h. nach Ausführung des Flutschrittes, einem Lackaushärtungsschritt unterzogen. Bei Verwendung eines herkömmlichen Lacks auf Polysiloxanbasis wird das beschichtete Bauteil hierzu beispielsweise einer Temperatur von etwa 100°C bis 150°C ausgesetzt. Es können aber auch Polysiloxanlacksysteme eingesetzt werden, die unter Einwirkung ultravioletter Strahlung aushärten. Das beschichtete Bauteil wird dann keiner Wärmebehandlung unterzogen, sondern nur ultravioletter Strahlung ausgesetzt.

Der Auftrag der Beschichtung auf das Kunststoffteil erfolgt zweckmäßig in einem Temperaturbereich zwischen 20°C und 40°C, d. h. im Wesentlichen bei Raumtemperatur, ist aber auch abhängig von dem jeweils eingesetzten Lacksystem.

Die Erfindung hat auch ein Verfahren zum Beschichten eines Kunststoffteils mit Lack zum Gegenstand, bei dem in einem Tauchschritt eine zu beschichtende Fläche des Kunststoffteils mit Lack versehen wird. Ein Kopfbereich des Kunststoffteils wird vor Ausführung des Tauchschritts in einem Sprühschritt mit Lack besprüht, so dass in dem Kopfbereich eine Lackbeschichtung gebildet wird, die aus aufgesprühtem und durch Tauchen aufgebrachtem Lack besteht, und in einem Fußbereich der zu beschichtenden Fläche eine Lackbeschichtung gebildet wird, die nur aus durch Tauchen aufgebrachtem Lack besteht. Der Kopfbereich der zu beschichtenden Fläche des Kunststoffteils stellt den Bereich dar, der bei dem Tauchschritt oben liegt und mithin als erstes aus dem Tauchbad gezogen wird. Der Fußbereich stellt die restliche zu beschichtende Fläche und mithin einen Ablaufbereich dar, der unten liegt und über den der Lack abläuft. In diesem Ablaufbereich ist die Schichtdicke des aufgebrachten Lacks in der Regel größer als in dem Kopfbereich, was durch das vorgeschaltete Besprühen des Kopfbereichs mit Lack ausgeglichen werden kann.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands nach der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.

Ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens nach der Erfindung wird nachfolgend anhand der schematisch vereinfachten Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

1 einen Schnitt durch ein flächiges Polycarbonat-Kunststoffteil vor seiner Beschichtung;

2 das Polycarbonat-Kunststoffteil bei der Durchführung eines Sprühschritts;

3 das Polycarbonat-Kunststoffteil bei der Durchführung eines Flutschritts; und

4 das Kunststoffteil nach Ausführung eines Lackeinbrennschrittes.

In der Zeichnung ist ein flächig bzw. plattenförmig ausgebildetes Kunststoffteil 10 dargestellt, das aus transparentem Polycarbonat besteht und nach einem Spritzprägeverfahren hergestellt ist. Das Kunststoffteil 10 bildet ein Dach eines Kraftfahrzeugs und ist zur Herstellung einer kratzfesten und witterungsbeständigen Außenfläche mit einer Beschichtung 12 zu versehen, welche insbesondere in 4 dargestellt ist.

Zur Herstellung der Beschichtung wird das in 1 im Rohzustand dargestellte Polycarbonat-Kunststoffteil 10 in vertikaler Ausrichtung in eine nicht näher dargestellte Lackieranlage eingebracht. Dort wird an einer ersten Arbeitsstation, die einem sogenannten Sprühschritt zugeordnet ist, an der zu beschichtenden Fläche des Kunststoffteils 10 in einem Bereich A über Düsen 13 transparenter, auf Polysiloxan-Basis hergestellter Lack zur Ausbildung einer Sprühschicht 14 aufgesprüht (2). Der Bereich A, der mithin mit zerstäubtem Lack beaufschlagt wird, stellt einen sogenannten Anflutbereich in einem in 3 näher dargestellten Flutschritt dar.

Nach Durchführung des in 2 dargestellten Sprühschritts lässt man den in Form der Sprühschicht 14 aufgebrachten Lack kurzzeitig abdunsten. An der Spühschicht 14 bildet sich eine Oberflächenstruktur aus, die orangenhautartig ausgebildet ist.

Dann wird das Kunststoffteil 10, das mit der Sprühschicht 14 versehen ist, dem in 3 dargestellten Flutschritt zugeführt, bei welchem das Kunststoffteil 10 in einer weiteren Arbeitsstation in seinem Anflutbereich A mittels einer Auftrageinrichtung 15 großflächig mit Lack geflutet wird, der dem Lack entspricht, der zuvor in dem Anflutbereich A aufgesprüht wurde. Der in dem Anflutbereich A aufgeflutete Lack läuft über das vertikal ausgerichtete Kunststoffteil 10 an der zu beschichtenden Fläche nach unten über einen Bereich B des Kunststoffteils, der einen so genannten Anflutbereich darstellt. Es bildet sich damit an dem Kunststoffteil 10 vollflächig eine hier als Flutschicht 16 bezeichnete Lackschicht mit einer keilförmigen Schichtdickenverteilung aus, welche die Sprühschicht 14 in dem Anflutbereich A überlagert.

Anschließend wird das mit Lack versehene Polycarbonat-Kunststoffteil 10 auf etwa 100°C bis 150°C erhitzt und so einem Lackaushärtungsschritt zugeführt.

Es resultiert die Beschichtung 12 des Kunststoffteils 10, die über ihre gesamte Erstreckung eine den im Bereich eines Fahrzeugsdachs gestellten Verschleißanforderungen genügt und hinreichend dick ausgebildet ist, und zwar auch in dem Anflutbereich A.

Durch die erfindungemäße Kombination eines Sprühverfahrens und eines Flutverfahrens kann eine Beschichtung mit einem definierten Schichtstärkenaufbau hergestellt werden. Insbesondere kann in dem Anflutbereich A eine Schichtstärke erreicht werden, die den im Karosserieaußenbereich eines Kraftfahrzeugs gestellten Anforderungen genügt.

10
Kunststoffteil
12
Beschichtung
13
Düsen
14
Sprühschicht
15
Auftrageinrichtung
16
Flutschicht
A
Anflutbereich
B
Abflutbereich


Anspruch[de]
Verfahren zum Beschichten eines Kunststoffteils (10) mit Lack, bei welchem Verfahren in einem Flutschritt eine zu beschichtende Fläche des Kunststoffteils (10) durch Beaufschlagung eines Anflutbereichs (A) der zu beschichtenden Fläche und durch Ablaufen des Lacks über einen Abflutbereich (B) mit Lack versehen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Anflutbereich (A) vor Ausführung des Flutschritts in einem Sprühschritt mit Lack besprüht wird, so dass in dem Anflutbereich eine Lackbeschichtung gebildet wird, die aus aufgesprühtem und aufgeflutetem Lack besteht, und in dem Abflutbereich (B) der zu beschichtenden Fläche eine Lackbeschichtung gebildet wird, die nur aus aufgeflutetem Lack besteht. Verfahren zum Beschichten eines Kunststoffteils mit Lack, bei welchem Verfahren in einem Tauchschritt eine zu beschichtende Fläche des Kunststoffteils mit Lack versehen wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kopfbereich der zu beschichtenden Fläche vor Ausführung des Tauchschritts in einem Sprühschritt mit Lack besprüht wird, so dass in dem Kopfbereich eine Lackbeschichtung gebildet wird, die aus aufgesprühtem und durch Tauchen aufgebrachtem Lack besteht, und in einem Fußbereich der zu beschichtenden Fläche eine Lackbeschichtung gebildet wird, die nur aus durch Tauchen aufgebrachtem Lack besteht. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Sprühschritt und dem Flut- oder Tauchschritt ein Abdunstschritt erfolgt und bei dem Flut- oder Tauchschritt die bei dem Sprühschritt aufgetragene Lackschicht angelst wird, so dass eine bei dem Sprühschritt entstandene Oberflächenstruktur aufgelöst wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffteil ein Polycarbonat-Verglasungsbauteil eines Kraftfahrzeugs ist. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Lack auf Polysiloxanbasis hergestellt ist. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffteil (10) nach seiner Beschichtung mit dem Lack einem Lackaushärtungsschritt unterzogen wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffteil bei seiner Beschichtung eine Temperatur zwischen 20°C und 40°C aufweist.






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