DE102011015287A1

DE102011015287A1 - Druckbare mehrlagige Spule

Info

Publication number: DE102011015287A1
Application number: DE201110015287
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-03-28
Filing date: 2011-03-28
Publication date: 2012-10-04

Abstract

Mehrlagige Spule (1), aus mindestens zwei übereinander geschichteten, aufdruckbaren Windungen (2) gebildet, wobei – jede Windung (2) einen Eingangskontakt (41), (42), (43) und einen Ausgangskontakt (51), (52), (53) aufweist, und wobei ab der zweiten Windung, bei jeder Windung deren Eingangskontakt mit dem Ausgangskontakt der darunter liegenden Windung verbunden ist, und wobei – je zwei übereinander liegende Windungen der Spule voneinander durch eine aufdruckbare Zwischenschicht (3) getrennt sind, die jedoch den Ausgangskontakt (5) der unteren Windung frei lässt, und wobei – (1) in einer Anzahl aufeinanderfolgender Druckschritte erstellbar ist.

Description

1. Stand der Technik
Bekannt ist die sogenannte „druckbare Elektronik”, mit welcher anstatt optisch möglichst ansprechender Bilder oder Texte, elektronische Vorrichtungen nach Art einer Leiterbahnmatrix oder eines Transistors gedruckt werden. Bekannt sind einlagige, bevorzugt als Leiterspirale ausgeführte Spulen nach Art einer Funketikettenantenne, wobei z. B. in einem ersten Schritt eine Spirale aufgebracht wird, in einem zweiten Druckgang ein isolierendes Muster, damit in einem dritten Druckgang eine die Windungen der Spule Übersteigende Leiterbahn aufgebracht werden kann. Eine derartige Spule ist einfach in einem Rollendruckverfahren druckbar, in der hier ausgeführten Version in drei Schritten, und zwar sowohl mit Kontaktdruckverfahren nach Art des Tiefdrucks, als auch mit Digitaldruckverfahren nach Art des Inkjets.
Bekannt sind mit magnetischen oder magnetisierbaren Teilchen versetzte flüssige Polymere, die z. B. mit Kontaktdruckverfahren nach Art des Siebdrucks aufbringbar sind, jedoch aufgrund ihrer Viskosität mit klassichen Tintenstrahldruck nicht verarbeitet werden können.
Aus der Textilverarbeitung bekannt sind Varianten des Tintenstrahldruckes, die z. B. elektromagnetisch gesteuerte, miniaturisierte Spritzdüsen verwenden, und infolgedessen hoch viskose Tinten verarbeiten können.
Bekannt sind Tauchspulen, die bevorzugt die Form eines dickwandigen Zylinders haben, und in die z. B. ein Ferromagnet eintauchen und eine Spannung induzieren kann. Derartige Spulen werden nach Stand der Technik z. B. auf einen Spulenkörper gewickelt, und sind im einfachsten Fall als Solenoid ausgeführt, d. h. dass sie in radialer Richtung einlagig und in axialer Richtung mehrlagig sind. Sie sind in einer praktisch brauchbaren Form – z. B. mit einigen hundert Windungen, also als heterogene, dreidimensionale Körper – nicht mehr einfach in einem Rollendruckverfahren druckbar, schon gar nicht in einem Kontaktdruckverfahren mit einer geringen Anzahl vordefinierter Druckformen.
Andererseits wäre es von Interesse, Spulen in einem Arbeitsgang zusammen mit anderen elektronischen Bausteinen drucken zu können, bevorzugt mit magnetischen Elementen, um so druckbare elektromagnetische Vorrichtungen realisieren zu können,
2. Beschreibung der Erfindung.
Die nachstehend beschriebene Erfindung löst vorstehend erwähnte Aufgabe mit einem Verfahren nach Anspruch 3 und einer Vorrichtung nach Anspruch I. Weitere Merkmale der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen niedergelegt.
2.1 Begriffsbestimmungen
„Drucken” meint in dieser Schrift die Aufbringung von zweidimensionalen Flächenmustern, der Begriffschliesst z. B. „analoge” Druckverfahren nach Art des Sieb- oder Tiefdrucks ein, bei denen jede Druckstation mit einer starren Druckform arbeitet, sowie „digitale” Druckverfahren, in denen eine Tinte gemäss einer digitalen Datei aufgebracht wird, und somit zwischen zwei Druckschritten beliebig veränderbar ist. „Tinte” meint in dieser Schrift jeden Fluid, der mit einem Druckverfahren aufgetragen werden kann, also z. B. klassische Tinten oder Farben, Pasten oder Pulver.
2.2 Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
Bevorzugt wird ein einfacher Solenoid (1) erstellt, indem jeweils eine Windung (2) mit leitender Tinte gedruckt wird. Dabei weist jede Windung (2) eine Eingangskontakt (4) auf, in welche ein Strom hineinfliesst und eine Ausgangskontakt (5), aus welchem er ausfliesst. Nach diesem Aufbringen wird (2) mit einer isolierenden Schicht (3) bedruckt, wobei (4) abgedeckt wird und (5) frei bleibt. Das Ergebnis ist in 1 stark schematisch gezeigt.
Nun wird z. B. eine zweite Windung aufgebracht, welche ebenso wie die erste Windung ein Eingangs- und eine Ausgangskontakt aufweist, wobei nun aber die Eingangskontakt der zweiten Windung auf die Ausgangskontakt der ersten Windung aufgebracht wird. Wieder wird anschliessend ein Isolator aufgebracht, welcher die Ausgangskontakt der zweiten Windung frei lasst.
2 zeigt schematisch und bevorzugt wie auf diese Weise ein Solenoid mit 4 Windungen erstellt wird, wobei in 2 die erste Windung Eingangs- und Ausgangskontakte (41) und (51) beinhaltet, die zweite, dritte und vierte entsprechend jeweils (42) und (52), (43) und (53), (44) und (54). Bevorzugt bilden hier (41) und (54) den Ein- und Ausgang der Spule (1). Bevorzugt sind dabei die Leiterbahnen (2) einige Zentimeter lang, mehrere Millimeter breit und weniger als ein Mikrometer dick; desgleichen die Isolatormuster (3), welche aufeinanderfolgende Windungen trennen und in 2 nur andeutungsweise gezeigt sind. Bevorzugt kann (1) prinzipiell beliebig viele Windungen aufweisen. Bevorzugt ist (1) zylindrisch und es sind bei zwei aufeinanderfolgenden Lagen die Ein- und Ausgangskontakte entlang des Umfangs dieser Windungen (2) um einen ganzzahligen Bruchteil von 360 Grad versetzt, sodass (1) entllang der zugehörigen Zylinderachse eine periodische Geometrie aufweist Bevorzugt werden (2) und (3) nach jedem Druckschitt mit einer gepulsten Einstrahlung (z. B. gepulstes UV) aus- oder vorgehärtet.
Bevorzugt wird ein mit magnetischen Teilchen versetzter Polymerfluid als Isolator (3) verwendet, wobei die magnetischen Teilchen noch vor dem Einbringen in den Polymerfluid mit einem Isolator beschichtet wurden. Bevorzugt sind (2) und (3) im wesentlichen kreisförmig und es wird dabei (3) nicht mehr als aufgeschnitter Ring, sondern als eingekerbte, mit (2) konzentrische Kreisscheibe gedruckt, sodass eine Solenoidspule mit ferromagnetischem Kern auf diese Weise druckbar ist.
3. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung
Bevorzugt wird eine Spule (1) mit vielen Windungen erstellt, indem ein Substrat eine geeignete Anzahl von Malen durch zwei Inkjet-Druckstationen geführt wird, welche jeweils eine leitende Windung (2) sowie den zugehörigen Isolator (3) auftragen. Bevorzugt kann die Entfernung zwischen dem Tintenstrahldruckkopf und (1) dabei konstant gehalten werden.
Bevorzugt kann statt oder zusätzlich zu einer photochemischen Härtung eine thermische oder Mikrowellen- oder HF-Hartung genutzt werden.
Bevorzugt ist (1) als Tauchspule druckbar, und mit einer elastischen Folie bedeckt, welche einen Magneten aufweist, derart dass Schwingungen des Magneten einen Strom in (1) induzieren; umgekehrt kann ein in (1) eingespeister Strom den Magneten bewegen. Somit kann die Tauchspule als Sensor oder Aktor fungieren.
Bevorzugt ist der Magnet auf der Folie aufgedruckt. Bevorzugt ist die Folie aus einem porösen Elastomer gebildet, und der Magnet ist aus einem magnetisierbaren polymeren und druckbaren/Material, welches nun besonders stark an der Folie haften kann.
Bevorzugt wird das magnetisierbare Polymer nach Aushärten inhomogen magnetisiert, sodass die zeitliche Variation des von (1) eingeschlossenen Magnetfeldes erhöht wird.
Bevorzugt wird (1) nach Erstellung auf einer Fläche (6) mit einem porösen Elastomer (7) beschichtet, und die so entstandene elastische Vertiefung wird mit einem magnetisierbaren Polymer (8) befüllt, derart dass der Propfen (8) sich in der bevorzugt als Tauchspule genutzten Spule (1) vertikal und seitlich bewegen kann. Auch diese Vorrichtung kann nach einer Magnetisierung als Sensor oder Aktor fungieren.
Bevorzugt beinhaltet (1) mehrere radial übereinander liegende Lagen. Bevorzugt wird bei Erstellung der erfindungsgemässen Spule auf einem Substrat, neben derselben eine Anzahl leitender Flächen so übereinander gedruckt, dass eine Säule aus leitendem Material entsteht. Bevorzugt verbindet eine solche Säule zwei erfindungsgemässe Spulen miteinander, wobei z. B. der Ausgang der ersten Spule mit dem Eingang der zweiten Spule verbunden wird.
4. Vorteile und bevorzugte Anwendungen der Erfindung
Die Erfindung leistet einen Beitrag zur „druckbaren Elektronik”, indem diese um elektromagnetische Vorrichtungen erweitert wird.
Bevorzugt ist eine erfindungsgemässe Spule so aufgebracht, dass sie als Primär- oder Sekundärspule eines Transformators nutzbar wird. Ein derartiger Transformator kann z. B. zum kabellosen Aufladen einer Batterie genutzt werden.
Bevorzugt wird eine Anzahl vorstehend beschriebener Spulen (1) auf ein Substrat gedruckt, sodass z. B. ein Sensorfeld nach Art eines Mikrofon-Arrays oder Aktorfeld nach Art eines akustischen Arrays für gerichtete Tonabstrahlung entsteht.
Bevorzugt wird eine Anzahl von Spulen (1) auf ein Substrat gedruckt, um einen rotierenden oder einen Linearmotor zu realisieren. Bevorzugt werden die Spulen (1) miniaturiert und als zweidimensionales Feld ansteuerbar. Bevorzugt wird mit einem derartigen ein- oder zweidimensionalen schaltbaren Array ein magnetisch dotierter Flüssigkeitstropfen auf einer Oberfläche bewegbar.

Claims

Mehrlagige Spule (1), aus mindestens zwei übereinander geschichteten, aufdruckbaren Windungen (2) gebildet, wobei – jede Windung (2) einen Eingangskontakt (4) und einen Ausgangskontakt (5) aufweist, und wobei ab der zweiten Windung, bei jeder Windung deren Eingangskontakt mit dem Ausgangskontakt der darunter liegenden Windung verbunden ist, und wobei – je zwei übereinander liegende Windungen der Spule voneinander durch eine aufdruckbare Zwischenschicht (3) getrennt sind, die jedoch den Ausgangskontakt (5) der unteren Windung frei lässt, und wobei – (1) in einer Anzahl aufeinanderfolgender Druckschritte erstellbar ist.
Spule (1) nach Anspruch 1, die eine magnetisierbaren aufdruckbaren Kern aufweist, wobei dieser bevorzugt aus elektrisch isolierenden Schichten gebildet sein kann, die auch zur elektrischen Trennung zweier aufeinanderfolgender Windungen gemäss Anspruch 1 genutzt werden.
Verfahren zur Erstellung einer Spule (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, mit digitalen Druckverfahren für leitende Tinten und für Isolatoren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei die aufgedruckten Windungen und Isolatorschichten nach jedem Druckdurchgang hartbar sind, bevorzugt durch Einstrahlung von gepulstem Licht oder elektromagnetischer Strahlung nach Art einer Mikrowellenhärtung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5 zur Nutzung einer auf dem gleichen Substrat gedruckten Anzahl von Spulen (1).
Verfahren nach Anspruch 5 zur Nutzung einer Anzahl von Spulen (1) als elektromechanischen Aktor oder Sensor, oder als Teil eines Transformators, oder als druckbaren Elektromotor, oder als Linearmotor zur ein- oder zweidimensionalen Positionierung einer ferromagnetischen Vorrichtung.