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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden insbesondere Verkleben von sich gegenüberstehenden Kontaktflächen eines ersten und zweiten Fügepartners, insbesondere zum Verbinden einer transparenten Schutzschicht, beispielsweise aus Polycarbonat bevorzugt aus Polymethylmetacrylat (PMMA), als erstem Fügepartner mit einer äußeren Schicht einer elektronischen Pixelmatrixanzeige als zweitem Fügepartner. Das Verkleben zweier Fügepartner unterliegt in der Regel der Anforderung, den Klebstoff möglichst gleichmäßig und möglichst dünn in der zwischen den Fügepartnern ausgebildeten und durch die Kotaktflächen definierten Kavität zu verteilen und dabei Einschlüsse von Luft zu vermeiden und insbesondere dabei die Ausbildung von optisch störenden Einschlüssen zu vermeiden, wenn es sich bei einem der Fügepartner um eine elektronische Pixelmatrixanzeige handelt. Dieses Problem ist von besonderer Relevanz, wenn die Kontaktfläche eines Fügepartners beispielsweise aufgrund dessen Herstellungsprozesses uneben ist. Eine übliche Vorgehensweise dabei ist, einen der Fügepartner so zu biegen, dass sich die Kontaktfläche weg von der anderen Kontaktfläche krümmt, so dass es bei vorhergehender Beschichtung einer der Kontaktfläche mit einem Klebstoff bei Annäherung der Kontaktfläche bis zur Berührung der Klebeschicht durch die andere Kontaktfläche zu einer lokalen meist linienförmigen Benetzung kommt, die sich dann bei Rücknahme der Verbiegung allmählich zu einer vollflächigen Benetzung ausdehnt. Diese Vorgehensweise eignet sich zwar für flexible Folien, ist aber für vergleichsweise dicke und starre Fügepartner ungeeignet. Eine besondere Herausforderung ergibt sich dann, wenn die beiden Fügepartner insbesondere deren zu verbindenden Kontaktflächen aufgrund eines antiparallelen Verlaufs der Kontaktflächen eine nicht gleichförmige Kavität ausbilden, d.h. sich eine Situation ergibt, bei der der lichte Abstand zwischen den Fügepartnern entlang des Verlaufs der Kontaktfläche nicht konstant ist. Die bekannten Vorgehensweisen scheitern an einer Verbindung unter der Prämisse, dass eine gleichförmige und Lufteinschlüsse vermeidende Ausfüllung der Kavität erreicht werden soll.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein Verfahren zum Verbinden zweier, antiparallel zueinander verlaufender Kontaktflächen zweier Fügepartner bereitzustellen, bei dem vergleichsweise einfach eine durchgehende, lufteinschlussfreie Schicht zwischen den Fügepartnern ausgebildet wird und insgesamt ein haltbarer Schichtaufbau erreicht wird. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 geöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, charakterisiert und spezifiziert die Erfindung zusätzlich.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum vollflächigen Verbinden von eine Kavität zwischen sich ausbildenden, antiparallel zueinander verlaufender Kontaktflächen eines ersten und zweiten Fügepartners weist erfindungsgemäß die folgenden Schritte auf.
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In einem Bereitstellungs- und Anordnungsschritt werden der erste transparente Fügepartner, der zweite Fügepartners und ein Formling aus elastischem Material derart angeordnet, dass in der zwischen den Fügepartnern ausgebildeten Kavität der Formling angeordnet ist. Beispielsweise erfolgt dies durch Platzieren des Formlings auf der Kontaktfläche eines der Fügepartner aus erstem oder zweitem Fügepartner und nachfolgendes Anordnen des verbleibenden Fügepartners derart, dass die zwischen den Fügepartnern ausgebildete Kavität zumindest teilweise durch den Formling ausgefüllt ist. Erfindungsgemäß weist der Formling eine äußere, d.h. zur angrenzenden Anordnung an den ersten bzw. zweiten Fügepartner bestimmte Klebeschicht auf. Als ein ausreichendes Haftvermögen im Sinne einer erfindungsgemäßen Klebeschicht wird eine Schälfestigkeit von 0,05 bis 0,15 N/cm verstanden.
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Die erfindungsgemäße Anordnung ist derart, dass der Formling über die Klebeschicht angrenzend an die Kontaktfläche des ersten Fügepartners und angrenzend an die Kontaktfläche des zweiten Fügepartners angeordnet ist. Als antiparallel im Sinne der Erfindung wird eine solcher Verlauf verstanden, bei dem die Kontaktflächen aufgrund des abweichenden Verlaufs nicht zu vollständigen Berührung gebracht werden können und selbst bei Teilberührung eine Kavität zwischen den Fügepartnern verbleibt. Antiparallel im Sinne der Erfindung ist nicht eng auszulegen, so soll ein bereichsweiser paralleler Verlauf der Kontaktflächen der erfindungsgemäßen Qualifikation als antiparallel im Sinne der Erfindung nicht entgegenstehen. Beispielsweise liegt der Maximalabstand im Bereich von 0,08 bis 3,0 cm, bevorzugt im Bereich 0, 1 bis 1,0 cm.
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Erfindungsgemäß ist ferner ein Schritt des Erwärmens des Formlings samt Klebeschicht durch Bestrahlung mit Mikrowellenstrahlung und/oder Infrarotstrahlung vorgesehen, um beispielsweise durch die veränderte Viskosität und/oder das veränderte Haftvermögen der Klebeschicht eine bessere Formanpassung an die Kavität und/oder ein besseres Haften des Formlings an den Kontaktflächen zu erreichen.
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In einem nachfolgenden Schritt erfolgt ein Härten und/oder Vernetzen der Klebeschicht, um einen Schichtaufbau aus erstem Fügepartner, Formling und zweitem Fügepartner auszubilden. Dadurch wird eine haltbare Verbindung im Schichtaufbau erreicht. Bevorzugt erfolgt das Härten und/oder Vernetzen ausschließlich im Bereich der Klebeschicht, so dass die elastischen Eigenschaften des verbleibenden Restes des Formlings erhalten bleiben.
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Durch die erfindungsgemäße Verwendung eines Formlings aus im Wesentlichen elastischem Material, bevorzugt viskoelastischem, Material wird eine vollständige, einschlussfreie Füllung der Kavität erreicht, ohne dass es zu einem Abfließen des die Kavität füllenden Materials kommt. Als elastisch wird beispielsweise eine Elastizität verstanden, die höher ist als die des Materials des ersten und zweiten Fügepartners.
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Beispielsweise handelt es sich bei dem Formling um ein Gelkissen.
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Bevorzugt weist der Formling wenigstens während des Anordnens eine Viskosität auf, die aus dem Bereich von 500 mPas und 5000mPas ausgewählt ist.
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Gemäß einer Ausgestaltung wird die Kavität durch wenigstens eine konvexe oder konkave, bevorzugt konkave, Kontaktfläche aus erster und zweiter Kontaktfläche definiert. Als konkav wird eine in das Innere des betreffenden Fügepartners gerichtete Wölbung seiner Kontaktfläche verstanden. Als konvex wird eine entgegengesetzte Wölbung verstanden.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird die Kavität durch eine plane, d.h. flache Kontaktfläche aus erster und zweiter Kontaktfläche definiert.
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In einer Ausgestaltung wird das Vernetzen der Klebeschicht durch UV-Bestrahlung des Formlings erreicht. Bevorzugt erfolgt die UV-Bestrahlung durch einen der Fügepartner aus erstem und zweitem Fügepartner hindurch.
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Bevorzugt ist der Formling vor dem Anordnen in der Kavität vorgeformt, d.h. der Formling weist eine auf die Kavität angepasste Außenkontur auf, bevor er in die Kavität eingebracht wird.
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In einer Ausgestaltung ergibt sich die Klebeeigenschaft als inhärente Eigenschaft des Materials des Formlings. Formling samt Klebeschicht sind somit homogen ausgebildet. In einer anderen Ausgestaltung wird die Klebeeigenschaft durch Oberflächenbearbeitung, beispielsweise durch Bestrahlung oder durch Benetzung mit einer chemisch reaktiven Komponente in einer äußeren Schicht des Formlings erreicht. Beispielsweise weist die Klebeschicht eine Dicke von einigen Dekaden Mikrometern auf.
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Gemäß einer bevorzugten Variante des Verfahrens wird der Formling in einem dem Anordnen zeitlich vorhergehenden Beschichtungsschritt mit einer Klebeschicht beschichtet, um das Haftvermögen des Formlings am ersten und/oder zweiten Fügepartner zu erhöhen.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung handelt es sich bei dem Klebstoff der Klebeschicht um einen thermisch aktivierbaren Klebstoff und der betreffende Klebstoff der Klebeschicht des Formlings wird im Schritt des Erwärmens des Formlings aktiviert. Dadurch, dass eine Aktivierung erforderlich ist, ist ein einfaches Vorpositionieren des Formlings und ein gegebenenfalls erforderliches Nachpositionieren des Formlings vor der Aktivierung erleichtert ermöglicht.
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Demzufolge ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens dem Schritt des Erwärmens ein Schritt des relativen Ausrichtens von erstem Fügepartner, zweitem Fügepartner und Formling zeitlich vorgeschaltet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Klebstoff ein strahlenhärtender Klebstoff oder durch Feuchtigkeitseinwirkung vernetzender Klebstoff, wie ein silanvernetzender Polymerklebstoff. Als Feuchtigkeitseinwirkung wird eine eine relative Luftfeuchtigkeit von 50% übersteigende Umgebungsluftfeuchtigkeit verstanden. Dadurch ist mittels Feuchtigkeitseinwirkung oder UV-Strahlungseinwirkung eine haltbare Verbindung zwischen dem Formling und der jeweiligen Kontaktfläche erreichbar.
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Bevorzugt wird wenigstens während des Schritt des Härtens und/oder Vernetzens der Schichtaufbau mit Druck beaufschlagt, um einen Minimalabstand zwischen den Fügepartnern zu erreichen.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung sind spätestens nach bevorzugt spätestens während des Härtens und/oder Vernetzens wenigstens der erste Fügepartner und der Formling transluzent, bevorzugt transparent ausgebildet
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Gemäß einer bevorzugten Variante ist der erste Fügepartner eine elektronische Pixelmatrixanzeige. Bevorzugt wird die Kontaktfläche durch eine transparente Deckschicht der Pixelmatrixanzeige definiert. Hierbei hat der Formling ferner die Funktion aufgrund seiner Elastizität die Pixelmatrixanzeige vor Beschädigung und/oder druckbedingten Fehldarstellungen zu schützen, die sich durch Krafteinwirkung auf den zweiten Fügepartner ergeben können.
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Bevorzugt wird die Kavität nach dem Anordnen des Formlings mit Unterdruck beaufschlagt, um eine verbesserte Ausfüllung der Kavität mit dem Material des Formlings zu erreichen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Variante des Verfahrens wird vor dem Anordnen des Formlings die Kavität mit einer Flüssigkeit, bevorzug einer flüchtigen Flüssigkeit, wie einem Alkohol, benetzt, um die Anordnung und Ausrichtung des Formlings zu erleichtern, insbesondere eine blasenfreie Bedeckung der jeweiligen Kontaktfläche durch den Formling zu erreichen.
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Gemäß einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der zweite Fügepartner auf einer seiner Kontaktfläche gegenüberliegenden Hauptfläche nicht eben ausgebildet ist. Beispielsweise weist der betreffende Fügepartner eine konvexe Wölbung auf.
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Gemäß einer Ausgestaltung ist der zweite Fügepartner aus transparentem Polymethylmetacrylat (PMMA). Bevorzugt ist der zweite Fügepartner aus einem Glaswerkstoff, wie einem Silikatglaswerkstoff.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figur näher erläutert. Die Figur ist dabei nur beispielhaft zu verstehen und stellt lediglich eine bevorzugte Ausführungsvariante dar. Es zeigt:
- 1 im Wesentlichen ein schematisches Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Das erfindungsgemäße Verfahren, wie in der 1 gezeigt, dient dem Verbinden insbesondere Verkleben eines ersten Fügepartners 1 und zweiten Fügepartners 2. Anhand der 1 a) soll das durch das erfindungsgemäße Verfahren gelöste Problem erläutert werden, das sich daraus ergibt, dass die zu verbindenden Kontaktflächen 1a bzw. 2a der Fügepartner 1 bzw. 2 antiparallel zueinander sind und aufgrund dessen die zwischen den Kontaktflächen 1a und 2a ausgebildete Kavität 3 vergleichsweise schwierig mit einem Füllmaterial unter Vermeidung von Einschlüssen von Luftblasen zu füllen ist. Eine solche einschlussfreie Füllung wird beispielsweise angestrebt, wenn eine Pixelmatrixanzeige als erster Fügepartner 1 mit einer transparenten Deckschicht als zweitem Fügepartner 2 über ein transparentes, in die Kavität 3 einzubringendes Füllmaterial verbunden werden soll. Die Deckschicht ist beispielsweise aus einem transparenten Kunststoff oder einem transparenten Glaswerkstoff. Derartige Deckschichten als zweiter Fügepartner weisen üblicherweise dem Bediener zugewandte Überhöhungen auf, die mit einer auf der dem Bediener abgewandten Seite ausgebildeten konkaven Wölbung einhergehen. Dieses Problem des gleichmäßigen Füllens der Kavität 3 bei gleichzeitiger ausreichender und dauerhafter Verbindung der beiden Fügepartner 1, 2 wird durch das erfindungsgemäße Verfahren, wie in den nachfolgenden Schritten b) bis e) in 1 dargestellt, gelöst.
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Dazu wird auf den ersten Fügepartner 1 ein Formling 4 aus im Wesentlichen transparentem und viskoelastischem Material aufgebracht. Beispielsweise weist der Formling, wie gezeigt, ein Gelkissen 4a auf. Der Formling 4 weist bereits eine der Kavität 3 entsprechende äußere Kontur auf und ist ferner mit einem thermisch aktivierbaren Klebstoff beschichtet, wodurch der Formling eine äußere Klebeschicht 4b ausbildet. Der thermische Klebstoff der Klebeschicht 4b ist während des Aufbringens noch nicht aktiviert, was aufgrund des noch im Vergleich zum aktivierten Zustand geringeren Haftvermögens der Klebeschicht 4b die Aufbringung und Ausrichtung des Formlings 4 und gegebenenfalls dessen Neupositionierung auf dem ersten Fügepartner 1 erleichtert. Während dessen kann zusätzlich die Kontaktfläche des ersten Fügepartners 1 mit einer flüchtigen Flüssigkeit, wie einem Alkohol, benetzt sein, um die blasenfreie Aufbringung des Formlings 4 zu erleichtern.
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In einem nachfolgenden Schritt, wie in 1 c) gezeigt, wird der zweite Formling 2 auf den Formling 4 aufgebracht, so dass der Formling 4 die zwischen dem ersten Fügepartner 1 und dem zweiten Fügepartner 2 ausgebildete Kavität weitgehend ausfüllt. Der Schichtaufbau aus erstem Fügepartner 1 und zweitem Fügepartner 2 wird mit einem Druck, wie durch den Pfeil P symbolisiert, beaufschlagt, um eine vollständige Ausfüllung der Kavität mit dem Material des Formlings 4 zu erreichen. Gleichzeitig kann bedarfsweise eine durch den Doppelpfeil S angedeutete Nachpositionierung des zweiten Fügepartners 2 relativ zum ersten Fügepartner 1 durchgeführt werden.
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In einem nachfolgenden, durch die 4 d) gezeigten Schritt wird der Schichtaufbau insbesondere der Formling 4 unter Aufrechterhaltung der Druckbeaufschlagung P einer Wärmebehandlung durch Infrarotbestrahlung IR ausgesetzt, um einerseits den Klebstoff der Klebeschicht 4b zu aktivieren und andererseits die Elastizität des Gelkissen 4a des Formlings 4 zu steigern. Die Erwärmung und somit die Aktivierung der Klebeschicht 4b sorgt für die Ausbildung eines haftenden Verbundes aus erstem Fügepartner 1, zweitem Fügepartner 2 und Formling 4. In einem nachfolgenden Schritt erfolgt ein Vernetzen des Formlings 4 insbesondere dessen Klebeschicht 4b durch Bestrahlung mit ultravioletter Strahlung UV. Dadurch vernetzt der Klebstoff der Klebeschicht 4b und es wird ein fester Verbund aus erstem Fügepartner 1, zweitem Fügepartner 2 und Formling 4 erreicht.
