AT523607A1

AT523607A1 - Verfahren zur Herstellung zumindest einer Leiterbahn

Info

Publication number: AT523607A1
Application number: ATA50165/2020A
Authority: AT
Inventors: Stockinger Dipl Ing Bsc Thomas; Schwödiauer Dipl Ing Dr Reinhard; Kaltenbrunner Univ Prof Dipl Ing Dr Martin
Original assignee: Univ Linz
Priority date: 2020-03-04
Filing date: 2020-03-04
Publication date: 2021-09-15
Also published as: AT523607B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung zumindest einer Leiterbahn (1) auf einem Trägerelement (2) mit Holzoberfläche, wobei ein leitfähiges Material (3) der Leiterbahn (1) direkt auf die Holzoberfläche des Trägerelements (2) in Form einer flüssigen oder gasförmigen Beschichtung oder als Plasma aufgebracht wird, wobei das Trägerelement (2) vor dem Aufbringen des leitfähigen Materials (3) in einer technischen Trocknungsvorrichtung (14) getrocknet wird..

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen zumindest einer Leiterbahn auf Holz und Elemente, die nach diesem

Verfahren hergestellt sind.

Nach dem Stand der Technik ist es bekannt, Leiterbahnen auf einem geeigneten Substrat, wie einer Leiterplatine, bereit zu stellen und dieses Substrat an anderen Bauteilen, wie Gehäusen oder

Möbelbauteilen anzubringen.

Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren bereit zu stellen, welches das Vorsehen von

Leiterbahnen direkt auf Holzoberflächen ermöglicht.

Für das Lösen der Aufgabe wird ein Verfahren gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen, sowie derart hergestellte Elemente und die

Verwendung dieser.

Das erfindungsgemäße Element umfasst ein Trägerelement aus Holz,

auf welches zumindest eine Leiterbahn aufgebracht ist.

Das Trägerelement liegt bevorzugt als Naturholz mit einer unbehandelten Oberfläche vor. Dies bedeutet, dass die Oberfläche nicht mit einer Beschichtung wie Lack oder Kunststofffurnier versehen ist. Bevorzugt ist die Oberfläche nicht geölt, da dies den Halt einer späteren Verleimung verschlechtern würde. Das

Holz kann gg£f. gebeizt oder gedämpft vorliegen.

Bevorzugt ist das Trägerelement Vollholz, wie ein Holzbrett, eine Holzlatte oder ein Furnierholz oder Leimholz, wie ein Leimbinder, eine Leimholzplatte, eine Tischlerplatte oder eine Sperrholzplatte. Bevorzugt werden Vollholzwerkstoffe und Furnierwerkstoffe. Es können auch Holzspanwerkstoffe, wie Pressspanplatten, oder Holzfaserwerkstoffe, wie Faserplatten, insbesondere mitteldichte, hochdichte, mittelharte oder harte Faserplatten verwendet werden. Ein Nachteil dieser Span- oder Faserwerkstoffe ist, dass sich die Oberfläche weniger gut zur Bearbeitung mit Schleifmitteln eignet, sodass ein stärkerer

Auftrag von leitfähigem Material erforderlich sein kann.

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Das Holz kann Weichholz, Hartholz, Nadelholz, oder Laubholz

sein.

Als gut verfügbare Hartholzsorten eigenen sich insbesondere Buchen-, Eschen- oder Eichenholz. Als gut verfügbare Weichholzsorten eigenen sich insbesondere Fichten- und

Tannenholz.

Die Leiterbahn ist aus leitfähigem Material gebildet, welches

auf das Trägerelement aufgebracht wird.

Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Elements wird vorgeschlagen, dass auf zumindest eine Holzoberfläche des

Trägerelements das Material der Leiterbahn aufgebracht wird.

Das Aufbringen des Materials der Leiterbahnen auf das Trägerelement erfolgt bevorzugt durch Bedampfen mit leitfähigem Material, insbesondere durch Vakuumbedampfen. Das Bedampfen kann durch eine Maske hindurch erfolgen, um bereits vordefinierte

Flächen oder Bahnen der Leiterbahnen aufzubringen.

Bevorzugt wird jedoch in einem ersten Verfahrensschritt Material für die Leiterbahnen £flächig aufgebracht und in einem zweiten Schritt dieses Material gezielt entfernt, um aus dem £flächigen Auftrag Leiterbahnen herauszubilden. Das flächige Aufbringen kann dabei über die gesamte Fläche des Trägerelements erfolgen,

oder über eine oder mehrere Teilflächen dessen.

Bevorzugt wird im ersten Schritt leitfähiges Material flächig

auf das Trägerelement aufgebracht, insbesondere aufgedamp£ft.

Bevorzugt liegt das Trägerelement nach dem ersten Schritt

flächig mit leitfähigem Material versehen vor.

Im zweiten Schritt wird das leitfähige Material entsprechend der herzustellenden Leiterbahn bzw. Leiterbahnen vom Trägerelement

entfernt. Das erfolgt ohne das Trägerelement zu zerstören.

In einer bevorzugten erfindungsgemäßen Variante wird vorgeschlagen, das leitfähige Material durch Laserablation

abzutragen. Laserablation ist vorteilhaft, da sehr feine

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Strukturen hergestellt werden können, was mit anderen Verfahren

nicht möglich scheint.

Das Entfernen des Materials kann weniger bevorzugt auch durch

Lithografiemethoden erfolgen.

Das Aufbringen der Leiterbahnen mit Masken (Beispielsweise Bedampfen durch eine Maske hindurch) oder das Entfernen von leitfähigem Material mittels Masken (Ätzen durch eine Maske hindurch) ist zwar grundsätzlich möglich, jedoch werden dabei nicht so feine Strukturen wie beim bevorzugten Verfahren mit Laserablation erreicht. Nachteilig ist zudem, dass für jede zu

erzeugende leitfähige Struktur eine eigene Maske benötigt wird.

Bevorzugt wird das leitfähige Material im gasförmigen Zustand

oder als Plasma auf das Trägerelement aufgebracht.

In einer weniger bevorzugten Variante wird eine flächige Beschichtung des Trägerelements mit einem leitfähigen Material in flüssigem Zustand vorgenommen und nachfolgend werden durch

Entfernung des Materials die Leiterbahnen geformt.

In einer Ausführungsvariante wird das leitfähige Material aufgesprüht. Das aufgesprühte leitfähige Material erhärtet am Trägerelement. Das Aushärten kann durch Trocknung erfolgen, was durch Trocknungsvorrichtungen wie Gebläse und/oder Heizvorrichtungen unterstützt bzw. beschleunigt werden kann. Bevorzugt erfolgt der Auftrag flächig und die Bildung der Leiterbahnen erfolgt bevorzugt durch Entfernen des leitfähigen

Materials des flächigen Auftrags.

Die zumindest eine Leiterbahn auf dem Trägerelement bzw. auf der Holzoberfläche wird bevorzugt als Sensor oder Teil eines Sensors

verwendet.

Erfindungsgemäße Elemente in Form von Sensoren können verwendet werden zur Messung von Temperatur, Dichteänderungen,

mechanischen Verformungen (Druck, Dehnung, Stauchung, Biegung), chemischen Zustandsänderungen (z.B. Aushärten von Klebstoffen),

Nässe, Eindringen von Flüssigkeiten, pH-Wert, biologische

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Wachstumsvorgänge, Konzentration von Biomolekülen, Zerstörung, Rissbildung. Eine bevorzugte Anwendung sind Berührungssensoren

und Näherungssensoren,.

Eine Kontaktierung der Leiterbahnen am Trägerelement kann bevorzugt durch Anlöten von elektrischen Leitungen direkt an der Leiterbahn erfolgen. Weniger bevorzugt kann eine Klemme beidseits des Trägerelements an einer Leiterbahn platziert werden. Es kann ein leitfähiges Material an der Leiterbahn aufgeklebt werden. Es kann auch eine Spule, Antenne oder RFID Schaltkreis auf oder im Trägerelement vorgesehen sein, beispielsweise in einer Bohrung oder einer anderen Vertiefung im Holzwerkstoff. Wenn der Sensor im Einsatzfall zwischen zwei Holzlagen oder dem Holz und einem anderen Werkstoff integriert ist, kann die Kommunikation nach außen, aus dem Holzverbund heraus, durch drahtlose Übertragung, insbesondere Nahfeldkommunikation erfolgen. In einer Ausführungsvariante können Anschlussstellen der Leiterbahnen aus dem Holzverbund herausragen, sodass die Leiterbahnen direkt kontaktierbar sind. In einer Ausführungsvariante ist der Sensor mit daran angebrachten elektrischen Leitern, insbesondere Kabeln im Holzverbund integriert, wobei die Leiter aus dem Holzverbund herausragen. Der Sensor kann eine Energiequelle aufweisen, oder

bevorzugt als passives elektrisches Element ausgebildet sein.

Das Trägerelement und/oder die Leiterbahnen können mit reaktiven Oberflächen versehen sein, um beispielsweise pH-Wert oder Licht

messen zu können.

Durch zwei getrennte Elektroden in einer verschachtelten bzw. ineinandergreifenden Kammstruktur ihrer Leiterbahnen lassen sich Veränderungen in den elektrischen Eigenschaften des Holzes bzw. des an das Holz anschließende Umgebungsmediums mit hoher

Empfindlichkeit erfassen.

Als Umgebungsmedium ist jenes Medium zu verstehen, welches von der dem Trägerelement abgewandten Seite her, an der Leiterbahn 1

anliegt. Das Umgebungsmedium kann bevorzugt als Klebstoff oder

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Leim vorliegen, oder als aushärtende Masse. Das Umgebungsmedium kann auch ein weiteres Bauteil sein, welches mit dem Trägerelement einen Verbund bildet. Das weitere Bauteil kann dabei aus einem beliebigen Material bestehen, beispielsweise aus Metall, Kunststoff, Glas, einem mineralischen Material, einem Faser- oder Papiermaterial oder aus Holz. Der Verbund aus dem Trägerelement aus Holz und dem zumindest einen weiteren Bauteil kann als Holzverbund oder als Holzverbundwerkstoff bezeichnet

werden.

Mit einfachen Leitern bzw. einzelnen Leiterbahnen mit Kontaktstellen an beiden Enden können Temperaturänderung

und/oder Dehnung gemessen werden.

Mit zwei sich kreuzenden Leiterbahnen aus unterschiedlichen Metallen - Z.B. Nickel-Chrom / Nickel (Typ K) - können Thermoelemente aufgebaut werden. Dabei wird ausgenutzt, dass zwei Leiterbahnen aus unterschiedlichen Metallen an der

Berührungsfläche einen thermoelektrischen Effekt aufweisen.

Bevorzugte Verwendungen des Sensors sind das Messen bei Aushärtungsprozessen (insbesondere von Leim oder anderen Klebstoffen) und die kontinuierliche Überwachung von Bauteilen

(mechanische/chemische Strukturänderungen, Feuchtigkeit).

In einer Ausführungsvariante ist der Sensor ein Berührungsund/oder Näherungssensor. Dieser kann als Ein/Aus-Schalter oder als Regler verwendet werden. Desto näher ein Gegenstand an den Sensor herangeführt wird, desto größer ist die Signaländerung

des Sensors.

In einer Ausführungsvariante kann der erfindungsgemäße Aufbau auch zum Heizen des Holzes oder der Umgebung durch Stromfluss in den Leiterbahnen verwendet werden. Beispielsweise können dadurch Klebstoff oder härtbare Harze, wie Epoxidharze, an bestimmten Stellen beschleunigt aushärten bzw. nachhärten gelassen werden. Auch eine Trocknung des Holzes kann durch Erwärmung erreicht werden. Beispielsweise kann dies zur aktiven Feuchteregulierung

in Holzbauwerken genutzt werden.

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Bevorzugt wird die Leiterbahn an einer Verbindungs- und/oder Klebestelle des Holzes, insbesondere an einer Leimfuge einer Holzverleimung eingesetzt. Bevorzugt wird die Leiterbahn in Kontakt mit £flüssigem Klebstoff, insbesondere Leim gebracht, bevor bzw. wenn ein weiteres Bauteil gegen das Trägerelement gepresst wird. Die Aushärtung des Klebstoffes, insbesondere des Leims, und dessen Temperatur kann während der Aushärtung überwacht werden. Die Leiterbahn verbleibt nach der Aushärtung in der Klebe- oder Leimfuge und kann etwaige Änderungen in Feuchtigkeit, strukturelle Integrität oder Temperatur

detektieren oder messen (Structural health monitoring).

Das gegenständliche Element kann auch unter einer Furnierlage oder als Echtholzfurnier eines Gegenstandes, wie eines Möbels eingesetzt werden. Bevorzugt kann das Element dabei als Temperatur-, Druck- oder Näherungssensor ausgeführt sein, um Berührungen der Oberfläche des Furniers zu detektieren. Durch den besonders flachen Auftrag der Leiterbahn direkt auf die Holzoberfläche kommt es zu keiner Wölbung des Furniers und zu

keiner merklichen Beeinträchtigung des Halts des Furniers.

Das gegenständliche Element kann zum selben oder anderen Zwecken auch unter einer Beschichtung-, oder einer Putz-, Farb- oder Lackschicht eingesetzt werden, wobei der Halt der Beschichtung, des Putzes, der Farbe oder des Lackes kaum beeinträchtigt wird. Beispielsweise kann die Leiterbahn an der Unterseite, oder der Oberfläche einer Holzvertäfelung, eines Holzbodens oder einer Holzdecke vorliegen. Die Leiterbahn kann auch auf Konstruktionsholz insbesondere für Dächer und Wände vorliegen, beispielsweise zur Feuchtedetektion, oder um Spannungen oder

Verformungen wie Durchbiegung zu messen.

Das Trägerelement kann in einer beliebigen Form und Dimension

vorliegen.

Das Trägerelement kann als Furnier mit Stärken ab 0,5 mm

vorliegen.

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Beim Material der Leiterbahnen handelt es sich bevorzugt um ein leitfähiges Metall, insbesondere Aluminium, Kupfer, Silber, oder Gold, wobei Kupfer besonders bevorzugt wird. Zudem können Carbon

Black und leitfähige Polymere verwendet werden.

Bevorzugt liegt das Material der Leiterbahnen in einer Schichtstärke im nm-Bereich oder um-Bereich vor. Bevorzugt Liegt das Material der Leiterbahnen in einer Schichtstärke von unter 1000 um, insbesondere unter 100 um, besonders bevorzugt unter 10

um insbesondere unter 1 um vor.

Bevorzugt wird ein getrocknetes und geschliffenes Trägerelement als Ausgangsmaterial verwendet, auf welches nachfolgend das

leitfähige Material der Leiterbahnen aufgebracht wird.

Das Schleifen erfolgt bevorzugt vor dem Trocknen, kann aber in

geeigneter, trockener Umgebung auch danach erfolgen.

Bevorzugt wird das Holz in Faserrichtung geschliffen. Bevorzugt erfolgt das Schleifen, zumindest im letzten Schleifgang, mit einer Körnung von zumindest 120, besonders bevorzugt zumindest

180, insbesondere 220, 320 oder 400.

Die Trocknung des Holzstückes erfolgt bevorzugt bei über 100°C, insbesondere bei 103°C und über bevorzugt zumindest 24 h im Ofen. Das nennt sich Darrtrocken. Danach gibt es keine Feuchtigkeit mehr im Holz. Das Trocknen ist insbesondere notwendig, um in einer Aufdampfanlage für das leitfähige Material ein gutes Vakuum zu

erreichen.

Auf das trockene Holz wird bevorzugt eine Chrom-Kupferschicht in

der Aufdampfanlage aufgedampft. Z.b. 3 nm Chrom und 300 nm Kupfer. Der Auftrag erfolgt bevorzugt flächig.

Aus dem flächigen Auftrag wird bevorzugt durch Laserablation zumindest eine Leiterbahn herausgeformt. Weniger bevorzugt können die Leiterbahnen auch gefräst werden, wobei dadurch jedoch weniger feine Strukturen herstellbar sind und das Fräsen mit mehr

Materialabtrag des Holzes einhergehen würde.

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Bevorzugt werden an der zumindest einen Leiterbahn oder an zwei unterschiedlichen Leiterbahnen zumindest zwei Kontaktstellen des leitfähigen Materials vorgesehen, welche gegenüber der Leiterbahn mit größerer Breite vorliegen. Bevorzugt werden an

die Kontaktstellen Kabel oder Drähte angelötet.

In einer anderen Ausführungsvariante können Leiter, oder Ösen durch Schrauben oder Nägel mit den Kontaktstellen verbunden werden. In einer Ausführungsvariante werden leitfähige Schrauben, Stifte oder Nägel verwendet, um Kontaktstellen, welche unter einer Holzschicht vorliegen, durch die Holzschicht

hindurch zu kontaktieren.

Die Erfindung umfasst die Verwendung des erfindungsgemäßen Elements in einer Holzkonstruktion oder einem Holzmöbel, einem

Holzspielzeug oder einem anderen Holzgegenstand.

In einer Ausführungsvariante wird das Element an einer Klebeoder Leimfuge von Bauteilen eingesetzt, wobei die Leiterbahn in

Kontakt mit einem Klebstoff oder Leim ist.

In einer Ausführungsvariante ist die Leiterbahn mit einem auf die Holzoberfläche aufgetragenen Umgebungsmedium in Kontakt, wobei das Umgebungsmedium bevorzugt auf der Oberfläche aushärtet. Das Umgebungsmedium kann ausgewählt sein aus: Flüssig aufgetragene Beschichtung; Farbe; Lack; Beton; Estrich; Putz;

Mörtel; Kunststoffbeschichtung; Klebstoff; Leim.

In Ausführungsvarianten wird das Element zu einer oder mehreren der folgenden Anwendungen verwendet: Liefern von Messwerten zum Aushärteprozess des Umgebungsmediums; Beeinflussen des Aushärteprozesses des Umgebungsmediums; zur Detektion oder Messung von Änderungen im Umgebungsmedium nach Aushärtung des Umgebungsmediums; Detektion oder Messung von Änderungen an oder im Nahbereich einer Oberfläche des Umgebungsmediums nach Aushärtung des Umgebungsmediums; Leitung eines Stromflusses an eine Oberfläche des Umgebungsmediums oder an ein im

Umgebungsmedium eingeschlossenes elektronisches Bauteil; Leitung

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eines Stromflusses unterhalb der Oberfläche des ausgehärteten

Umgebungsmediums.

Die gegenständliche Erfindung umfasst die durch die angegebenen Verwendungen resultierenden Bauteile, Bauelemente und

Gegenstände. Die Erfindung wird an Hand von Zeichnungen veranschaulicht:

Fig. 1: Veranschaulicht schematisch ein besonders bevorzugtes

Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Elements.

Fig. 2: Veranschaulicht schematisch den Aufbau eines ersten

beispielhaften erfindungsgemäßen Elements.

Fig. 3: Veranschaulicht schematisch den Aufbau eines zweiten

beispielhaften erfindungsgemäßen Elements.

Fig. 4: Veranschaulicht schematisch eine erste beispielhafte

Verwendung eines erfindungsgemäßen Elements.

Fig. 5: Veranschaulicht schematisch eine zweite beispielhafte

Verwendung eines erfindungsgemäßen Elements.

Fig. 6: Veranschaulicht schematisch eine dritte beispielhafte

Verwendung eines erfindungsgemäßen Elements.

Fig. 7: Veranschaulicht schematisch eine vierte beispielhafte

Verwendung eines erfindungsgemäßen Elements.

Die in den Figuren gezeigten Ausführungsformen zeigen lediglich mögliche Ausführungsformen, wobei an dieser Stelle bemerkt sei, dass die Erfindung nicht auf diese speziell dargestellten Ausführungsvarianten derselben eingeschränkt ist, sondern auch Kombinationen der einzelnen Ausführungsvarianten untereinander und eine Kombination einer Ausführungsform mit der oben angeführten allgemeinen Beschreibung möglich sind. Diese weiteren möglichen Kombinationen müssen nicht explizit erwähnt sein, da diese weiteren möglichen Kombinationen aufgrund der

Lehre zum technischen Handeln durch gegenständliche Erfindung im

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Können des auf diesem technischen Gebiet tätigen Fachmannes

liegen.

In Fig. 1 ist ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung zumindest einer Leiterbahn 1 auf einem Trägerelement 2 aus Holz

durch das Aufbringen eines leitfähigen Materials 3 dargestellt.

Das Ausgangsmaterial ist ein Trägerelement 2 aus Holz, bevorzugt

mit einer unbehandelten Holzoberfläche.

Sofern die Holzoberfläche rau, beispielsweise sägerau vorliegt, kann in einem optionalen ersten Vorbehandlungsschritt die Oberfläche geglättet werden, beispielsweise mit einer

Bandschleife 7.

Sofern das Holz Restfeuchte aufweist, wird in einem optionalen zweiten Vorbehandlungsschritt das Holz getrocknet, bevorzugt durch Darrtrocken. Darrgetrocknetes Holz weist 0 % Holzfeuchte auf. Bevorzugt weist das Holz eine Holzfeuchte von unter 5 %,

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insbesondere unter 3 % auf. Da luftgetrocknetes Holz in der Regel eine Holzfeuchte von 8-20 ®% aufweist, wird meist eine Trocknung des Holzes mit einer technischen Trocknungsvorrichtung 14 als Vorbehandlungsschritt erforderlich sein. Als technische Trocknungsvorrichtung ist eine Vorrichtung zu verstehen, welche mit technischen Mitteln eine Trocknung des Holzes bewirkt, insbesondere unter ein Niveau das durch Lufttrocknung erreichbar

ist. Als technische Mittel eigenen sich Heizvorrichtungen,

Gebläse und Trockner.

Im ersten nicht optionalen Schritt wird das Trägerelement 2 in einer Vorrichtung 4 zum Aufbringen des leitfähigen Materials 3 flächig mit leitfähigem Material 3 versehen. Wie dargestellt kann dabei ein Brettchen oder ein Blatt des Trägerelements 2 in die Vorrichtung 4 eingelegt werden und von einer Seite her mit dem leitfähigen Material 3 versehen werden. Sofern ein mehrseitiger Auftrag erforderlich ist, kann das Trägerelement 2 gewendet werden und von einer anderen Seite her mit dem leitfähigen Material 3 versehen werden. Bevorzugt erfolgt das

Aufbringen indem das Trägerelement 2 einem Dampf 5 oder Plasma

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ausgesetzt wird, sodass sich eine leitfähige Schicht auf der

Holzoberfläche des Trägerelements 2 ablagert.

Im zweiten nicht optionalen Schritt wird das leitfähige Material 3 zur Ausbildung einer oder mehrerer Leiterbahnen 1 vom Trägerelement 2 entfernt. Bevorzugt erfolgt dies indem ein Laserstrahl 6 über das Trägerelement 2 geführt wird und das

leitfähige Material 3 sublimiert wird.

Das nach diesem Verfahren gefertigte Element weist ein Trägerelement 2 mit Holzoberfläche auf, an welchem zumindest eine Leiterbahn 1 vorliegt. Die Leiterbahn 1 selbst liegt dabei direkt auf der Holzoberfläche vor, ohne ein weiteres Substrat wie eine Leiterplatine aus Kunststoff oder ein Papiersubstrat zu

benötigen.

Fig. 2 veranschaulicht ein erfindungsgemäßes Element, welches unter anderem als Temperatursensor einsetzbar ist. Auf dem Trägerelement 2 ist eine einzelne Leiterbahn 1 mäanderförmig angeordnet. Dadurch lässt sich die Länge der Leiterbahn 1 bei geringem flächigen Platzbedarf erhöhen. Durch Messung des Widerstandes bzw. der Widerstandsänderung der Leiterbahn 1 kann auf Änderungen im Trägerelement 2 oder im daran anschließenden Umgebungsmedium des Sensors geschlossen werden. Dazu kann eine Spannung zwischen den beiden Enden der Leiterbahn 1 an den Kontaktstellen 10 angelegt werden und der resultierende

Stromfluss gemessen werden.

Fig. 3 veranschaulicht ein erfindungsgemäßes Element, bei welchem zwei voneinander getrennte Leiterbahnen 1 in Form einer ersten Elektrode 8 und einer zweiten Elektrode 9 am Trägerelement 2 angebracht sind. Die beiden Elektroden 8, 9 sind beispielsweise Jeweils kammförmig ausgeführt und ineinander verschachtelt. Wenn auf das erfindungsgemäße Element der Fig. 3 ein Umgebungsmedium aufgebracht wird, beispielsweise Klebstoff oder eine Beschichtung, gelangt diese in den Zwischenräumen zwischen den Leiterbahnen 1 bis auf die Holzoberfläche des

Trägerelements 2. Durch Anlegen einer Spannung zwischen den

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Elektroden 8 und 9 und Messung des resultierenden Stromflusses, kann eine Änderung des Umgebungsmediums zwischen den Elektroden 8, 9 gemessen werden. Dieser Aufbau eignet sich insbesondere zur

Messung von Aushärtungsprozessen im Umgebungsmedium.

Fig. 4 veranschaulicht eine erste bevorzugte Anwendung eines erfindungsgemäßen Elements. Die Leiterbahn 1 ist in einer Klebeoder Verleimungsfläche im Klebstoff 11, insbesondere Leim, zwischen dem Trägerelement 2 und einem zweiten Bauteil 12 platziert. Der Klebstoff 11 bedeckt die Leiterbahn 1 und durchdringt die Zwischenräume der Leiterbahn 1 bis an die Holzoberfläche des Trägerelements 2. Beim zweiten Bauteil 12 handelt es sich bevorzugt ebenfalls um Holz bzw. ein Bauteil mit Holzoberfläche. Das Trägerelement 2 und/oder das Bauteil 12 kann beispielsweise ein Holzbrett sein. Das Trägerelement 2 und/oder

das Bauteil 12 kann beispielsweise ein Furnierblatt sein.

Fig. 5 veranschaulicht eine zweite bevorzugte Anwendung eines erfindungsgemäßen Elements. Auf die Holzoberfläche des Trägerelements 2 und die Leiterbahn 1 wird eine aushärtende Masse 13 aufgebracht, welche beim Aushärten an der Holzoberfläche anhaftet. Die aushärtende Masse 13 kann beispielsweise durch Sprühen, Bestreichen oder Gießen aufgetragen werden. Die aushärtende Masse 13 kann eine Beschichtung, insbesondere ein Holzlack oder eine Farbe, sein. Das erfindungsgemäße Element kann aber auch Teil einer Gussform oder einer Schalung sein, wobei die ausgehärtete Masse 13 nach

dem Erhärten vom erfindungsgemäßen Element gelöst werden kann.

Die Leiterbahnen 1 weisen in den Beispielen der Fig. 4 und 5 Kontaktstellen 10 auf, welche von den Träger- und Bauteilen 2, 12 oder der Masse 13 nach außen ragen, um von außen

kontaktierbar bzw. auslesbar sein zu können.

In einer anderen Ausführungsvariante ist zumindest ein Teil einer Leiterbahn 1 als flächige Spule bzw. RFID-Antenne ausgeführt, um Energie kontaktlos durch ein Träger- oder Bauteil

2, 12 oder die Masse 13 hindurch übertragen zu können.

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Alternativ kann zusätzlich eine herkömmliche Spule oder eine herkömmliche RFID-Antenne in der Masse 13 oder in oder zwischen den Träger- oder Bauteilen 2, 12 oder in einem Träger- oder Bauteil 2, 12 vorgesehen sein, welche Spule oder RFID-Antenne

elektrisch leitend mit der Leiterbahn 1 verbunden ist.

Fig. 6 veranschaulicht eine Ausführungsvariante, bei welcher mehrere Berührungs- oder Näherungssensoren auf einem Trägerelement 2 aufgebracht sind. Diese Berührungs- oder Näherungssensoren können den zu Fig. 3 beschriebenen Aufbau aufweisen. Zum Schutz der Leiterbahnen 1 sind diese und die Holzoberfläche mit einer Masse 13 in Form einer Lackschicht überzogen. Der Lack, oder eine andere Beschichtung, kann transparent oder durchscheinend ausgeführt sein, damit die Leiterbahnen 1 durch diesen hindurch erkennbar sind und somit die Berührungspositionen durch diesen hindurch erkennbar sind. Alternativ kann ein blickdichter Lack oder eine andere blickdichte Beschichtung aufgebracht werden. Alternativ oder zusätzlich zur Masse 13 kann auch eine Furnierlage oder eine andere dünne Schicht als Bauteil 12 (In Fig. 6 nicht dargestellt) über den Leiterbahnen 1 platziert werden, welche ausreichend dünn ist, um eine Annäherung eines Gegenstandes, wie insbesondere eines Fingers, mit den Näherungssensoren zu erkennen. Das Bauteil 12 kann transparent, durchscheinend, opak oder blickdicht ausgeführt sein. Im Fall einer blickdichten Beschichtung oder eines blickdichten Bauteils 12 kann vorteilhaft eine optisch erkennbare und/oder fühlbare Markierung an der den Leiterbahnen 1 abgewandten Oberfläche der

Beschichtung oder des Bauteils 12 vorgesehen werden.

Fig. 7 veranschaulicht eine Ausführungsvariante, bei welcher mehrere Berührungs- oder Näherungssensoren auf einem Trägerelement 2 aufgebracht sind. Diese Berührungs- oder Näherungssensoren können den zu Fig. 3 beschriebenen Aufbau aufweisen. Zum Schutz der Leiterbahnen 1 sind diese bevorzugt an jener Seite des Trägerelements 2 angebracht, welche auf ein

zusätzliches Bauteil 12 oder eine sonstige Oberfläche wie eine

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Gebäude- oder Möbeloberfläche aufgebracht wird. Das Trägerelement 2 kann dabei bevorzugt wie dargestellt eine dünne Furnierlage sein, welche vorteilhaft an gebogene Oberflächen angepasst bzw. an diesen befestigt werden kann. In einer anderen Ausführungsvariante kann das Trägerelement 2 starr sein, insbesondere plattenförmig. Die Leiterbahnen 1 und die Holzoberfläche, an der sie vorliegen, können so wie zu Fig. 6 beschrieben mit einer Masse 13 in Form einer Beschichtung oder Lackschicht überzogen sein. Die Leiterbahnen 1 können auch zwischen zwei Lagen eines Furniers vorliegen. Das Trägerelement 2, beispielsweise wie dargestellt in Form einer Furnierlage, ist ausreichend dünn, um eine Annäherung eines Gegenstandes, wie insbesondere eines Fingers, mit den Näherungssensoren durch das Trägerelement 2 hindurch zu erkennen. Vorteilhaft kann eine optisch erkennbare und/oder fühlbare Markierung an der den Leiterbahnen 1 abgewandten Oberfläche des Trägerelements 2 vorgesehen werden. Auch die den Leiterbahnen 1 abgewandte Oberfläche des Trägerelements 2 kann mit einer Lackschicht, einer anderen Beschichtung, oder einem zusätzlichen Bauteil 12

versehen werden.

In anderen Ausführungsvarianten der Fig. 6 und 7 können anstelle der Näherungssensoren Leiterbahnen 1 mit anderem Verlauf und/oder zu anderem Zweck vorgesehen werden, wobei zumindest

eine Leiterbahn 1 am Trägerelement 2 vorliegt.

Die Leiterbahnen 1 oder das leitfähige Material 3 können nicht nur auf ebenen Flächen aufgebracht werden. Zumindest eine Leiterbahn 1 oder das leitfähige Material 3 kann auf eine beliebig geformte oder gekrümmte Oberfläche aufgebracht werden, bevorzugt durch flächiges Aufsprühen oder Aufdampfen, um in einem zweiten Schritt leitfähiges Material 3 von der Oberfläche zu entfernen, bevorzugt durch Laser um zumindest eine Leiterbahn 1 zu bilden. Das Aufbringen durch Sprühen oder Bedampfen in Kombination mit Entfernen des Materials durch Laser ist vorteilhaft, da dies weitgehend unabhängig von der

Oberflächenform und auch an schwer zugänglichen Bereichen

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möglich ist, im Vergleich zum direkten Aufdrucken von

Leiterbahnen mittels Inkjet oder anderen Verfahren.

Als Trägerelement 2 können beispielsweise auch Holzkugeln, Drechslerware, Holzstäbe, Holzhülsen (beispielsweise für Schreibwaren), Profilleisten, Spiegel- und Bilderrahmen, Gebrauchsgegenstände aus Holz wie Schalen, Schüsseln, Schneidbrette, (Jausen-)Brette (beispielsweise mit Warmhaltefunktion), Besteckgriffe, Eisstäbchen, Kochlöffel, Holzspielzeuge, Musikinstrumente (Beispielsweise ein Tasteninstrument mit erfindungsgemäßen Sensoren in den Tasten oder in Form von Berührungs- oder Näherungssensoren als Tasten), Uhren, Schlüsselanhänger (und andere Gegenstände, insbesondere mit RFID-Tags, beispielsweise als Zutrittsmittel für Hotels und andere Gebäude), Holzschmuck, wie Armreifen, Ringe und Kettenanhänger, Verpackungs- und Aufbewahrungsmittel, wie Obstund Gemüsesteigen, Brotkästen (beispielsweise mit

Feuchtekontrolle oder Regulierung) oder Kisten verwendet werden.

Das erfindungsgemäße Element kann in anderen Ausführungsvarianten nicht nur als Sensor, sondern auch als aktives elektrisches oder elektronisches Element Verwendung

finden.

Das erfindungsgemäße Element kann beispielsweise dazu dienen, um einem Klebstoff 11 oder einer Masse 13 Wärmeenergie zuzuführen. Dazu weist das erfindungsgemäße Element zumindest eine Leiterbahn 1 auf. Bei Anlegen einer Spannung erwärmt sich die Leiterbahn 1 durch den Stromfluss. Die Aushärtung des Klebstoffes 11 oder der Masse 13 erfolgt bei höherer Temperatur

schneller.

Falls Klebstoffe 11 oder Massen 13 existieren oder entdeckt werden, bei welchen das Aushärten durch einen Stromschlag bzw. das Anlegen von Spannung initiiert wird, könnte das erfindungsgemäße Element auch dazu dienen, um einen Klebstoff 11

oder eine Masse 13 von innen heraus zum Aushärten zu bringen.

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Das erfindungsgemäße Element kann aber auch dazu verwendet werden, um Leiterbahnen für andere elektrische Bauteile zur Verfügung zu stellen. In einer Ausführungsvariante können am erfindungsgemäßen Element lichtemittierende Stoffe oder Bauteile, wie Leuchtdioden, oder lichtsensitive Stoffe oder Bauteile, wie Photosensoren, auf- oder angebracht werden, beispielsweise um eine Beleuchtung hinter einer Oberflächenoder Furnierschicht zu schaffen, oder Licht durch eine

Oberflächen- oder Furnierschicht hindurch zu detektieren.

In einer Ausführungsvariante liegen am erfindungsgemäßen Element die Leiterbahnen 1 als Leiterbahnen einer elektronischen Schaltung vor, wobei die elektrischen Bauteile direkt auf dem Trägerelement 2 vorliegen können, sodass diese gemeinsam eingesetzt, insbesondere in ein Umgebungsmedium oder eine Klebefuge eingeschlossen, werden können. In einer Ausführungsvariante liegt das erfindungsgemäße Element mit den darauf befindlichen Leiterbahnen 1 hinter der Oberfläche einer Masse 13 oder eines Träger- oder Bauteils 2, 12 vor, beispielsweise eines Furniers oder eine Deckschicht, wobei in der Oberfläche Löcher geformt, insbesondere gebohrt, werden, sodass die Leiterbahnen 1 von außen kontaktierbar sind. Dadurch können elektrische Bauteile auf der Oberfläche angebracht werden und durch die Leiterbahnen 1 hinter der Oberfläche verschalten

werden.

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Claims

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung zumindest einer Leiterbahn (1) auf einem Trägerelement (2) mit Holzoberfläche, dadurch

gekennzeichnet, dass

das leitfählige Material (3) der Leiterbahn (1) direkt auf die Holzoberfläche des Trägerelements (2) in Form einer flüssigen oder gasförmigen Beschichtung oder als Plasma aufgebracht

wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass

in einem ersten Schritt ein leitfähiges Material (3) £flächig auf die Holzoberfläche des Trägerelements (2) aufgebracht,

insbesondere aufgesprüht oder aufgedampft, wird,

in einem zweiten Schritt das flächig aufgebrachte leitfähige Material (3) entfernt wird, insbesondere mittels Laser, um zumindest eine Leiterbahn (1) aus dem leitfähigen Material

(3) heraus zu formen.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das leitfähige Material durch

Vakuumbedampfen aufgebracht wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (2) vor dem Aufbringen des leitfähigen Materials (3) in einer technischen Trocknungsvorrichtung (14) getrocknet wird, insbesondere

darrgetrocknet wird.

5. Element in Form eines Sensors, eines aktiven elektronischen Bauteils, eines Schalters, einer Schaltung, oder eines elektrischen Leitungspfades, welches Element ein Trägerelement (2) mit Holzoberfläche und zumindest eine Leiterbahn (1) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahn (1) direkt auf die Holzoberfläche des Trägerelements (2) in Form einer Beschichtung aufgetragen

ist.

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6. Element nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leiterbahn (1) mäanderförmig vorliegt oder zumindest zwei Leiterbahnen (1) mit ineinandergreifenden Kammstrukturen

vorliegen.

7. Element nach einem der Ansprüche 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Leiterbahn (1) ein auf

die Holzoberfläche aufgedampftes Metall ist.

8. Element nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Leiterbahnen (1) auf die Holzoberfläche aufgebracht sind, welche je zwei getrennte Elektroden (8, 9) bilden und wobei die Holzoberfläche und die darauf aufgebrachten Leiterbahnen (1) mit einer Beschichtung oder einem zusätzlichen Bauteil (12) versehen sind und wobei Jeweils mit einem Paar von Elektroden (8, 9) eine Berührung oder Annäherungen eines Objekts an eine den Elektroden (8, 9) abgewandten Oberfläche der Beschichtung, des zusätzlichen Bauteils (12) und/oder des Trägerelements (2) detektierbar

ist.

9. Verwendung eines Elements nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Holzoberfläche des Trägerelements (2) und die Leiterbahn (1) zumindest teilweise mit einer aushärtenden Masse (13) bedeckt werden und/oder anschließend an die Holzoberfläche des Trägerelements (2) mit der Leiterbahn (1) ein weiteres Bauteil (12) platziert,

geklebt oder geleimt wird.

10. Verwendung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Element zu einer oder mehreren der folgenden Anwendungen verwendet wird: Liefern von Messwerten zum Aushärteprozess eines Klebstoffs oder einer aushärtenden Masse (13); Beeinflussen des Aushärteprozesses eines Klebstoffs oder einer aushärtenden Masse (13); zur Detektion oder Messung von Änderungen im Trägerelement (2), eines an das Trägerelement (2) anschließenden Bauteils (12) oder eines Klebstoffs oder

einer aushärtenden Masse (13) nach Aushärtung am

seıte 18

Trägerelement (2); Detektion oder Messung von Änderungen an oder im Nahbereich einer Oberfläche des Trägerelements (2) oder eines an das Trägerelement (2) anschließenden Bauteils (12) oder einer auf dem Trägerelement (2) ausgehärteten Masse; Leitung eines Stromflusses an eine Oberfläche des Trägerelements (2) eines Umgebungsmediums des Trägerelements (2) oder an ein im Trägerelement (2) oder im Umgebungsmedium eingeschlossenes elektronisches Bauteil; Leitung eines Stromflusses unterhalb der Oberfläche des Trägerelements (2) oder unter der Oberfläche einer am Trägerelement (2) angebrachten ausgehärteten Masse (13) oder unter der

Oberfläche eines weiteren Bauteils (12).

seıte 19