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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bedruckstoff kontaktierendes Element mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 und einen Zylinderaufzug mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 9.
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In Maschinen der so genannten grafischen Industrie (Druckvorstufe, Druckherstellung und Druckweiterverarbeitung) werden Bedruckstoffe, z. B. Papier, Karton oder Folie, gefördert und verarbeitet. Das Fördern der Bedruckstoffe in Druckmaschinen kann mittels rotierender Zylinder erfolgen, welche zu diesem Zweck Bedruckstoff kontaktierende Oberflächen aufweisen, vorzugsweise im Form von wechselbaren Zylinderaufzügen („Jackets”). Diese Oberflächen sind in der Regel mit zwei Eigenschaften ausgestattet: zu einem sind sie antiadhäsiv (farb-, lack- und schmutzabweisend) und zum anderen aufgrund der verwendeten zumeist sehr harten Materialien verschleißbeständig. Weiterhin weisen diese Oberflächen in der Regel eine zumeist mikroskopische Struktur auf, d. h. sie sind nicht glatt, sondern (mikro-) rau ausgebildet. Diese Rauheit verringert die Auflagefläche für den Bedruckstoff und somit die Möglichkeit der Farbablage auf der Oberfläche. Beispielsweise werden seit einigen Jahren thermisch gespritzte (daher mikroraue), keramische Beschichtungen mit Versiegelungen von geringer Oberflächenenergie wie etwa Silikon eingesetzt (Produkt „PerfectJacket” der Heidelberger Druckmaschinen AG).
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Die beschriebenen Aufzüge unterliegen oft starkem, zumeist abrasivem Verschleiß, z. B. an den so genannten Formatkanten, d. h. an denjenigen Stellen, an denen die Kanten der Bedruckstoffbogen auf dem Aufzug zu liegen kommen. Daneben kommt es aber auch zu so genanntem Flächenverscheiß, d. h. im Bereich zwischen den Formatkanten. Nachteilig dabei ist, dass sich an den verschlissenen und daher nicht mehr genügend adhäsiven Stellen Farbe oder Lack aufbauen kann.
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Es ist bekannt, in den Beschichtungen Partikel einzulagern, um die Verschleißbeständigkeit zu verbessern. Die
DE 42 38 507 C2 offenbart eine papierführende Walze langer Standzeit mit feinteiligen Hartstoffen in einer (Zweikomponenten-)Kleberschicht. Optional ist eine Verankerungsschicht vorgesehen. Die
DE 10 2005 037 338 A1 offenbart eine Antihaftbeschichtung, z. B. für Walzen. Auf einem Substrat ist zumindest ein Primer und zumindest eine Deckschicht aufgebracht. Der Primer umfasst harte Einlagerungen (Korngröße: 5–50 μm). Die Deckschicht beruht z. B. auf einer Silikon- oder Polysiloxanbasis.
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Es ist darüber hinaus bekannt, verschiedene Partikel in separaten Schichten einzulagern. Die
EP 1 777 076 B1 offenbart einen flachen, farbabweisenden Aufzug für einen Gegendruckzylinder mit – durch Plattieren verankerten – so genannten superharten Partikeln (Durchmesser: 3–30 μm), z. B. Keramikpartikeln, und mit einer Versiegelung von niedriger Oberflächenenergie, z. B. mit eingelagerten PTFE-Partikeln.
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Es ist zudem bekannt, in den Beschichtungen Kohlefasern einzulagern. Die
DE 39 39 908 A1 offenbart eine antistatische, papierführende Rolle mit einer Oberfläche aus Silikongummi mit eingelagerten Kohlefasern (Durchmesser: 0,1–0,5 μm). Das Material soll antistatische Eigenschaften aufweisen.
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Neben Kohlefasern sind Kohlenstoffnanoröhren (CNT bzw. carbon nano tubes) bekannt, welchen vom so genannten Multiwallet-Typ (MW-CNT) und/oder vom so genannten Singlewallet-Typ (SW-CNT) sein können. MW-CNT sind immer elektrisch leitend, während SW-CNT elektrisch leitend sein können. Der Zusatz von CNT in Polymere kann daher deren elektrische Leitfähigkeit verbessern. Die
US 7,214,430 beschreibt ein Kompositmaterial, z. B. für Walzen, mit einer Matrix, z. B. aus Silikon, eingelagerten Fasern, z. B. CNT (Durchmesser: 15–100 nm) und z. B. mit granularem Kopf sowie eingelagerten Partikeln, z. B. Metall (Durchmesser: 1,5 oder 3 μm). Das Kompositmaterial ist als elektrisch leitend beschrieben.
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Die
DE 10 2008 048 848 A1 offenbart ein Bedruckstoff kontaktierendes Element, mit einem Träger, einer auf dem Träger angeordneten ersten Schicht, welche eine strukturierte Oberfläche aufweist, einer auf der ersten Schicht angeordneten zweiten Schicht, welche eine antiadhäsive Oberfläche aufweist, wobei die zweite Schicht Partikel und Fasern, bevorzugt CNT, aufweist.
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Aus der
DE 197 52 691 ist eine so genannte selbst heilende Beschichtung bekannt, wobei Beschädigungen in der Beschichtung dadurch von selbst repariert werden, dass der verwendete Lack bei hohen Temperaturen die beschädigte Stelle durch Einfließen wieder verschließt.
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Aus der
US 6,518,330 B2 ebenfalls eine so genannte selbst heilende Beschichtung bekannt, wobei allerdings Kapseln in der Beschichtung vorgesehen sind, welche eine Reparaturflüssigkeit enthalten. Daneben sind Kapseln mit einem Katalysator in der Beschichtung enthalten, welcher die Polymerisation der Reparaturflüssigkeit an einer beschädigten Stelle und damit deren Reparatur beschleunigt.
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Der Markt fordert ständig verbesserte Zylinderaufzüge, da durch die steigenden Produktionsgeschwindigkeiten enorme Anforderungen an die Verschleißbeständigkeit der Aufzüge gestellt werden. Antiadhäsive Silikon-Schichten allein scheinen den steigenden Anforderungen aufgrund ihrer mechanischen Instabilität nicht zu genügen. Zudem laden sich Silikon-Schichten elektrostatisch auf, was zu vermehrter Papierstaubablagerung und in Folge zu erhöhtem Verschleiß führen kann. Auch eine Reparatur verschlissener Aufzüge, bzw. wenigstens eine Reparatur der stark verschlissenen Formatkanten oder des Flächenverschleiß, und deren Weiterverwendung ist gewünscht.
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Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Bedruckstoff kontaktierendes Element zu schaffen, welches eine hohe Verschleißbeständigkeit und Lebensdauer aufweist. Es ist darüber hinaus eine weitere oder alternative Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Bedruckstoff kontaktierendes Element zu schaffen, welches sich nicht oder nur vernachlässigbar elektrostatisch auflädt.
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Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch ein Bedruckstoff kontaktierendes Element mit den Merkmalen von Anspruch 1 und 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den zugehörigen Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung und den zugehörigen Zeichnungen.
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Ein erfindungsgemäßes Bedruckstoff kontaktierendes Element, mit einem Träger, einer auf dem Träger angeordneten ersten Schicht, welche eine strukturierte Oberfläche aufweist, einer auf der ersten Schicht angeordneten zweiten Schicht, welche eine antiadhäsive Oberfläche aufweist, zeichnet sich dadurch aus, dass die zweite Schicht Partikel, Fasern und Kapseln aufweist.
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Durch das Vorsehen von Partikeln, Fasern und Kapseln können die mechanischen und optional elektrischen Eigenschaften des Elements gezielt und separat verbessert werden. Das erfindungsgemäß mit Partikeln und Fasern ausgestattete Element weist in vorteilhafter Weise eine – durch die Partikel und die Fasern vermittelte – hohe Verschleißbeständigkeit auf. Ferner lädt sich das Element in vorteilhafter Weise nicht elektrostatisch auf, da elektrische Ladungen über die Fasern, insbesondere durch das Vorsehen optional dreidimensional vernetzter, elektrisch leitender Fasern, abgeleitet werden können. Infolgedessen wird der Papierstaubaufbau an der Oberfläche des Elements verringert. Das erfindungsgemäß zusätzlich mit Kapseln ausgestattete Element verfugt zudem über einen Selbstreparaturmechanismus, so dass eine höhere Lebensdauer erreicht werden kann, denn einzelne funktionale Defekte, z. B. an Formatkanten, führen nicht zu einem notwendigen vorzeitigen Austausch des Bedruckstoff kontaktierenden Element. Das erfindungsgemäße Element kann in vorteilhafter Weise mittels verfügbarer und beherrschbarer Fertigungstechnologien hergestellt werden.
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Eine aufgrund der vereinfachten Herstellung durch Beimengen vorteilhafte und daher bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Elements kann sich dadurch auszeichnen, dass die Fasern Kohlenstoffnanoröhren sind.
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Eine wegen ihrer guten elektrischen Leitfähigkeit vorteilhafte und daher bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Elements kann sich dadurch auszeichnen, dass die Kohlenstoffnanoröhren elektrisch leitend vernetzt, insbesondere dreidimensional vernetzt sind.
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Eine konkrete Weiterbildung des erfindungsgemäßen Elements kann sich dadurch auszeichnen, dass der Durchmesser der Kohlenstoffnanoröhren im Bereich zwischen etwa 10 und etwa 30 nm und die Länge der Kohlenstoffnanoröhren im Bereich zwischen etwa 5 und etwa 30 μm liegt.
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Eine hinsichtlich ihrer hohen Verschleißbeständigkeit und einfach herzustellenden Mikrorauheit vorteilhafte und daher bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Elements kann sich dadurch auszeichnen, dass die erste Schicht eine keramische Spritzschicht ist.
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Eine konkrete Weiterbildung des erfindungsgemäßen Elements kann sich dadurch auszeichnen, dass die zweite Schicht eine siliziumorganische Schicht ist. Der verwendeten siliziumorganischen Verbindung können im Herstellungsprozess die Partikel, die Fasern und/oder die Partikel-Faser-Einheiten beigemengt werden.
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Eine für einen stabilen Selbstreparaturmechanismus vorteilhafte und daher bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Elements kann sich dadurch auszeichnen, dass erste Kapseln eine Silizium-organische Verbindung enthalten.
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Eine für einen beschleunigten Selbstreparaturmechanismus vorteilhafte und daher bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Elements kann sich dadurch auszeichnen, dass zweite Kapseln einen Katalysator für die Polymerisation der Silizium-organischen Verbindung enthalten.
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Im Rahmen der Erfindung ist auch eine Bedruckstoff verarbeitende Maschine – z. B. eine Druckmaschine, insbesondere Bogen verarbeitende Rotationsdruckmaschine für den lithographischen Offsetdruck, oder z. B. eine Druckweiterverarbeitungsmaschine – zu sehen, welche sich durch wenigstens ein wie oben mit Bezug zur Erfindung beschriebenes Element auszeichnet.
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Die beschriebene Erfindung und die beschriebenen, vorteilhaften Weiterbildungen der Erfindung stellen auch in Kombination miteinander vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung dar: Ein erfindungsgemäßer Zylinderaufzug, mit einem Metallblech als Träger, einer auf dem Metallblech angeordneten keramischen Spritzschicht, welche eine mikrostrukturierte Oberfläche aufweist, einer auf der keramischen Spritzschicht angeordneten, siliziumorganischen Versiegelung, welche eine antiadhäsive Oberfläche aufweist, zeichnet sich dadurch aus, dass die siliziumorganischen Versiegelung sowohl Keramikpartikel, bevorzugt untereinander vernetzte Kohlenstoffnanoröhren als auch mit Silizium-organischer Verbindung gefüllte Kapseln (und optional weitere Kapseln, welche mit einem Organozinn-Katalysator gefüllt sind) aufweist.
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Die Erfindung als solche sowie konstruktiv und/oder funktionell vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden nachfolgend unter Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen anhand wenigstens eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. In den Zeichnungen sind einander entsprechende Elemente mit jeweils denselben Bezugszeichen versehen.
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Die Zeichnungen zeigen:
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1 einen Ausschnitt eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Bedruckstoff kontaktierenden Elements;
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2 Detail A der 1;
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3a, 3b Partikel und Fasern; und
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4 Detail B der 1.
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1 zeigt einen Ausschnitt eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Bedruckstoff kontaktierenden Elements 1. Das Element 1 kann als Zylinder ausgebildet sein, bevorzugt ist das Element 1 jedoch als Aufzug für einen Zylinder ausgebildet, z. B. als so genanntes Jacket für einen Papier führenden Zylinder in einer Druckmaschine oder Druckweiterverarbeitungsmaschine. Alternative Anwendungen beim Bogentransport durch Maschinen der graphischen Industrie sind z. B. Bogenbremsbänder, Bogenleitflächen sowie Farb- und Lackbehälter.
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Das Element 1 weist einen im Wesentlichen glatten oder galvanisch strukturierten Träger 2, bevorzugt ein Metallblech auf, auf welchem eine erste, insbesondere im Wesentlichen Partikel- und Faser-freie Schicht 3, bevorzugt eine aufgebrachte keramische Spritzschicht angeordnet ist.
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Die erste Schicht 3 weist eine stochastisch strukturierte, insbesondere mikrostrukturierte Oberfläche 4 auf, welche somit rau, bevorzug mikrorau ausgebildet ist. Weiterhin weist das Element 1 eine auf der ersten Schicht 3 angeordnete – von der ersten Schicht 3 Material-verschiedene – zweite Schicht 5, bevorzugt eine siliziumorganische Schicht, d. h. eine Schicht einer aufgebrachten siliziumorganischen Verbindung auf. Die zweite Schicht 5 bildet eine Versiegelung der ersten Schicht 3 bzw. des Elements 1.
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Die zweite Schicht 5 weist eine antiadhäsive, insbesondere farbabweisende Oberfläche 6 auf. Das erfindungsgemäße Element 1 umfasst somit ein Verbundmaterial aus wenigstens zwei Schichten 3 und 5. Anstelle des bevorzugten Metallblechs kann eine Kunststoffplatte oder -folie vorgesehen sein. Alternative Trägermaterialien sind Keramik und Glas. Anstelle der bevorzugten siliziumorganischen Verbindung kann eine fluorpolymere Verbindung vorgesehen sein.
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Die zweite Schicht 5 verankert sich mit der ersten Schicht 3, z. B. durch mechanische Verklammerung und/oder chemische Koppelung über einen optionalen Haftvermittler. Die Schichtdicke der zweiten Schicht 5 liegt bevorzugt im Bereich zwischen etwa 5 und etwa 50 μm.
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In 1 ist erkennbar, dass die erste Schicht 3 elektrisch leitend mit dem Träger verbunden sein kann. Hierzu ist die erste Schicht bevorzugt im Randbereich des Elements 1 optional mit einer elektrisch leitenden Oberfläche 7 versehen, welche einen elektrischen Kontakt 8 zum Träger 2 aufweisen kann.
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Erfindungsgemäß weist das Element 1 feste Partikel 9 und Fasern 10 auf, welche in einer äußeren Schicht des Elements 1 enthalten sind. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Partikel 9 und Fasern 10 in der außen liegenden zweiten Schicht 5 vorgesehen.
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2 zeigt Detail A der 1 in vergrößerter Darstellung, deutlich sind die eingelagerten Partikel 9 und die eingelagerten – von den Partikeln Form- und Material-verschiedenen – Fasern 10 zu erkennen. Die Partikel 9 sind bevorzugt Feststoffpartikel, z. B. Keramikpartikel.
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Die Fasern 10 sind bevorzugt Kohlenstoffnanoröhren (CNT bzw. carbon nano tubes). Anstelle von CNT 10 oder auch ergänzend können Kohlefasern vorgesehen sein.
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Durch gezielte Wahl der Faserlänge und deren Masseanteil (siehe unten) kann in vorteilhafter Weise erreicht werden, dass die Fasern untereinander elektrisch leitend vernetzen, d. h. ein dreidimensionales Netzwerk ausbilden, welches optional das Ableiten elektrostatischer Ladungen hin zum Träger ermöglicht.
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3a zeigt die Partikel 9 und die Fasern 10, welche als separate Einlagerungen vorgesehen sein können. Daneben zeigt 3b eine Alternative, bei welcher die Partikel 9 und die Fasern 10 Einheiten 11, bevorzugt Fasern 10 mit anhängendem Partikelkopf 9, bilden, welche als Einlagerungen vorgesehen sein können. Das Vorsehen der Einheiten 11 bietet den Vorteil, dass beim Herstellen des Elements 1 nur die vorbereiteten Einheiten 11 eingelagert werden brauchen.
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Die CNT 10 können vom so genannten Multiwallet-Typ (MW-CNT) und/oder vom so genannten Singlewallet-Typ (SW-CNT) sein. Der Masseanteil der CNT liegt bevorzugt im Bereich zwischen etwa 0,1 und etwa 20%. Ein Masseanteil zwischen etwa 0,1 und etwa 0,5% beeinflusst die elektrischen Eigenschaften der zweiten Schicht 5, insbesondere die erleichterte Ableitung elektrostatischer Ladungen. Ein Masseanteil zwischen etwa 0,5 und etwa 20% beeinflusst zudem die mechanischen Eigenschaften der zweiten Schicht 5, insbesondere die verbesserte Verschleißbeständigkeit. Der Durchmesser der CNT liegt bevorzugt im Bereich zwischen etwa 10 und etwa 30 nm. Die Länge der CNT liegt bevorzugt im Bereich zwischen etwa 5 und etwa 30 μm, weniger bevorzugt bis etwa 100 oder 300 μm. Die CNT 10 verankern sich durch mechanische Verklammerung und/oder chemische Koppelung über einen optionalen Haftvermittler in der Matrix aus siliziumorganischer Verbindung.
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Der Durchmesser der Partikel 9, z. B. der Keramikpartikel, liegt bevorzugt im Bereich zwischen etwa 0,1 und etwa 10 μm, weniger bevorzugt bis etwa 50 μm. Das Verhältnis von Partikeldurchmesser zu Faserlänge liegt bevorzugt im Bereich zwischen etwa 1/1 und etwa 1/5. Die Partikel 9 verankern sich durch mechanische Verklammerung und/oder chemische Koppelung über einen optionalen Haftvermittler in der Matrix aus siliziumorganischer Verbindung.
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4 zeigt Detail B der 1, d. h. eine beschädigte Stelle 12 der zweiten Schicht 5, bzw. der antiadhäsiven Oberfläche 6. Die Schicht 5 enthält neben den bereits erwähnten Partikeln 9 und Fasern 10 bzw. Partikel-Faser-Einheiten 11 zusätzlich (bevorzugt größere) Kapseln 13, welche eine Silizium-organische Verbindung – bevorzugt Dimethylsiloxan-Einheiten, Polydimethylsiloxan, lineares Polydimethylsiloxan oder Vinyldimethylsiloxan – enthalten sowie optional weitere (verglichen mit den Kapseln 13 bevorzugt kleinere) Kapseln 14, welche einen Katalysator, bevorzugt eine Organozinn-Verbindung, enthalten. Bei Beschädigung der Schicht 5 werden auch Kapseln 13 und 14 bzw. deren Hüllen beschädigt, so dass der jeweilige Inhalt der Kapseln 13 und optional 14 austritt und es durch die Reaktion mit Sauerstoff zu einer Polymerisation an der beschädigten Stelle 12 kommt. Dadurch quillt die austretende geleeartige Substanz auf und es wird die beschädigte Stelle 12 wieder weitgehend geschlossen und infolge von selbst repariert (bzw. geheilt, regeneriert, versiegelt), d. h. Element 1 muss zur Reparatur nicht vom zugehörigen Zylinder entfernt werden. 4 zeigt die reparierte Stelle 15, d. h. den Zustand der Schicht 5 nach der Selbstreparatur, in dem die funktionale Schicht wieder hergestellt ist. Alternativ können in den Kapsel 13 auch fluorpolymere Verbindungen enthalten sein. Die Kapseln 13 schützen die enthaltene Verbindung ausreichend vor vorzeitiger Aushärtung, z. B. bei der Herstellung der Schicht 5 und deren Härtung, indem sie z. B. das Eindringen von für die Polymerisation notwendigem Wasser verhindern. Die enthaltene Verbindung weist eine bevorzugt derart schnelle Reaktionszeit auf, dass das Aushärten erfolgt, bevor ein wesentlicher Abtrag der ausgetretenen Verbindung stattfinden kann.
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Bevorzugt härtet die Reparaturlösung bei Raumtemperatur aus. Es ist jedoch auch möglich, eine Reparaturlösung zu Verwendung, die erst bei höheren Temperaturen oder unter gezielter Energiezufuhr (bevorzugt bei ausgewählter Wellenlänge) aushärten. Dann kann eine Vorrichtung zum Härten vorgesehen sein, welche auch die Schicht 5 einwirkt, z. B. eine UV-, IR-, Laser- oder sonstige elektrisch oder magnetisch wirkende Vorrichtung.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Element
- 2
- Träger
- 3
- Erste Schicht
- 4
- Strukturierte Oberfläche
- 5
- Zweite Schicht
- 6
- Antiadhäsive Oberfläche
- 7
- Elektrisch leitende Oberfläche
- 8
- Elektrischer Kontakt
- 9
- Partikel
- 10
- Fasern
- 11
- Partikel-Faser-Einheit
- 12
- Beschädigte Stelle
- 13
- Kapsel mit Silizium-organischer Verbindung
- 14
- Kapsel mit Katalysator
- 15
- Selbst reparierte Stelle
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4238507 C2 [0004]
- DE 102005037338 A1 [0004]
- EP 1777076 B1 [0005]
- DE 3939908 A1 [0006]
- US 7214430 [0007]
- DE 102008048848 A1 [0008]
- DE 19752691 [0009]
- US 6518330 B2 [0010]
