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Die Erfindung betrifft ein Bauteil und ein Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung auf einem Bauteil.
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Aus dem Stand der Technik sind allgemein optische Beschichtungen, auch als optische Interferenzschichten bezeichnet, bekannt. Unter derartigen optischen Interferenzschichten werden Beschichtungen mit einer oder mehreren Schichten verstanden, deren physikalische Dicke im Bereich der Wellenlänge von sichtbarem Licht liegt. An solchen Schichten kommt es zur Interferenz elektromagnetischer Strahlung, welche die entsprechende Wellenlänge aufweist. Voraussetzung hierfür ist jedoch eine Änderung der Brechzahl an Grenzflächen der Schichten, damit ein Teil des eintreffenden Lichts reflektiert wird.
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Weiterhin sind verschiedene Verfahren zu deren Herstellung solcher Beschichtungen bekannt. Hierbei werden die Schichten in einem so genannten Dampfabscheidungsverfahren, beispielsweise in einer so genannten Vakuumbedampfung, oder einer Oberflächenmodifizierung mittels einer Plasmabehandlung auf der zu beschichtenden Oberfläche erzeugt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik neuartiges Bauteil mit einer Beschichtung und ein neuartiges Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung auf einem Bauteil anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Bauteil, welches die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist, und durch ein Verfahren, welches die im Anspruch 7 angegebenen Merkmale aufweist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Das erfindungsgemäße Bauteil umfasst eine Beschichtung, wobei die Beschichtung eine Lackschicht umfasst, welche unmittelbar auf einer Oberfläche eines Trägermaterials aufgebracht ist. Die Lackschicht ist dabei zumindest teiltransparent ausgebildet. Eine optische Schichtdicke der Lackschicht entspricht einem Viertel einer Wellenlänge von dem Bauteil zu reflektierender oder zu absorbierender elektromagnetischer Strahlung oder einem ungeradzahligen Vielfachen davon. Innerhalb der Lackschicht ist eine Anzahl zumindest im Wesentlichen gleichmäßig verteilter Gasblasen und/oder eine Anzahl zumindest im Wesentlichen gleichmäßig verteilter Partikel angeordnet, wobei die Anzahl der Gasblasen und/oder Partikel derart gewählt ist, dass eine Brechzahl der Lackschicht höher oder geringer ist als eine Brechzahl des Trägermaterials.
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Unter einer Lackschicht wird vorliegend eine Schicht verstanden, welche mittels eines in flüssiger oder pulverförmiger Form ausgebildeten und aufgebrachten Lacks oder Beschichtungsstoffs gebildet ist.
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Unter der optischen Schichtdicke wird dabei ein Produkt aus einer mechanischen Schichtdicke und der Brechzahl der Lackschicht verstanden.
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Unter einem Bauteil wird vorliegend ein Objekt verstanden, welches mechanisch feste bzw. starre und/oder mechanisch flexible Oberflächenabschnitte aufweisen kann. Dementsprechend kann auch die Beschichtung mechanisch fest bzw. starr und/oder mechanisch flexibel sein.
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Die aufgebrachte Lackschicht wirkt als Interferenzschicht, so dass es zur Interferenz elektromagnetischer Strahlung, welche die entsprechende Wellenlänge aufweist, an einer Grenzfläche zwischen der Lackschicht und der Trägerschicht kommt. Die Interferenzschicht ist dabei gegenüber herkömmlichen Lösungen mittels des Lacks sehr einfach und kostengünstig erzeugbar, wobei mittels der Gasblasen und/oder Partikel in besonders einfacher und kostengünstiger Weise die optische Schichtdicke und eine Gesamt-Brechzahl der Lackschicht einstellbar sind.
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Zusätzlich zu der Eigenschaft der Lackschicht als Interferenzschicht dient diese gleichzeitig zum Schutz der Oberfläche des Trägermaterials. Auch können zusätzlich mittels der Lackschicht sehr hochwertige und gegebenenfalls glatte Oberflächen erzeugt werden.
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Zur Realisierung einer Reflexion der elektromagnetischen Strahlung am Bauteil ist die Brechzahl der Lackschicht höher als die Brechzahl des Trägermaterials. Zur Realisierung einer Absorption der elektromagnetischen Strahlung durch das Bauteil ist die Brechzahl der Lackschicht geringer als die Brechzahl des Trägermaterials. Das heißt, je nach Kombination von optischer Schichtdicke und Brechzahl lassen sich Verspiegelungs- oder Entspiegelungsschichten realisieren.
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In einer möglichen Ausgestaltung des Bauteils weisen die Gasblasen eine Brechzahl von ca. Eins auf und/oder die Partikel weisen eine Brechzahl auf, welche größer ist, als eine Brechzahl eines zur Herstellung der Lackschicht verwendeten Lacks.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Bauteils beträgt die optische Schichtdicke der Lackschicht zwischen 0,25 µm und 25 µm, beispielsweise 0,25 µm, 0,5 µm oder 10 µm. Bei einer solchen Schichtdicke der Lackschicht kommt es zu einer Reflexion von elektromagnetischer Strahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von ca. 2 µm bis 50 µm, d. h. von elektromagnetischer Strahlung im mittleren Infrarotbereich. Somit kann infrarote Strahlung vom Bauteil reflektiert und beispielsweise innerhalb geschlossener Räume gehalten werden. Hierdurch kann ein Energieverbrauch zur Erwärmung des entsprechenden Raumes signifikant reduziert werden. Beispielsweise ist das Bauteil ein Möbelstück, ein Wandbelag, Fußbodenbelag, eine Deckenverkleidung, ein Wandbehang, ein Fensterbehang, ein Textil, ein textiler Polsterstoff, ein textiler Bezugsstoff und/oder Bestandteil dieser. Auch kann das Bauteil Bestandteil eines Fahrzeuginnenraums sein.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Bauteils umfasst die Beschichtung zumindest eine weitere Lackschicht, welche unmittelbar auf einer Oberfläche der auf dem Trägermaterial aufgebrachten Lackschicht aufgebracht ist. Die weitere Lackschicht ist dabei zumindest teiltransparent ausgebildet. Eine Schichtdicke der weiteren Lackschicht entspricht einem Viertel der Wellenlänge der von dem Bauteil zu reflektierenden oder zu absorbierenden elektromagnetischen Strahlung oder einem ungeradzahligen Vielfachen davon. Innerhalb der weiteren Lackschicht ist eine Anzahl gleichmäßig verteilter Gasblasen und/oder eine Anzahl zumindest im Wesentlichen gleichmäßig verteilter Partikel angeordnet, wobei die Anzahl der Gasblasen und/oder Partikel derart gewählt ist, dass eine Brechzahl der weiteren Lackschicht geringer ist als eine Brechzahl der auf dem Trägermaterial aufgebrachten Lackschicht, wenn die Brechzahl der unmittelbar auf der Oberfläche auf dem Trägermaterial aufgebrachten Lackschicht höher ist als die Brechzahl des Trägermaterials, oder dass die Brechzahl der weiteren Lackschicht höher ist als die Brechzahl der auf dem Trägermaterial aufgebrachten Lackschicht, wenn die Brechzahl der unmittelbar auf der Oberfläche auf dem Trägermaterial aufgebrachten Lackschicht geringer ist als die Brechzahl des Trägermaterials. Mittels der weiteren Lackschicht wird die Reflexion oder Absorption der elektromagnetischen Strahlung weiter erhöht. Auch die weitere Lackschicht ist dabei besonders einfach und kostengünstig erzeugbar und auf dem Trägermaterial applizierbar. In einer möglichen Ausgestaltung des Bauteils beträgt die Schichtdicke der weiteren Lackschicht zwischen 0,25 µm und 25 µm, beispielsweise 0,25 µm, 0,5 µm oder 10 µm. In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Bauteils weisen die in der weiteren Lackschicht vorhandenen Gasblasen eine Brechzahl von ca. Eins auf und/oder die Partikel weisen eine Brechzahl auf, welche größer ist, als eine Brechzahl eines zur Herstellung der weiteren Lackschicht verwendeten Lacks.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Bauteils umfasst die Beschichtung mehrere Lackschichten zur Erzeugung einer Mehrschichtlackierung, wobei die Lackschichten zumindest teiltransparent sind. Eine optische Schichtdicke der Lackschichten entspricht jeweils einem Viertel einer Wellenlänge der von dem Bauteil zu reflektierenden oder zu absorbierenden elektromagnetischen Strahlung oder einem ungeradzahligen Vielfachen davon und innerhalb der Lackschichten ist jeweils eine Anzahl gleichmäßig verteilter Gasblasen und/oder eine Anzahl zumindest im Wesentlichen gleichmäßig verteilter Partikel angeordnet. Ausgehend von der auf dem Trägermaterial aufgebrachten Lackschicht mit der hohen oder geringen Brechzahl ist die Anzahl der Gasblasen und/oder Partikel in den weiteren Lackschichten jeweils derart gewählt, dass abwechselnd Lackschichten mit geringer bzw. hoher Brechzahl und hoher bzw. geringer Brechzahl übereinander angeordnet sind. Bei Verwendung einer Mehrzahl von Lackschichten mit alternierender Brechzahl wird die Reflexion oder Absorption der elektromagnetischen Strahlung weiter erhöht. Die Lackschichten sind dabei besonders einfach und kostengünstig erzeugbar und auf dem Trägermaterial applizierbar. In einer möglichen Ausgestaltung des Bauteils beträgt die Dicke der Lackschichten jeweils zwischen 0,25 µm und 25 µm, beispielsweise 0,25 µm, 0,5 µm oder 10 µm. In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Bauteils weisen die in den Lackschichten vorhandenen Gasblasen eine Brechzahl von ca. Eins auf und/oder die Partikel weisen eine Brechzahl auf, welche größer ist, als eine Brechzahl eines zur Herstellung der jeweiligen Lackschicht verwendeten Lacks.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Bauteils ist eine maximale Ausdehnung einer jeden Gasblase und/oder eines jeden Partikels kleiner als eine Wellenlänge von für ein menschliches Auge sichtbaren Lichts. Somit sind die Gasblasen für das menschliche Auge nicht sichtbar, so dass ein durch den Lack erzeugter hochwertiger optischer Eindruck nicht beeinträchtigt ist.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Bauteils ist eine maximale Ausdehnung einer jeden Gasblase und/oder eines jeden Partikels kleiner als die Wellenlänge der zu reflektierenden oder zu absorbierenden elektromagnetischen Strahlung.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Bauteils sind die Gasblasen aus Luft gebildet. Luft ist in großer Menge und kostengünstig verfügbar und eignet sich aufgrund ihrer Eigenschaften, beispielsweise einer Brechzahl von ungefähr Eins, hervorragend zur Beeinflussung der Brechzahl der Lackschicht.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Bauteils sind die Partikel aus Glas, beispielsweise Borosilikatglas, insbesondere weißem Borosilikatglas gebildet. Derartige Partikel beeinträchtigen eine Optik der Beschichtung und eignen sich hervorragend zur Beeinflussung der Brechzahl der jeweiligen Lackschicht.
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In dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung auf einem Bauteil werden zunächst in einem Lack Gasblasen erzeugt und/oder dem Lack Partikel beigemengt. Dabei wird eine Anzahl der Gasblasen und/oder Partikel derart gewählt, dass eine Brechzahl einer zu erzeugenden Lackschicht höher oder geringer ist als eine Brechzahl eines Trägermaterials, auf welches die Lackschicht aufgebracht wird. Nach der Erzeugung der Gasblasen und/oder Beimengung der Partikel werden diese zumindest im Wesentlichen gleichmäßig im Lack verteilt. Anschließend wird der Lack als eine Lackschicht unmittelbar auf eine Oberfläche eines Trägermaterials mit einer optischen Schichtdicke aufgebracht, welche einem Viertel einer Wellenlänge von dem Bauteil zu reflektierender oder zu absorbierender elektromagnetischer Strahlung oder einem ungeradzahligen Vielfachen davon beträgt.
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Unter einem Lack wird vorliegend ein flüssiger oder pulverförmiger Beschichtungsstoff verstanden.
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Mittels des Verfahrens kann in einfacher und kostengünstiger Weise eine als Interferenzschicht wirkende Lackschicht auf dem Trägermaterial erzeugt werden, so dass es zur Interferenz elektromagnetischer Strahlung, welche die entsprechende Wellenlänge aufweist, an einer Grenzfläche zwischen der Lackschicht und der Trägerschicht kommt. Mittels der Gasblasen und/oder Partikel sind dabei in besonders einfacher und kostengünstiger Weise die optische Schichtdicke und eine Gesamt-Brechzahl der Lackschicht einstellbar. Zusätzlich zu der Funktion der Lackschicht als Interferenzschicht kann mittels der Lackschicht ein Schutz der Oberfläche des Trägermaterials erzielt werden und es können sehr hochwertige und gegebenenfalls glatte Oberflächen erzeugt werden.
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In einer möglichen Ausgestaltung des Verfahrens werden in einem weiteren Lack Gasblasen erzeugt und/oder dem Lack Partikel beigemengt, wobei eine Anzahl der Gasblasen und/oder Partikel derart gewählt wird, dass eine Brechzahl der Lackschicht geringer ist als eine Brechzahl der auf dem Trägermaterial aufgebrachten Lackschicht, wenn die Brechzahl der unmittelbar auf der Oberfläche auf dem Trägermaterial aufgebrachten Lackschicht höher ist als die Brechzahl des Trägermaterials, oder dass die Brechzahl der weiteren Lackschicht höher ist als die Brechzahl der auf dem Trägermaterial aufgebrachten Lackschicht, wenn die Brechzahl der unmittelbar auf der Oberfläche auf dem Trägermaterial aufgebrachten Lackschicht geringer ist als die Brechzahl des Trägermaterials. Nach der Erzeugung der Gasblasen und/oder Beimengung der Partikel werden diese zumindest im Wesentlichen gleichmäßig im weiteren Lack verteilt, bevor der weitere Lack als eine weitere Lackschicht unmittelbar auf einer Oberfläche der auf dem Trägermaterial aufgebrachten Lackschicht mit einer optischen Schichtdicke aufgebracht wird, welche einem Viertel einer Wellenlänge von dem Bauteil zu reflektierender oder zu absorbierender elektromagnetischer Strahlung oder einem ungeradzahligen Vielfachen davon entspricht. Mittels der weiteren Lackschicht wird die Reflexion oder Absorption der elektromagnetischen Strahlung weiter erhöht. Auch die weitere Lackschicht ist mittels des Verfahrens besonders einfach und kostengünstig erzeugbar und auf dem Trägermaterial applizierbar.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Verfahrens werden nacheinander mehrere Lackschichten aus unterschiedlichen Lacken jeweils mit einer Dicke zwischen der Hälfte und einem Viertel einer Wellenlänge der von dem Bauteil zu reflektierenden oder zu absorbierenden elektromagnetischen Strahlung auf dem Trägermaterial als Mehrschichtlackierung erzeugt. Innerhalb der die Lackschichten bildenden Lacke wird jeweils eine Anzahl gleichmäßig verteilter Gasblasen angeordnet. Ausgehend von der auf dem Trägermaterial aufgebrachten Lackschicht mit der hohen Brechzahl wird die Anzahl der Gasblasen in den weiteren Lackschichten jeweils derart gewählt, dass abwechselnd Lackschichten mit geringer Brechzahl und hoher Brechzahl übereinander angeordnet werden. Bei Verwendung einer Mehrzahl von Lackschichten mit alternierender Brechzahl wird die Reflexion oder Absorption der elektromagnetischen Strahlung weiter erhöht. Die Lackschichten sind dabei mittels des Verfahrens besonders einfach und kostengünstig erzeugbar und auf dem Trägermaterial applizierbar.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Verfahrens werden die Gasblasen in dem betreffenden Lack durch Aufschäumen desselben und/oder durch Einleitung von Gas in den Lack erzeugt. Eine solche Erzeugung der Gasblasen ist besonders einfach, wirtschaftlich und zuverlässig durchführbar.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Darin zeigen:
- 1 schematisch einen Querschnitt eines Bauteils mit einer Beschichtung und
- 2 schematisch einen Reflexionsgrad eines Bauteils in Abhängigkeit von einer Wellenlänge elektromagnetischer Strahlung.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt einen Querschnitt eines möglichen Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Bauteils 1 mit einem Trägermaterial 2 und einer Beschichtung 3.
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Das Bauteil 1 weist mechanisch feste bzw. starre und/oder mechanisch flexible Oberflächenabschnitte auf. Dementsprechend ist auch die Beschichtung 3 mechanisch fest bzw. starr und/oder mechanisch flexibel.
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Die Beschichtung 3 umfasst im dargestellten Ausführungsbeispiel vier Lackschichten 3.1 bis 3.4, wobei eine Anzahl der Lackschichten 3.1 bis 3.4 in anderen Ausführungsbeispielen auch höher oder niedriger sein kann.
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Die Beschichtung 3 bildet dabei eine Interferenzschicht und ist dazu ausgebildet, einfallende elektromagnetische Strahlung S zu reflektieren. Beispielsweise ist das Bauteil 1 ein Möbelstück, ein Wandbelag, ein Wand- oder Fensterbehang, Fußbodenbelag, eine Deckenverkleidung, ein Textil, ein textiler Polsterstoff, ein textiler Bezugsstoff und/oder Bestandteil dieser. Auch kann das Bauteil Bestandteil eines Fahrzeuginnenraums sein. Insbesondere ist die Beschichtung 3 derart ausgebildet, dass es zu einer Reflexion von elektromagnetischer Strahlung S mit einer Wellenlänge im Bereich von ca. 2 µm bis 50 µm, d. h. von elektromagnetischer Strahlung S im mittleren Infrarotbereich, kommt. Somit kann infrarote Strahlung vom Bauteil 1 reflektiert und beispielsweise innerhalb geschlossener Räume gehalten werden.
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Alternativ ist die Beschichtung 3 dazu ausgebildet, einfallende elektromagnetische Strahlung S zu absorbieren.
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Um die Reflexion zu realisieren, bilden die Lackschichten 3.1 bis 3.4 eine Mehrschichtlackierung, wobei eine optische Schichtdicke der Lackschichten 3.1 bis 3.4 jeweils einem Viertel einer Wellenlänge der von dem Bauteil zu reflektierenden oder zu absorbierenden elektromagnetischen Strahlung S oder einem ungeradzahligen Vielfachen davon entspricht. Die jeweilige optische Schichtdicke der Lackschichten 3.1 bis 3.4 beträgt bei der Ausbildung der Beschichtung 3 zur Reflexion von elektromagnetischer Strahlung S mit einer Wellenlänge im Bereich von ca. 2 µm bis 50 µm beispielsweise zwischen 0,5 µm und 25 µm.
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Um einen in 2 näher dargestellten Reflexionsgrad p zu erhöhen, umfasst die Beschichtung eine Mehrzahl von Lackschichten 3.1 bis 3.4 mit alternierender Brechzahl. Dabei ist eine Brechzahl einer unmittelbar auf einer Oberfläche des Trägermaterials 2 aufgebrachten ersten Lackschicht 3.1 höher als eine Brechzahl des Trägermaterials 2 selbst.
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Eine auf die erste Lackschicht 3.1 aufgebrachte zweite Lackschicht 3.2 weist eine Brechzahl auf, welche geringer als die der unmittelbar auf dem Trägermaterial 2 aufgebrachten ersten Lackschicht 3.1 ist.
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Eine auf die zweite Lackschicht 3.2 aufgebrachte dritte Lackschicht 3.3 weist wiederum eine höhere Brechzahl als die zweite Lackschicht 3.2 auf, beispielsweise die gleiche Brechzahl wie die erste Lackschicht 3.1.
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Eine auf die dritte Lackschicht 3.3 aufgebrachte vierte Lackschicht 3.4 weist wiederum eine geringere Brechzahl als die dritte Lackschicht 3.3 auf, beispielsweise die gleiche Brechzahl wie die zweite Lackschicht 3.2.
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Hierdurch wird eine Reflexion der auf dem Bauteil 1 auftreffenden elektromagnetischen Strahlung S in Teilstrahlen T1 bis T4 bewirkt, welche an jeweiligen Grenzschichten der Lackschichten 3.1 bis 3.4 reflektiert werden.
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Zur Einstellung der jeweiligen Brechzahl der Lackschichten 3.1 bis 3.4 umfassen diese jeweils eine vorgegebene Anzahl von Gasblasen G, beispielsweise Luftblasen, welche vor der Aufbringung der Lackschichten in einem Aufschäumverfahren und/oder durch Zufuhr von Gas in einem Lack erzeugt und anschließend zumindest im Wesentlichen gleichmäßig in diesem verteilt werden. In einer möglichen Ausgestaltung erfolgt die Gleichverteilung der Gasblasen selbsttätig während der Einbringung bzw. Erzeugung derselben im Lack. Dabei weist ein Lack zur Erzeugung einer Lackschicht 3.1, 3.3 mit einer hohen Brechzahl eine geringere Anzahl an Gasblasen G auf als ein Lack zur Erzeugung einer Lackschicht 3.2, 3.4 mit einer geringen Brechzahl. Damit die Gasblasen G für das menschliche Auge nicht sichtbar sind, ist eine maximale Ausdehnung einer jeden Gasblase G kleiner ist als eine Wellenlänge von für ein menschliches Auge sichtbaren Lichts.
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In 2 ist ein Reflexionsgrad p eines Bauteils 1, beispielsweise des Bauteils 1 gemäß 1, in Abhängigkeit von einer Wellenlänge λ elektromagnetischer Strahlung S dargestellt.
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Durch Wahl der optischen Schichtdicke der Lackschichten von einem Viertel der vom Bauteil 1 zu reflektierenden oder zu absorbierenden elektromagnetischen Strahlung S oder dem ungeradzahligen Vielfachen davon kann vorgegeben werden, in welchem Wellenlängenbereich, beispielsweise im infraroten Bereich, der Reflexionsgrad p des Bauteils 1 am höchsten sein soll.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bauteil
- 2
- Trägermaterial
- 3
- Beschichtung
- 3.1
- Lackschicht
- 3.2
- Lackschicht
- 3.3
- Lackschicht
- 3.4
- Lackschicht
- G
- Gasblase
- S
- elektromagnetische Strahlung
- T1
- Teil strahlung
- T2
- Teil strahlung
- T3
- Teil strahlung
- T4
- Teil strahlung
- T5
- Teilstrahlung
- λ
- Wellenlänge
- ρ
- Reflexionsgrad