CN104039530A - 用于在基底表面上产生具有微结构外表面的层的工具 - Google Patents

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Abstract

一种用于在基底表面上产生具有微结构外表面的层的工具(2)，该工具(2)包括：弹性基质带状件(10)，所述弹性基质带状件(10)具有所要产生的微结构的负像；弹性压力辊(4)，所述弹性压力辊(4)能够在表面上运动；以及至少一个导引元件(18、20、26)，所述至少一个导引元件(18、20、26)用于相对于所述压力辊(4)引导所述弹性基质带状件(10)，其中，所述压力辊(4)和所述基质带状件(10)以如下方式设置：当所述压力辊(4)在所述基底表面上运动时，所述基质带状件(10)上的所述负像面向所述基底表面。以此方式，可以实现基质带状件(10)的特别良好的方向稳定性以及精确的引导。

Description

用于在基底表面上产生具有微结构外表面的层的工具
交叉引用
本申请要求于2011年12月7日提交的德国专利申请No.10 2011 120498.2以及于2011年12月7日提交的美国临时专利申请No.61/568,016的优先权，这些申请的公开内容通过参引并入本文中。
技术领域
本发明涉及一种用于在基底表面上产生具有微结构外表面的层的工具。
背景技术
很长时间以来已经已知为表面配备微结构涂层以实现各种优势，例如：减小对污染的敏感性、减小流动阻力或某些其他效果。应当指出的是，为暴露于流体的体部的表面配备所谓的拉条可能会使得流动阻力或气动阻力极大地减小，特别是在无论何种性质的车辆中和暴露于流体的其它体部——例如风力涡轮机的叶片——中，这会产生提高的效率。
为车辆的表面配备微结构可以借助于各种施加方法、粘附方法和压花方法来实施。根据DE10 2006 004 644B4，已知一种用于在基底表面上产生具有微结构外表面的层的工具，其中，待产生的微结构的负像(negative)借助于可动弹性压力辊压印在弹性基质的带状件上，使得待按压的材料可以被定位在基底表面与基质之间，并且例如可以借助于辐射源来固化。前述专利的说明书公开了使用压力辊和至少一个偏转辊。
发明内容
将待固化的涂覆材料借助于可以在基底表面上运动的辊按压到基底表面上可能关联有许多缺点，在对较大表面的处理中尤其如此。借助于这种工具施加的材料易于传输和定剂量，使得在将涂覆材料按压到基底表面上期间，因此呈现涂覆材料从基底表面与基质之间的间隙侧向渗出或者从基质带状件的不与基底表面接触的边缘滴落。此外，特别是在形状方面并非完全平面的较大的基底表面中，预计可能发生基质与压力辊之间的侧向相对运动，并且因此微结构被有缺陷地施加。
因此本发明的目的在于提出一种用于在基底表面上产生具有微结构外表面的层的工具，该工具提供特别高精度的微结构层，并且同时防止弄脏的危险或防止在微结构层的期望的扩展的边缘处排出过量的涂覆材料。
该目的通过具有独立权利要求1的特征的工具来满足。从属权利要求和以下描述中陈述了有利的改进和实施方式。
用于在基底表面上产生具有微结构外表面的层的工具包括弹性基质带状件，所述弹性基质带状件具有所要产生的微结构的负像；弹性压力辊，所述弹性压力辊能够在表面上运动；以及至少一个导引元件，所述至少一个导引元件用于相对于所述压力辊引导所述弹性基质带状件，其中，所述压力辊和所述基质带状件以如下方式设置：当所述压力辊在所述基底表面上运动时，所述基质带状件上的所述负像面向所述基底表面。
根据DE10 2006 004 644B4已知的工具从而修改成如下效果：防止基质带状件在于基底表面上的相对运动期间相对于压力辊进行运动，其中该压力辊在工具的运动期间将基质带状件按压在基底上，使得涂覆材料被施加至基底。导引元件优选地以如下方式设计：为基质带状件提供有限的沿着压力辊的自由运动横截面，基质带状件可以移动穿过该横截面。该运动横截面的尺寸与基质带状件的宽度匹配，使得基质带状件不能侧向地脱离预定的运动。特别是在涂覆并非完全平面的而是例如空间上弯曲的较大的基底表面时，可以确保基质带状件在基底表面上总是精确地遵循压力辊的运动，并且从而所施加的涂覆材料遵循精确的几何规格。
在有利的实施方式中，导引元件设计为导引体，所述基质带状件在所述导引体上滑动，所述导引体设置在框架元件上，所述框架元件沿着所述压力辊的旋转轴线在所述工具的两侧上延伸。所述框架元件与导引体一起形成了刚性地附加至工具——例如工具框架——的架。所述导引体设置成与基质带状件建立直接接触并限制基质带状件侧向移动的能力。
在有利的实施方式中，该工具包括传送辊和偏转辊，该传送辊和该偏转辊与压力辊一起提供了用于基质带状件的闭合运动路径。在该布置中，至少一个导引元件可以在工具的若干区域上方延伸以相应地相对于压力辊并且还相对于传送辊和偏转辊来引导基质带状件。传送辊设置用于从至少部分干燥的拉条应用移除(起离)基质带状件。
在有利的实施方式中，所述传送辊在沿所述基质带状件的运动方向观察时设置所述压力辊的后方(下游)。基质带状件的一个部段在压力辊与传送辊之间延伸，从而接触基底表面。为了相对于压力辊并相对于传送辊引导该部段，该至少一个导引元件优选地设置成与该部段的面向基底表面的侧面间隔开，其中，导引元件几乎在压力辊和传送辊的侧旁延伸，或者其中，导引体延伸到压力辊和传送辊的侧部的区域中。
在有利的实施方式中，所述导引体通过使用保持装置设置在所述框架元件上，其中，所述保持装置设计成用以设定所述框架元件与所述导引体之间的间隔。以此方式实现了对基质带状件的引导装置细微调节。
有利的实施方式包括具有排出通道的通道体，所述通道体至少在某些区域中延伸至所述基质带状件的边缘。借助于排出通道来收集过量的涂覆材料，否则该过量的涂覆材料将从基质带状件的边缘流动或滴落至基底表面。以此方式防止了基底表面的或微结构涂层的任何污染。优选地，涂覆材料保持在排出通道中或者排出至与所述排出通道连接的另外的容器。此外，排出通道可以连接至直接位于通道体上的容器。
本发明的有利的实施方式包括设计成设定施加至基质的涂覆材料的层厚度的计量装置。该计量装置优选地设置在传送辊或用于施加涂覆材料的装置的紧下游处。
在有利的实施方式中，计量装置设计为以距基质带状件可选择的距离设置的刮片或计量刮具。刮片为用于均匀地设定可动带状件上的材料的层厚度的特别有效的装置。在该布置中，刮片可以由各种材料制成，例如金属或塑料，并且可以具有各种形状，例如圆形、矩形或正方形。
在特别有利的实施方式中，在基质带状件的与刮片相反地定位的一侧上设置有按压装置，该按压装置设计成相对于刮片精确地引导基质带状件，使得刮片可以设定特别精确的层厚度。该按压装置可以设计为另一导引体，其宽度优选地与基质带状件的宽度对应。按压装置可以涂覆有包括特别良好的滑动特性的材料，使得基质带状件可以易于在其上滑动。就涉及的材料而言，可以参照导引体的材料。
刮片和按压装置可以为安装成使得即使所述基质带状件在工具被使用时进行移动也总是提供与基质带状件充分的接触的弹簧。
在有利的实施方式中，工具包括将涂覆材料施加在基质带状件上的施加装置。优选地，该施加装置设置在传送辊与偏转辊之间以使涂覆材料具有足够的时间来实现对基质带状件的完全浸润。
在有利的实施方式中，刮片设置在当沿基质带状件的运动方向观察时的施加装置的紧下游，以紧跟在施加之后尽可能快地从基质带状件移除任何过量的涂覆材料，从而防止任何的滴落。
在有利的实施方式中，第二刮片沿所述运动方向设置在偏转辊与压力辊之间，使得可以移除任何剩余的过量涂覆材料。
在有利的实施方式中，工具包括擦拭器，所述擦拭器连接至所述通道体并且以所述擦拭器接触所述基质带状件的边缘的方式定位在所述工具上。所述擦拭器可以将涂覆材料引导至侧向设置在基质带状件上的排出通道。以此方式可以移除甚至更少的过量涂覆材料，这些过量涂覆材料在浸润基质带状件的外侧边缘时不会通过形成液滴而自行排出。
在有利的实施方式中，通道体设置在导引体上使得导引体自身成为擦拭器。因此，该工具具有更加紧凑且更简单的设计。
在有利的实施方式中，偏转辊包括导引凹槽，该导引凹槽的宽度与弹性基质带状件的宽度匹配。借助于该导引凹槽，对基质带状件的引导已经可以通过偏转辊来实现，使得与导引体或其他适当的导引元件一起实现对基质带状件的非常精确的引导。
工具的有利的实施方式包括其上设置有至少一个第一卡扣锁定元件的工具框架，该至少一个第一卡扣锁定元件布置成对应于框架元件上的至少一个第二卡扣锁定元件，使得框架元件能够借助于可松开的卡扣锁定连接附接至工具。在该布置中，导引元件可以借助于卡扣锁定连接从外侧或从内侧附加至工具框架。在需要更换基质带状件时，这使得能够以不复杂的方式快速地移除导引元件，从而提高了工具的操作容易度。
附图说明
本发明的其他特征、优势以及应用选项在示例性实施方式和附图的以下描述中公开。所有描述的和/或示出的特征自身及其任何组合形成了本发明的主题，甚至与其在各个权利要求中的组成或其相互关系无关。此外，在附图中相同或类似的部件具有相同的附图标记。
图1示出了工具的示意性侧视图。
图2示出了工具的后视图的细节。
图3示出了工具的俯视图的细节。
图4示出了工具的修改设计的示意性侧视图。
图5示出了图2的工具的局部截面图。
具体实施方式
图1示出了工具2的示意性侧视图。工具2包括在闭合回路上引导可动弹性基质带状件10的压力辊4、传送辊6以及偏转辊8。基质带状件10围绕所有三种辊4、6和8延伸并且可以通过使各个辊滚动而以带的方式移动。作为示例但却并非必须包括倒T形形状的工具框架34设计成以可旋转的方式保持辊4至辊8，从而保持其他部件，并且通过机械臂或某些其他运动装置来引导工具2。在如下的情况下是有利的：顶部处的工具框架34允许在竖向轴线上对运动装置的可旋转保持，使得在应用过程期间，可以进行运动方向的改变，而工具2在该过程中仅以基质带状件10的运动不改变方向为条件。
工具2沿箭头方向在基底表面(未示出)上移动。因此，基质带状件10顺时针移动，从而在压力辊4的滚动运动中，在压力辊4与基底表面之间基质带状件10到达基底表面。粘附至基质带状件10的负像侧(negative side)、并完全浸润基质带状件10的涂覆材料到达基质带状件10与基底表面之间并且在该过程中传送至基底表面。
基质带状件10的负像侧为基质带状件10的背对辊4、辊6和辊8的一侧。要传送到基底表面上的涂覆材料可以在传送辊6与偏转辊8之间的区域中并且作为可选方案或另外地还可以在偏转辊8与压力辊4之间的区域中施加至基质带状件10。这例如可以借助于传送喷嘴或某些其他适当装置形式的施加装置12来进行。如在图4中更加详细地示出的，所需的层厚度可以借助于优选地位于传送辊6与偏转辊8之间、沿基质带状件的运动方向在施加装置12紧下游的计量刮具设定。
在压力辊4与传送辊6之间的区域中，例如通过利用位于工具2的内部中的辐射源S的辐射可进行涂覆材料的至少部分固化。为此，基质带状件10可以设计成至少部分透明，使得通过辐射源射出的辐射可以到达涂覆材料。
由于涂覆材料通常可以为开放性地施加于基质带状件10的负像侧的液体或至少糊状的涂覆材料，因此存在涂覆材料不能保持在基质带状件10上而是侧向流动或从基质带状件10的边缘滴落的危险，从而引起不受控的在基底表面上的传送。此外，在工具2由于压力辊4的接触力和工具2的横向运动引起的在基底表面上的横向运动期间，基质带状件10很有可能在辊4、辊6和辊8上侧向滑动或偏移。这种偏移引起涂覆材料的不准确的传送，这特别是在微结构的情况下是完全不期望的。
为此，根据本发明的工具2在两侧上优选地包括导引框架和两个导引体18和20，其中，该导引框架例如包括第一框架元件14和第二框架元件16，所述两个导引体18和20设置成不能相对于辊4、辊6和辊8的旋转轴线移动。例如，所述两个框架元件14和16以平行于在压力辊4与传送辊6之间形成的部段的方式延伸。这种导引框架可以独立于工具框架34存在，或者在替代性实施方式中还可以执行工具框架34的用于保持辊4、辊6以及辊8的实际功能。然而，框架元件14和16优选地能够借助于一个或若干个能够松开的卡扣锁定连接或夹子连接而连接至工具框架34，使得更换基质带状件10不需要昂贵的导引体18和20拆卸工作。图5示出了这种卡扣锁定连接的示例。
导引体18和20设计成防止基质带状件10的侧向运动以及因此在辊上的偏移，并且特别是在压力辊4上的偏移。为此，有必要使所述导引体18和20包括具有良好的滑动特性的涂层，聚四氟乙烯(也被称作“特氟隆”)的层特别地适于此。这些导引体18和20的实际材料可以与在工具的背景下通常选择的重量上不受限制的材料对应。框架元件14和16例如可以由钢制成，其中，仅导引体18和20包括相应的涂层。
图2示出了在图1中用“A”指示的传送辊6上方的细节的俯视图。示出了基质带状件10旁的两侧的导引体18，所述导引体18与基质带状件10的宽度匹配。进一步地，图5中在导引体18和20的示例中、在剖面线C-C处示出了导引体18的侧向位置的细微调节。细微调节使得可以补偿基质带状件10或工具2自身生产中的制造公差。优选地，在导引体18或20与基质带状件10的邻接边缘之间要保持10μm至1cm的距离。这可以进行的原因在于通过调节保持装置22，改变了导引体18与框架元件14之间的用“d”指示的距离。
此外示出了为了收纳过量的涂覆材料，在两侧上设置有形成在传送辊6的略微上方的排出通道，该排出通道通过通道体24形成，其中，通道体24可以设计为具有多个边缘以形成通道形状的金属片，或者设计为用于收纳涂覆材料的塑料部件。通道体24的结合通过防止从基质带状件10的边缘的滴落而极大地防止了弄脏基底表面。在示出的图示中，设置在传送辊6与偏转辊8之间的导引体18中的每个导引体均连接至通道体24。然而，通道体24还可以实施为单独的且远离导引体18定位的部件。此外，可以设想偏转辊8与压力辊4之间的侧部包括通道体24。
例如，每个通道体24均包括其中可以收集过量的涂覆材料的侧向及纵向延伸的槽状或杯状容纳件25。通过移除通道体24可以排空相应的容纳件25。
为了支持收纳过量的涂覆材料，导引体18具有斜面，其中，图2和图5中示出的所产生的斜面17主要从基质带状件10延伸至相应的相邻通道体24。在基质带状件10与导引体18之间的连接区域中，可以形成相对于基质带状件高度为5μm至1cm的阶梯部19，其中，所述阶梯部的高度特别优选地位于从10μm至100μm的范围内。
图3中示出的、工具2的具有偏转辊8的上部部分的侧视图示出了偏转辊8可以包括导引凹槽26，该导引凹槽26的宽度对应于基质带状件10的宽度。该导引凹槽26与导引体18和20的组合可以因此使得特别有利地且精确地引导基质带状件10。导引凹槽的深度应当位于从10μm至1cm的范围内，并且特别优选地位于基质带状件10的厚度的10％至200％的范围内。凹槽的宽度应当优选地超出基质带状件的宽度500μm至1mm，从而不会阻碍偏转辊8与基质带状件10之间的运动；然而，其应当设计得尽可能地窄，这是因为否则基质将进行过量的侧向运动。偏转辊8中的导引凹槽26从而代表了可动导引元件。
图4示出了工具28的简化侧视图，其除图1的工具2以外，还包括两个计量刮具32和33以及设置在基质带状件的与计量刮具32相反的一侧上的按压装置30。以此方式可以通过在计量刮具32后方精确地引导基质带状件10来实现涂覆材料的精确计量，这产生了精确设定的层厚度。
图5示出了图2中C-C指示的剖面线上的剖面，连同导引体18和两个保持装置元件21和23的通道体24以及工具框架34和框架元件14的示例性布置。在工具框架34上，设置有第一卡扣锁定元件36，该第一卡扣锁定元件36设计成与框架元件14上的第二卡扣锁定元件38对应，使得这些元件可以进入卡扣锁定或夹子连接。示出的实施方式不应当以任何方式解释成进行限制，相反，可以使用可以在工具框架34与框架元件14之间建立卡扣锁定连接的所有想象得到的卡扣锁定元件。借助于卡扣锁定连接，框架元件14和16进而导引体18和20可以很容易地附加至工具2或工具28以及反过来很容易地从其上移除。
为了通过使用两个保持装置元件21和23对导引体18在框架元件14上的安装装置的用“d”指示的间隔进行细微调节，可以使用设置在两个保持装置元件21和23上的紧固装置22，所述紧固装置22使能够设定所得到的保持装置的可变延伸量成为可能。紧固装置22例如可以为螺纹连接到两个保持装置元件21、23中的至少一个保持装置元件中并且可以改变前述两个保持装置元件之间相对于彼此的间隔的螺栓或螺钉。在两个保持装置元件21和23之间可以设置有卷簧或某些类似的元件，该卷簧或类似元件确保连续地间隔开。以此方式可以进行将导引体18以可变位置的方式安装在框架元件14上。相应地进行所有其他导引体或框架元件的安装。
另外，应当指出的是，“包括”不排除其他元件或步骤，并且“一”或“一个”不排除复数。此外，应当指出的是，已经参照以上示例性实施方式中的一个实施方式进行描述的特征或步骤还可以与其他上述示例性实施方式的特征或步骤组合使用。权利要求中的附图标记不应解释为限制。

Claims (13)

1.一种用于在基底表面上产生具有微结构外表面的层的工具(2、28)，所述工具(2、28)包括：
-弹性基质带状件(10)，所述弹性基质带状件(10)具有所要产生的微结构的负像，
-弹性压力辊(4)，所述弹性压力辊(4)能够在表面上运动，以及
-至少一个导引元件(18、20、26)，所述至少一个导引元件(18、20、26)用于相对于所述压力辊(4)引导所述弹性基质带状件(10)，
其中，所述压力辊(4)和所述基质带状件(10)以如下方式设置：当所述压力辊(4)在所述基底表面上运动时，所述基质带状件(10)上的所述负像面向所述基底表面。
2.根据权利要求1所述的工具(2、28)，
其中，所述导引元件(18、20、26)设计为导引体(18、20)，所述基质带状件(10)在所述导引体(18、20)上滑动，所述导引体(18、20)设置在框架元件(14、16)上，所述框架元件(14、16)沿着所述压力辊(4)的旋转轴线在所述工具(2、28)的两侧上延伸。
3.根据权利要求1或2所述的工具(2、28)，还包括：
-传送辊(6)，以及
-偏转辊(8)，
其中，所述传送辊(6)和所述偏转辊(8)与所述压力辊(4)一起提供所述基质带状件(10)的闭合运动路径。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的工具(2、28)，
其中，所述传送辊(6)设置在沿所述基质带状件(10)的运动方向观察时的所述压力辊(4)的后方。
5.根据权利要求2所述的工具(2、28)，
其中，所述导引体(18、20)通过使用保持装置(21、22、23)设置在所述框架元件(14、16)上，以及
其中，所述保持装置(21、22、23)设计成用以设定所述框架元件(14、16)与所述导引体(18、20)之间的间隔。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的工具(2、28)，还包括具有排出通道的通道体(24)，所述通道体(24)至少在某些区域中延伸至所述基质带状件(10)的边缘。
7.根据权利要求6所述的工具(2、28)，还包括擦拭器，所述擦拭器连接至所述通道体(24)并且以所述擦拭器接触所述基质带状件(10)的边缘的方式定位在所述工具(2、28)上。
8.根据权利要求2和7所述的工具(2、28)，其中，所述通道体(24)设置在所述导引体(18、20)上，并且所述导引体(18、20)为所述擦拭器。
9.根据权利要求3所述的工具(2、28)，其中，所述偏转辊(8)包括导引凹槽(24)，所述导引凹槽(24)的宽度与所述弹性基质带状件(10)的宽度匹配。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的工具(2、28)，还包括工具框架(34)，在所述工具框架(34)上设置有至少一个第一卡扣锁定元件(36)，所述至少一个第一卡扣锁定元件(36)与所述框架元件(14、16)上的至少一个第二卡扣锁定元件(38)对应以使得所述框架元件(14、16)能够借助于可松开的卡扣锁定连接附接至所述工具(2、28)。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的工具(2、28)，还包括计量装置(32)，所述计量装置(32)用于设定所述基质带状件(10)上的涂覆材料的层厚度。
12.根据权利要求11所述的工具(2、28)，其中，所述计量装置(32)为计量刮具。
13.根据权利要求12所述的工具(2、28)，还包括设置在所述基质带状件(10)的与所述计量刮具(32)相反地定位的一侧上的按压装置(30)，所述按压装置(30)设计成相对于所述计量装置(32)精确地引导所述基质带状件(10)。
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