Die Erfindung betrifft eine Optikeinheit, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem optischen Bauteil und mit einem Befestigungsbauteil, wobei das optische Bauteil und das Befestigungsbauteil als Zwei-Komponenten-Spritzgießeinheit ausgebildet sind.

Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Optikeinheit, bei welchem das optische Bauteil und das Befestigungsbauteil durch ein Zwei-Komponenten-Spritzgießverfahren als die Zwei-Komponenten- Spritzgießeinheit hergestellt werden.

Stand der Technik

Optikeinheiten sowie entsprechende Herstellungsverfahren sind aus dem Stand der Technik bekannt. Im Automobilsektor werden heutzutage Reflektions- oder

Projektionsflächen, wie sie beispielsweise für Head-Up-Displays (HUD) vorgesehen werden, aus Glas oder amorphen thermoplastischen Kunststoffen gefertigt. Durch die in der Regel kleinen Dimensionen der optischen Bauteile sind die darstellbaren Projektionen auf nur wenige Fahrerinformationen begrenzt. Damit die optischen Bauteile im HUD-Modul installiert und in ihrer Position beziehungsweise Ausrichtung im Betrieb variiert werden können, werden außerdem Halterahmen als Befestigungsbauteile angefertigt, in denen die optischen Bauteile befestigt werden. Hierbei ist es bekannt, die Halterahmen aus einem verstärkten Thermoplast durch ein Spritzgießverfahren herzustellen. Da die optischen Bauteile häufig ebenfalls aus thermoplastischen Kunststoffen in

Spritzgießverfahren hergestellt werden, ist daher eine zweite Spritzgießmaschine sowie ein zweites Spritzgießwerkzeug nötig, wodurch der Komponentenpreis für die Optikeinheit, bestehend aus dem optischen Bauteil und dem

Befestigungsbauteil, entsprechend hoch ausfällt. Darüber hinaus müssen aufgrund der mechanischen und thermischen Belastung einer derartigen Optikeinheit Formtoleranzen eingehalten werden, die ebenfalls zur Erhöhung der Kosten führen. Weiterhin wurde bereits ein Verfahren angewandt, bei dem ein Befestigungsbauteil aus einem ersten Kunststoff und ein optisches Bauteil aus einem zweiten, anderen Kunststoff durch

Montagespritzgießen als Zwei-Komponenten-Spritzgießeinheit kombiniert wurden. Jedoch ist dabei aufgrund der Materialien ein zusätzlicher Formschluss zur Befestigung der Bauteile aneinander notwendig, der durch das

unterschiedliche Schwindungsverhalten bei der Fertigung und dem

unterschiedlichen Ausdehnungsverhalten im späteren Einsatz zu Spannungen in dem optischen Bauteil und damit in der optisch wirkenden Oberfläche des optischen Bauteils führen kann.

Offenbarung der Erfindung

Die erfindungsgemäße Optikeinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass das Befestigungsbauteil und das optische Bauteil auch ohne zusätzlichen Formschluss sicher aneinander haften, und dass Spannungen in der Optikeinheit aufgrund thermischer Belastungen im Wesentlichen vermieden werden. Die erfindungsgemäße Optikeinheit zeichnet sich dadurch aus, dass das Befestigungsbauteil als Faserverbundwerktstoffbauteil mit mindestens einer mit einem Kunststoff zumindest bereichsweise umspritzten Gewebebahn ausgebildet ist, und dass das optische Bauteil aus dem gleichen Kunststoff gefertigt ist. Das Befestigungsbauteil erhält seine hohe Stabilität dadurch, dass es als

Faserverbundwerkstoffteil ausgebildet ist, dass eine kunststoffumspritzte

Gewebebahn aufweist. Dadurch, dass das optische Bauteil aus dem gleichen Kunststoff wie der Kunststoff des Faserverbundwerkstoffteils gefertigt ist, haftet das optische Bauteil optimal an dem Befestigungsbauteil, wenn es, wie erfindungsgemäß vorgesehen, als Zwei-Komponenten-Spritzgießeinheit ausgebildet ist beziehungsweise gefertigt wird. Darüber hinaus verhalten sich die Bauteile bei einer thermischen Belastung im Wesentlichen gleich, so dass Spannungen zwischen den Bauteilen vermieden werden.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das optische Bauteil mit einer Metallbeschichtung versehen und insbesondere als

Spiegel ausgebildet ist. Hierdurch erhält das optische Bauteil seine optische Funktion, so dass der die Basis bildende Kunststoff optimal oder zumindest im Wesentlichen optimal auf die Befestigungsfunktion und die Formbeständigkeit abgestimmt werden kann. Wichtige Voraussetzung für die Art des Kunststoffes ist lediglich, dass sich dieser mit einer Beschichtung, insbesondere mit der genannten Metallbeschichtung, versehen lassen kann.

Besonders bevorzugt ist der Kunststoff ein Thermoplast, insbesondere

Polycarbonat oder Cyclo-Olefin-Copolymer. Thermoplast, insbesondere

Polycarbonat und Cyclo-Olefin-Copolymer, eignet sich hervorragend für die erwünschte Anwendung. Der Kunststoff beziehungsweise Thermoplast erlaubt insbesondere beim Spritzgießverfahren ein sicheres Anhaften von

Befestigungsbauteil und optischem Bauteil aneinander.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Gewebebahn aus Glas- und/oder Kohlefasern gefertigt ist. Dadurch erhält das

Befestigungsbauteil eine besonders hohe Stabilität und Festigkeit. Natürlich ist es auch denkbar, mehrere Gewebebahnen nebeneinander und/oder

übereinander vorzusehen, die dann von dem Kunststoff im Spritzgießverfahren umspritzt werden.

Besonders bevorzugt weist die Gewebebahn ein Leinwandgewebe oder ein Körpergewebe auf. Diese Gewebe sind besonders stabil und sichern somit die Festigkeit und Formstabilität des Befestigungsbauteils. Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6 führt zu den oben genanten Vorteilen, insbesondere dazu, dass Befestigungsbauteil und optisches Bauteil sicher aneinander haften, ohne dass ein Formschluss benötigt wird. Hierzu sieht das Verfahren erfindungsgemäß vor, dass das

Befestigungsbauteil als Faserverbundwerkstoffbauteil hergestellt wird, wobei mindestens eine Gewebebahn zumindest bereichsweise mit einem Kunststoff umspritzt wird, und dass das optische Bauteil aus dem gleichen Kunststoff gefertigt wird. Dadurch, dass der gleiche Kunststoff für das

Faserverbundwerkstoffbauteil und das optische Bauteil verwendet und die Optikeinheit insgesamt in einem Zwei-Komponenten-Spritzgießverfahren hergestellt wird, haften das optische Bauteil und das

Faserverbundwerkstoffbauteil durch das Spritzgießverfahren sicher aneinander. Insbesondere ist hierzu vorgesehen, dass bei der Fertigung des später hergestellten Bauteils der Kunststoff des zuerst hergestellten beziehungsweise gefertigten Bauteils noch nicht ausgekühlt ist, so dass durch die Restwärme des Kunststoff der neu zugeführte Kunststoff des weiteren Bauteils eine

stoffschlüssige Verbindung mit dem zuerst gefertigten Bauteil eingeht, wodurch eine optimale Haftung beziehungsweise Befestigung der Bauteile aneinander erfolgt.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zuerst das Befestigungsbauteil gefertigt und anschließend das optische Bauteil an das Befestigungsbauteil angespritzt wird. Das Befestigungsbauteil dient damit beim zweiten Schritt des Zwei-Komponenten-Spritzgießverfahrens als

Grundträger, auf weichen das optische Bauteil aufgebracht wird. Dadurch wird vermieden, dass die für die optische Funktion der Optikeinheit verantwortliche Oberfläche, beziehungsweise das verantwortliche Bauteil nicht durch das Aufbringen eines weiteren Elementes durch Spritzgießen in seiner Form oder Oberflächenbeschaffenheit verändert/beeinflusst wird.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass das optische Bauteil mit einer

Metallbeschichtung versehen wird. Die Metallbeschichtung wird vorzugsweise derart aufgebracht, dass das optische Bauteil einen Spiegel bildet.

Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass als Kunststoff ein Thermoplast, insbesondere Polycarbonat oder Cyclo-Olefin-Copolymer verwendet wird. Dies führt zu den oben bereits genannten Vorteilen.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das optische Bauteil beim Spritzgießen mittels eines Stempels gegen das Befestigungsbauteil gepresst wird. Der Stempel kann dabei beispielsweise von der Spritzgießform (Mold-Form) gebildet werden. Durch das Pressen des optischen Bauteils kann es mit einer gewünschten Prägung versehen werden, die dem optischen Bauteil weitere optische Eigenschaften verleiht. Darüber hinaus wird durch den Prägestempel die optische Oberfläche des optischen Bauteils Verzugs- und spannungsfrei auf das

Faserverbundwerkstoffbauteil spritzgeprägt. Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dazu zeigen:

Figur 1 eine Spritzgießeinrichtung zur Herstellung einer Optikeinheit,

Figur 2 ein Leinwandgewebe,

Figur 3 ein Körpergewebe und

Figur 4 die Optikeinheit in unterschiedlichen Herstellungsstufen.

Figur 1 zeigt in einer vereinfachten Schnittdarstellung eine Spritzgießeinrichtung 1 zur Herstellung einer Optikeinheit 2. Die Spritzgießeinrichtung 1 ist als Zwei- Komponenten-Werkzeug ausgebildet und weist zwei Werkzeugteile 3 und 4 auf, die zusammen eine erste Kammer 5 und eine zweite Kammer 6 bilden.

Von einer ersten Seite wird gemäß einem Pfeil 7 eine Endlos-Gewebebahn 8 durch die erste Kammer 5 bei geöffneten beziehungsweise voneinander entfernten Werkzeugteilen 3, 4 der Spritzgießeinrichtung 1 hindurchgeführt. Die Werkzeugteile 3 und 4 sind derart ausgebildet, dass beim Schließen der

Spritzgießeinrichtung 1 beziehungsweise beim Zusammenführen

beziehungsweise Aneinanderlegen der Werkzeugteile 3 und 4, die Endlosbahn auf einen endlichen Gewebebahn-Abschnitt zurecht geschnitten

beziehungsweise ausgestanzt wird, wobei die zugeschnittene Gewebebahn gleichzeitig vorzugsweise an ihren Seitenrändern zwischen den beiden

Werkzeughälften 3, 4 eingespannt wird.

Figuren 2 und 3 zeigen hierzu Ausführungsbeispiele für die Gewebebahn 8, die bevorzugt entweder ein Leinwandgewebe gemäß Figur 2 oder ein Körpergewebe gemäß Figur 3 aufweist. Figuren 2A und 3A zeigen dabei jeweils eine Draufsicht auf einen Ausschnitt des Gewebes, während Figuren 2B und 3B jeweils eine schematische Schnittdarstellung des Gewebes zeigen.

Die Fasern der Gewebebahn 8 sind vorzugsweise als Kohlefasern oder als Glasfasern ausgebildet und weisen eine Faserdicke von mindestens 12 μηη bei einer Glasfaser oder 2 μηη bei einer Kohlefaser auf. Entsprechend der Dichte der Gewebebahn 8 beziehungsweise des Gewebes werden die mechanischen Eigenschaften des Befestigungsbauteils 1 1 bestimmt. Je dünner die Fasern sind, desto besser sind die Eigenschaften. Die Steifigkeit wird auf die Schwindung und den Verzug der herzustellenden Optikeinheit 2 eingestellt, damit die

vorgegebene optische Form stets erhalten bleibt.

Im darauffolgenden Schritt wird mittels einer vorliegend vertikalen Spritzeinheit 9, hier nur durch einen Pfeil angedeutet, ein transparenter thermoplastischer Kunststoff 10, wie zum Beispiel Polycarbonat (PC) oder Cyclo-Olefin-Copolymer (COC) über einen Filmanschnitt in die erste Kammer 5 eingespritzt. Die durch die Kammer 5 geführte Gewebebahn 8 wird dadurch von dem Kunststoff 10 umspritzt und von diesem im Wesentlichen eingeschlossen. Die Form der Kammer 5 ist derart gewählt, dass der eingespritzte Kunststoff 10 zusammen mit der Gewebebahn 8 als Faserverbundwerkstoffbauteil ein Befestigungsbauteil 1 1 bildet, das mit Befestigungsösen 12, wie in Figur 4 dargestellt, versehen ist.

Die Spritzgießeinrichtung 1 weist weiterhin einen Stanzstempel 13 auf, der nach dem Einspritzvorgang den Anguss von dem Befestigungsbauteil 1 1 trennt. Nach einer vorgegebenen/vorgebbaren Abkühlzeit, nach der der Kunststoff 10 in der Kammer 5 zumindest im Wesentlichen ausgehärtet ist, wird die

Spritzgießeinrichtung 1 geöffnet und das Befestigungsbauteil 1 1 von der ersten Kammer 5 in die zweite Kammer 6 verlagert. Gleichzeitig wird der Anguss von der Spritzeinrichtung 1 entfernt und die Düsenseite der Einspritzeinrichtung 9 derart verlagert beziehungsweise gedreht, dass sie der zweiten Kammer 6 zugeordnet ist.

Im darauffolgenden Schritt wird die Spritzgießeinrichtung 1 wieder geschlossen und die zweite Kammer 6 mittels der Einspritzeinrichtung 9 mit dem gleichen Kunststoff 10 gefüllt, um ein optisches Bauteil 15 zu erzeugen. Der zweiten Kammer 6 ist darüber hinaus ein Prägestempel 14 zugeordnet, der den neu eingefüllten Kunststoff 10 Verzugs- und spannungsfrei auf das

Befestigungsbauteil fest- beziehungsweise spritzprägt.

Da erneut der gleiche Kunststoff 10 verwendet wurde, und somit die Materialien des Befestigungsbauteils 1 1 sowie des nunmehr erzeugten optischen Bauteils 15 identisch sind, entsteht eine Zwei-Komponenten-Spritzgießeinheit mit einer optimalen Haftung zwischen dem Befestigungsbauteil 1 1 und dem optischen Bauteil 15. Dieser zweite Schritt wird insbesondere dann durchgeführt, wenn der Kunststoff 10 des Befestigungsbauteils 1 1 noch nicht vollständig abgekühlt ist, so dass durch die vorhandene Restwärme die Verbindung zwischen

Befestigungsbauteil 1 1 und optischem Bauteil 15 verbessert und insbesondere eine stoffschlüssige Verbindung erzeugt wird.

Die Oberfläche des Prägestempels 14 ist vorteilhafterweise mit einer geringen Rauhigkeit oder mit einer Mikrostruktur versehen, beispielsweise durch eine spanende Bearbeitung. Durch diese Oberfläche wird die Thermoplastschmelze des optischen Bauteils 15, die eine niedrige Viskosität aufweist, sehr gut abgeformt und es entsteht ein flächiges optisches Bauteil 15 mit einer hochglänzenden oder idealen mikrostrukturierten Oberfläche. Da die Befestigungsösen 12 an dem Befestigungsbauteil 1 1 direkt angeformt sind, kann die so erzeugte Optikeinheit 2 nach einer vorgegebenen Abkühlzeit auch aus der zweiten Kammer 6 entnommen und beispielsweise in einer Metallisierungsanlage befestigt werden, mittels welcher eine metallische

Beschichtung 16, wie in Figur 1 angedeutet, auf die Oberfläche zumindest des optischen Bauteils 15 aufgebracht wird, um dieses als Spiegel auszubilden.

Figur 4 zeigt die zwei Herstellungsschritte der Optikeinheit 2, wie sie in Bezug auf Figur 1 erläutert wurden, jedoch aus einer anderen Blickrichtung, wobei unten dargestellt die Gewebebahn 8 noch als Endlosgewebebahn vorliegt, und die Kammer 5 mit dem Kunststoff 10 zum Bilden des Befestigungsbauteils 1 1 gefüllt wird. Oben dargestellt ist der zweite Schritt in der Kammer 6, bei welchem das optische Bauteil 15 aus dem gleichen Kunststoff 10 hergestellt und durch

Spritzgießen auf das Befestigungsbauteil 1 1 aufgebracht wird. Die Optikeinheit 2 bildet somit insgesamt eine Zwei-Komponenten-

Spritzgießeinheit, die sowohl thermischen als auch mechanischen Belastungen standhält, ohne dass die optischen Eigenschaften des optischen Bauteils 15 beeinflusst werden. Gegebenenfalls noch überstehende Reste der Gewebebahn 8 oder des Kunststoffs 10 können in einem anschließenden Schritt,

beispielsweise durch Stanzen, entfernt werden. Alternativ zu einem Verlagern der Einspritzeinrichtung 9 beziehungsweise dessen Düsen/Spritzöffnung ist gemäß eines alternativen, hier nicht dargestellten Ausführungsbeispiels vorgesehen, dass eine zweite Einspritzvorrichtung an entsprechender Stelle vorgesehen ist, die jedoch den gleichen Kunststoff 10 wie die Einspritzeinrichtung 9 in die zweite Kammer 6 eintreibt.

Gemäß einem weiteren, hier nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die zweite Kammer 6 zunächst mit dem Kunststoff 10 vorbefüllt wird, bevor das Befestigungsbauteil 1 1 eingelegt wird. Durch den anschließenden Pressvorgang, und durch gegebenenfalls ein Nachfüllen mit

Kunststoff 10, wird dann die Optikeinheit 2 fertig gestellt.