EP1338349B1

EP1338349B1 - Vorrichtung zum Darbieten von Informationsinhalten

Info

Publication number: EP1338349B1
Application number: EP03001074A
Authority: EP
Inventors: Ingo Dr. Gerber; Jan Tuma
Original assignee: Gottlieb Binder GmbH and Co KG
Current assignee: Gottlieb Binder GmbH and Co KG
Priority date: 2002-02-21
Filing date: 2003-01-18
Publication date: 2005-12-14
Anticipated expiration: 2023-01-18
Also published as: DK1338349T3; DE10207193A1; ATE312671T1; EP1338349A1; DE50301888D1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Darbieten von Informationsinhalten auf Erkennungsflächen, wie Straßenverkehrsschildern, Wegweisern, Reklameschildern, Nummernschildern etc. gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.

Dahingehende Vorrichtungen sind regelmäßig Umgebungseinflüssen ausgesetzt, insbesondere auch in Form von Verschmutzungen, was besonders in Bereichen des Straßenverkehrs gilt, was über kurz oder lang zur Beeinträchtigung der Ablesbarkeit der jeweiligen Information führt. Insbesondere im Bereich sicherheitsrelevanter Informationen ist deshalb von Zeit zu Zeit ein Abreinigen der jeweiligen Vorrichtung vonnöten, was mit einem entsprechenden Zeit- und Kostenaufwand einhergeht. Es wäre daher wünschenswert, wenn solche Vorrichtungen sich selbst abreinigen könnten, um den genannten Erhaltungsaufwand vermeiden zu helfen.

Durch die EP-B-0 772 514 sind selbstabreinigende Oberflächen von Gegenständen bekannt, die eine künstliche Oberflächenstruktur aus Erhebungen und Vertiefungen einer Art aufweisen, wobei der Abstand zwischen den Erhebungen im Bereich von 5 µm bis 200 µm und die Höhe der Erhebungen im Bereich von 5 µm bis 100 µm liegen. Zusätzlich sollen dabei zumindest die Erhebungen aus hydrophoben Polymeren oder haltbar hydrophobierten Materialien bestehen und die Erhebungen nicht durch Wasser oder durch Wasser mit Detergenzien ablösbar sein.

Die diesbezüglich bekannte Lösung zeigt eine Oberfläche mit diesen Erhebungen zur Abweisung von Verschmutzungen, wobei künstlich eine Lotusblattstruktur nachgebildet wird, von der es bekannt ist, daß sie im Sinne eines Selbstabreinigens nicht verschmutzt und sogar handelsübliche Klebstoffe von der biologischen Struktur abgewiesen werden. Trotz beachtlicher Resultate hinsichtlich eines Selbstreinigungseffektes sind die dahingehend bekannten Oberflächen nur begrenzt einsetzbar, da entweder der Bereich der bei der Herstellung zu verwenden Materialien stark eingeschränkt ist oder die Oberfläche im Sinne einer Hydrophobierung aufwendig nachbearbeitet werden muß. Demgemäß finden dahingehende Oberflächen Anwendung bei der Fassadengestaltung oder als Außenwandfarbe. Es hat sich jedoch in der Praxis gezeigt, daß die dann derart künstlich hergestellten Oberflächen mit "Lotus - Effekt" oft nicht die gewünschten Resultate im Hinblick auf die Selbstabreinigung erzielen.

Durch die EP-A-0 933 388 ist eine strukturierte Oberfläche mit hydrophoben und/oder oleophoben Eigenschaften bekannt mit niedrigen Oberflächenenergien. Diese bekannten Oberflächen weisen mit Wasser große Randwinkel auf und werden von Wasser nur schwer benetzt und besitzen daher einen Selbstabreinigungseffekt. Um dies zu erreichen, wird eine künstlich herstellbare Grundstruktur mit zwei verschiedenen Arten von Erhebungen als weitere Struktur auf der Oberfläche versehen, wobei eine Art kleinerer Erhebungen auf einer Überstruktur angebracht sind in Form von geometrisch größeren Erhebungen, die benachbart unmittelbar aneinander anstoßen. Zum Herstellen der bekannten Erhebungen und der Überstruktur als einer anderen Art an Erhebungen werden diese gleichzeitig oder nacheinander mechanisch in das Oberflächenmaterial eingeprägt, durch lithographische Verfahren eingeätzt oder durch formgebende Verarbeitung aufgebracht oder gießtechnisch erhalten. Bei dem mechanischen Einprägevorgang wird von der Rückseite her auf die Oberfläche entsprechend eingewirkt, die auf ihrer gegenüberliegenden Seite dann die genannten zwei Arten von Strukturerhebungen ausformt. Die hierzu zum Einsatz kommenden Gieß-, Einpräge-, Einätz- und Aufbringverfahren sind nicht geeignet, im großtechnischen Maßstab die Herstellung großer Mengen an strukturierten Oberflächen zur Verfügung zu stellen, obwohl diese bekannte Lösung sehr gute Ergebnisse bei der Selbstabreinigung erbringt, die im übrigen in der Natur in Form der Blattoberfläche der Kapuzinerkresse ihre Entsprechung findet.

Durch die DE 199 23 175 A ist ein Verfahren zum Beschichten einer Kunststoffträgerplatte bekannt mit den folgenden Verfahrensschritten: Aufbringen einer Prägefolie zumindest auf die einem Betrachter zugewandte Seitenfläche der Kunststoffträgerplatte, wobei die Prägefolie eine Klebeschicht, eine Oberflächenschicht und eine Deckfolie umfaßt, Verbinden der Prägefolie mit der Kunststoffträgerplatte unter Einwirkung von Druck und Wärme in einem Prägeverfahren und Ablösen der Deckfolie, so daß die beschichtete Oberfläche der Kunststoffträgerplatte durch die Oberflächenschicht gebildet wird, wobei die Oberflächenschicht mit aus hydrophobem und/oder hydrophobiertem Material bestehenden Strukturelementen in einer Höhe von bis zu 100 µm und einem Abstand von bis 200 µm zueinander ausgebildet wird. Ferner betrifft die bekannte Lösung ein Displayelement, umfassend eine vorstehend beschriebene beschichtete Trägerplatte, wobei die Oberflächenschicht eine selbstreinigende Oberfläche darstellt, die vorzugsweise zusätzlich kratzfest ist und/oder Antireflexionseigenschaften aufweist. Das dahingehende Verfahren und die damit verbundene Herstellung des Displayelementes sind kompliziert und mithin kostenintensiv.

Durch die DE-A-199 43 299 ist eine Oberfläche für einen Gegenstand mit einer künstlich herstellbaren Grundstruktur aus einer ersten Art von Erhebungen bekannt, wobei die erste Art von Erhebungen unter Bildung von abgrenzbaren Bereichen Teil einer zweiten Art von Erhebungen ist, auf den die erste Art von Erhebungen angeordnet ist. Die zweite Art von Erhebungen ist konvex ausgebildet, so dass dergestalt eine selbstabreinigende Oberfläche geschaffen ist, die einen sehr guten Abweisungsgrad für Verschmutzungen aufweist. Die genannten Strukturen lassen sich herstelltechnisch vorzugsweise über Strukturwalzen erhalten, was jedoch mit einem entsprechenden Aufwand verbunden ist, was zu hohen Herstellkosten führt.

Durch die EP-A-1 063 071 ist ein Polymerartikel, insbesondere Fahrzeugreifen, mit strukturierter Oberfläche bekannt, die sichtbar ist, wobei entweder zumindest ein Teil der Oberfläche in solcher Weise geriffelt ist, daß der Abstand von Riffelgrat zu Riffelgrat zwischen 4 µm und 40 µm beträgt oder zumindest ein Teil der Oberfläche in solcher Weise genoppt ist, daß der Abstand von Noppenspitze zu Noppenspitze zwischen 5 µm und 60 µm beträgt. Durch die bekannte mikroskopische Gestalt von Oberflächen mit Mikroerhebungen - Riffelungen oder Noppen - ist man in der Lage eine sehr gute Selbstreinigungswirkung sicherzustellen. Dieser Effekt beruht vorrangig auf der besonderen Dimensionierung und dergestalt auf den bekannten Mikroerhebungen. Dadurch stellt sich der Effekt ein, daß Schmutzpartikel bei der bekannten Lösung nur auf den Spitzen bzw. Graten der Mikroerhebungen zu sitzen kommen und dadurch sehr wenig Kontakt, sprich Haftungsfläche, zum Untergrund haben.

Dennoch kommt man dergestalt nur zu sehr groben Mikrostrukturen was sich nachteilig auf die gewünschte Abreinigung auswirkt.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Oberfläche zu schaffen mit einem gegenüber den bekannten Lösungen verbesserten Abreinigungsgrad für Verschmutzungen und die darüber hinaus in kostengünstiger Weise ihre Herstellung im großindustriellen Maßstab erlaubt, um dergestalt Vorrichtungen zum Darbieten von Informationsinhalten auf Erkennungsflächen vor einer permanenten Verschmutzung zu schützen. Eine dahingehende Aufgabe löst eine Oberfläche mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit.

Dadurch, daß gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 die jeweilige Struktur aus einem Stengelteil gebildet ist, an dessen freiem Ende mindestens eine Kapillare ins Freie mündet, und eine Kapillarwirkung aufweist oder entfaltet bei der der Quotient aus Kapillararbeit K und Adhäsionsarbeit A größer als 1 ist ist dergestalt ein erhöhter Abreinigungsgrad gegenüber den bekannten Lösungen erreichbar, und dennoch läßt sich die dahingehende Vorrichtung in sehr kostengünstiger Weise erhalten.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung weisen die Kapillarstrukturen mit ihren Kapillaren eine sog. negative Steighöhe auf, d.h. Flüssigkeit wird aus den Kapillaren gedrückt. Dies gilt insbesondere für Flüssigkeiten, deren Kontaktwinkel auf der strukturierten Oberfläche zwischen 90° und 180° beträgt. Die dahingehende Wirkung der Kapillaren an der Oberfläche ist durch die Kapillararbeit K und die Adhäsionsarbeit A beschrieben. Da die Kapillararbeit K den Tropfen aus der Struktur zieht; die Adhäsionsarbeit A hingegen den Tropfen in der Struktur zu halten sucht, erlaubt die Wahl des Quotienten für die genannten beiden Arbeiten größer als 1, daß der Tropfen, soweit er netzend in die Kapillaröffnung eindringt, eine entgegengesetzte Kraft erfährt, die die Selbstabreinigung ermöglicht.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung weist die jeweilige Struktur eine Kapillare auf oder bildet diese, deren mittlerer Kapillarradius r_K kleiner ist als der Radius r_T des kleinsten in der Umwelt auftretenden Wassertropfens, insbesondere Regentropfens.

Da in der Anwendung der selbstabreinigenden strukturierten Oberfläche unterschiedliche Tropfengrößen auftreten, ist zusätzlich für eine Gestaltung der strukturierten selbstabreinigenden Oberfläche wichtig, daß die gewählten Kapillarradien r_K kleiner sind als der Radius des kleinsten, in der Umwelt auftretenden Regentropfens r_T. Dazu wird der aufschlagfrei fallende Regentropfen betrachtet, der beim Aufschlag auf eine beliebige Oberfläche in mehrere kleine Tropfen zerfallen oder zerplatzen kann.

Aus dieser Betrachtung heraus muß für den Kapillarradius r_K der selbstabreinigenden strukturierten Oberfläche gelten r_K < r_T, damit ein kleiner Tropfen nicht in die Struktur fällt und somit keine negative Steighöhe in den Kapillaren erreicht wird. Für unterschiedliche Flüssigkeiten wie Öl, Wasser, chemische Flüssigkeiten etc. ergeben sich dann durch die entsprechenden Flüssigkeitseigenschaften unterschiedliche Kapillarradien. Sofern die Kapillarwirkung durch andere geometrische Strukturen als Röhrchen erzeugt wird, wie beispielsweise durch pyramiden-, kegel- oder kegelstumpfartige Überstände, ist für diese Strukturen bei deren Auslegung ein mittlerer oder gemittelter Kapillarradius r_K zu bestimmen.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung besteht sie zumindest teilweise aus hydrophilen Materialien, insbesondere aus Kunststoffmaterialien, wie Thermoplasten und Duroplasten, insbesondere in Form von Polyvinylchlorid, Polyterephthalat, Polymethylmethacrylat oder Polyamid. Gegenüber den bekannten Lösungen wird zur Erhöhung des Schmutzabweisungsgrades anstelle von hydrophoben oder oleophoben Oberflächen hydrophiles Material eingesetzt, mit dem sich für einen Durchschnittsfachmann auf diesem Gebiet in überraschender Weise ein höheres Maß an Schmutzabweisung erreichen läßt als mit den bekannten genannten Strukturen. Dadurch, daß die Grundstruktur für die Oberfläche aus einem hydrophilen Kunststoffmaterial gebildet ist, ist das Material wasseranziehend und nimmt Feuchtigkeit auf, so daß aufgrund der Wassermoleküle bzw. der Feuchtigkeit im Material eine Art Schutz- oder Trennschicht auf der Oberfläche gebildet ist, mit verbesserten schmutzabweisenden Eigenschaften.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist die Oberfläche mit der Erkennungsfläche über einen durchsichtigen Klebstoff miteinander verbindbar. Vorzugsweise kommen dabei Klebstoffe in Frage wie Hotmelts auf Kautschukbasis oder Polyolefinen. Ferner geeignet sind Acrylate, die sowohl aus wässriger Dispersion oder aus der Lösung aufgetragen werden können. Bevorzugt einsetzbar als Klebstoffe sind auch Monomere und Oligomere, die strahlungsvernetzbar sind.

Es besteht auch die Möglichkeit, die Erkennungsfläche unmittelbar in der Art der gezeigten Oberfläche auszubilden, wobei dann der Erkennungsinhalt auf die dahingehend modifizierte Erkennungsfläche aufzutragen ist, beispielsweise durch Aufsprühen, Aufrakeln, Aufdrucken und dergleichen mehr.

Auch können in die freien Enden des jeweiligen Stengelteils mehrere Kapillare eingebracht sein. Sofern die Stengelteile derart dicht beieinander stehen, daß durch die derart erhaltenen Zwischenräume gleichfalls wieder Kapillare gebildet sind, ist dergestalt ein erhöhter Abreinigunsgrad erreichbar. Auch kann es genügen, nur in die Grundstrukturen die jeweilige Kapillare einzubringen.

Im folgenden wird die Vorrichtung anhand verschiedener Ausführungsformen nach der Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigen in prinzipieller und nicht maßstäblicher Darstellung die

Fig.1: eine Vorrichtung zum Darbieten eines Informationsinhaltes, hier in Form eines Wegweisers "Zum Patentamt";
Fig.2 bis 4: verschiedene Ausführungsformen von selbstabreinigenden und schmutzabweisenden Oberflächen.

In der Fig.1 ist eine Vorrichtung zum Darbieten von Informationsinhalten auf einer Erkennungsfläche in Form eines Wegweisers dargestellt, der dem Erfinder den Weg zum Patentamt weist. Ist der dahingehende Wegweiser nun Umgebungsverschmutzungen ausgesetzt, ist zumindest langfristig damit zu rechnen, daß sein Informationsinhalt nicht oder nur noch schwer erkennbar ist, so daß ein Erfinder dann nicht nur Probleme mit dem komplexen Patentrecht hat, sondern gar den Weg zum Patentamt nicht findet. Zwar besteht die Möglichkeit, von Zeit zu Zeit den dahingehenden Wegweiser, beispielsweise von Hand, abzureinigen; letzteres ist jedoch mit entsprechenden Kosten und Mühen verbunden. Hier setzt nun die erfindungsgemäße Lehre ein, die eine Möglichkeit bietet, daß der Wegweiser und mithin die Vorrichtung zum Darbieten von Informationsinhalten auf Erkennungsflächen sich selbst abreinigen kann.

Hierzu wird vorgeschlagen, die Erkennungsfläche 10 des Wegweisers 12 mit einer Oberfläche 14 zu versehen, wie sie Gegenstand der Darstellung nach den Fig.2 bis 6 ist. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Erkennungsfläche 10 unmittelbar als Oberfläche 14 mit der schmutzabweisenden Wirkung auszubilden. Hierfür weist die Oberfläche 14 eine künstlich herstellbare Grundstruktur 16 auf und ist mit weiteren Strukturen 18 versehen, die selbstabreinigend wirken, wobei die jeweilige Struktur 18 eine Kapillarwirkung aufweist oder entfaltet, bei der der Quotient aus Kapillararbeit K und Adhäsionsarbeit A größer als 1 ist.

Die in der Fig.2 gezeigte Oberfläche in seitlicher Ansicht weist insbesondere die künstlich herstellbare Struktur 16 auf mit auf ihr angeordneten Strukturen 18, die in der Art zylindrischer Stengelteile 20 ausgebildet sind. In das jeweilige Stengelteil 20 ist mittig eine Kapillare 22 eingebracht, die mit ihrer Kapillaröffnung 24 ins Freie mündet. Die genannten Stengelteile 20 als Strukturen 18 können dicht beieinander in einer Vielzahl von Anordnungen auf der Grundstruktur 10 stehen und sind mit dieser vorzugsweise einstükkig verbunden. Ferner kann die Grundstruktur 16 in der Art einer Folie ausgebildet sein, vorzugsweise in flexibler Ausgestaltung. Wenn die dahingehende Folienstruktur entsprechend dünn ausgebildet ist, läßt sich die Folie auch biaxial strecken oder recken und kann aufgrund ihrer Elastizität auch wieder ihre Ursprungsstellung einnehmen. Dergestalt läßt sich die Oberfläche 14 auch auf komplex geformten dreidimensionalen Gegenständen jedweder Art festlegen. Die in der Fig.2 gezeigte Oberfläche 14 ist stark vergrößert wiedergegeben und sowohl die Grundstruktur 16 als auch die weiteren Strukturen 18 können Kleinststrukturen ausbilden, auch im Nanometerbereich. Die jeweils eine Kapillare 22 aufweisende Struktur 18 weist von Seiten der Kapillaröffnung 24 her einen Kapillarradius r_K auf, der kleiner ist als der Radius r_T des kleinsten in der Umwelt auftretenden Wassertropfens, insbesondere Regentropfens.

Die dahingehend in der Fig.1 gezeigte strukturierte Oberfläche14 ist selbstabreinigend. Die Strukturierung ist dabei als eine Anordnung einzelner Kapillare 22 beschrieben. Für die gewünschte Wirkung der Kapillaren muß eine negative Steighöhe in den Kapillaren 22 erreicht werden, d.h. Flüssigkeit wird aus den Kapillaren 22 gedrückt. Dies gilt für Flüssigkeiten, deren Kontaktwinkel auf der strukturierten Oberfläche 14 zwischen 90° und 180° beträgt. Mathematisch läßt sich die Wirkung der Kapillaren an der Oberfläche durch die Kapillararbeit K und die Adhäsionsarbeit A beschreiben. Die Kapillararbeit K zieht den Tropfen aus der Struktur; die Adhäsionsarbeit A hält den Tropfen in der Struktur. Ziel der Strukturgestaltung ist es, daß durch die entsprechende Wahl des Kapillarradiusses r_K der Quotient K/A > 1 ist. Ist r_T größer als r_K, dann verteilt sich der Tropfen auf mehrere Kapillare, so daß gilt: r T r K . K A > 1

Für die Kapillararbeit gilt: K = πh_K ² · r_K ² · g· ρ
Für die Adhäsionsarbeit A für zylinderförmige Kapillare gilt: A=(σlg + σ sg - σ sl )83 π. r T 3 r K mit

σ	Oberflächenspannungen	r_K	Kapillarradius
σ_lg	flüssig-gas	h_K	Steighöhe in der Kapillare
σ_sg	fest-gas	ρ	Dichte der Flüssigkeit
σ_sl	fest-flüssig	g	Erdbeschleunigung (9,81 ms^-2).
r_T	Radius des Tropfens

Die genannten kapillarartigen weiteren Strukturen können entgegen der Darstellung nach der Fig. 2 in der Grundstruktur 16 auch vertieft angeordnet sein oder Bestandteil von konkaven und/oder konvexen Erhebungen bezogen auf die Grundstruktur 16.

Da in der Anwendung der selbstabreinigenden strukturierten Oberfläche unterschiedliche Tropfengrößen auftreten, ist zusätzlich für eine Gestaltung dieser Oberfläche wichtig, dass die Kapillarradien r_K kleiner sind, als der Radius des kleinsten in der Umwelt auftretenden Regentropfens r_T. Dazu wird der Aufschlag frei fallender Regentropfen betrachtet. Dieser Tropfen zerschellt beim Aufschlag auf eine beliebige Oberfläche in mehrere kleine Tropfen, so auch beim Aufschlag auf eine selbstabreinigende strukturierte Oberfläche mit Kapillarwirkung. Für den Radius des kleinsten entstehenden Tropfens r_T gilt: r T = 6σlg ρg ρv 2 6σlg ρg 6σlg + 1 mit:

σ_lg:: Oberflächenspannung der Flüssigkeit
g:: Erdbeschleunigung (9,81 ms^-2)
ρ:: Dichte der Flüssigkeit
v:: Fallgeschwindigkeit.

Aus dieser Betrachtung muß für den Kapillarradius r_K der selbstabreinigenden strukturierten Oberfläche gelten r_K < r_T, damit ein kleiner Tropfen nicht in die Struktur fällt und somit keine negative Steighöhe in den Kapillaren erreicht wird, was die Selbstabreinigung erst ermöglicht. Für unterschiedliche Flüssigkeiten ergeben sich durch die entsprechenden Flüssigkeitseigenschaften unterschiedliche Kapillarradien.
Sofern man die Kapillaren 22 als Strukturen einsetzt, ist die Wirkung der Kapillarkräfte auf eine Flüssigkeit in beide Richtungen zu beobachten:

Fall A: Flüssigkeit wird in eine Kapillare hinein gezogen (Steighöhe h_K positiv)

Fall B: Flüssigkeit wird aus der Kapillare herausgedrückt (Steighöhe h_K negativ), Kapillardepression.

Sofern der Tropfen auf der strukturierten Oberfläche liegt, liegt der Tropfen über den Kapillaren 22 und für die Selbstabreinigung ist der Fall B interessant, bei dem die Flüssigkeit gegen die Gewichtskraft nach oben aus der Kapillare 22 in den aufstehenden Tropfen gedrückt wird.

Als Steighöhe h_K in einer Kapillare 22 ergibt sich dabei: h K = 2 σlg cos pgr K =2 (σ sg -σ sl ) pgr K weil: σ_lg · cos = σ_sg - σ_sl (Youngsche Gleichung)
mit:

σ:: Oberflächenspannungen
σ_lg:: flüssig-gas
σ_sg:: fest-gas
σ_sl:: fest-flüssig
:: Kontaktwinkel zwischen Flüssigkeit und Festkörperoberfläche
ρ:: Dichte der Flüssigkeit
g:: 9,81 ms^-2 (Erdbeschleunigung)
r_K:: Radius der Kapillare 22.

Die Steighöhe h_K in der Kapillare 22 hat im Fall B einen negativen Wert. Alle Größen in der Formel für die Steighöhe sind positiv. Lediglich der Cosinus des Kontaktwinkels  wird negativ für die Bedingung: 90° <  < 180°.

Grundsätzlich müssen die genannten Kontaktwinkel größer 90° sein, damit überhaupt der gewünschte Effekt entsteht, dass die Flüssigkeit durch Kapillarkräfte aus den Strukturen gedrückt wird. Für die Oberflächenrauhigkeit gilt: cos ' = k cos  mit

':: Kontaktwinkel der rauhen Oberfläche
:: Kontaktwinkel der glatten Oberfläche
k:: Rauhigkeitskoeffizient (> 1).

Wesentlich für die Wirkung von Kapillarkräften in strukturierten Oberflächen ist zusätzlich der Zusammenhang zwischen dem Radius der Strukturen und den Adhäsionskräften. Denn es wirken hier Adhäsionskräfte gegen Kapillarkräfte an der Kapillarwand.

Im Gleichgewichtszustand ist die Kapillarkraft, die auf die Flüssigkeit wirkt, entgegengesetzt gleich groß zur Gewichtskraft der verdrängten Flüssigkeitssäule. Für die Berechnung kann fiktiv ein Zylinder angenommen werden, dessen Höhe der berechneten Steighöhe in der Kapillaren entspricht (beispielsweise hier: Δh_K= 10,157 mm, bei Wasser mit  = 110°, ρ = 998,2 kgm^-3 und r_K = 0,5 mm).
Zum rechnerischen Vergleich werden nicht die Kräfte sondern Kapillararbeit und Adhäsionsarbeit berechnet.

Die Kapillararbeit K ist dabei gleich dem Produkt aus Volumen, Erdbeschleunigung g, Dichte ρ und der Steighöhe h: K = πhK 2 · rK 2 · g · ρ

Adhäsionsarbeit im geraden Kreiszylinder A:

Adhäsionsarbeit A über der Kontaktfläche F: A = (σlg + σ sg - σ sl )83 π r T 3 r k

Die vorstehend genannte Formel gilt für einen Radius r_T, der im untersten Bereich der Wassertropfen - Größenverteilung in der Umwelt auftretenden Regentropfen bei einer Vielzahl an eingesetzten Kapillaren.

Die Kapillararbeit muß größer sein als die Adhäsionsarbeit, damit der Tropfen nicht den Kapillargrund berührt, sondern der Tropfen aus den Vertiefungen gesaugt wird und auf der Oberfläche aufliegt, was die vorteilhafte Selbstabreinigung ergibt. Zum Vergleich der Größenordnungen von Kapillararbeit K und Adhäsionsarbeit A wird der Quotient K/A berechnet.

Besonders gute Selbstabreinigungseffekte haben sich ergeben, sofern die Oberfläche aus hydrophilen Materialien besteht, insbesondere aus Kunststoffmaterialien in Form von Polyvinylchlorid, Polyterephthalat, Polymethylmethacrylat oder Polyamid. Die dahingehenden hydrophilen Materialien ziehen Feuchtigkeit in die Grundstruktur und bilden derart eine Schutzschicht gegenüber dem Auftreffen von wässrigen Verschmutzungsteilen. In den genannten Kunststoffmaterialien können auch sonstige vernetzte Strukturen, insbesondere auch in Form von Acrylatmaterial eingesetzt werden oder solche Materialien, die sich als biologisch abbaubar erweisen.

Das Oberflächen-Ausgangsmaterial nach der Fig.2 läßt sich durch das Verfahren nach der DE 198 28 856 C1 erhalten. Um die Stengelteile 20 in gewünschter Weise auszubilden, ist bei dem bekannten Verfahren ein Formwerkzeug in der Art einer Siebwalze erforderlich, wobei die sehr große Anzahl der Öffnungen des Siebes durch Ätzen, Galvanisieren oder mittels Laserbearbeitung erhalten wird. Das dahingehende Sieb wird auf ein Sieb oder eine Strukturwalze aufgebracht und über eine Gegenhaltewalze, die gegenläufig zur Strukturwalze dreht, läßt sich ein sog. Chill-Roll-Verfahren durchführen, bei dem ein extrudiertes Kunststoffmaterial durch den Spalt zwischen den beiden Walzen geführt wird und die Stengelteile 20 entstehen in den Öffnungen der Siebwalze. Um die Kapillaröffnungen 24 herstellen zu können, ist das Kunststoffmaterial entsprechend zu verdrängen, beispielsweise in Form von eingebrachten Dornteilen im Siebwalzengrund. Mit dem genannten Verfahren lassen sich Stengelteile 20 in sehr hoher Pakkungsdichte auf der Grundstruktur 16 anordnen und im übrigen sehr kleinräumig ausbilden.

Ein anderes Verfahren zum Herstellen der Oberfläche 14 gemäß den Ausgestaltungen nach den Fig.2ff läßt sich erreichen durch den Aufbau aus einzelnen Feinst-Kunststoffmaterialtröpfchen, die an ausgewählten Orten nacheinander abgelagert werden, wobei sich praktisch beliebig kleine Formatgrößen oder Packungsdichten erreichen lassen, ohne daß eine entsprechend aufwendige Ausbildung von Formwerkzeugen erforderlich wäre. So lassen sich durch Steuerung die Orte der Ablagerungen der Kunststofftröpfchen, was durch entsprechende Relativbewegungen zwischen Auftragsvorrichtung und ein die Ablagerung tragendes Substrat, vorzugsweise rechnergesteuert erfolgt, ohne Schwierigkeit erreichen, wobei beliebige Geometrien erzeugbar sind. Ferner lassen sich Formen erzeugen, die mit üblichen Formwerkzeugen wie Siebwalzen, kaum oder gar nicht realisierbar wären. Ferner läßt sich ohne weiteres über die dahingehende Methode die jeweilige Kapillaröffnung 24 im Stengelteilmaterial generieren.

Als Auftragevorrichtung dienen dabei Düsenanordnungen, die im Hochgeschwindigkeitsverfahren in der Lage sind, den Materialauftrag durchzuführen. Dabei werden nur Tröpfchen in der Größe von wenigen Piktolitern auf das folienartige Grundstrukturmaterial 16 aufgebracht. Des weiteren lassen sich beim Auftragvorgang Taktfrequenzen von mehreren kHz erreichen und der Aufbau erfolgt sukzessive, indem das jeweils vorangegangene, aufgetragene Kunststoffmaterial unmittelbar ausgehärtet wird, beispielsweise mittels UV-Strahlung od. dgl.. Das dahingehende Tröpfchenauftrageverfahren ist in der nachveröffentlichten DE 101 06 705.4 eingehend beschrieben.

Mit der erfindungsgemäßen strukturierten Oberfläche mit Kapillarwirkung ist ein sehr hoher Selbstabreinigungseffekt erreicht und die dahingehenden Strukturen 18 lassen sich im großtechnischen Maßstab kostengünstig erhalten und für eine Vielzahl von Anwendungen einsetzen. Die Grundstruktur 16 mit ihren weiteren Strukturen 18 kann in der Art eines Folienmaterials ausgebildet sein; es besteht aber auch unmittelbar die Möglichkeit, die Kapillaren 22 in die folienartige Oberfläche 14 zumindest von einer Seite her einzubringen. Des weiteren besteht die Möglichkeit, die Erkennungsfläche 10 selbst in der Art der beschriebenen Oberfläche 14 auszubilden, wobei dann die dahingenende Erkennungsfläche 10 abschließend mit dem Informationsgehalt zu versehen ist, beispielsweise durch eine übliche Auftragsvorrichtung, wie Aufsprühen od. dgl..

Die genannten Kapillaren 22 mit ihren Kapillaröffnungen 24 lassen sich auch über ein Abtragverfahren erhalten, beispielsweise mittels Laser oder Wasserstrahlschneiden. Auch ein mechanischer Eintrag über Bohrer od. dgl. ist möglich.

Die Oberfläche 14 ist vorzugsweise durchsichtig ausgebildet und wird mit der Oberseite der Erkennungsfläche 10 mittels eines üblichen durchsichtigen Klebstoffes verbunden. Vorzugsweise finden dabei Hotmelts auf Kautschukbasis oder Polyolefine Anwendung. Ferner können Acrylate aufgetragen werden, die sowohl aus wässriger Dispersion oder aus der Lösung aufgetragen sind. Des weiteren ist der Einsatz von Monomeren und Oligomeren möglich, die strahlungsvernetzbar sind.

Bei den nachfolgenden Ausführungsformen gemäß den Fig.3ff werden dieselben Bauteile mit denselben Bezugszeichen versehen und die verschiedenen Ausführungsformen werden nur noch insofern erläutert, als sie sich wesentlich von der Ausführungsform nach der Fig. 2 unterscheiden.

Bei der Ausführungsform nach der Fig.3 sind eine Vielzahl von Kapillaren 22 stirnseitig in das jeweilige Stengelteil 20 eingebracht und auch am Grund der Grundstruktur 16 zwischen den jeweiligen Stengelteilen 20 sind entsprechende Kapillare 22 eingebracht.

Bei der Ausführungsform nach der Fig.4 sind stirnseitig die jeweiligen Stengelteile 20 mit mehreren konisch verlaufenden Kapillaren 22 versehen und auf der den Stengelteilen 20 zugewandten Seite der Grundstruktur 16 weist diese in alternierender Reihenfolge zylindrische Kapillare 22 auf sowie konisch verlaufende. Bei den dahingehenden Ausführungsformen ist darauf zu achten, daß die kleiner ausgestalteten konischen Kapillaren 22 in der Summe jedenfalls eine Gesamtkapillare ergeben, deren mittlerer Kapillarradius derart gewählt ist, daß der hieraus sich ergebende Quotient aus Kapillararbeit K und Adhäsionsarbeit A jedenfalls größer als 1 ist, um die Selbstabreinigung gewährleisten zu können.

Die Grundstruktur 16 weist bevorzugt eine Dicke von 10µm bis 50µm auf und die Kapillartiefe ist vorzugsweise größer als 5µm. Der Kapillarradius wird bevorzugt größer als 5µm gewählt.

Als Kapillaren (Haarröhrchen) im Sinne der Erfindung sind alle Röhrchen oder langgestreckte Hohlräume (Poren) mit sehr kleinen Innendurchmessern geeignet. Als Herstellkunststoffmaterial eignen sich auch besonders vernetzbare Polyacrylate.

Claims

Vorrichtung zum Darbieten von Informationsinhalten auf Erkennungsflächen (10), wie Straßenverkehrsschildern, Wegweisern, Reklameschildern, Nummernschildern etc., wobei, die jeweilige Vorrichtung mit einer Oberfläche (14) mit einer künstlich herstellbaren Grundstruktur (16) und mit weiteren Strukturen (18) versehen ist oder eine solche Oberfläche (14) selbst ausbildet, die selbstabreinigend wirken dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige Struktur (18) aus einem Stengelteil (20) gebildet ist, an dessen freiem Ende mindestens eine Kapillare (22) ins Freie mündet, und eine Kapillarwirkung aufweist oder entfaltet, bei der der Quotient aus Kapillarbeit K und Adhäsionsarbeit A gröβer als 1 ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei daß die jeweilige Struktur (18) eine Kapillare (22) aufweist oder bildet, deren mittlerer Kapillarradius kleiner ist als der Radius des kleinsten in der Umwelt auftretenden Wassertropfens, in Form eines Regentropfens.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei daß die Oberfläche (14) zumindest teilweise aus hydrophilen Materialien besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei, daß die hydrophilen Materialien aus Thermoplasten und Duroplasten gebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Thermoplasten und Duroplasten aus Polyvinylchlorid, Polyterephthalat, Polymethylmethacrylat oder Polyamid bestehen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei daß die Oberfläche (14) mit der Erkennungsfläche (10) über einen durchsichtigen Klebstoff verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei Klebstoffe dienen

Hotmelts auf Kautschukbasis oder Polyolefinen,

Acrylate, oder

Monomere und Oligomere,
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei stirnseitig in das jeweils freie Ende des Stengelteils (20) mehrere Kapillare (22) eingebracht sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Stengelteile (20) derart dicht beieinander stehen, daß durch die derart erhaltenen Zwischenräume gleichfalls die Kapillare (22) gebildet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei daß die Grundstruktur (16) gleichfalls Kapillare (22) aufweist.