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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bedrucken eines flexiblen Produkts gemäß des Patentanspruchs 1 sowie ein entsprechend hergestelltes flexibles Produkt gemäß des Patentanspruchs 11.
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Es sind seit langem verschiedene Produkte bekannt, welche wenigstens ein elastomeres Material aufweisen oder aus wenigstens einem elastomeren Material bestehen. Derartige Produkte können auch wenigstens einen flexiblen Festigkeitsträger aufweisen. Hierzu gehören z.B. Reifen, Förderbänder, Luftfedern, Antriebsriemen, Folien, Schläuche und dergleichen.
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Je nach Anwendungsfall kann es dabei von Interesse sein, die Oberfläche des elastomeren Produkts oder die Oberfläche einer elastomeren Schicht eines mehrschichtigen elastomeren Produkts zu bearbeiten. Insbesondere kann es relevant sein, eine derartige Oberfläche zu bedrucken.
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Nachteilig ist hierbei, dass elastomere Produkte bzw. Schichten üblicherweise eine derart raue Oberfläche aufweisen, dass diese für Druckprozesse gar nicht oder nur bedingt geeignet ist. Insbesondere bei Druckprozessen mit sehr feinen Strukturen kann sich eine raue Oberfläche auch schon bei vergleichsweise geringer Rauigkeit hinderlich auswirken.
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Neben der Rauigkeit der Oberfläche eines elastomeren Produkt bzw. einer elastomeren Schicht ist zu beachten, dass Bestandteile der elastomeren Mischung wie z.B. Wachse oder Weichmacher aus der Mischung heraus diffundieren und sich an der Oberfläche absetzen können. Dies kann im Rahmen eines Vulkanisationsprozesses zur Bildung einer sogenannten Vulkanisationshaut führen, welche die Oberfläche teilweise bis vollständig bedecken kann. Die Vulkanisationshaut kann z.B. Schwefel und peroxydische Rückstände aufweisen. Auch dies kann ein Bedrucken der Oberfläche stören, weil diese Stoffe die Oberflächenspannung der Oberfläche beeinflussen können. Hierdurch kann die Oberfläche beim Bedrucken nicht so verformt oder gedrückt werden, dass Drucksubstrate einen ausreichenden bis optimalen Untergrund vorfinden können.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein flexibles Produkt der eingangs beschriebenen Art bereit zu stellen, so dass dessen Oberfläche besser als bisher bekannt zum Bedrucken geeignet ist. Dies soll insbesondere für Druckprozesse mit sehr feinen Strukturen erreicht werden. Zumindest soll eine Alternative zu bekannten derartigen flexiblen Produkten geschaffen werden.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein flexibles Produkt mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Somit betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Bedrucken wenigstens einer ersten Schicht eines flexibles Produkts, vorzugsweise eines elastischen Produkts, besonders vorzugsweise eines elastomeren Produkts. Unter einem Produkt wird ein Gegenstand verstanden, welcher das Ergebnis eines Herstellungsprozesses ist. Das flexible Produkt weist wenigstens eine erste Schicht auf, welche zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, aus einem flexiblen, vorzugsweise aus einem elastischen, besonders vorzugsweise aus einem elastomeren, Material ausgebildet ist. Das elastomere Material der ersten Schicht ist vorzugsweise bereits vulkanisiert worden. Auch können entsprechende Kunststoffe als flexibles Material verwendet werden.
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Die Eigenschaft der Flexibilität des Produkts ist dabei als Materialeigenschaft zu verstehen, welche durch die Verwendung eines flexiblen Materials, vorzugsweise durch die Verwendung eines elastischen Materials und besonders vorzugsweise durch die Verwendung eines elastomeren Materials, vorzugsweise Gummi, erreicht werden kann. Das Produkt kann dabei vollkommen, von den weiteren erfindungsgemäßen Merkmalen abgesehen, aus diesem Material bestehen oder dieses Material zumindest im Wesentlichen aufweisen, so dass die flexible Materialeigenschaft des Produkts erreicht werden kann.
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Das erfindungsgemäße Verfahren weist wenigstens die Schritte auf:
- • Bereitstellen der ersten Schicht, welche wenigstens eine erste Oberfläche aufweist,
- • Behandeln wenigstens eines Abschnitts der ersten Oberfläche, und
- • Bedrucken wenigstens des behandelten Abschnitts der ersten Oberfläche wenigstens abschnittsweise mit einem elektrisch leitfähigen flexiblen Material.
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Der vorliegenden Erfindung liegt dabei zum einen die Erkenntnis zugrunde, dass durch ein Behandeln wenigstens eines Abschnitts der ersten Oberfläche in diesem Bereich die Qualität der Oberfläche hinsichtlich ihrer Eignung bedruckt zu werden durch verschiedene Maßnahmen gemeinsam oder alternativ verbessert werden kann, wie im Folgenden näher beschrieben werden wird.
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Insbesondere kann bei einem elastomeren Material der ersten Schicht auf den unbehandelten Abschnitten der ersten Oberfläche üblicherweise noch eine Vulkanisationshaut mit einer vergleichsweise geringen Oberflächenspannung vorliegen. In diesem Fall können im Druckprozess vorrangig die Abschnitte der ersten Oberfläche mit dem Druckmaterial wie z.B. mit einer Paste benetzt werden, welche zur Entfernung bzw. zur Reduzierung der Vulkanisationshaut vorbehandelt wurden und somit eine höhere Oberflächenspannung als die Vulkanisationshaut besitzen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt zum anderen die Erkenntnis zugrunde, dass durch Bedrucken der ersten Schicht mit einem elektrisch leitfähigen flexiblen Material dort elektrisch leitfähige Strukturen ausgebildet werden können, welche aufgrund ihrer Materialeigenschaften gleichzeitig ausreichend flexibel sein können, um den Bewegungen der ersten Schicht ausreichend folgen zu können, ohne beschädigt oder zerstört zu werden. Hierdurch kann die Funktionalität der elektrisch leitfähige Strukturen auch bei Verformungen der ersten Schicht erhalten bleiben, so dass elektrisch leitfähige Strukturen auf einem flexiblen Untergrund gedruckt und möglichst dauerhaft verwendet werden können.
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Die jeweiligen Oberflächeneigenschaften können vor, während und bzw. oder nach dem Schritt des Behandelns über unterschiedlichen Sensorsysteme überprüft werden. Hierdurch können Erkenntnisse gewonnen werden, wie intensiv die anschließende Behandlung erfolgen soll, wie intensiv die laufende Behandlung erfolgen soll oder wie intensiv die vorangegangene Behandlung erfolgt ist. Auf diese Art und Weise kann der anschließende bzw. laufende Schritt des Behandelns in seiner Intensität beeinflusst werden, um das Ergebnis dieses Schritts zu verbessern. Ferner kann das nachfolgende Bedrucken auf das erzielte Ergebnis des vorangegangenen Behandelns eingestellt werden.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der Abschnitt der ersten Oberfläche durch das Behandeln zumindest abschnittsweise geglättet. Mit anderen Worten wird die Rauigkeit der ersten Oberfläche in diesem Bereich reduziert. Dies kann sowohl durch einen Abtrag von Unebenheiten, Welligkeiten sowie Erhebungen und Vertiefungen wie z.B. Krater erfolgen, welche z.B. durch eine Vulkanisationshaut gebildet werden können. Ebenso kann eine Reduzierung von Oberflächenspannungen zur Glättung der ersten Oberfläche der ersten Schicht führen. Das Behandeln kann dabei für den Abschnitt einheitlich erfolgen, so dass über den gesamten Abschnitt dieselbe Wirkung erzielt werden kann. Die Behandlung kann jedoch innerhalb des Abschnitts auch unterschiedlich intensiv erfolgen, so dass die Wirkung der Behandlung innerhalb des Abschnitts unterschiedlich ausfallen kann.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der Abschnitt der ersten Oberfläche durch das Behandeln zumindest abschnittsweise vertieft. Hierdurch kann eine Struktur, welche durch das Bedrucken mit dem elektrisch leitfähigen flexiblen Material geschaffen werden kann wie z.B. eine Leiterbahn und bzw. oder ein elektrisches Bauelement, wie später noch beschrieben werden wird, angeordnet und durch die vertiefte Anordnung gegenüber äußeren Einflüssen geschützt werden. Auch kann ein weiteres elektrisches Bauelement, welches unabhängig hergestellt und auf die erste Oberfläche der ersten Schicht aufgesetzt werden kann und üblicherweise eine gewisse Höhe aufweist, durch die vertiefte Anordnung gegenüber äußeren Einflüssen geschützt werden. Dies gilt insbesondere zum Schutz vor mechanischen Beschädigungen wie z.B. Kratzer.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung erfolgt das Behandeln als Schleifen. Als Schleifgerät kann ein Fräsmesser für genaue Abgrenzungen oder auch ein Rundschleifgerät verwendet werden, welches die gesamte Oberflächenstruktur entsprechend abschleift. Für den Schleifprozess können auch Scheibenfräser zum Einsatz kommen, welche nur einen schmalen Schlitz fräsen. Es kann auch abgesetzt gefräst werden, so dass Fräsmuster ähnlich unterbrochenen Linien geschaffen werden können. Je nach Anwendungsfall kann der Abschnitt der ersten Oberfläche zumindest abschnittsweise verstärkt abgeschliffen werden, wie zuvor beschrieben. Zudem können Kavitäten, Ecken oder Kanten eingeschliffen werden, deren Kontur je nach Anwendungsfall variieren kann.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung erfolgt das Behandeln als Laserbehandeln. Unter einem Laserbehandeln wird ein Laserabtrag verstanden, welche zu einer Dickenreduzierung und bzw. oder zu einer Strukturierung der ersten Oberflächen führen kann. Hierdurch können die Vorteile des zuvor beschriebenen Schleifens alternativ erreicht werden. Ein Laser kann jedoch noch zielgerichteter Kanten, Abgrenzungen oder Flächen gravieren. Jeweilige Laser-Gravierprozesse können im Roll-zu-Roll-Verfahren Teilgebieten eingebracht werden. Als Laserwerkzeug kann ein hochpräzises Laserverfahren verwendet werden, welches direkt für die Beschichtungs- und Drucktechnologieformung appliziert ist. Vorteilhaft ist ein On-the-Fly Laser-Prozess.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung erfolgt das Behandeln als Plasmabehandeln. Die Behandlung kann mit einer Plasma- und bzw. oder Photonik-Oberflächentechnik werden. Das Plasmabehandeln ist dabei ein Sammelbegriff für alle Plasmaprozesse, die für die Oberflächenbehandlung eingesetzt werden können. Dies sind insbesondere das Plasmareinigen von Oberflächen, das Plasmaaktivieren zur Erhöhung der Oberflächenspannung, das Plasmaätzen zur Oberflächenvergrößerunq, zum Mattieren und zum Strukturierung sowie das Plasmabeschichten zum Aufbringen von Strukturen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird bzw. werden durch das Bedrucken auf dem behandelten Abschnitt der ersten Oberfläche wenigstens eine Leiterbahn und bzw. oder wenigstens ein elektrisches Bauelement ausgebildet. Unter einer Leiterbahn wird dabei eine Leiterbahn einer elektronischen Schaltung verstanden. Unter einem elektrischen Bauelement wird ein sonstiger Bestandteil einer elektronischen Schaltung verstanden. Vorzugsweise ist das elektrische Bauelement bzw. die elektronische Schaltung ein solches, welches bisher als Chipmodule als vergossenes elektrisches Bauelement bzw. als vergossene elektronische Schaltung starr als Platine ausgeführt wird. Das elektrische Bauelement bzw. die elektronische Schaltung kann beispielsweise ein Sensor oder ein Sensorelement wie z.B. ein Messfühler sein. Der Sensor bzw. das Sensorelement kann z.B. kapazitiv und bzw. oder induktiv arbeiten und bzw. oder einen ohmschen Widerstand erfassen können. Beispielsweise können Temperatur-, Kraft-, Druck- und bzw. oder Beschleunigungssensoren ausgebildet werden.
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Das elektrische Bauelement bzw. die elektronische Schaltung kann auch ein Aktor oder ein Aktorbestandteil sein. Das elektrische Bauelement bzw. die elektronische Schaltung kann ferner eine Batterie bzw. ein wiederaufladbarer Akkumulator sein. Auch kann das elektrische Bauelement bzw. die elektronische Schaltung eine Verarbeitungselektronik bzw. eine Recheneinheit sein, welche Signale und bzw. oder Daten verarbeiten kann. Ebenso kann das elektrische Bauelement bzw. die elektronische Schaltung eine Signalübertragungseinheit, vorzugsweise eine drahtlose Signalübertragungseinheit mit oder ohne Antenne wie z.B. NFC (Near Field Communication) oder RFID (Radio-Frequency IDentification), sein, welche Signal empfangen und bzw. oder versenden kann. Auch können hierdurch Heiz- und bzw. oder Kühlelemente ausgebildet werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die erste Schicht ein elastomeres Material auf, vorzugsweise besteht aus einem elastomeren Material, wobei die erste Schicht in einem vulkanisierten Zustand bereitgestellt wird. Auf diese Art und Weise kann eine erste Schicht bereitgestellt werden, welche sich wie zuvor beschrieben behandeln lässt, um die gewünschten Eigenschaften zu erreichen. Auch kann ggfs. auf einen anschließenden Vulkanisationsschritt verzichtet werden, um das elektrisch leitfähigen flexiblen Material bzw. die hierdurch ausgebildeten Strukturen wie z.B. Leiterbahnen und bzw. oder elektrische Bauelemente vor der Hitze der Vulkanisation zu schützen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das Verfahren wenigstens den Schritt vor dem Bereitstellen auf:
- • Walzen der ersten Oberfläche der ersten Schicht in einem unvulkanisierten Zustand mittels einer Gegenwalze mit einer wenigstens abschnittsweise ausgebildeten Silikonoberfläche.
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Durch diese Vorbehandlung der ersten Oberfläche der ersten Schicht kann bei einer elastomeren ersten Schicht dessen Oberflächenspannung bereits verändert und insbesondere reduziert werden, bevor das zuvor beschriebene Behandeln erfolgt. Hierzu kann die erste Schicht mit ihrer ersten Oberfläche z.B. bei einem Kalandrierprozess über eine SilikonOberfläche wie z.B. über eine Gegenwalze mit Silikonfolie geführt werden. Hierdurch kann die erste Oberfläche der ersten Schicht eine sehr niedrige Oberflächenspannung erhalten. Die Gegenwalze mit Silikonfolie kann auch eine Strukturierung aufweisen, welche nur an bestimmten Stellen gewünschte Änderungen der Oberflächenspannung hervorbringen kann. Die Silikonstrukturen können im Druckprozess verhindern, dass Ruckstände von Druckmaterialien wie z.B. funktionelle Tinten oder Pasten auf ungewollten Abschnitten der ersten Oberfläche anhaften können. Somit kann dies zu einer scharfen Trennung zwischen haftender und nicht-haftender erster Oberfläche führen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das Verfahren wenigstens den weiteren Schritt auf:
- • Aufbringen wenigstens einer zweiten Schicht wenigstens abschnittsweise auf die erste Oberfläche der ersten Schicht,
wobei das elektrisch leitfähige flexible Material wenigstens abschnittsweise von der zweiten Schicht abgedeckt wird.
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Hierdurch kann das elektrisch leitfähige flexible Material auf der ersten Oberfläche der ersten Schicht besser gehalten sowie gegenüber äußeren Einflüssen geschützt werden.
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Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein flexibles Produkt, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass das flexible Produkt nach einem zuvor beschriebenen Verfahren hergestellt wurde. Hierdurch können die dort beschriebenen Eigenschaften und Vorteile an einem Produkt genutzt werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das flexible Produkt ein flexibler Sensor, vorzugsweise ein elastischer Sensor, besonders vorzugsweise ein elastomerer Sensor. Auf diese Art und Weise kann ein Sensor als flexibler Körper ausgebildet werden, um vorzugsweise in bzw. auf anderen flexiblen Körpern wie z.B. einem Reifen, einem Antriebsriemen, einem Förderband, einer Folie, einer Luftfeder oder einem Schlauch verwendet zu werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das flexible Produkt ein Reifen, ein Antriebsriemen, ein Förderband, eine Folie, eine Luftfeder oder ein Schlauch. Hierdurch kann eine direkte Integration in das flexible Produkt bereits bei dessen Herstellung erfolgen.
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Die Vorteile der verschiedenen zuvor beschriebenen Aspekt der vorliegenden Erfindung sind insbesondere darin zu sehen, dass ein möglichst ideal planer, d.h. glatter, sowie ebenflächiger Untergrund mit einer reduzierten bzw. optimierten Oberflächenspannung einer Teilfläche oder der Gesamtfläche geschaffen werden kann. Auch kann die Darstellung einer scharfen Trennung zwischen haftenden und nicht-haftenden Abschnitten der ersten Oberfläche erreicht werden.
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Vorteilhaft ist hierbei insbesondere, dass nach einem Ink-Drucken kein Laser-Trimming mehr erforderlich sein kann, da die Strukturen sauber gedruckt wurden. Dies kann ideal für Verkapsel-Prozess sein, da durch plane Oberflächen sehr viele Klebeflächen oder Lufteinschlüsse verwendet werden können, was eine Qualitätsoptimierung bedeuten kann.
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Durch eine deutliche Abgrenzung durch eine Vertiefung oder eine andere Oberflächenspannung kann das Druckbild weiter verbessert werden. Da bei einer elastomeren ersten Schicht auf anderen Stellen der Oberflächenstruktur noch eine Vulkanisationshaut mit wenig Oberflächenspannung vorliegen kann, werden im Druckprozess fokussiert die Stellen mit Paste benetzt, welche vorbehandelt wurden. Dies kann zu einer längeren Lebenszeiterwartung des flexiblen Produkts führen.
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Ein Ausführungsbeispiel und weitere Vorteile der Erfindung werden nachstehend im Zusammenhang mit den folgenden Figuren erläutert. Darin zeigt:
- 1 eine perspektivische schematische Darstellung einer ersten Oberfläche einer bereitgestellten ersten Schicht eines flexiblen Produkts;
- 2 die Darstellung der 1 mit einem behandelten Abschnitt der ersten Oberfläche der ersten Schicht;
- 3 die Darstellung der 2 mit einem bedruckten Abschnitt der ersten Oberfläche der ersten Schicht; und
- 4 die Darstellung der 3 mit einer zweiten Schicht.
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Die Beschreibung der o.g. Figuren erfolgt in kartesischen Koordinaten mit einer Längsrichtung X, einer zur Längsrichtung X senkrecht ausgerichteten Querrichtung Y sowie einer sowohl zur Längsrichtung X als auch zur Querrichtung Y senkrecht ausgerichteten vertikalen Richtung Z. Die Längsrichtung X kann auch als Tiefe X, die Querrichtung Y auch als Breite Y und die vertikale Richtung Z auch als Höhe Z bezeichnet werden.
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1 zeigt eine perspektivische schematische Darstellung einer ersten Oberfläche 11 einer bereitgestellten ersten Schicht 10 eines flexiblen Produkts 1. Die erste Schicht 10 besteht aus einem vulkanisierten elastomeren Material, so dass die erste Schicht 10 flexibel ausgebildet ist. Die erste Schicht 10 erstreckt sich dabei im Wesentlichen in der Ebene der Längsrichtung X und der Querrichtung Y und ist in der Höhe Z vergleichsweise gering, d.h. dünn, ausgebildet.
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In der Höhe Z von oben betrachtet weist die erste Schicht 10 die erste Oberfläche 11 auf, welche sich im Wesentlichen in der Horizontalen erstreckt, welche durch die Längsrichtung X und durch die Querrichtung Y gebildet wird. Die erste Oberfläche 11 weist eine gewisse Rauigkeit sowie eine Vulkanisationshaut auf.
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Die erste Oberfläche 11 wird nun erfindungsgemäß abschnittsweise geschliffen, so dass die Rauigkeit in diesem Bereich der ersten Oberfläche 11 reduziert werden kann. Ferner kann hierdurch die Oberflächenspannung reduziert werden. 2 zeigt die Darstellung der 1 mit einem behandelten Abschnitt 12 der ersten Oberfläche 11 der ersten Schicht 10.
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Der behandelte Abschnitt 12 der ersten Oberfläche 11 der ersten Schicht 10 wird anschließend abschnittsweise mit einem elektrisch leitfähigen flexiblen Material bedruckt. Hierzu können geeignete bekannte Druckverfahren verwendet werden. Es werden zwei Leiterbahnen 13 sowie ein elektrisches Bauelement 14 ausgebildet, so dass erfindungsgemäß auf der ersten Oberfläche 11 der ersten Schicht 10 als flexiblem Untergrund entsprechend flexible elektrische Strukturen 13, 14 ausgebildet werden können, siehe 3, welche den mechanischen Belastungen des flexiblen Produkts 1 besser standhalten können als herkömmliche starr ausgebildete Leiterbahnen 13 und elektrische Bauelemente 14.
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Anschließend wird eine zweite elastomere Schicht 15 auf die erste Oberfläche 11 der ersten Schicht 10 aufgetragen, siehe 4, um die Leiterbahnen 13 und das elektrische Bauelemente 14 abzudecken. Ferner wird das flexible elastomere Produkt 1 vulkanisiert, um seine endgültigen Materialeigenschaften zu erhalten.
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Bezugszeichenliste
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- X
- Längsrichtung; Tiefe
- Y
- Querrichtung; Breite
- Z
- vertikale Richtung; Höhe
- 1
- flexibles Produkt; elastisches Produkt; elastomeres Produkt; Sensor; Reifen; Antriebsriemen; Förderband; Folie; Luftfeder; Schlauch
- 10
- erste Schicht
- 11
- erste Oberfläche der ersten Schicht 10
- 12
- behandelter Abschnitt der ersten Oberfläche 11
- 13
- Leiterbahn
- 14
- elektrisches Bauelement
- 15
- zweite Schicht
