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Die
Erfindung betrifft ein Bauteil mit einer mikrostrukturierten Oberfläche
aus aufgebrachtem Material, welches als einzelne Pixel ausgebildet
ist, und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauteils.
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Aus
der
DE 10 2007
046 910 A1 ist ein deformierbares Substrat mit mikrostrukturierter
Oberfläche aus auf dieses aufgebrachten Material sowie
ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Substrats bekannt. Dabei
ist das auf das deformierbare Substrat aufgebrachte Material als
einzelne Pixel ausgeführt. Die Pixel werden auf das deformierbare
Substrat aufgedruckt. Alternativ dazu wird das deformierbare Substrat
flächig mit einem aushärtbaren flüssigen
Gleitlack, beispielsweise durch Aufsprühen, Aufstreichen
oder Eintauchen, dünn beschichtet. Diese Beschichtung wird
anschließend lokal pixelweise mittels eines Laserstrahls
gehärtet, wobei ein nicht gehärtetes Schichtmaterial
abgesaugt oder abgespült wird.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bauteil mit einer mikrostrukturierten
Oberfläche aus aufgebrachtem Material sowie ein verbessertes Verfahren
zur Herstellung eines solchen Bauteils anzugeben, bei welchen wenigstens
eine negative Eigenschaft einer mikrostrukturierten Oberfläche
eliminiert ist.
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Die
Aufgabe wird hinsichtlich des Bauteils erfindungsgemäß durch
die in Anspruch 1 und hinsichtlich des Verfahrens zur Herstellung
durch die in Anspruch 11 angegebenen Merkmale gelöst.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Das
erfindungsgemäße Bauteil weist eine mikrostrukturierte
Oberfläche auf, wobei das aufgebrachte Material als einzelne
Pixel ausgeführt ist. Das als einzelne Pixel auf das Bauteil
aufgebrachte Material ist ein gehärteter Lack, insbesondere
ein Gleitlack.
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Die
Bezeichnung mikrostrukturierte Oberfläche bedeutet hierbei,
dass die Maximalabmessungen der einzelnen Pixel kleiner als ein
Millimeter und die Minimalabmessung größer als
ein 1 Nanometer sind.
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Bei
dem Bauteil kann es sich beispielsweise um ein gleitendes Bauteil,
wie z. B. eine Profildichtung, insbesondere Elastomerdichtung, einen
Faltenbalg, einen Scheibenwischer, ein Interieurbauteil, welches
z. B. aus Kunststoff gebildet ist, und/oder ein schwingungsverschleißgefährdetes
Bauteil handeln.
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Erfindungsgemäß ist
zumindest ein Bereich eines jeweiligen Pixels erhöht, insbesondere
wulstartig, ausgebildet. Durch die wulstartige Erhöhung
zumindest eines Bereichs des jeweiligen Pixels, wird in vorteilhafter
Weise ein so genannter mit einer Geräuschbildung verbundener
Stick-Slip-Effekt vermieden bzw. wesentlich reduziert.
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Der
Stick-Slip-Effekt bezeichnet ein Ruckgleiten von gegeneinander bewegten
Bauteilen bzw. Festkörpern. Dieser Effekt kann auftreten,
wenn eine Haftreibung größer ist als eine Gleitreibung.
Dabei üben gedämpft gekoppelte Oberflächenteile
eine schnelle Bewegungsfolge aus Haften, Verspannen, Trennen und
Abgleiten aus. Die Bewegungsfolge führt zur Anregung von
Schwingungen, die von einer resonanzfähigen Oberfläche
als Geräusch abgestrahlt werden.
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Vorzugsweise
beträgt die Erhöhung des Randbereichs weniger
als ein Drittel der Höhe des Pixels, wobei die Erhöhung
des Randbereichs je nach Verwendung des Bauteils auch variieren
kann. Dadurch ist eine Fläche des Pixels, aus der die Haftreibung
resultiert, reduziert.
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Die
einzelnen Pixel des auf die Oberfläche des Bauteils oder
einer anderen geeigneten vieleckige Struktur aufgebrachten Materials
weisen vorzugsweise eine kreisförmige oder eine viereckförmige Struktur
auf.
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Darüber
hinaus kann das Bauteil mit mikrostrukturierter Oberfläche
Pixel unterschiedlicher Höhe, unterschiedlicher Durchmesser,
unterschiedlicher physikalischer und/oder unterschiedlicher chemischer
Eigenschaften aufweisen. Unterschiedliche Formen der Pixel können
insbesondere in wenigstens zwei Raumachsen vorliegen. Beispielsweise
ist ein Pixel flacher ausgebildet und/oder ein Durchmesser des Pixels
ist größer oder kleiner als der eines neben diesen
angeordneten Pixels.
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Verschiedene
physikalische Eigenschaften können insbesondere durch Abmessungen
und/oder Abmessungsverhältnisse beispielsweise nebeneinander
angeordneter Pixel erzeugbar sein.
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Beispielsweise
kann auch in Abhängigkeit verwendeter Materialien der einzelnen
Pixel eine Druckfestigkeit dieser verschieden stark ausgebildet sein.
So können die Pixel je nach Anspruch an das Bauteil, z.
B. hart, härter, weich und/oder weicher, ausgebildet sein.
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Anhand
einer Auswahl des Materials aus dem die Pixel gebildet sind, können
auch chemische Eigenschaften der Pixel untereinander variieren.
Beispielsweise kann ein Material der Pixel dahingehend variieren,
dass je nach Anordnung ein Bereich von Pixeln eine Wasser abweisende
Schicht bildet und ein weiterer Bereich von Pixeln eine Dichtwirkung des
Bauteils in diesem Bereich optimiert.
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Weiterhin
ist vorgesehen, dass die Pixel relativ zueinander unterschiedlich
voneinander beabstandet und angeordnet sind. Wie oben beschrieben, können
die Pixel in Bereiche unterteilt sein, die jeweils verschiedene
Eigenschaften aufweisen. Dabei sind die eine unterschiedliche Eigenschaft
aufweisenden Bereiche der Pixel in vorteilhafter Weise entsprechend
der Eigenschaft und ihrer Erforderlichkeit an einer vorgebbaren
Position auf dem Bauteil angeordnet.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Bauteils sind die Pixel in Form eines Musters angeordnet. Mittels
geeigneter Muster lassen sich bevorzugt Eigenschaften gezielt einsetzen
bzw. anordnen. Darüber hinaus können durch Muster
auch markenspezifische Merkmale auf das Bauteil aufgebracht werden.
Besonderes bevorzugt weist das Muster in alle Richtungen eine gleichförmige
anisotrope Struktur auf, wodurch eine Richtungsabhängigkeit
insbesondere der zu realisierenden Eigenschaft zur Reduzierung bzw.
Vermeidung insbesondere des Stick-Slip-Effekts sichergestellt ist.
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Insbesondere
eignet sich zur Herstellung des Bauteils mit mikrostrukturierter
Oberfläche ein druckformbasiertes und/oder druckkopfbasiertes Verfahren.
Zu den druckformbasierten Verfahren zählen u. a. der Siebdruck
und der Tampondruck. Bei den druckkopfbasierten Verfahren handelt
es sich insbesondere um Tintendruckverfahren und Tintenstrahlverfahren.
Unabhängig von dem Druckverfahren wird das Material, insbesondere
der Gleitlack, in flüssiger Form auf das Bauteil aufgebracht
und beispielsweise mittels Laserstrahlung gehärtet. Dabei werden
die Pixel derart auf das Bauteil aufgedruckt, dass zumindest ein
Bereich erhöht, insbesondere wulstartig erhöht,
ist.
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Alternativ
dazu können die Pixel zunächst auf eine Abziehfolie
aufgedruckt werden und dann von dieser auf das Bauteil übertragen
werden, wobei die Pixel ebenfalls derart auf die Abziehfolie aufgedruckt
werden, dass zumindest ein Bereich erhöht ist.
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Anhand
der mikrostrukturierten Oberfläche mit zumindest einem
erhöhten Bereich wird in vorteilhafter Weise eine Lebensdauer
des Bauteils erhöht, da sich ein Abrieb des auf das Bauteil
pixelförmig aufgebrachten Materials verzögert.
Darüber hinaus wird mittels des pixelförmigen
Aufbringens des Materials vermieden, dass größere
beschichtet Flächen delaminieren.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei
zeigen:
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1 schematisch
einen vergrößerten Ausschnitt eines erfindungsgemäßen
Bauteils mit einer als Pixelmuster ausgeführten mikrostrukturierten Oberfläche,
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2 schematisch
eine Anordnung von Pixeln mit viereckförmiger Struktur,
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3 schematisch
eine Schnittdarstellung eines vergrößerten Ausschnitts
eines einzelnen Pixels mit einem den Pixel begrenzenden erhöhten Randbereich,
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4 schematisch
einen Anordnung von nebeneinander angeordneten Pixeln, und
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5 schematisch
eine mögliche Ausführungsform eines Pixelmusters.
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Einander
entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen
versehen.
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In 1 ist
ein vergrößerter Ausschnitt einer mikrostrukturierten
Oberfläche O eines Bauteils dargestellt. Das Bauteil bzw.
dessen mikrostrukturierte Oberfläche O ist in einer Draufsicht
gezeigt.
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Das
Bauteil kann beispielsweise als eine Profildichtung, insbesondere
Elastomerdichtung, als ein Faltenbalg, Scheibenwischer, und/oder
als schwingungsverschleißgefährdetes Bauteil ausgebildet
sein.
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Auf
das Bauteil ist ein Material, insbesondere ein Lack, vorzugsweise
ein Gleitlack, aufgebracht. Das Material wird insbesondere als einzelne
Pixel P1 bis P2, die in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine
kreisförmige Struktur S1 aufweisen, auf das Bauteil aufgebracht.
Dabei ist ein Durchmesser d1 eines Pixels P1 größer
ausgebildet als ein Durchmesser d2 der Pixel P2.
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Erfindungsgemäß ist
zumindest ein Bereich B eines jeweiligen Pixels P1, P2, wie in der 3 detaillierter
dargestellt, erhöht ausgebildet. Insbesondere ist der erhöhte
Bereich B ein Randbereich RB eines Pixels P1, P2, welcher wulstartig
von dem jeweiligen Pixel P1, P2 absteht. Dabei beträgt
eine Erhöhung h1 des Randbereichs RB beispielsweise weniger
als ein Drittel der Höhe h2 des Pixels P1, wie in 3 gezeigt.
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Alternativ
zu der in 1 dargestellten kreisförmigen
Struktur S1 der Pixel P1, P2 können die Pixel P1, P2 auch
eine, wie in 2 gezeigt, viereckförmige
bzw. eckige Struktur S2 aufweisen.
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Die
Pixel P1, P2 liegen einzeln vor und weisen somit eine definierte
Grenzfläche zu ihrer Umgebung auf. Die Oberfläche
der Pixel P1, P2 stellt die Grenzfläche zu der umgebenden
Luft dar.
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Durch
die Erhöhung h1 des Randbereichs RB des jeweiligen Pixels
P1, P2 ist besonders bevorzugt ein so genannter Stick-Slip-Effekt
vermieden bzw. stark reduziert. Der Stick-Slip-Effekt, ein Ruckgleiten,
entsteht insbesondere bei gegeneinander bewegten Bauteilen bzw.
Festkörpern, wobei störende Geräusche,
wie z. B. Quietschen, Knarzen, Schmatzen, entstehen können.
Der Effekt tritt insbesondere auf, wenn eine Haftreibung zwischen
den Bauteilen bzw. zwischen den Festkörpern größer
ist als eine Gleitreibung.
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Durch
die Erhöhung h1 zumindest eines Bereichs B des jeweiligen
Pixels P1, P2 wird in vorteilhafter Weise eine Fläche,
aus der die Haftreibung resultieren kann, reduziert.
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Die
mikrostrukturierte Oberfläche O ist besonders bevorzugt
als ein Muster M ausgebildet. Dabei unterscheidet sich eine Form
der kreisförmigen Struktur S1 der gezeigten Pixel P1, P2.
Ein Durchmesser d1 ist größer ausgebildet als
ein Durchmesser d2 der Pixel P2. Insbesondere weist das Muster M
eine gleichförmige Struktur in alle Richtungen auf. D.
h., dass das Muster M insbesondere anisotrop ausgebildet ist.
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Das
Muster M umfasst, wie oben beschrieben, insbesondere eine Anordnung
von unterschiedlich groß ausgebildeten Pixeln P1, P2, wobei
jeweils der die kreisförmige Struktur S1 eines einzelnen
Pixels P1, P2 begrenzende Randbereich RB erhöht ausgebildet
ist. Dabei ist einem jeweiligen Pixel P1 mit dem größeren
Durchmesser d1 jeweils versetzt nach einem viertel Kreisbogen ein
Pixel P2 mit einem kleineren Durchmesser d2 und ein Pixel P1 mit
einem größeren Durchmesser d1 zugeordnet.
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Alternativ
sind auch andere Anordnungen sowie Formen der einzelnen Pixel P1,
P2 zur Ausbildung eines Musters M möglich. Darüber
hinaus können auch mehr als zwei Formen der Pixel P1, P2
ausgewählt werden, um ein Muster M zu bilden.
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Zur
Herstellung der mikrostrukturierten Oberfläche O, die aus
einzelnen Pixeln P1, P2 gebildet ist, werden insbesondere druckformbasierte und/oder
druckkopfbasierte Druckverfahren verwendet.
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Zu
den druckformbasierten Druckverfahren zählen u. a. der
Siebdruck und der Tampondruck.
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Bei
dem Siebdruck wird eine Druckform in Form eines engmaschigen Siebs
verwendet. Ein zu druckendes Bild, insbesondere der mikrostrukturierten
Oberfläche O, liegt physisch in der Druckform vor. Mittels
eines Rakels wird der Lack, insbesondere der Gleitlack, durch das
Sieb auf das Bauteil hindurchgedrückt und somit auf dieses
aufgetragen. Insbesondere eignet sich der Siebdruck für
Bauteile, die größere ebene und/oder abwickelbare
Fläche aufweisen.
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Um
zumindest einen Bereich B, insbesondere den Randbereich RB der einzelnen
Pixel P1, P2, erhöht auszubilden, wird das Druckverfahren
wiederholt durchgeführt. Durch die wiederholte Durchführung
des Druckvorgangs wird auf einen jeweiligen Bereich B eine größere
Menge an Lack aufgebracht, wodurch sich zumindest der Bereich B,
beispielsweise der Randbereich RB, erhöht. Dabei wird der
Siebdruck solange wiederholt, bis der Bereich B, beispielsweise
der Randbereich RB, eine vorgebbare Erhöhung h1 erreicht
hat.
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Um
kleinere Flächen, beispielsweise mit einer Breite von kleiner
300 mm, mit einer mikrostrukturierten Oberfläche O aus
einzelnen Pixeln P1, P2 beschichten zu können, eignet sich
besonders der Tampondruck. Bei dem Tampondruck wird mittels eines
flexiblen Kissens, beispielsweise aus Kautschuk, das Druckbild von
einem Klischee, d. h. von einem Motiv, auf ein Bauteil übertragen.
Der flexible Tampon passt sich in vorteilhafter Weise an verschiedenste Formen,
insbesondere des zu bedruckenden Bauteils, an. Mittels des Tampondrucks
ist ein effizienter Lackauftrag realisierbar, wodurch vorteilhaft
auch raue Flächen des Bauteils bedruckt werden können.
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Ein
weiteres Verfahren der druckformbasierten Druckverfahren ist der
Rollendruck, auf den nicht weiter eingegangen werden soll.
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Alternativ
oder zusätzlich können druckkopfbasierte Druckverfahren
zum pixelförmigen Aufbringen des Materials auf das Bauteil
angewendet werden. Druckkopfbasierte Druckverfahren sind Matrixdruckverfahren,
die vorzugsweise digital gesteuert werden. Bei diesen Druckverfahren
entsteht ein Druckbild durch ein Setzen einzelner Lacktropfen, wobei
der Druckkopf nicht mit dem Bauteil in Kontakt kommt.
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Dabei
unterscheiden sich die druckkopfbasierten Druckverfahren zumindest
in Tintendruckverfahren und Tintenstrahldruckverfahren.
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Tintendruckverfahren
(Drop-on-Demand) werden hinsichtlich der Technik, wie ein Tintentropfen eine
Düse des Druckkopfs verlässt, unterschieden. Dabei
erfolgt die Unterscheidung in Bubbie-Jet-Druck, Piezo-Druck und
Druck-Ventil-Druck. Dabei sieht das Verfahren zur Herstellung des
Bauteils mit mikrostrukturierter Oberfläche O vor, dass mittels
der Tintendruckverfahren vorzugsweise Lack, insbesondere Gleitlack,
auf das Bauteil aufgebracht wird.
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Bei
dem Rubble-Jet-Druck werden Lacktropfen mittels eines Heizelements
erzeugt, die einen Anteil von Wasser in dem Lack erwärmen,
wodurch sich eine Dampfblase bildet. Der Lacktropfen wird aufgrund
des Drucks der Dampfblase aus der Düse gepresst. Auch hierbei
wird die Erhöhung zumindest eines Bereichs B, beispielsweise
des Randbereichs RB, durch ein entsprechendes Wiederholen des Druckvorgangs
erzeugt.
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Im
Unterschied dazu werden bei dem Piezodruck Eigenschaften von Piezokristallen
genutzt, die sich bei Zuführung von elektrischer Spannung
verformen. Durch die Verformung der Piezokristalle wird der Lack
aus der Düse des Druckkopfs gepresst.
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Der
Druck-Ventil-Druck sieht vor, dass an Düsen des Druckkopfs
Ventile angeordnet sind, die sich öffnen, sofern ein Lacktropfen
die Düse verlassen soll.
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Bei
den Tintenstrahldruckverfahren wird ein konstanter Flüssigkeitsstrahl
des Lacks durch mechanische Schwingungen in einzelne Tropfen zerlegt.
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In
einer möglichen Ausgestaltung können die einzelnen
Pixel P1, P2 aus Lack, vorzugsweise Gleitlack, vor Auftragen dieser
auf eine Abziehfolie gedruckt werden. Dabei werden die Pixel P1,
P2 dergestalt auf die Abziehfolie gedruckt bzw. der Druckvorgang
so oft wiederholt, dass zumindest ein Bereich B des Pixels P1, P2
erhöht ist. Anschließend werden die Pixel P1,
P2 von der Abziehfolie auf das Bauteil übertragen. Dabei
können für ein Druckverfahren schwer zugängliche
Stellen des Bauteils in besonders vorteilhafter Weise mit der mikrostrukturierten Oberfläche
O versehen werden.
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In 2 ist
ein Pixelmuster M dargestellt, bei welchem die einzelnen Pixel P1
eine viereckförmige bzw. vieleckige Struktur S2 aufweisen.
Dabei kann beispielsweise wenigstens an einem viereckförmigen Pixel
P1 auf die Oberfläche des Bauteils aufgebrachten Pixel
P1, P2 ein erhöhter Bereich B, insbesondere ein erhöhter
wulstartiger Randbereich RB, ausgebildet sein, um besonders bevorzugt
den Stick-Slip-Effekt zu vermeiden bzw. zu verringern.
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3 zeigt
in einer Schnittdarstellung einen vergrößerten
Ausschnitt eines Pixels P1, P2 mit erhöhtem Randbereich
RB, der insbesondere wulstartig ausgebildet ist. Dabei beträgt
die Erhöhung h1 des Randbereichs RB zu einer kreisförmigen
oder viereckigen bzw. eckigen, insbesondere ebenen Fläche des
Pixels P1, P2 weniger als ein Drittel der gesamten Höhe
h2 des Pixels P1, P2.
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In 4 ist
schematisch eine mikrostrukturierte Oberfläche O einer
Anordnung von Pixeln P1, P2 gezeigt. Dabei weisen nebeneinander
angeordnete Pixel P1, P2 zumindest unterschiedliche Abmessungen
auf, wobei Abmessungen eines ersten Pixels P1 den Abmessungen eines
dritten und eines fünften Pixels P1 entsprechen. Der Durchmesser
d2 des zweiten und des vierten Pixels P2 entspricht weitgehend der
Hälfte des Durchmessers d1 des ersten, des dritten und
des fünften Pixels P1. Darüber hinaus entspricht
eine Höhe h3 des zweiten und des vierten Pixels P2 einer
Hälfte der Höhe h4 des ersten, des dritten und
des fünften Pixels P1.
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In
einer möglichen Ausführungsform können die
nebeneinander angeordneten Pixel P1, P2 auch gleiche Abmessungen
aufweisen.
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Die
einzelnen Pixel P1, P2 unterschiedlicher Abmessungen sind in dem
vorliegenden Ausführungsbeispiel in einem vorgebbaren Maß a
voneinander beabstandet. Dabei weist das Maß a immer einen gleichen
Betrag auf.
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In
einer möglichen Ausgestaltung kann zwischen den Pixeln
P1, P2 beispielsweise unterschiedlicher aber auch gleicher Abmessungen
das Maß der Beabstandung variieren.
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Durch
Verwendung verschiedener Materialien können insbesondere
verschiedene physikalische und/oder chemische Eigenschaften der
einzelnen Pixel P1, P2 gezielt eingesetzt werden.
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So
können beispielsweise Materialien derart eingesetzt werden,
dass z. B. das erste, das dritte und das fünfte Pixel P1
eine höhere Druckfestigkeit aufweisen als das zweite und
das vierte Pixel P2. Dabei können beispielsweise das erste,
das dritte und das fünfte Pixel P1 eine Dichtfunktion des
Bauteils sicherstellen.
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Hierzu
kann das Material, vorzugsweise der Gleitlack, beispielsweise mit
verschiedenen Bestandteilen versehen werden, um spezielle Eigenschaften, wie
beispielsweise ’Schmutz abweisend’, der Pixel P1,
P2 zu erzeugen.
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Dabei
können je nach Anforderung an das Bauteil die Pixel P1,
P2 in Pixelbereiche aufgeteilt werden, denen jeweils verschiedene
Funktionen anhand verwendeter Materialien zugeordnet sind.
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In 5 ist
eine weitere Ausführungsform eines aus Pixeln P1, P2 gebildeten
Musters M dargestellt. Dabei sind die Pixel P1, P2 abwechselnd in Reihen,
jeweils von links nach rechts, angeordnet. Dabei weisen die Pixel
P1, P2 eine gleiche Form auf. Die Pixel P1, P2 unterscheiden sich
insbesondere in ihrem Material, wodurch die verschiedenen physikalischen
und/oder chemischen Eigenschaften gezielt eingesetzt werden. Benachbarte
Reihen von Pixeln P1, P2 sind darüber hinaus versetzt zueinander
angeordnet, beispielsweise um zumindest einen viertel oder halben
Pixeldurchmesser versetzt.
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- B
- Bereich
- M
- Muster
- O
- mikrostrukturierte
Oberfläche
- P1,
P2
- Pixel
- RB
- Randbereich
- S1
- kreisförmige
Struktur
- S2
- viereckige
bzw. eckige Struktur
- a
- Maß der
Beabstandung
- d1
- Durchmesser
P1
- d2
- Durchmesser
P2
- h1
- Erhöhung
- h2
- Höhe
Pixel
- h3
- Höhe
Pixel P2
- h4
- Höhe
Pixel P3
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102007046910
A1 [0002]