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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines elastisch verformbaren Folienelements mit zumindest zwei voneinander beabstandeten Schichten, und ein ebensolches Folienelement.
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Das Folienelement findet Anwendung beispielsweise bei taktilen Sensoren, bei passiven/aktiven Schwingungsdämpfern, bei flächigen Aktoren oder bei Greifern oder Greifwerkzeugen.
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Aus der
DE 199 09 998 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Sandwichstrukturen bekannt, bei dem die Deckschichten (Metall oder Kunststoff) durch punkt-, linien- oder kreisförmige Verbindungsstege aus elastisch oder unelastisch aushärtendem Klebstoff oder erstarrendem Metall verbunden werden, die sich durch viskoses Fließen des Klebstoffes oder des erwärmten Metalls zwischen beiden Deckschichten bilden. Das Verfahren erlaubt Bauteilgeometrien mit angepassten Festigkeiten für bestimmte Bereiche des Bauteils herzustellen. Die zwischen den Deckschichten gebildeten Klebstoffstege können entsprechend der Belastung des Bauteils enger oder weiter angeordnet werden und aus elastischem oder fester Material bestehen.
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Aus der
WO 2009/035888 A2 ist ein flächiges Schutzelement bekannt, das eine äußere Schicht aus einem flexiblen elastischen Material, eine Basisschicht aus einem aus einem flexiblen elastischen Material, und eine Mittelschicht mit einer Vielzahl vereinzelter Abstandhalter aufweist, die jeweils mit der äußeren Schicht und der Basisschicht verbunden sind.
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Aus der
DE 24 12 979 A1 sind zweischalige Hohlplatten bekannt, deren beide Schalen aus Pressspanmaterial bestehen, die einseitig angeformte punktförmige Noppen haben, auf denen sie miteinander verklebt sind.
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Aus der
DE 100 24 764 A1 ist eine Metall-Kunststoff-Verbundplatte bekannt, die aus wenigstens einer Metallplatte und einer Kunststoffplatte aus einem thermoplastischen Kunststoff mit annähernd gleicher ebener und/oder gekrümmter Struktur besteht, wobei die Metallplatte und die Kunststoffplatte eine Verbundplatte bilden und mittels Wärmeeintrag und/oder einem Haftmittel klebend zusammenfügbar sind.
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Aus der
US 2009/0320611 A1 ist eine elastische Abdeckung für einen taktilen Sensor zur dreidimensionalen Kräfteerfassung bekannt.
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Aus der
DE 103 34 458 A1 eine Vorrichtung zur ortsauflösenden Messung räumlicher Kraftprofile (Scherkräfte und Drehmomente) bekannt. Dabei wird eine matrixförmige Anordnung von Sensorzellen vorgeschlagen, die aus je einem Kraftwandler bestehen, der über zwei oder mehreren drucksensitiven Sensoren angeordnet ist, so dass eine auf den Kraftwandler wirkende Kraft eine charakteristische Druckverteilung auf die Sensoren zur Folge hat, aus der die einzelnen Komponenten der wirkenden Kraft ermittelt werden können. Die Sensormatrix eignet sich zum Einsatz in Robotergreifern in der Handhabungstechnik, wo die wirkenden Kräfte auf ein gegriffenes Objekt mit einer hohen räumlichen Auflösung gemessen und damit sowohl Kontur als auch Belastung des Objekts präzise erfasst werden können.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines elastisch verformbaren Folienelements und ein ebensolches Folienelement anzugeben, wobei das elastische Verformungsverhalten des hergestellten Folienelements unter dem Einfluss eines mechanischen Krafteintrags ein reproduzierbares richtungsabhängiges Hystereseverhalten zeigt.
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Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, sowie der Erläuterung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren dargestellt sind.
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Die verfahrensgemäße Aufgabe ist gemäß einer ersten Alternative mit einem Verfahren zur Herstellung eines Folienelements gelöst, das folgende Schritte aufweist: Bereitstellen einer elastisch verformbaren ersten Schicht mit einer ersten Oberfläche, Aufbringen erster Abstandshalter aus einem aushärtbaren Polymermaterial in einer ersten Anordnung auf der ersten Oberfläche, Bereitstellen einer elastisch verformbaren zweiten Schicht mit einer zweiten Oberfläche, Fügen der zweiten Oberfläche mit den ersten Abstandshaltern an deren von der ersten Oberfläche abgewandten Enden, Auseinanderbewegen der ersten und zweiten Schicht so, dass die erste und zweite Oberfläche einen vorgegebenen Abstand voneinander aufweist und die ersten Abstandshalter die erste und zweite Oberfläche verbinden, Aushärten der ersten Abstandshalter, wobei das Polymermaterial der ersten Abstandshalter nach dem Aushärten elastisch verformbar ist und die ersten Abstandshalter in einem mechanisch unbelasteten Zustand die erste und die zweite Oberfläche in einem Abstand A beabstanden. Die Abstandshalter sind bevorzugt vereinzelt angeordnet. Sie können beliebig geformt (linienförmig, sternförmig, punktförmig, etc.), insbesondere auch zusammenhängend und/oder als in sich geschlossene Formen, bspw. als Kreis oder Oval etc. ausgebildet sein.
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Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die erste und zweite Schicht sowie die ersten Abstandshalter aus einem Silikonmaterial bestehen, die erste und die zweite Schicht mit einer Schichtdicke von < 2 mm, bereitgestellt werden, die ersten Abstandshalter vor dem Fügen mit Plasma behandelt werden, um das Fügen der ersten Abstandshalter und/oder eine Formänderung der ersten Abstandshalter während des Auseinanderbewegens der ersten und zweiten Schicht zu befördern, das Auseinanderbewegen derart erfolgt, dass der Schichtverbund aus erster und zweiter Schicht mit den dazwischen angeordneten ersten Abstandshaltern nach dem Aushärten der ersten Abstandshalter eine Dicke von < 5 mm aufweist, und die ersten Abstandshalter in der ersten Anordnung in variierenden Abständen voneinander aufgebracht werden, so dass ein vorgegebenes anisotropes Verformungsverhalten des Folienelements eingestellt ist.
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Die bereitgestellte erste und zweite Schicht besteht jeweils bevorzugt aus einem Silikonmaterial und weist bevorzugt eine Schichtdicke von < 1 mm, < 0,5 mm, < 0,1 mm, oder < 0,05 mm auf. Die Schichtdicke der ersten und zweiten Schicht kann natürlich nach Bedarf unterschiedlich gewählt werden.
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Das aushärtbare Polymermaterial der ersten Abstandshalter ist ebenfalls ein Silikonmaterial, wobei unter dem Begriff „aushärtbar” vorliegend verstanden wird, dass das Polymermaterial der ersten Abstandshalter im Zeitpunkt des Aufbringens auf die erste Oberfläche noch nicht vollständig vernetzt, bzw. nicht vollständig vulkanisiert bzw. nicht vollständig ausgehärtet bzw. abgekühlt ist. Das Aufbringen der ersten Abstandshalter bzw. des aushärtbaren Polymermatrerials erfolgt bevorzugt mittels eines Druck-, Press-, Gieß-, Spritzguss-, Rakel- oder Kalandrierverfahrens. Die erste Oberfläche und die aufgebrachten ersten Abstandshalter verbinden sich nach deren Aufbringen, ggf. ist hierfür eine chemische oder thermische Vorbehandlung (Erwärmen) der ersten Oberfläche erforderlich.
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Zur Einstellung eines vorbestimmten Verformungsverhaltens des Folienelements können je nach Anforderung für die erste, die zweite Schicht und die ersten Abstandshalter gleiche oder unterschiedliche elastische Materialien verwendet werden. Das richtungsabhängige (anisotrope) Verformungsverhalten des Folienelements lässt sich weiterhin durch die Wahl der ersten Anordnung der ersten Abstandshalter auf die erste Oberfläche einstellen. Vorzugsweise weist die Anordnung der ersten Abstandshalter eine trapezförmige, ringförmige, elliptische oder rechteckige, insbesondere quadratische Geometrie auf. Natürlich sind je nach Anforderungen beliebige weitere erste Anordnungen realisierbar.
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Nachdem die ersten Abstandshalter auf die erste Oberfläche aufgebracht sind und sich mit dieser verbunden haben, wird erfindungsgemäß die zweite elastisch verformbare Schicht mit einer zweiten Oberfläche bereitgestellt. Anschließend erfolgt das Fügen der zweiten Oberfläche mit den ersten Abstandshaltern an deren von der ersten Oberfläche abgewandten Enden. Beim Fügen geht das Polymermaterial der ersten Abstandshalter eine feste Verbindung mit der zweiten Oberfläche ein. Hierzu ist ggf. ebenfalls eine physikalische, chemische oder thermische Vorbehandlung der zweiten Oberfläche erforderlich. Nach diesem Verfahrensschritt ist eine Art „Sandwichfolie” bzw. ein Folienverbund erzeugt, der die erste, die zweite Schicht und dazwischen angeordneten erste Abstandshalter aufweist. Zwischen den Abstandshaltern, der ersten und der zweiten Oberfläche sind Zwischenräume ausgebildet.
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Nachdem sich die ersten Abstandshalter mit der zweiten Oberfläche verbunden haben, werden die erste und die zweite Schicht auseinander bewegt, sodass die erste und die zweite Oberfläche einen vorgegebenen Abstand voneinander aufweisen und die ersten Abstandshalter die erste und zweite Oberfläche verbinden. Der vorgegebene Abstand ist in jedem Fall so zu wählen, dass die ersten Abstandshalter die erste und zweite Oberfläche weiterhin verbinden, d. h. nicht reißen oder sich von einer oder beiden der ersten und zweiten Oberflächen lösen. Durch das Auseinanderbewegen der ersten und zweiten Schicht werden die ersten Abstandshalter in ihren Außenformen verändert. Typischerweise stellt sich hierbei eine zylinderförmige oder einschalig hyperboloide Außenkontur der ersten Abstandshalter ein. Weiterhin wird durch das Auseinanderbewegen die Größe der zwischen den ersten Abstandhaltern und den ersten und zweiten Oberfläche ausgebildeten Zwischenräume eingestellt. Über das Einstellen der Form der ersten Abstandshalter und der Größe der Zwischenräume kann wiederum das richtungsabhängige (anisotrope) Verformungsverhalten des Folienelements vorgegeben bzw. eingestellt werden.
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Das Auseinanderbewegen der ersten und der zweiten Schicht kann beispielsweise mittels zweier perforierter Platten erfolgen, die zur Erzeugung von Unterdruck auf einer ihrer jeweiligen Oberflächen an eine Unterdruckpumpe angeschlossen sind. Diese Oberflächen werden in Kontakt mit zur ersten bzw. zweiten Oberfläche jeweils gegenüberliegenden Oberflächen der ersten bzw. zweiten Schicht gebracht. Die erste und zweite Schicht haften aufgrund des Unterdrucks an den perforierten Platten und können mittels eines entsprechenden Auseinanderbewegens der Platten gezielt voneinander beabstandet werden.
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Nach dem Auseinanderbewegen erfolgt das Aushärten der ersten Abstandshalter, wobei das Polymermaterial der Abstandshalter nach dem Aushärten elastisch verformbar ist und die Abstandshalter in einem mechanisch unbelasteten Zustand die erste und die zweite Oberfläche in einem Abstand A beabstanden. Der Begriff „Aushärten” wird vorliegend im Sinne von „vernetzen”, „vulkanisieren”, „aushärten”, oder „abkühlen” je nach verwendetem Polymermaterial verwendet. Nach dem Aushärten ist das Polymermaterial der ersten Abstandshalter elastisch verformbar und im Wesentlichen formstabil.
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In einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Verbund aus Abstandshaltern und erster und zweiter Schicht vor dem Auseinanderbewegen erwärmt und nach dem Auseinanderbewegen gekühlt.
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Das Folienelement, d. h. der Schichtverbund aus erster und zweiter Schicht mit den dazwischen angeordneten ersten Abstandshaltern, weist bevorzugt eine (Folienelement-)Dicke von < 2 mm, < 1 mm, < 0,5 mm oder < 0,1 mm auf. Weiterhin beträgt der Abstand A bevorzugt < 1 mm, < 0,5 mm, < 0,2 mm. Natürlich hängt die Wahl der Schichtdicken der ersten und zweiten Schicht, des Abstandes A und der Form und Masse der einzelnen ersten Abstandshalter voneinander und von der vorliegenden Aufgabenstellung ab, so dass deren Wahl nicht beliebig aber einem Fachmann einfach möglich ist.
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Das mit dem Verfahren erzeugte elastisch verformbare Folienelement weist zwei Schichten (die erste und die zweite Schicht) auf, die durch dazwischen vereinzelt angeordnete, entsprechend geformte Abstandshalter voneinander im Abstand A beabstandet sind. Die Eigenschaften der mechanischen elastischen Verformbarkeit des Folienelements können durch geeignete Wahl der beteiligten elastischen Materialien, der ersten Anordnung der ersten Abstandshalter, des Abstandes A sowie der durch das Auseinanderbewegen erzeugten Form der ersten Abstandshalter eingestellt werden.
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Die verfahrensgemäße Aufgabe ist gemäß einer zweite Alternative mit einem Verfahren zur Herstellung eines Folienelements gelöst, das folgende Schritte aufweist: Bereitstellen einer elastisch verformbaren ersten Schicht mit einer ersten Oberfläche, Aufbringen vereinzelter zweiter Abstandshalter aus einem aushärtbaren Polymermaterial in einer zweiten Anordnung auf der ersten Oberfläche, Bereitstellen einer elastisch verformbaren zweiten Schicht mit einer zweiten Oberfläche, Aufbringen vereinzelter dritter Abstandshalter aus einem aushärtbaren Polymermaterial in einer zur zweiten Anordnung spiegelsymmetrischen dritten Anordnung auf der zweiten Oberfläche, Ausrichten der ersten und zweiten Schicht, so dass sich die auf der ersten und auf der zweiten Oberfläche aufgebrachten Anordnungen der zweiten und dritten Abstandshalter deckungsgleich gegenüberliegen, Fügen der sich jeweils deckungsgleich gegenüberliegenden zweiten und dritten Abstandshalter an ihren jeweiligen freien Enden, Auseinanderbewegen der ersten und zweiten Schicht so, dass die erste und die zweite Oberfläche einen vorgegebenen Abstand voneinander aufweist und die Abstandshalter die erste und zweite Oberfläche verbinden, und Aushärten der Abstandshalter, wobei das Polymermaterial der Abstandshalter nach dem Aushärten elastisch verformbar ist und die Abstandshalter in einem mechanisch unbelasteten Zustand die erste und die zweite Oberfläche in einem Abstand A beabstanden.
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Das Verfahren zeichnet sich ebenfalls dadurch aus, dass die erste und zweite Schicht sowie die ersten Abstandshalter aus einem Silikonmaterial bestehen, die erste und die zweite Schicht mit einer Schichtdicke von < 2 mm, bereitgestellt werden, die zweiten und dritten Abstandshalter vor dem Fügen mit Plasma behandelt werden, um das Fügen der zweiten und dritten Abstandshalter und/oder eine Formänderung der zweiten und dritten Abstandshalter während des Auseinanderbewegens der ersten und zweiten Schicht zu befördern, das Auseinanderbewegen derart erfolgt, dass der Schichtverbund aus erster und zweiter Schicht mit den dazwischen angeordneten zweiten und dritten Abstandshaltern nach dem Aushärten der ersten Abstandshalter eine Dicke von < 5 mm aufweist, und die zweiten und dritten Abstandshalter in der zweiten Anordnung in variierenden Abständen voneinander aufgebracht werden, so dass ein vorgegebenes anisotropes Verformungsverhalten des Folienelements eingestellt ist.
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Im Unterschied zum davor beschriebenen Verfahren werden bei dieser Verfahrensalternative die Abstandshalter nicht nur auf die Oberfläche der ersten Schicht aufgebracht, sondern die endgültigen Abstandhalter ergeben sich aus zwei Teilen: den zweiten und dritten Abstandshaltern, die in zueinander spiegelbildlicher Anordnung auf die erste und zweite Oberfläche aufgebracht werden. Erfindungsgemäß ist bei diesem Verfahren somit das Ausrichten der ersten und zweiten Schicht erforderlich, so dass sich die auf der ersten und auf der zweiten Oberfläche aufgebrachten Anordnungen der zweiten und dritten Abstandshalter deckungsgleich gegenüberliegen. Das Verbinden der bereitgestellten ersten und zweiten Schicht ergibt sich in diesem Fall durch das Fügen der sich jeweils deckungsgleich gegenüberliegenden zweiten und dritten Abstandshalter an ihren jeweiligen freien Enden. Die Abstandshalter werden vor dem Fügen mit Plasma behandelt, um das Fügen der Abstandshalter und/oder eine Formänderung der Abstandshalter während des Auseinanderbewegens der ersten und zweiten Schicht zu befördern. In einer Verfahrensvariante erfolgt das Fügen der zweiten und der dritten Abstandshalter unter mechanischem Vibrieren der Abstandshalter bzw. der mit diesen jeweils verbundnen ersten oder zweiten Schicht. Die zweiten und die dritten Abstandshalter weisen bevorzugt eine identische Form auf, insbesondere eine halbkugelförmige, kegelförmige, tropfenförmige, zylinderförmige, quaderförmige oder eine einschalige hyperboloide Außenkontur(-form) auf. Auch in dieser Verfahrensalternative wird bevorzugt vor dem Auseinanderbewegen der ersten und zweiten Schicht der Verbund aus Abstandshaltern und erster und zweiter Schicht erwärmt und nach dem Auseinanderbewegen gekühlt oder abgekühlt.
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Unter Beachtung des genannten Unterschieds lassen sich die Ausführungen und Erläuterungen zum Verfahren gemäß der ersten Alternative des Verfahrens auf das Verfahren gemäß der zweiten Alternative analog übertragen. Dabei entsprechen die aus zweiten und dritten Abstandshaltern zusammengesetzten Abstandshalter den ersten Abstandshaltern. Auf die entsprechenden Beschreibungsteile wird hiermit verwiesen. Natürlich lassen sich den vorgestellten Verfahren gemäß der ersten und zweiten alternative Folienelemente mit mehreren, mittels Abstandshaltern beabstandeten Schichten herstellen. Hierzu wird das jeweilige Verfahren mehrfach hintereinander angewendet, wobei bspw. die bereitgestellte erste Schicht bereits ein aus zwei oder mehr Schichten bestehendes Folienelement ist.
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Der vorrichtungsgemäße Teil der Aufgabe ist mit einem Folienelement gelöst, das eine elastisch verformbare erste Schicht mit einer ersten Oberfläche, und eine elastisch verformbare zweite Schicht mit einer zweiten Oberfläche aufweist, wobei die erste und die zweite Oberfläche einander zugewandt, durch zwischen der ersten und zweiten Oberfläche ausgebildete, vereinzelt angeordnete, elastisch verformbare Abstandshalter voneinander beabstandet angeordnet, und mit einander verbunden sind; zwischen den Abstandshaltern und der ersten und zweiten Oberfläche definierte Zwischenräume ausgebildet sind; die erste und zweite Schicht sowie die Abstandshalter aus einem Silikonmaterial bestehen; die erste und die zweite Schicht eine Schichtdicke von < 2 mm aufweisen; der Schichtverbund aus erster und zweiter Schicht mit den dazwischen angeordneten Abstandshaltern eine Dicke von < 5 mm aufweist, und der Abstand der Abstandshalter variiert, so dass dadurch ein vorgegebenes anisotropes Verformungsverhalten des Folienelements eingestellt ist.
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Die Zwischenräume sind bevorzugt mit einem fluiden Medium gefüllt, wobei unter einem fluiden Medium vorliegend eine Substanz verstanden wird, die einer beliebig langsamen Scherung keinen Widerstand entgegensetzt und somit eine endliche Viskosität aufweist. Fluide Medien umfassen daher insbesondere Gase und Flüssigkeiten, aber auch Gele. Weiterhin können die Zwischenräume des Folienelements insgesamt zu einer Umgebung des Folienelements hin offen oder geschlossen sein, d. h. im ersten Fall kann das fluide Medium aus dem Folienelement entweichen oder in dieses eindringen, insbesondere ist der Außendruck (bspw. der Luftdruck) gleich dem Innendruck in den Zwischenräumen, im zweiten Fall ist das fluide Medium in den Zwischenräumen eingeschlossen. Die Wahl des fluiden Mediums und die Ausführungsform (nach Außen abgeschlossene/offene Zwischenräume) beeinflussen die elastischen Eigenschaften des Folienelements und können den Anforderungen entsprechend ausgewählt werden.
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Durch die Verwendung vereinzelt angeordneter, elastisch verformbarer Abstandshalter zwischen den zwei Schichten des Folienelements wird das Materialvolumen, das bei einer Einwirkung eines mechanischen Krafteintrages verformt werden muss, reduziert. Weiterhin ergibt sich durch die bekannten Zwischenräume eine geometrisch bekannte Dichteverteilung im Folienelement, so dass das Hystereseverhalten des Folienelements bei mechanischer Verformung beherrschbar ist. Zusätzlich kann ein anisotropes elastisches Verformungsverhalten eingestellt werden, d. h. das zu verformende Volumen kann frei definiert und im Folienelement, durch entsprechende Anordnung der Abstandshalter, angeordnet werden. Bei Einsatz des erfindungsgemäßen Folienelements bei einem taktilen Sensor kann so die Empfindlichkeit des Sensors an die zu lösende Aufgabe angepasst werden, bspw. hohe Empfindlichkeit gegenüber senkrechten Kräften bei gleichzeitig geringer Empfindlichkeit gegenüber horizontalen Kräften und umgekehrt.
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Das Folienelement ist neben taktilen Sensoren auch für passive/aktive Schwengungsdämpfer, bei Greifern oder Greifwerkzeugen verwendbar. Werden die Zwischenräume mit einer elektro-rheologischen Flüssigkeit gefüllt, kann ein flächiges Dämpfungselement mit lokal einstellbarem Dämpfungsverhalten erstellt werden. Werden die Abstandshalter z. B. aus elektro-aktiven Polymeren hergestellt, kann ein aktives flächiges Dämpfungs-/Aktorelement erstellt werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezug auf die Figuren ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Beschriebene und/oder bildlich dargestellte Merkmale bilden für sich oder in beliebiger, sinnvoller Kombination den Gegenstand der Erfindung, gegebenenfalls auch unabhängig von den Ansprüchen, und können insbesondere zusätzlich auch Gegenstand einer oder mehrerer separaten Anmeldung/en sein. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Es zeigen:
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1 eine bereitgestellte erste Schicht 101,
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2 auf die erste Oberfläche der ersten Schicht 101 aufgebrachte zweite Abstandshalter 102,
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3 eine ausgerichtete erste 101 und zweite 103 Schicht,
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4 Zustand beim Fügen der zweiten 102 und dritten 104 Abstandshalter, und
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5 Zustand nach dem Auseinanderbewegen der ersten 101 und zweiten 103 Schicht bis eine gewünschte Gesamtdicke des Folienelements erreicht ist.
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1 zeigt den ersten Verfahrensschritt in dem eine erste Schicht 101 mit einer ersten Oberfläche aus einem elastisch verformbaren Material bereitgestellt wird. Die erste Schicht 101, vorliegend aus einem Silikonmaterial, kann in einem Press-, Gieß, Spinn-, Druck-, Tauch-, Sprüh- oder Kalandrierverfahren hergestellt sein. Die erste Schicht 101 kann als zweidimensionale ebene oder dreidimensional im Raum geformte Schicht ausgebildet sein. Die Schichtdicke der ersten und/oder der zweiten Schicht 103 können je nach Anwendung mehrere Millimeter aber auch Mikrometer bspw. < 500 μm, < 300 μm, 200 μm, < 150 μm, < 100 μm, < 75 μm, < 50 μm betragen.
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2 zeigt die erste Schicht 101 nachdem auf die erste Oberfläche der ersten Schicht 101 vereinzelte zweite Abstandshalter 102 aus einem aushärtbaren Polymermaterial (vorliegend ein Silikonmaterial) in einer zweiten Anordnung aufgebracht worden sind.
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Deutlich zu erkennen ist, dass die Abstandshalter 102 einen Abstand voneinander aufweisen, der zumindest ihrem Durchmesser entspricht. Vorliegend wurden als zweite Abstandshalter Silikon-Bumps in einer quadratischen Anordnung, d. h. an den jeweiligen Ecken eines Quadrats, auf die erste Oberfläche aufgebracht.
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Nicht dargestellt ist das Bereitstellen der zweiten Schicht 103 aus einem elastisch verformbaren Material mit einer zweiten Oberfläche, sowie das Aufbringen vereinzelter dritter Abstandshalter 104 aus einem aushärtbaren Polymermaterial, vorliegend ebenfalls ein Silikonmaterial, in einer zur zweiten Anordnung spiegelsymmetrischen dritten Anordnung auf der zweiten Oberfläche.
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3 zeigt das Ausrichten der ersten 101 und zweiten 103 Schicht, so dass sich die auf der ersten und auf der zweiten Oberfläche spiegelsymmetrisch aufgebrachten Anordnungen der zweiten 102 und dritten 104 Abstandshalter deckungsgleich gegenüberliegen.
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4 zeigt das Fügen der sich jeweils deckungsgleich gegenüberliegenden zweiten 102 und dritten 104 Abstandshalter an ihren jeweiligen freien Enden. Um den Fügevorgang im Fall von Thermoplastmaterialien zu beförden, wurden die freien Enden der zweiten 102 und dritten 104 Abstandshalter zuvor erwärmt. Alternativ oder zusätzlich kann das Fügen mittels mechanischer Vibration der ersten 101 und zweiten 103 Schicht befördert werden.
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Nach Beendigung des Fügevorgangs sind die zweiten 102 und dritten Abstandshalter 104 miteinander verbunden, gleichermaßen sind die erste 101 und zweite 103 Schicht über die verbundenen Abstandshalter 102, 104 miteinander verbunden. Die verbundnen Abstandshalter 102, 104 liegen in diesem Verfahrensschritt als noch aushärtbares Polymermaterial, d. h. vorliegend als noch nicht vollständig vernetztes Silikonmaterial, vor. Dabei hat das Material zumindest noch eine geringe Fließfähigkeit.
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5 zeigt den Zustand des Folienelements nach dem Auseinanderbewegen der ersten 101 und zweiten 103 Schicht so, dass die erste und die zweite Oberfläche einen vorgegebenen Abstand voneinander aufweist und die gefügten Abstandshalter 102, 104 die erste und zweite Oberfläche verbinden. Deutlich zu erkennen ist, dass sich durch das Auseinanderbewegen die Außenkonturen der gefügten Abstandshalter 102, 104 einem einschaligen Hyperboloid angenähert haben, dessen Mittendurchmesser geringer ist, als der Fußdurchmesserjeweils an der ersten bzw. zweiten Oberfläche.
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In einem letzten Verfahrensschritt (nicht dargestellt) erfolgt vorliegend noch ein Aushärten, d. h. vollständiges Vernetzen des Silikonmaterials der gefügten Abstandshalter 102, 104, wobei das Polymermaterial der gefügten Abstandshalter 102, 104 nach dem Aushärten elastisch verformbar bleibt und die Abstandshalter 102, 104 in einem mechanisch unbelasteten Zustand die erste und die zweite Oberfläche in einem Abstand A beabstanden. Das Folienelement weist dabei die Gesamtdicke D auf.
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Bezugszeichenliste
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- 101
- erste Schicht
- 102
- zweite Abstandshalter
- 103
- zweite Schicht
- 104
- dritte Abstandshalter
- A
- Abstand der ersten und zweiten Oberfläche
- D
- Gesamtdicke des Folienelements
