WO2018104047A1 - Verfahren zur anbringung einer elektrischen mikrostruktur sowie elastomerstruktur, faserverbundbauteil und reifen - Google Patents

Verfahren zur anbringung einer elektrischen mikrostruktur sowie elastomerstruktur, faserverbundbauteil und reifen Download PDF

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electrical microstructure
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Hans Jürgen MAIER
Marc Christopher WURZ
Sebastian Bengsch
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Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover
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Definitions

  • the invention relates to a method for mounting an electrical microstructure on or in an article of any kind according to claim 1.
  • the invention further relates to an elastomer structure, a fiber composite component and a tire, each having at least one electrical microstructure glued or vulcanized thereto.
  • Electrical microstructure refers to structures formed with electrical functionality, e.g. Circuits, wirings, electrical connection pads or simple electrical and / or electronic components which have respective individual dimensions in the micrometer range, in particular dimensions of less than 10 ⁇ m.
  • electrical microstructures are produced, for example, by gas phase deposition processes, e.g. by sputtering.
  • the required facilities are relatively complex and large-scale.
  • a direct coating of the article anyway seem consuming or hardly possible.
  • the invention is therefore based on the object to provide a method for mounting an electrical microstructure on or in an object of any kind, which allows a reliable attachment of the electrical microstructure to the object and represents a production process accessible to mass production.
  • This object is achieved by a method for mounting an electrical microstructure on or in an article of any kind, wherein the electrical microstructure is first applied to a flexible film and the film with the electrical microstructure applied thereto is fixed in advance to a mounting surface of the article by gluing and / or vulcanizing.
  • the invention has the advantage that now also in mass production any objects can be provided with such electrical microstructures.
  • the attachment or integration of such electrical microstructures on objects of any kind has great advantages, since the properties of the object are not or hardly noticeably changed due to the small dimensions and the low mass of such an electrical microstructure.
  • the use of a flexible film has the advantage that it can be easily applied to any, even curved body.
  • any components and thus circuit arrangements can be realized, e.g. Components with piezo effects, SMD components, components with SAW effects.
  • the method according to the invention is suitable, for example, for producing motor vehicle tires or other tires with tire sensors attached or integrated therein, which are based on the electrical microstructure.
  • tire sensors can be safely attached to the inventive method without generating imbalances or other imperfections in the tire and are suitable for sensing a variety of physical variables, except the tire pressure in particular for monitoring tire tread and other kinematic variables, in particular deformations of the tire. In this way, the creation of an energy-efficient and safe tire is possible in an improved manner.
  • the invention enables these and other advantages in that the electrical microstructure is not immediately attached directly to the mounting surface of the object, that is not vapor-deposited directly there.
  • the flexible film with the electrical microstructure applied thereto can be provided as a prepared product (semifinished product) and, if necessary, used in the corresponding amount in the production of the article of any type.
  • the optimum conditions for the production steps can be provided in each part-production step.
  • suitable conditions for the use of a gas phase deposition apparatus can be provided, for example by passing the film in ribbon form through a separation space or on a roll and coating it with the electrical microstructure on that roll becomes.
  • the appropriate conditions for the manufacture of the article may be maintained, eg the usual environmental conditions in tire manufacturing.
  • Another advantage is that the step of applying the electrical microstructure with the foil to the attachment surface of the article is possible under normal factory conditions. In particular, no clean room conditions are required. Another advantage is that the invention allows automated application of the electrical microstructures on objects of any kind.
  • the electrical microstructure may in particular comprise one or more metal layers.
  • the metal layers may each consist of a metal or of different metals.
  • the layer height of the electrical microstructure may be, for example, in the range of 10 nm to 1 ⁇ m.
  • the object to be provided with the electrical microstructure, in particular its attachment surface may be of an electrically nonconducting nature.
  • the attachment surface may in particular be formed as a non-metallic surface, for example by an insulating coating is applied.
  • the film may be formed as a foil of any kind. In particular, films made of plastic material are suitable for the realization of the invention.
  • the film is completely or partially, in particular for the most part, removed.
  • the foil may e.g. be removed by being completely or partially mechanically separated from the electrical microstructure.
  • the film is removed by dissolving the film. This has the advantage that the removal of the film takes place comparatively gently, so that damage to the electrical microstructure or its attachment to the object can be avoided.
  • the film is wetted by means of a solvent and thereby dissolved and / or the film is dissolved by heating. In this way, the film can be removed very gently.
  • the solvent used must be adjusted to the chemical properties of the film.
  • a water-soluble film as the film, for example of polyvinyl alcohol (PVA).
  • PVA polyvinyl alcohol
  • Such a film may be dissolved by water after attaching the electrical microstructure to the attachment surface of the article and accordingly washed out. If the film is to be completely or partially dissolved by heating, it is possible, for example, to use a thermo-release film. This is particularly advantageous for a more complex structure.
  • the film is perforated and / or perforated.
  • This has the advantage that the presence of the film is not or hardly disturbed the later construction of the article, for example if it is constructed in multiple layers and the film with the electrical microstructure is embedded between different layers.
  • a corresponding perforation or perforation of the film joining of different layers of the article carried out, for example, if the object is designed as constructed with multiple fiber layers fiber composite component.
  • the matrix composite can be ensured in a fiber composite component despite the film.
  • the film may also remain in the article.
  • the electrical microstructure can be applied to the film by means of one or more of the following methods, also in combination with one another, and optionally post-processed:
  • Printing e.g. by screen printing
  • Spraying e.g. through airbrush.
  • PVD Physical Vapor Deposition
  • CVD Chemical Vapor Deposition
  • a desired structuring of the electrical microstructure may be done during this application process, e.g. by using an appropriate mask. Alternatively or additionally, structuring may also be carried out after the application of the layer to the film, e.g. done by laser structuring.
  • the electrical microstructure is applied to the film by means of a gas phase deposition process. This allows efficient production of the flexible film with the electrical microstructure in a batch process.
  • the having electrical microstructure conductor tracks, pads for electrical and / or electronic components and / or passive electrical and / or electronic components.
  • the electronic components may include, for example, sensor components of all kinds, for example in the form of strain gauges.
  • antenna structures can be formed by the electrical microstructure, which can serve for a wireless power supply of the circuit formed with the electrical microstructure. Likewise, a data transmission via this antenna structure can be wireless.
  • a layer of an interlayer material is first applied to the film with embedded in recesses of the interlayer material electrical and / or electronic components and then the electrical microstructure is applied.
  • a relatively complex electrical and / or electronic circuit e.g. with semiconductor devices, are applied to the mounting surface of the article in the aforementioned manufacturing process.
  • the preparation of this circuit also takes place separately from the application process on the mounting surface of the article. This is achieved in that in the separate manufacturing process, first on the film, the spacer material with corresponding recesses, e.g. by a corresponding masking, and the embedded therein electrical and / or electronic components are applied. Then the electrical microstructure is applied, e.g.
  • the interlayer material may e.g. be formed from a solvent-dissolvable material, e.g. made of polyvinyl alcohol.
  • the object on which the electrical microstructure is applied a Layer structure of at least two layers and the electrical microstructure is applied to a mounting surface of one of the layers and then the other layer is placed over it, so that the electrical microstructure between the at least two layers is embedded.
  • the electrical microstructure can be attached to the object in a particularly well protected manner.
  • the article is a tire
  • the electrical microstructure may be disposed between various rubber layers in the layered structure of the tire.
  • any type of adhesive may be used to adhere the electrical microstructure to the attachment surface of the article, care being taken that the adhesive is suitably compatible with the material of the attachment surface. It has been found that in many articles, especially tires, a cyanoacrylate adhesive can be advantageously used.
  • an adhesive is used for adhering the electrical microstructure to the attachment surface of the article, which is hardened by the addition of a curing agent.
  • the curing agent may be a curing agent of any kind. It may also be airborne moisture such that the curing agent is moisture or water. Such a curing agent acts e.g. combined with cyanoacrylate adhesives.
  • the adhesive may also be a two- or multi-component adhesive, such that the curing agent may be a separate hardener.
  • the curing agent is equal to a solvent through which the film can be removed by dissolution. This has the advantage that at the same time the film can be dissolved and thereby removed by adding the curing agent. If, for example, a cyanoacrylate is used as the adhesive, some water can be deliberately added to promote hardening, so that at the same time the curing process takes place and the film is dissolved.
  • the electrical microstructure has at least one sensor component. In this way, by applying the electrical microstructure at the same time a certain technical additional functionality can be realized, namely a Sensier or
  • the sensor component may e.g. be a pressure sensor or a strain gauge.
  • the aforementioned object of any kind, to which the electrical microstructure is to be attached may be any technical or other object.
  • the invention is particularly suitable for articles which have or consist of an elastomer structure or a fiber composite component.
  • an elastomeric structure it may be a rubber layer, e.g. around a rubber layer of a motor vehicle tire or other tire.
  • the electrical microstructure can be adhered. It is also possible to vulcanize, so that no separate adhesive is required.
  • the electrical microstructure can also be glued with a separate adhesive. It is also possible that the electrical microstructure is adhered by being laminated directly with the resin of the fiber composite component.
  • the fiber composite component may e.g. a carbon fiber (CFRP) or a glass fiber (GFRP) component and textile materials.
  • the article may in particular be designed as a tire of a motor vehicle, of an aircraft or of another mobile vehicle.
  • the electrical microstructure may be glued or vulcanized to the inside of the tire or embedded between different layers of the tire. This also makes it possible to realize the advantages explained in the introduction.
  • the application of the electrical microstructure according to the invention to the attachment surface can be carried out, in particular, before a vulcanisation process of the tire material, which means that after the introduction of the electrical microstructure a further rubber layer can be applied thereto.
  • Figure 2 - a first embodiment of attaching an electrical microstructure to a mounting surface
  • Figure 3 - a second embodiment of attaching an electrical microstructure to a mounting surface
  • Figure 4 - a third embodiment of attaching an electrical microstructure to a mounting surface.
  • FIG. 1 initially shows a production step A in which a flexible film 1 is coated with an electrical microstructure 2 by vapor deposition, in this case by a PVD process by means of a coating installation 4.
  • the film 1 is unrolled from a roll 3.
  • the outer film layer of the roller 3 is coated on the coating system 4 respectively.
  • the coating system 4 has a shadow mask 5, via which the corresponding structuring of the electrical microstructure 2 is produced.
  • the application of the electrical microstructure 2 on the film 1 can also take place such that in the flat, unrolled state, the film 1 of the coating system 4 is exposed.
  • the coated with the electrical microstructure 2 film 1 can then be rolled up to a roll 3 for transport purposes.
  • the manufacturing steps B, C, D relate to the attachment of the electrical microstructure 2 to an object 6, in this case on a rubber sheet unrolled from a roll.
  • step B the film 1 prepared in step A with the electrical microstructure 2 in front, thus applied to the image A in the rotated state, is applied to a mounting surface 11 of the article 6.
  • step C shows that the addition of adhesive 8, the electrical microstructure 2 is adhered to the mounting surface 1 1. It can be added to dissolve the film 1 and 8 for activating the adhesive water 7.
  • Step D shows the final state after dissolution of the film 1. It remains the electrical microstructure 2 on the mounting surface 1 1 of the article. 6
  • FIG. 2 shows steps B, C, D from FIG. 1 in an enlarged detail. Recognizable in turn is the film 1 with the applied thereon electrical microstructure 2. It can also be seen that on the coated with the electrical microstructure 2 side of the film 1 adhesive e, e. Cyanoacrylate, is applied.
  • adhesive e e. Cyanoacrylate
  • the article 6 in this case the rubber web, may be an already vulcanized rubber material.
  • FIG. 3 shows an alternative attachment process of an electrical microstructure 2.
  • the electrical microstructure in the preceding manufacturing step A has already been constructed in a more complex manner in that electrical and electronic components 10 have already been attached to a contact layer of this microstructure 2, eg SMD components and / or piezo components.
  • recesses are present, in which the components 10 have been used.
  • the actual microstructure 2, which in this case represents a contact layer is then applied by means of the coating system 4.
  • steps B, C, D is then proceeded comparable as explained above. It is applied to the microstructure 2, the adhesive layer 8.
  • the entire assembly is turned over and applied with the adhesive layer 8 ahead on the mounting surface 1 1 of the article 6.
  • the adhesive is activated. It is the film 1 is removed thermally. Then, the layer of the interlayer material 9 is removed, for example by a solvent. If a water-soluble material such as PVA is used as the interlayer material 9, removal of the interlayer material may be effected by rinsing with water.
  • FIG. 3 shows a variant of the attachment of the electrical microstructure 2 to an object 6 in the form of a rubber layer which has not yet been vulcanized.
  • the film 1 with the electrical microstructure 2 is now attached directly to the mounting surface 1 1 without the adhesive layer 8.
  • the attachment of the electrical microstructure 2 to the mounting surface 1 1 is carried out by vulcanizing the rubber material of the article 6.
  • the film 1 is again removed, as explained above.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anbringung einer elektrischen Mikrostruktur an oder in einem Gegenstand beliebiger Art, wobei die elektrische Mikrostruktur zunächst auf einer flexiblen Folie aufgebracht ist und die Folie mit der daran aufgebrachten elektrischen Mikrostruktur voran an einer Befestigungsfläche des Gegenstands durch Kleben und/oder Einvulkanisieren befestigt wird. Die Erfindung betrifft ferner eine Elastomerstruktur, ein Faserverbundbauteil und einen Kraftfahrzeug-Reifen, jeweils mit wenigstens einer daran aufgeklebten oder einvulkanisierten elektrischen Mikrostruktur.

Description

Verfahren zur Anbringung einer elektrischen Mikrostruktur sowie Elastomerstruktur, Faserverbundbauteil und Reifen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anbringung einer elektrischen Mikrostruktur an oder in einem Gegenstand beliebiger Art gemäß dem Anspruch 1 . Die Erfindung betrifft ferner eine Elastomerstruktur, ein Faserverbundbauteil und einen Reifen, jeweils mit wenigstens einer daran aufgeklebten oder einvulkanisierten elektrischen Mikrostruktur.
Als elektrische Mikrostruktur bezeichnet man mit einer elektrischen Funktionalität ausgebildete Strukturen, z.B. Leiterbahnen, Verdrahtungen, elektrische An- schlusspads oder einfache elektrische und/oder elektronische Bauteile, die jeweilige Einzelabmessungen im Mikrometerbereich aufweisen, insbesondere Abmessungen von weniger als 10 μιτι. Die Aufbringung einer solchen elektrischen Mikrostruktur an oder in einem Gegenstand beliebiger Art kann je nach Komplexität und Formgebung dieses Gegenstands mit besonderen Schwierigkeiten verbunden sein oder mit bisheriger Technologie unmöglich erscheinen. Solche elektrischen Mikrostrukturen werden beispielsweise durch Gasphasen-Abscheideprozesse erzeugt, z.B. durch Sputtern. Die hierfür erforderlichen Anlagen sind relativ komplex und großbauend. Zudem ist es bei solchen Anlagen kaum möglich, beliebige Endprodukte in industriellem Fertigungsmaßstab rationell zu beschichten. Je nach Formgebung des Gegenstands, z.B. bei entsprechenden Hohlräumen, kann eine direkte Beschichtung des Gegenstands ohnehin aufwendig oder kaum möglich erscheinen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Anbringung einer elektrischen Mikrostruktur an oder in einem Gegenstand beliebiger Art anzugeben, das eine zuverlässige Befestigung der elektrischen Mikrostruktur an dem Gegenstand erlaubt und ein der Massenproduktion zugängliches Herstellungsverfahren darstellt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Anbringung einer elektrischen Mikrostruktur an oder in einem Gegenstand beliebiger Art, wobei die elektrische Mikrostruktur zunächst auf einer flexiblen Folie aufgebracht ist und die Folie mit der daran aufgebrachten elektrischen Mikrostruktur voran an einer Befestigungsfläche des Gegenstands durch Kleben und/oder Einvulkanisieren befestigt wird. Die Erfindung hat den Vorteil, dass nunmehr auch in Massenproduktion beliebige Gegenstände mit solchen elektrischen Mikrostrukturen versehen werden können. Das Anbringen oder Integrieren solcher elektrischen Mikrostrukturen an Gegenständen beliebiger Art hat große Vorteile, da durch die geringen Abmessungen und die geringe Masse einer solchen elektrischen Mikrostruktur die Eigenschaften des Gegenstands nicht oder kaum spürbar verändert werden. Die Verwendung einer flexiblen Folie hat den Vorteil, dass sie auf einem beliebigen, auch gekrümmten Körper problemlos aufgebracht werden kann.
Mit der elektrischen Mikrostruktur und/oder den daran befestigten elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen können grundsätzlich beliebige Bauteile und damit Schaltungsanordnungen realisiert werden, z.B. Bauteile mit Piezo-Effekten, SMD-Bauteile, Bauteile mit SAW-Effekten.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich beispielsweise zur Herstellung von Kraftfahrzeug-Reifen oder anderen Reifen mit daran angebrachten oder darin integrierten Reifensensoren, die auf der elektrischen Mikrostruktur beruhen. Solche Reifensensoren können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ohne Erzeugung von Unwuchten oder sonstigen Fehlstellen im Reifen daran sicher angebracht werden und eignen sich zur Sensierung einer Vielzahl physikalischer Größen, außer dem Reifendruck insbesondere auch zur Überwachung von Reifenprofil und sonstigen kinematischen Größen, insbesondere Verformungen des Reifens. Auf diese Weise ist die Schaffung eines energieeffizienten und sicheren Reifens in verbesserter Weise möglich.
Die Erfindung ermöglicht diese und weitere Vorteile dadurch, dass die elektrische Mikrostruktur nicht gleich unmittelbar an der Befestigungsfläche des Gegenstands befestigt wird, d.h. nicht direkt dort aufgedampft wird. Stattdessen kann erfindungsgemäß eine Aufteilung der Fertigungsprozesse in die Vorbereitung der Folie mit der daran aufgebrachten elektrischen Mikrostruktur und in einen davon zeitlich und/oder räumlich getrennten Fertigungsschritt des Aufbringens der elektrischen Mikrostruktur an der Befestigungsfläche des Gegenstands erfolgen. Es kann somit die flexible Folie mit der daran aufgebrachten elektrischen Mikrostruktur als vorbereitetes Produkt (Halbzeug) bereitgestellt werden und bedarfsweise in der entsprechenden Menge in der Produktion des Gegenstands beliebiger Art eingesetzt werden. Hierbei können in jedem Teil-Herstellungsschritt die jeweils optimalen Bedingungen für die Fertigungsschritte bereitgestellt werden. Bei der Herstellung der flexiblen Folie mit der daran aufgebrachten elektrischen Mikrostruktur können geeignete Bedingungen für die Nutzung einer Gasphasen-Abscheideanlage bereitgestellt werden, z.B. indem die Folie bandförmig durch einen Abscheideraum geführt wird oder sich auf einer Rolle befindet und auf dieser Rolle mit der elektrischen Mikrostruktur beschichtet wird. Bei der Aufbringung der elektrischen Mikrostruktur an der Befestigungsfläche des Gegenstands können dann die geeigneten Bedingungen für die Herstellung des Gegenstands beibehalten werden, z.B. die üblichen Umgebungsbedingungen bei der Reifenfertigung. Diese sind gut verträglich mit dem Aufbringen einer elektrischen Mikrostruktur mit der genannten Folie an der Befestigungsfläche, z.B. der Innenseite des Reifens, durch Kleben und/oder Einvulkanisieren.
Ein weiterer Vorteil ist, dass der Schritt des Aufbringens der elektrischen Mikrostruktur mit der Folie an der Befestigungsfläche des Gegenstands unter normalen Fabrikbedingungen möglich ist. Es sind insbesondere keine Reinraumbedingungen erforderlich. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Erfindung eine automatisierte Aufbringung der elektrischen Mikrostrukturen auf Gegenständen beliebiger Art erlaubt.
Da eine elektrische Mikrostruktur äußerst geringe Abmessungen hat, treten auch keine Kaltverfestigungsprobleme an der Verbindungsstelle zwischen der elektrischen Mikrostruktur zu dem Gegenstand oder in der elektrischen Mikrostruktur auf. Die elektrische Mikrostruktur kann insbesondere eine oder mehrere Metallschichten aufweisen. Die Metallschichten können jeweils aus einem Metall oder aus verschiedenen Metallen bestehen. Die Schichthöhe der elektrischen Mikrostruktur kann z.B. im Bereich von 10nm bis 1 μηη liegen. Der mit der elektrischen Mikrostruktur zu versehende Gegenstand, insbesondere dessen Befestigungsfläche, kann elektrisch nichtleitender Art sein. Die Befestigungsfläche kann insbesondere als nicht metallische Oberfläche ausgebildet sein, z.B. indem eine isolierende Beschichtung aufgebracht ist. Die Folie kann als Folie jeder Art ausgebildet sein. Insbesondere Folien aus Kunststoffmaterial eignen sich für die Realisierung der Erfindung.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass nach dem Befestigen der elektrischen Mikrostruktur an dem Gegenstand die Folie vollständig oder teilweise, insbesondere zum überwiegenden Teil, entfernt wird. Dies hat den Vorteil, dass die Eigenschaften des mit der elektrischen Mikrostruktur versehenen Gegenstands durch die Folie im späteren Betrieb nicht mehr oder zumindest nicht mehr wesentlich beeinflusst werden. Die Folie kann z.B. entfernt werden, indem sie von der elektrischen Mikrostruktur ganz oder teilweise mechanisch abgetrennt wird.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Folie durch Auflösen der Folie entfernt wird. Dies hat den Vorteil, dass das Entfernen der Folie vergleichsweise schonend erfolgt, sodass Beschädigungen der elektrischen Mikrostruktur oder deren Befestigung an dem Gegenstand vermieden werden können.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Folie mittels eines Lösungsmittels benetzt wird und dadurch aufgelöst wird und/oder die die Folie durch Erwärmung aufgelöst wird. Auf diese Weise kann die Folie besonders schonend entfernt werden. Das genutzte Lösungsmittel ist auf die chemischen Eigenschaften der Folie abzustimmen. So kann z.B. als Folie vorteilhaft eine wasserlösliche Folie genutzt werden, z.B. aus Polyvinylalkohol (PVA). Eine solche Folie kann nach Anbringung der elektrischen Mikrostruktur an der Befestigungsfläche des Gegenstands durch Wasser aufgelöst und dementsprechend herausgewaschen werden. Soll die Folie ganz oder teilweise durch Erwärmung aufgelöst werden, so kann z.B. eine Thermo-Release-Folie eingesetzt werden. Dies ist insbesondere für einen komplexeren Aufbau vorteilhaft. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Folie perforiert und/oder gelocht ist. Dies hat den Vorteil, dass das Vorhandensein der Folie den späteren Aufbau des Gegenstands, z.B. wenn dieser mehrschichtig aufgebaut ist und die Folie mit der elektrischen Mikrostruktur zwischen verschiedenen Schichten eingebettet ist, nicht oder kaum gestört wird. So kann z.B. durch eine entsprechende Perforierung oder Lochung der Folie ein Zusammenfügen unterschiedlicher Schichten des Gegenstands erfolgen, z.B. wenn der Gegenstand als mit mehreren Faserschichten aufgebautes Faserverbundbauteil ausgebildet ist. Auf diese Weise kann der Matrixverbund in einem Faserverbundbauteil trotz der Folie gewährleistet werden. In solchen Fällen kann die Folie auch in dem Gegenstand verbleiben.
Die elektrische Mikrostruktur kann durch einen oder mehrere der nachfolgenden Verfahren, auch in Kombination miteinander, auf der Folie aufgebracht und ggf. nachbearbeitet werden:
Gasphasen-Abscheidung, z.B. PVD, CVD;
Aufdrucken, z.B. durch Siebdruck;
Aufsprühen, z.B. durch Airbrush.
PVD steht für Physical Vapor Deposition, CVD für Chemical Vapor Deposition. Eine gewünschte Strukturierung der elektrischen Mikrostruktur kann während dieses Aufbringvorgangs erfolgen, z.B. durch Verwendung einer entsprechenden Maske. Alternativ oder zusätzlich kann eine Strukturierung auch nach dem Aufbringungsvorgang der Schicht auf die Folie z.B. durch Laserstrukturierung erfolgen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die elektrische Mikrostruktur mittels eines Gasphasenabscheideprozesses auf der Folie aufgebracht wird. Dies erlaubt eine effiziente Herstellung der flexiblen Folie mit der elektrischen Mikrostruktur in einem Batchprozess.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die elektrische Mikrostruktur Leiterbahnen, Anschlussflächen für elektrische und/oder elektronische Bauteile und/oder passive elektrische und/oder elektronische Bauteile aufweist. Auf diese Weise kann eine relativ komplexe elektrische Mikrostruktur mit einer entsprechenden elektrischen Funktionalität bereitgestellt werden. Die elektronischen Bauteile können z.B. Sensorbauteile aller Art enthalten, z.B. in Form von Dehnungsmessstreifen. Zudem können durch die elektrische Mikrostruktur Antennenstrukturen gebildet sein, die für eine drahtlose Energieversorgung der mit der elektrischen Mikrostruktur gebildeten Schaltung dienen können. Ebenso kann eine Datenübertragung über diese Antennenstruktur drahtlos erfolgen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass auf die Folie zunächst eine Schicht aus einem Zwischenlagenmaterial mit in Aussparungen des Zwischenlagenmaterials eingebetteten elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen aufgebracht wird und darauf die elektrische Mikrostruktur aufgebracht wird. Auf diese Weise kann auch eine relativ komplexe elektrische und/oder elektronische Schaltung, z.B. mit Halbleiterbauelementen, in dem eingangs genannten Fertigungsvorgang auf die Befestigungsfläche des Gegenstands aufgebracht werden. Hierbei erfolgt die Vorbereitung dieser Schaltung ebenfalls getrennt von dem Aufbringungsprozess auf die Befestigungsfläche des Gegenstands. Dies gelingt dadurch, dass in dem gesonderten Fertigungsprozess zunächst auf die Folie das Zwischenlagenmaterial mit entsprechenden Aussparungen, z.B. durch eine entsprechende Maskierung, und die darin eingebetteten elektrischen und/oder elektronischen Bauteile aufgebracht werden. Darauf wird dann die elektrische Mikrostruktur aufgebracht, z.B. durch einen Gasphasen-Ab- scheideprozess. Für einen solchen Herstellungsvorgang eignet sich z.B. eine thermisch auflösbare Folie, z.B. die genannte Thermo-Release-Folie. Das Zwischenlagenmaterial kann z.B. aus einem mittels eines Lösungsmittels auflösbaren Material gebildet sein, z.B. aus Polyvinylalkohol.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Gegenstand, auf dem die elektrische Mikrostruktur aufgebracht wird, einen Schichtaufbau aus wenigstens zwei Schichten aufweist und die elektrische Mikrostruktur auf einer Befestigungsfläche einer der Schichten aufgebracht wird und danach die andere Schicht darüber angeordnet wird, sodass die elektrische Mikrostruktur zwischen den wenigstens zwei Schichten eingebettet ist. Auf diese Weise kann die elektrische Mikrostruktur besonders gut geschützt an dem Gegenstand angebracht werden. Handelt es sich bei dem Gegenstand beispielsweise um einen Reifen, kann die elektrische Mikrostruktur zwischen verschiedenen Gummi- Lagen im Schichtaufbau des Reifens angeordnet werden. Zum Festkleben der elektrischen Mikrostruktur an der Befestigungsfläche des Gegenstands kann grundsätzlich jede Art von Klebstoff verwendet werden, wobei darauf geachtet werden sollte, dass der Klebstoff in geeigneter Weise verträglich mit dem Material der Befestigungsfläche ist. Es hat sich gezeigt, dass bei vielen Gegenständen, insbesondere bei Reifen, ein Cyanacrylat-Klebstoff vorteilhaft eingesetzt werden kann.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zum Festkleben der elektrischen Mikrostruktur an der Befestigungsfläche des Gegenstands ein Klebstoff verwendet wird, der durch Hinzufügung eines Aushärtungsmittels aushärtet. Das Aushärtungsmittel kann ein Aushärtungsmittel jeder Art sein. Es kann sich auch um in der Luft befindliche Feuchtigkeit handeln, sodass das Aushärtungsmittel diese Feuchtigkeit bzw. Wasser ist. Ein solches Aushärtungsmittel wirkt z.B. mit Cyanacrylat-Klebstoffen zusammen. Der Klebstoff kann auch ein Zwei- oder Mehrkomponentenklebstoff sein, sodass das Aushärtungsmittel ein gesonderter Härter sein kann.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Aushärtungsmittel gleich einem Lösemittel ist, durch das die Folie durch Auflösen entfernt werden kann. Dies hat den Vorteil, dass durch das Hinzufügen des Aushärtungsmittels zugleich die Folie aufgelöst und dadurch entfernt werden kann. Wird als Klebstoff beispielsweise ein Cyanacrylat verwendet, so kann zur Förderung der Aushärtung gezielt etwas Wasser hinzugegeben werden, sodass dadurch zugleich der Aushärtungsprozess erfolgt und die Folie aufgelöst wird. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die elektrische Mikrostruktur wenigstens ein Sensorbauteil aufweist. Auf diese Weise kann durch das Aufbringen der elektrischen Mikrostruktur zugleich eine gewisse technische Zusatzfunktionalität realisiert werden, nämlich eine Sensier- bzw.
Messfunktion. Das Sensorbauteil kann z.B. ein Drucksensor oder ein Dehnungsmessstreifen sein.
Der eingangs genannte Gegenstand beliebiger Art, an der die elektrische Mikrostruktur anzubringen ist, kann ein beliebiger technischer oder sonstiger Gegenstand sein. Die Erfindung eignet sich insbesondere für Gegenstände, die eine Elastomerstruktur oder ein Faserverbundbauteil aufweisen oder daraus bestehen. Im Fall einer Elastomerstruktur kann es sich um eine Gummischicht handeln, z.B. um eine Gummischicht eines Kraftfahrzeug-Reifens oder eines sonstigen Reifens. Bei einer Elastomerstruktur kann die elektrische Mikrostruktur aufgeklebt werden. Es ist auch ein Einvulkanisieren möglich, sodass kein gesonderter Klebstoff erforderlich ist.
Bei einem Faserverbundbauteil kann die elektrische Mikrostruktur ebenfalls mit einem gesonderten Klebstoff aufgeklebt werden. Es ist auch möglich, dass die elektrische Mikrostruktur aufgeklebt wird, indem sie direkt mit dem Harz des Faserverbundbauteils einlaminiert wird. Das Faserverbundbauteil kann z.B. ein Kohlefaser- (CFK) oder ein Glasfaser- (GFK) Bauteil sowie textile Werkstoffe sein.
Der Gegenstand kann insbesondere als Reifen eines Kraftfahrzeugs, eines Flugzeugs oder eines sonstigen fahrbaren Vehikels ausgebildet sein. In diesem Fall kann die elektrische Mikrostruktur an der Reifeninnenseite oder eingebettet zwischen verschiedenen Lagen des Reifens festgeklebt oder einvulkanisiert sein. Auch hierdurch lassen sich die eingangs erläuterten Vorteile realisieren.
Es ist insbesondere möglich, über den Umfang des Reifens mehrere elektrische Mikrostrukturen anzubringen. Eine umlaufende Anordnung solcher Strukturen ermöglicht dann insbesondere die Gewinnung von Daten über den gesamten Reifenumfang. Im Laufe der Reifenherstellung kann die erfindungsgemäße Aufbringung der elektrischen Mikrostruktur an der Befestigungsfläche insbesondere vor einem Vul- kanisierungsprozess des Reifenmaterials durchgeführt werden, was bedeutet, dass nach dem Einbringen der elektrischen Mikrostruktur eine weitere Gummilage darauf aufgebracht werden kann.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Verwendung von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
Figur 1 - einen mehrstufigen Herstellprozess und
Figur 2 - eine erste Ausführungsform des Anbringens einer elektrischen Mikrostruktur an einer Befestigungsfläche und
Figur 3 - eine zweite Ausführungsform des Anbringens einer elektrischen Mikrostruktur an einer Befestigungsfläche und
Figur 4 - eine dritte Ausführungsform des Anbringens einer elektrischen Mikrostruktur an einer Befestigungsfläche.
In den Figuren werden gleiche Bezugszeichen für einander entsprechende Elemente verwendet.
Die Figur 1 zeigt zunächst einen Herstellungsschritt A, in dem eine flexible Folie 1 durch Gasphasenabscheidung, hier durch einen PVD-Prozess mittels einer Beschichtungsanlage 4, mit einer elektrischen Mikrostruktur 2 beschichtet wird. Die Folie 1 wird dabei von einer Rolle 3 abgerollt. Während des Abroll prozesses der Folie 1 von der Rolle 3 wird jeweils die äußere Folienlage der Rolle 3 über die Beschichtungsanlage 4 beschichtet. Die Beschichtungsanlage 4 weist eine Schattenmaske 5 auf, über die die entsprechende Strukturierung der elektrischen Mikrostruktur 2 erzeugt wird.
Die Aufbringung der elektrischen Mikrostruktur 2 auf der Folie 1 kann auch derart erfolgen, dass im ebenen, abgerollten Zustand die Folie 1 der Beschichtungsanlage 4 ausgesetzt wird. Die mit der elektrischen Mikrostruktur 2 beschichtete Folie 1 kann dann zu Transportzwecken zu einer Rolle 3 aufgerollt werden.
Die Herstellungsschritte B, C, D betreffen die Anbringung der elektrischen Mikrostruktur 2 an einem Gegenstand 6, in diesem Fall an einer von einer Rolle abgerollten Gummibahn. Im Schritt B wird die im Schritt A vorbereitete Folie 1 mit der elektrischen Mikrostruktur 2 voran, somit gegenüber der Abbildung A im gedrehten Zustand, auf einer Befestigungsfläche 1 1 des Gegenstands 6 aufgebracht. Der Schritt C zeigt, dass durch Hinzufügung von Klebstoff 8 die elektrische Mikrostruktur 2 an der Befestigungsfläche 1 1 festgeklebt wird. Es kann zum Auflösen der Folie 1 sowie zum Aktivieren des Klebstoffs 8 Wasser 7 hinzugefügt werden. Der Schritt D zeigt den Endzustand nach dem Auflösen der Folie 1 . Es verbleibt die elektrische Mikrostruktur 2 auf der Befestigungsfläche 1 1 des Gegenstands 6.
Die Figur 2 zeigt die Schritte B, C, D aus Figur 1 in vergrößerter Detaildarstellung. Erkennbar ist wiederum die Folie 1 mit der darauf aufgebrachten elektrischen Mikrostruktur 2. Erkennbar ist ferner, dass auf der mit der elektrischen Mikrostruktur 2 beschichteten Seite der Folie 1 Klebstoff e, z.B. Cyanacrylat, aufgebracht ist.
Diese Anordnung wird nun gedreht und mit der Klebschicht 8 voran auf die Befestigungsfläche 1 1 des Gegenstands 6 aufgebracht. Der untere Teil der Figur 2 zeigt den Endzustand, nachdem die Folie 1 entfernt wurde. Der Gegenstand 6, in diesem Fall die Gummibahn, kann ein bereits vulkanisiertes Gummimaterial sein.
Die Figur 3 zeigt einen alternativen Anbringungsprozess einer elektrischen Mikrostruktur 2. In diesem Fall wurde die elektrische Mikrostruktur im vorangehenden Herstellschritt A bereits komplexer aufgebaut, indem an einer Kontaktschicht dieser Mikrostruktur 2 bereits elektrische und elektronische Bauteile 10 angebracht wurden, z.B. SMD-Bauteile und/oder Piezo-Bauteile. Dies wurde im Herstellschritt A beispielsweise derart durchgeführt, dass als Folie 1 eine thermisch entfernbare Folie eingesetzt wurde. Diese wurde mit einer Schicht aus einem Zwischenlagenmaterial 9 beschichtet. In diesem Zwischenlagenmaterial 9 sind Aussparungen vorhanden, in die die Bauteile 10 eingesetzt wurden. Sodann wird die eigentliche Mikrostruktur 2, die in diesem Fall eine Kontaktschicht darstellt, mittels der Be- schichtungsanlage 4 aufgebracht. In den nachfolgenden Schritten B, C, D wird dann vergleichbar wie zuvor erläutert vorgegangen. Es wird auf die Mikrostruktur 2 die Klebschicht 8 aufgebracht. Die gesamte Anordnung wird umgedreht und mit der Klebschicht 8 voran auf die Befestigungsfläche 1 1 des Gegenstands 6 aufgebracht. Der Klebstoff wird aktiviert. Es wird die Folie 1 thermisch entfernt. Sodann wird die Schicht aus dem Zwischenlagenmaterial 9 entfernt, z.B. durch ein Lösungsmittel. Wird als Zwischenlagenmaterial 9 ein wasserlösliches Material wie PVA verwendet, kann das Entfernen des Zwischenlagenmaterials mittels Spülen durch Wasser erfolgen.
Die Figur 3 zeigt eine Variante der Anbringung der elektrischen Mikrostruktur 2 an einem Gegenstand 6 in Form einer noch nicht vulkanisierten Gummischicht. Die Folie 1 mit der elektrischen Mikrostruktur 2 wird nun ohne die Klebschicht 8 direkt auf der Befestigungsfläche 1 1 befestigt. Die Befestigung der elektrischen Mikrostruktur 2 an der Befestigungsfläche 1 1 erfolgt durch das Vulkanisieren des Gummimaterials des Gegenstands 6. Die Folie 1 wird wiederum entfernt, wie zuvor erläutert.

Claims

Verfahren zur Anbringung einer elektrischen Mikrostruktur (2) an oder in einem Gegenstand (6) beliebiger Art, wobei die elektrische Mikrostruktur (2) zunächst auf einer flexiblen Folie (1 ) aufgebracht ist und die Folie (1 ) mit der daran aufgebrachten elektrischen Mikrostruktur (2) voran an einer Befestigungsfläche (1 1 ) des Gegenstands (6) durch Kleben und/oder Einvulkanisieren befestigt wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Befestigen der elektrischen Mikrostruktur (2) an dem Gegenstand (6) die Folie (1 ) vollständig oder teilweise, insbesondere zum überwiegenden Teil, entfernt wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (1 ) durch Auflösen der Folie (1 ) entfernt wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (1 ) mittels eines Lösungsmittels (7) benetzt wird und dadurch aufgelöst wird und/oder die die Folie durch Erwärmung aufgelöst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (1 ) perforiert und/oder gelocht ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Mikrostruktur (2) mittels eines Gasphasenab- scheideprozesses auf der Folie (1 ) aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Mikrostruktur (2) Leiterbahnen, Anschlussflächen für elektrische und/oder elektronische Bauteile und/oder passive elektrische und/oder elektronische Bauteile aufweist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Folie (1 ) zunächst eine Schicht aus einem Zwischenlagenmaterial (9) mit in Aussparungen des Zwischenlagenmaterials (9) eingebetteten elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen (10) aufgebracht wird und darauf die elektrische Mikrostruktur (2) aufgebracht wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenstand (6), auf dem die elektrische Mikrostruktur (2) aufgebracht wird, einen Schichtaufbau aus wenigstens zwei Schichten aufweist und die elektrische Mikrostruktur (2) auf einer Befestigungsfläche (1 1 ) einer der Schichten aufgebracht wird und danach die andere Schicht darüber angeordnet wird, sodass die elektrische Mikrostruktur (2) zwischen den wenigstens zwei Schichten eingebettet ist.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Festkleben der elektrischen Mikrostruktur (2) an der Befestigungsfläche (1 1 ) des Gegenstands (6) ein Klebstoff (8) verwendet wird, der durch Hinzufügung eines Aushärtungsmittels aushärtet.
1 1 . Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Aushärtungsmittel gleich einem Lösemittel (7) ist, durch das die Folie (1 ) durch Auflösen entfernt werden kann.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Mikrostruktur (2) wenigstens ein Sensorbauteil aufweist.
13. Elastomerstruktur mit wenigstens einer daran aufgeklebten oder einvulkanisierten elektrischen Mikrostruktur (2).
14. Faserverbundbauteil mit wenigstens einer daran aufgeklebten elektrischen Mikrostruktur (2). Reifen mit einer an der Reifeninnenseite oder eingebettet zwischen verschie denen Lagen des Reifens festgeklebten oder einvulkanisierten elektrischen Mikrostruktur (2).
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