Verfahren zur Aufbringung metallischer Schichten auf Kunststoffoberflächen

Abstract

 Zum Schutz der Bauteiloberfläche vor dem Angriff mecha­nischer und oder chemischer Mittel erhält das zu beschich­tende Bauteil bei seiner Herstellung ein über das Bauteil­fertigmaß im Bereich der Hohlraumöffnung hinausragenden Wandabschnitt (G) zur Aufnahme einer Abschlußwand (E), wobei nach der Beschichtung der zusätzliche Wandabschnitt auf Bauteil­fertigmaß abgetrennt wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbringung metal­lischer Schichten auf die Oberfläche von aus faserverstärk­ten Kunststoffen gebildeten hohlen, nach außen offenen Bau­teilen auf galvanischem Wege, insbesondere Bauteilen mit sphärisch gekrümmter Oberfläche, wobei die Bauteile inner­halb des Beschichtungsvorganges materialabtragenden Behand­lungen ausgesetzt sind.

[0002] Das Aufbringen von Metallfolien oder Metallplatten auf Träger aus Kunststoffen, z.B. bei der Leiterplattenher­stellung, erfolgt mittels Kleben mit hinreichender Festig­keit der Verbindung zwischen Auflage und Träger. Bei derartigen, ebenen Bauteilen, lassen sich die Folien oder Platten ohne Schwierigkeit auf die genannte Weise aufbringen.

[0003] Handelt es sich beim Träger jedoch un Bauteile mit sphärisch gekrümmter Oberfläche, so lassen sich Metall­folien oder ebene Metallplatten nicht ohne Faltenbildung auf den Träger aufbringen.

[0004] Für grosse Stückzahlen zu beschichtender Bauteile kann eine Anpassung der Folien oder Platten an die Form der Ober­fläche des Trägers mittels Umformung mit geeigneten Werk­zeugen und Maschinen mit nachfolgender Verklebung unter be­stimmten Voraussetzungen zweckmässig sein.
Bei geringeren Stückzahlen jedoch ist eine Anpassung der Folien oder Platten an die Form des Trägers durch Umformen umständlich und teuer.
Besondere Schwierigkeiten bei der Anpassung von Folien bzw. Platten an die Form des Trägers, ergeben sich dann, wenn nur Teilabschnitte der Oberfläche des Trägers mit einem Metallbelag zu versehen sind.

[0005] Ein einfacherer Weg kann eingeschlagen werden unter Anwen­dung der Galvanisiertechnik, um Oberflächen von Bauteilen aus Nichtmetallen, z.B. aus Kunststoffen, vollständig oder partiell mit Metallschichten zu überziehen.

[0006] Bei hohlen, aus faserverstärken Kunststoffen gebildeten Bauteilen mit sphärisch gekrümmter Bauteiloberfläche ist es für das Aufbringen der metallischen Überzüge mittels der Galvanotechnik erforderlich, die zu behandelnde Kunst­stoffoberfläche elektrisch leitend zu machen, um die Ober­fläche dann durch Elektrolyse mit Metall beschichten zu können.

[0007] Strukturteile, denen tragende Funktion zukommt, beispiels­weise Teile der tragenden Struktur von Fluggeräten wie Flugkörpern, Flugzeugen oder dergleichen, müssen in bezug auf die Beanspruchung durch die aufzunehmenden Belastungen und im Hinblick auf ein möglichst geringes Strukturgewicht ausgelegt werden.

[0008] Sollen z.B. Abschnitte sphärisch gekrümmter Oberflächen von Strukturteilen aus faserverstärkten Epoxydharzen als Sende- oder Empfangsantennen mit Metall beschichtet werden, bestehen Probleme hinsichtlich einer ausreichenden Haft­festigkeit der Beschichtung infolge der sich bei der Her­stellung der Bauteile bildenden Haut aus Formtrennmitteln. Dieser, eine ausreichende Haftung der metallischen Be­schichtung verhindernde Belag, lässt sich mittels der üb­lichen Reinigungsverfahren nicht beseitigen.

[0009] Werden chemisch und mechanisch wirkende Verfahren zur Ober­flächenvorbehandlung für das Beschichten eingesetzt, be­steht die Gefahr einer Verletzung der Oberfläche des aus Kunststoff gebildeten Körpers und im Oberflächenbereich liegender Verstärkungsfasern.

[0010] Eine Beeinträchtigung der Festigkeit so behandelter, tra­gender Strukturteile aus Kunststoff ist besonders dann von Bedeutung, wenn nur eine partielle Beschichtung vorgesehen ist. Beispielsweise bei einer chemischen Vorbehandlung wird die gesamte Oberfläche, und bei hohlen Bauteilen auch die Hohlraumoberfläche dem ätzenden Mittel ausgesetzt. Um die nicht zu beschichtenden Abschnitte der Oberfläche von der Behandlung durch Ätzmittel zu schützen, ist es üb­lich, eine gegen das Ätzen resistente Abdeckung mittels Klebebändern oder Folien vorzunehmen.

[0011] Derartige Oberflächenabdeckungen lassen sich jedoch auf die Oberfläche des Innenraumes infolge der sphärischen Krümmung der Oberflächen und der oft wegen der geringen Bauteilhöhe erschwerten Zugänglichkeit des Innenraumes nicht oder nur unvollkommen aufbringen.

[0012] Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, mittels dem es ermöglicht wird, die Oberfläche von auf faserverstärken Kunststoffen gebildeten, tragenden Struk­turteilen auf galvanischem Wege mit einer festhaftenden metallischen Beschichtung zu versehen, z.B. einer Beschich­tung aus Kupfer, wobei eine Beeinträchtigung der nicht zu beschichtenden Abschnitte der Bauteiloberfläche gegen chemische und bzw. oder mechanische Beeinflussung unter­bunden wird.

[0013] Erfindungsgemäss ist die gestellte Aufgabe durch die im Hauptanspruch genannten Verfahrensmerkmale und in vorteil­hafter weiterer Ausgestaltung der Erfindung gemäss der Merkmale der Unteransprüche gelöst.

[0014] Durch das erfindungsgemässe Verfahren eine falten­freie festhaftende Beschichtung der Bauteiloberfläche er­reicht. Ferner wird eine sichere Abdeckung der zu schützen­den Abschnitte der Oberfläche des Bauteiles gegen chemische und bzw. oder mechanische Beeinflussung auch an schwer zu­gänglichen Innenbereichen der Bauteiloberfläche bewirkt.

[0015] Die Ausbildung des Werkstückes bei seiner Herstellung, mit dem verlängerten Wandabschnitt und der Abschlußwand für den Bauteilhohlraum, stellt eine wesentliche Vereinfachung des Arbeitsablaufes dar. Nach Abtrennen des überragenden Teiles der Wandung, ist der Arbeitsgang der Abdeckung auf äusserst einfache Weise und zeitsparend abgeschlossen. Insbesondere nach dem Merkmal, nach dem der überragende Wandabschnitt gleichzeitig die Abschlußwand des Bauteil­hohlraumes bildet, ergibt sich eine erhebliche Arbeits- und Zeitersparnis.

[0016] Infolgedessen, dass der flüssigkeitsdicht abgeschlossene Hohlraum der Bauteile mit einer elektrisch neutralen Flüs­sigkeit gefüllt wird, ist der hohlraumbedingte Auftrieb des Bauteiles im Bad bei der Elektrolyse neutralisiert und ausserdem eine Verformung des Bauteiles durch den Aus­gleich von Druckunterschieden, insbesondere im Hinblick auf die innerhalb des Beschichtungsverfahrens auftreten­den Badtemperaturen vermieden.

[0017] In der Zeichnung sind zwei Ausbildungsbeispiele zu be­schichtender Bauteile im Herstellungszustand für den Ver­fahrensschritt der Beschreibung dargestellt.

[0018] Die Figuren 1 und 2 zeigen die Ausbildungen im Querschnitt in Verbindung mit Teilen der Galvanisieranlage bekannter Ausbildung.

[0019] Die dargestellten, zu beschichtenden Bauteile sind aus faserverstärktem Kunststoff gebildete, hohle und nach aussen offene Flügelabschnitte, die als tragende Struktur­teile an einem Flugkörper Verwendung finden. Die Bauteile sind in Figuren 1 und 2 der Zeichnung insge­samt mit C bezeichnet. Die äussere Bauteiloberfläche ist dafür vorgesehen, entsprechend dem genannten Verfahren zur Bildung eines Antennenreflektors mit Kupfer beschichtet zu werden.

[0020] Ferner ist in Figur 1 und Figur 2 der Zeichnung der Ab­schnitt G der Bauteilwandung dargestellt, der über die Hohlraumöffnung bzw. über das Bauteilfertigmaß hinaus­ ragend ausgeführt ist und zur Aufnahme der Abschlußwand E bzw. E' für den flüssigkeitsdichten Abschluß des Hohl­raumes für die Dauer des Beschichtungsprozesses dient und der nach Abschluß des Verfahrensschrittes der galvanischen Beschichtung vom Bauteil C abgetrennt wird, und zwar so, dass das Bauteil sein vorgeschriebenes Fertigmaß erhält.

[0021] Mit A ist ferner noch der Behälter für das Galvanisierbad bezeichnet, in welches die zu beschichtenden Bauteile C in bekannter Weise eintauchen. Der Vereinfachung halber ist auf eine vollständige Darstellung und Beschreibung der Galvanisieranlage verzichtet.
Der Hohlraum der Bauteile C ist während des Beschichtungs­vorganges mit einer elektrisch neutralen Flüssigkeit D ge­füllt und mittels einer Entlüftungsleitung F, die aus dem Bad herausgeführt ist, nach aussen entlüftet.

[0022] Anstelle der mit der Bauteilwandung und dem Wandabschnitt G in einem Stück gebildeten Abschlußwand E' gemäß der Bau­teilausführung nach Figur 2, kann der Abschluß des Hohl­raumes auch durch einen am Wandabschnitt G befestigbaren Abschlußdeckel E gemäß der Ausführung nach Figur 1 erfolgen. Der Wandabschnitt G weist dazu einen Aufnahmeflansch für den Deckel auf.

[0023] Ein Ausführungsbeispiel für den Ablauf des Beschichtungs­verfahrens ist wie folgt:

1. Bauteilherstellung durch Laminataufbau auf Formteile mit Bildung des Wandabschnittes G und der Abschluß­wand E' als Bauteileinheit,

2. Maskierung der von der Beschichtung auszuschliessen­den Abschnitte der Bauteilaussenflächen,

3. Vorbereitung des Werkstückes für die Beschichtung mittels materialabtragender Behandlung der Oberflächen durch mechanische und bzw. oder chemische Mittel,

4. flüssigkeitsdichte Abschluß des Bauteilhohlraumes,

5. Füllen des Hohlraumes des Bauteiles C mit einer elektrisch neutralen Flüssigkeit,

6. Beschichtung der nicht durch Masken abgedeckten Bau­teiloberfläche (z.B. chemisches Verkupfern mit nach­folgender elektrolytischer Beschichtung) und

7. Abtrennen des Wandabschnittes G und der Abschlußwand E auf Bauteil-Fertigmaß.

Ansprüche

1. Verfahren zur Aufbringung metallischer Schichten auf die Oberfläche von aus faserverstärkten Kunststoffen gebildeten hohlen, nach aussen offenen Bauteilen auf galvanischem Wege,
insbesondere Bauteilen mit sphärisch gekrümmter Ober­fläche, wobei die Bauteile innerhalb des Beschichtungs­vorganges materialabtragenden Behandlungen ausgesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, dass zum Schutz der Bauteiloberfläche während des Be­schischtungsverfahrens das Bauteil (C) bei seiner Her­stellung im Bereich der Hohlraumöffnung mit einem über das Bauteilfertigmaß hinausragenden Wandabschnitt (G) versehen wird,
dass der überragende Wandabschnitt (G) zum Abschluß des Bauteilhohlraumes ein Verschlußteil (E) aufnimmt und
dass der überragende Wandabschnitt (G) nach Beendigung des Beschichtungsprozesses vom Bauteil (C) auf Bauteil­fertigmaß abgetrennt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschluß des Hohlraumes flüssigkeitsdicht ausgeführt ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekenn­zeichnet, dass der flüssigkeitsdicht abgeschlossene Hohlraum mit einer elektrisch neutralen Flüssigkeit (D) gefüllt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum während des Beschichtungsprozesses über eine Leitung (F), die aus dem das Bauteil (C) auf­nehmenden galvanischen Bad nach aussen geführt ist, ent­lüftet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der über das Bauteilfertigmaß hinausragende Wand­abschnitt (G) und die Abschlußwand (E) in einem Stück hergestellt sind.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum des Bauteils (C) durch einen am Wand­abschnitt (G) gebildeten Flansch und einen daran be­festigbaren Deckel (E) abschliessbar ist.

Zeichnung