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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Anzeigeelements umfassend einen Elementkörper mit einem darin angeordneten dreidimensionalen Objekt, das bei Einkopplung von Licht in den Elementkörper sichtbar wird.
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Leuchtanzeigen kommen in unterschiedlichsten Bereichen zum Einsatz, nämlich überall dort, wo eine Information angezeigt werden soll. Diese Information kann unterschiedlichster Art sein, es kann sich um eine Textinformation handeln, um ein Piktogramm oder Ähnliches. Die Leuchtanzeige kann als reine Informationsanzeige ausgeführt sein, die also lediglich zur Darstellung der Information dient, sie kann aber auch ein kombiniertes Bauteil sein, in dem der Leuchtanzeige eine zusätzliche Funktion oder zusätzliche Bauelemente zugeordnet sind, beispielsweise in Form einer Schaltereinheit, welche beispielsweise durch Berühren bedient werden kann. Über die Leuchtanzeige wird also eine bestimmte Information dargestellt, eine der Information zugeordnete Funktion kann sodann über die der Leuchtanzeige zugeordnete oder ihr zugehörige Schaltereinheit angewählt werden. Solche kombinierten Bauteile, vornehmlich in Form von Schaltern, kommen beispielsweise an Maschinen oder in Kraftfahrzeugen zum Einsatz, wo neben einer Informationsdarstellung gleichzeitig auch die Möglichkeit zur Anwahl bestimmter, der Information zugeordneter Funktionen oder Betriebselemente etc. möglich ist.
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Lediglich beispielhaft sei der Kraftfahrzeugbereich erwähnt, wo beispielsweise am Armaturenbrett eine Reihe von Leuchtanzeigen vorgesehen sein kann, der jeweils eine Schaltereinheit zugehörig ist. Die Leuchtanzeigen stellen beispielsweise drei unterschiedliche Funktionszustände der Außenbeleuchtung dar, beispielsweise über eine erste Leuchtanzeige das Standlicht, über eine zweite Leuchtanzeige das Abblendlicht und über eine dritte Leuchtanzeige das Fernlicht. Jeder einzelne Betriebsmodus kann nun vom Fahrer durch Berühren der Leuchtanzeige umfassend die Schaltfunktion angewählt werden. Diese Aufzählung ist lediglich exemplarisch und keinesfalls beschränkend.
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Üblicherweise bestehen Leuchtanzeigen, vornehmlich solche mit zugeordneter Schaltfunktion, wie sie beispielsweise im Kraftfahrzeug verbaut sind, aus einem Kunststoffteil, an dem lichtoptisch insoweit transparent ein Symbol ausgebildet ist, beispielsweise durch Verwendung eines entsprechend transparenten Kunststoffs, welches mittels einer integrierten Lichtquelle hinterleuchtet wird und folglich, wenn die Lichtquelle an ist, wahrgenommen werden kann. Bekannt ist es aber auch, die Leuchtanzeige zur Darstellung eines dreidimensionalen Objekts, welches die Information, die visualisiert werden soll, darstellt, auszugestalten. Dieses Objekt wird sichtbar, wenn über eine Lichtquelle Licht in das Anzeigeelement, das dieses Objekt enthält, eingekoppelt wird, das Objekt „schwebt” dann quasi in dem Anzeigeelement und ist als dreidimensionale Information sichtbar. Ein solches Anzeigeelement, das diese dreidimensionale Objektinformationsdarstellung ermöglicht, besteht aus einem vollständig durchsichtigen Glaskörper, der im Inneren mittels eines Lasers gezielt „verletzt” wird, mithin also die Glasstruktur gezielt lokal verändert wird. Diese Veränderung wird im gesamten Bereich durchgeführt, der das Objekt bildet, was mittels eines Lasers durch entsprechende Ansteuerung möglich ist. Durch diese gezielte Veränderung der Glasstruktur verändert sich lokal im Bereich der Grenzfläche zwischen „unverletztem” Glas und „verletztem” Glas das Reflexionsverhalten. Das Glas insgesamt, also das Anzeigeelement selbst, bleibt im unbeleuchteten Zustand durchsichtig, das heißt, dass der „verletzte” Bereich, also das dreidimensionale Informationsobjekt selbst, ohne Lichteinkopplung nicht sichtbar ist. Erst wenn Licht eingekoppelt wird, wird die Objektinformation sichtbar, da sich an der Grenzfläche infolge der Strukturveränderung das eingekoppelte Licht bricht respektive reflektiert wird und so das dreidimensionale Objekt sichtbar wird, es „schwebt” quasi im Inneren des Anzeigeelements.
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Die Ausbildung des Objekts im Inneren des Anzeigeelements, also die lokale Veränderung der Glasstruktur, ist bei einem Anzeigeelement aus Glas mittels eines Lasers möglich, da es trotz Einkopplung der Energie des Laserlichts zur Strukturveränderung nicht zu einer Veränderung der grundsätzlichen Transparenz respektive Durchsichtigkeit des gesamten Anzeigeelements kommt. Da aber in vielen Bereichen der Technik, wo Leuchtanzeigen der in Rede stehenden Art eingesetzt werden können, Glasbauteile nicht gewünscht sind, insbesondere beispielsweise im Kraftfahrzeug, scheidet folglich ein entsprechender Einsatz aus.
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Aus
DE 10 2010 061 253 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Gehäuses einer nummerischen Anzeige bekannt, bei dem zunächst eine Reflexionsabdeckung mit einer Mehrzahl von durchgehenden Aufnahmeräumen in einem Spritzgussvorgang hergestellt wird, wobei jeder Aufnahmeraum von einer Vielzahl von Reflexionsflächen begrenzt ist. Anschließend wird in einem zweiten Spritzgussvorgang eine transparente Kunststoffmasse in die Aufnahmeräume der Reflexionsabdeckung eingebracht, wobei die ausgehärtete transparente Kunststoffmasse durch ihre Außenwand mit den Reflexionsflächen verbunden ist, wodurch sich das Gehäuse der nummerischen Anzeige ergibt.
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Aus „Business-Chance für Pioniere”, von Dr. Philippe M. Pouget, aus SwissPlastics 6/2008, Seite 32 bis 34 ist es bekannt, holografische Nanostrukturen in Kunststoffoberflächen zu replizieren, wozu in der Oberfläche eines Kunststoffspritzteils grafisch ansprechend gestaltete holografische (Nano-) Strukturen erzeugt werden.
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Aus
DE 10 2004 010 504 B4 ist schließlich ein hochtransparentes lasermarkierbares und laserschweißbares Kunststoffmaterial bekannt. Ein solches hochtransparentes Kunststoffmaterial weist einen Gehalt an nanoskaligen lasersensitiven Metallmischoxiden auf, die es ermöglichen, das Material lasermarkierbar und/oder laserschweißbar auszugestalten, ohne dass die Transparenz beeinträchtigt wird.
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Als weiterer Stand der Technik ist zu nennen: Deutsches Kunststoff-Institut, Darmstadt HA Hessen-Agentur: „Nanotechnologie in Kunststoff: Innovationsmotor für Kunststoffe, ihre Verarbeitung und Anwendung.” Bd. 15. Wiesbaden: Hessisches Ministerium für Wirtschaft, Verkehr und Landesentwicklung, 2009 (Schriftenreihe der Aktionslinie Hessen-Nanotech). S. 1–142. URL: http://www.hessen-nanotech.de/mm/NanoKunststoff_Nanotechnologie_Kunststoff_Innovationsmotor_Verarbeitung_Anwendung.pdf [abgerufen am 12.02.2015]. Dort sind auf den Seiten 81–84 im Kapitel 4.2 „Plexiglas PMMA mit Nano-Spezialausrüstung” verschiedene Methoden zur Beeinflussung der optischen Eigenschaften von transparentem Polymethylmethacrylat (PMMA) mittels Mischen des Kunststoffes mit Nanopartikeln beschrieben (Dotieren des Kunststoffs). Dabei können sowohl der Brechungsindex als auch die Reflexionseigenschaften von PMMA gezielt beeinflusst werden. Insbesondere die und zeigen, dass die Eigenschaften des PMMA von der Partikelart und vom Partikelanteil abhängen.
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Aus
DE 10 2008 041 740 A1 ist ein Kunststoffprofil mit photokatalytisch wirksamer Oberfläche bekannt. Hierzu ist ein extrudierter Grundkörper auf Basis von PVC-U mit einer dem Grundkörper direkt oder indirekt verbundenen Deckschicht auf der Basis eines organischen thermoplastischen Polymers verbunden, wobei in dem organischen Polymer ein photokatalytisch wirksames Metalloxid, insbesondere TiO
2, homogen verteilt vorliegt. Die Deckschicht besteht insbesondere aus PMMA.
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Schließlich ist aus
DE 10 2005 045 197 B4 ein Verfahren zur Herstellung einer optischen Hybridlinse bekannt, bei dem auf ein Keramiksubstrat ein andersartiger Werkstoff zur Bildung einer Linsenoberfläche aufgebracht wird, wobei der Keramik eine optische Keramik ist, die eine gekrümmte Oberfläche aufweist, wobei der andere Werkstoff bei im Vergleich zur Schmelztemperatur der optischen Keramik niedrigeren Temperaturen geformt oder umgeformt wird und auf das Substrat aufgebracht wird.
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Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das die Herstellung einer Leuchtanzeige, die die Darstellung eines dreidimensionalen Objekts bei Bestrahlung erlaubt, auf einfache Weise ermöglicht.
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Zur Lösung dieses Problems ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass zur Bildung des Objekts ein das Licht zumindest teilweise reflektierender erster Kunststoff und zur Bildung des Elementkörpers ein das Licht nicht oder geringer reflektierender zweiter Kunststoff verwendet wird, wobei das Anzeigeelement in einem 2-stufigen Spritzgussverfahren hergestellt wird, wobei in einem ersten Spritzgang der Elementkörper aus dem zweiten Kunststoff gespritzt wird, wonach in einem zweiten Spritzgang der erste Kunststoff zur Bildung des Objekts an den Elementkörper gespritzt wird, oder umgekehrt, wobei das dreidimensionale Objekt von dem zweiten Kunststoff vollständig umschlossen wird, wobei beide Kunststoffe aus demselben Grundmaterial bestehen und der erste Kunststoff mit sein Reflexionsverhalten bestimmenden Nanopartikeln dotiert ist und der zweite Kunststoff keine oder einen demgegenüber geringeren Gehalt an Nanopartikeln aufweist.
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Das erfindungsgemäße Anzeigeelement besteht vollständig aus Kunststoff. Es kommen zwei Kunststoffe zum Einsatz, die sich in ihrem Reflexionsverhalten unterscheiden. Ein erster Kunststoff weist das eingestrahlte Licht zumindest teilweise reflektierende Eigenschaften auf, er bildet das dreidimensionale Objekt. Dieses dreidimensionale Objekt, das auch mehrteilig sein kann, ist vom zweiten Kunststoff, der das Licht nicht oder nur zu einem vernachlässigbaren Grad reflektiert, vollständig umschlossen. Der erste Kunststoff ist, soweit es seine reflektierende Eigenschaft zulässt, weitestgehend transparent, während der zweite Kunststoff gänzlich durchsichtig ist. D. h., dass ohne separate, spezielle Lichteinkopplung der erste Kunststoff, mithin also das dreidimensionale Objekt, im Anzeigeelement nicht oder nahezu nicht sichtbar ist. Erst bei Einkopplung von Licht über eine externe Lichtquelle wird das Objekt sichtbar, da der erste Kunststoff, also das Objekt selbst, das eingestrahlte und den zweiten Kunststoff durchlaufende Licht reflektiert.
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Die beiden Kunststoffe werden erfindungsgemäß in einem 2-stufigen Spritzgussverfahren verarbeitet, wobei sie aneinander gespritzt werden. Es finden also zwei separate Spritzgänge statt, wobei im ersten das eine Elementteil gespritzt wird, wonach im zweiten Spritzgang das andere Elementteil gespritzt wird. Dabei kann im ersten Spritzgang der Elementkörper und im zweiten Spritzgang das Objekt gespritzt werden, oder umgekehrt, also im ersten Spritzgang das Objekt und im zweiten Spritzgang der Elementkörper. Aufgrund des Aneinanderspritzens ergibt sich folglich eine homogene stoffliche Verbindung beider Kunststoffe, so dass sich folglich auch ein vollkommen luftspaltfreier Übergang erreichen lässt.
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Da das Anzeigeelement selbst aus Kunststoff ist, kann es folglich auch in Bereichen verwendet werden, wo Glaselemente nicht verwendet werden können, beispielsweise im Bereich eines Kraftfahrzeugs.
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Wird im ersten Spritzgang der Elementkörper gespritzt, so erfolgt dies bevorzugt unter Ausbildung wenigstens einer Kavität, wonach im zweiten Spritzgang der erste Kunststoff in die Kavität zur Bildung des Objekts gespritzt wird. D. h., dass in der Spritzform entsprechende Schieber vorgesehen sind, die die Ausbildung der Kavität ermöglichen, in die sodann im zweiten Spritzgang der Objekt-Kunststoff gespritzt wird.
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Der erste und der zweite Kunststoff müssen soweit als möglich durchsichtig sein, was im Falle des zweiten Kunststoffs ohne weiteres möglich ist, und im Falle des ersten Kunststoffs davon abhängt, wie seine reflektierende Eigenschaft erzeugt ist. Zwar besteht grundsätzlich die Möglichkeit, verschiedenartige Kunststoffe, also unterschiedliche Kunststofftypen, zu verwenden, solange diese vollständig oder weitestgehend durchsichtig sind. Erfindungsgemäß ist demgegenüber jedoch vorgesehen, dass beide Kunststoffe aus demselben Grundmaterial bestehen, jedoch ein Grundmaterial zur Erzeugung seines Reflexionsverhaltens dotiert ist. Eine solche Dotierung des Grundmaterials kann beispielsweise durch Zugabe von Dotierstoffen in Form von möglichst homogen verteilten Nanopartikeln erfolgen, die das von Haus aus durchsichtige Grundmaterial gezielt „verunreinigen”, so dass es ein mehr oder weniger stark ausgeprägtes Reflexionsvermögen im Material selbst besitzt, verglichen mit dem undotierten Grundmaterial. Bevorzugt wird das das Objekt bildende Grundmaterial dotiert. Die Transparenz des dotierten Materials hängt vom Grad der Dotierung ab, also vom Anteil der Nanopartikel am Gesamtvolumen des Grundmaterials. Der Nanopartikelanteil sollte möglichst niedrig sein, damit das Objekt selbst ohne spezielle Lichteinkopplung nicht oder kaum sichtbar ist, und erst bei gezielter Lichteinkopplung aufgrund der Reflexion durch die Nanopartikel auffallend sichtbar wird. Gleichzeitig sollte der Partikelanteil aber auch so groß sein, dass das Objekt bei gezielter Lichteinstrahlung ausreichend hell leuchtet und gut sichtbar ist.
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Als Grundmaterial kann beispielsweise PMMA verwendet werden, also ein vollständig transparenter Kunststoff. Verwendet werden kann beispielsweise das PMMA „Plexiglas® farblos” der Evonik Röhm GmbH als undotiertes PMMA, das beispielsweise das zweite Grundmaterial bildet, und das PMMA „Plexiglas® EndLighten T”, ebenfalls von der Evonik Röhm GmbH, das als dotiertes PMMA das Objekt bildet. In dieses dotierte PMMA sind farblose, lichtstreuende Partikel eingebettet, die, anders als im undotierten PMMA, das Licht durch Totalreflexion vollständig durchleitet, Licht streuen bzw. reflektieren und so die Sichtbarkeit des Objekts bei Lichteinkopplung bewirken.
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Alternativ zur Verwendung von PMMA als Grundmaterial ist es auch denkbar, PC als Grundmaterial zu verwenden, wobei auch hier das eine Grundmaterial dotiert und das andere Grundmaterial undotiert ist.
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Neben dem Verfahren betrifft die Erfindung ferner ein Anzeigeelement, das nach dem beschriebenen Verfahren hergestellt ist.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
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1 eine Prinzipdarstellung eines nicht erfindungsgemäßen Anzeigeelements ohne Lichteinkopplung,
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2 das Anzeigeelement aus 1 mit Lichteinkopplung, und
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3 eine Prinzipdarstellung zur Erläuterung des Herstellungsvorgangs.
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1 zeigt ein nicht erfindungsgemäßes Anzeigeelement 1, das zur Darstellung eines dreidimensionalen Objekts geeignet ist. Dieses Anzeigeelement 1 kann Teil einer Leuchteinrichtung sein, die beispielsweise in einem Kraftfahrzeug verwendet wird und beispielsweise einem Schalter zugeordnet ist, respektive einen Schalter bildet, an dem mittels des Anzeigeelements 1 beispielsweise der Schaltzustand (Ein/Aus) angezeigt wird.
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Das Anzeigeelement 1 ist letztlich zweiteilig, es besteht aus einem Elementkörper 2 sowie einem Objekt 3. Das Objekt 3 besteht aus einem Licht zumindest teilweise reflektierenden ersten Kunststoff, während der Elementkörper 2 aus einem das Licht nicht oder sehr gering reflektierenden zweiten Kunststoff besteht. Wird Licht in das Anzeigeelement 1 eingekoppelt, beispielsweise über geeignete, zugeführte Lichtleiter, die über eine entsprechende Lichtquelle mit Licht belegt werden, die wiederum über eine Steuereinrichtung oder dergleichen angesteuert wird etc., so läuft das Licht durch den letztlich transparenten Elementkörper 2 und wird am Objekt 3, das aus dem teilweise reflektierenden Kunststoff besteht, gestreut respektive reflektiert. Das Objekt 3 wird hierdurch sichtbar, leuchtet also auf. Ohne eingekoppeltes Licht jedoch ist das Objekt 3 nahezu oder vollständig durchsichtig und wird als solches innerhalb des ebenfalls durchsichtigen Elementkörpers 2 nicht sichtbar, d. h., dass das Anzeigeelement 1 letztlich vollständig durchsichtig ist.
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Zur Ermöglichung des unterschiedlichen Reflexionsverhaltens ist der Kunststoff, der das Objekt 3 bildet, unter Verwendung von Nanopartikeln dotiert, während der Kunststoff, der zur Bildung des Elementkörpers 2 verwendet wird, nicht dotiert ist. Bevorzugt wird ein gleicher Kunststoff verwendet, der sich wie gesagt lediglich durch die unterschiedliche Dotierung unterscheidet. Als verwendbares Kunststoffmaterial kann PMMA verwendet werden, denkbar ist aber auch die Verwendung von PC.
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2 zeigt exemplarisch das Anzeigeelement 1 aus 1, wenn Licht eingekoppelt wird, was durch den Pfeil dargestellt wird. Ersichtlich ist nun das Objekt 3 sichtbar, es leuchtet im Elementkörper 2 auf. Der Bediener kann das leuchtende Objekt 3 aufgrund der gegebenen Durchsichtigkeit respektive Transparenz des Elementkörpers 2 genauestens wahrnehmen und – sofern vorhanden – seinen Informationsgehalt genau erfassen. Denn selbstverständlich ist es möglich, dem Objekt 3 quasi eine beliebige Form zu geben, es kann auch mehrteilig sein. Lediglich exemplarisch ist hier ein Ring dargestellt.
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Zur Bildung des Anzeigeelements 1 wird erfindungsgemäß ein 2-stufiges Spritzverfahren genutzt. Die Herstellstufen ergeben sich aus 3. Im ersten Spritzgang, durch die Darstellung I gezeigt, wird mit einer geeigneten Spritzform unter Verwendung des zweiten, transparenten und nicht oder kaum reflektierenden Kunststoffs zunächst der Elementkörper 2 gespritzt. An seiner einen Seite wird eine Kavität 4 freigehalten, wozu eine entsprechende Spritzform verwendet wird, die über geeignete Schieber verfügt. Im zweiten, unmittelbar anschließenden und in derselben Form stattfindenden Spritzgang, dargestellt durch die Darstellung II in 3, wird nun in die Kavität 4 zur Bildung des Objekts 3 der erste, reflektierende und dotierte Kunststoff gespritzt. Die Kavität 4 wird also vollständig ausgespritzt. Infolge des Verspritzens ergibt sich ein stoffflüssiger Übergang vom ersten zum zweiten Kunststoff, folglich eine vollkommen luftspaltfreie Aufnahme des Objekts 3 im Elementkörper 2.