EINES BESCHICHTUNGSMATERIALS

Gegenstand der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Applikator zum thermischen Aktivieren einer Funktionsschicht eines

Beschichtungsmaterials . Zudem betrifft die vorliegende

Erfindung eine Vorrichtung zum thermischen Aktivieren der Funktionsschicht des Beschichtungsmaterials, eine Verwendung eines Dielektrikums und ein Verfahren zum thermischen

Aktivieren einer Funktionsschicht eines

Beschichtungsmaterials .

Stand der Technik

Es hat sich bewährt, Schnittflächen von plattenförmigen Werkstücken, sogenannte Werkstückschmalflächen, mit einem etwa streifenförmigen Beschichtungsmaterial zu beschichten. Zum einen kann so die Schnittfläche an die Eigenschaften der Werkstückoberfläche des Werkstücks angepasst werden ohne ein aufwändiges Nacharbeiten erforderlich zu machen. Zum anderen ist es durch eine derartige Beschichtung möglich, den Kern des Werkstücks mit einem anderen beispielsweise

kostengünstigeren Material auszuführen als die nach außen sichtbaren Oberflächen.

Um das Werkstück mit dem Beschichtungsmaterial zu verbinden, wird ein Haftmittel bzw. ein Klebstoff eingesetzt. Hierbei wird insbesondere ein Haftmittel verwendet, welches durch einen Energieeintrag aktiviert wird und erst dann eine belastbare Verbindung zwischen zwei Komponenten

(Beschichtungsmaterial und Werkstück) herstellen kann. Es gibt vielzählige Möglichkeiten, dieses Haftmittel in den Fügeprozess zu integrieren. So schlägt die EP 1 163 864 Bl ein Verfahren vor, in dem eine Kunststoffkante mit einer Haftschicht koextrudiert wird. Dieser Verbund zwischen

Beschichtungsmaterial und aktivierbarer Funktionsschicht (oder Haftschicht) wird anschließend beim Aufbringen auf das Werkstück mittels Laserlicht im Bereich des Haftmittels aufgeschmolzen und auf das Werkstück gepresst.

Außerdem bekannt ist das thermische Aktivieren der

Funktionsschicht mittels elektromagnetischer Wellen,

insbesondere im Mikrowellenspektrum. Die Verwendung von elektromagnetischen Wellen im Mikrowellenspektrum kann

Vorteile bezüglich der Genauigkeit und der Anpassbarkeit des Energiebetrags in die Funktionsschicht haben. In diesem Fall hat sich die Aktivierung der Funktionsschicht innerhalb eines Applikators als vorteilhaft herausgestellt.

Allerdings gibt es bei der Verwendung von elektromagnetischen Wellen zur Aktivierung der Funktionsschicht von

Beschichtungsmaterialien Herausforderungen, denn um einen möglichst hohen Energieeintrag in das Beschichtungsmaterial zu gewährleisten, muss die Dimensionierung des Applikators eine bestimmte Größe aufweisen. Im Hinblick auf

Bauraumbeschränkungen von Aggregaten ist es nicht immer ohne Probleme zu realisieren.

Bekannt ist beispielsweise ein Applikator wie dargestellt in Fig. 1. Der Applikator 1 dient dazu, in seinem Grundkörper 3 eine Funktionsschicht des Beschichtungsmaterials 8 thermisch zu aktivieren, was mittels elektromagnetischer Wellen 5 geschieht. Um diese thermische Aktivierung effektiv zu ermöglichen, müssen dabei folgende beiden Randbedingungen beachtet werden. Zuerst sollte möglichst genau in

Ausbreitungsrichtung auf Höhe des Beschichtungsmaterials 8 ein Wellenmaximum der stehenden elektromagnetischen Welle 5 vorherrschen. So kann erreicht werden, dass die maximale Dissipation von elektromagnetischer Energie in Wärmeenergie in der Funktionsschicht stattfindet. Weiterhin sollte eine anschließende Reflektion der elektromagnetischen Wellen ungefähr an einem Nulldurchgang der elektromagnetischen

Wellen stattfinden. Somit kann positive Interferenz an der Funktionsschicht selber stattfinden, was wiederum ein

effektives Beschichten der Funktionsschicht ermöglicht. Dies ist in Fig. 1 zu erkennen, in der beide Randbedingungen erfüllt sind.

Aufgrund dieser Randbedingungen gibt es Einschränkungen bei der Größe des Grundkörpers 3 des Applikators 1.

Eine bekannte Lösung dieser Herausforderung ist, zumindest einen Teil eines Hohlraums 3 des Applikators 1 mit

Dielektrikum auszufüllen.

Die Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Welle ergibt sich dabei zu

1

mit c als Ausbreitungsgeschwindigkeit, μ als Permeabilität und E als Permittivität . Die Permeabilität μ ist bei

Dielektrika ungefähr gleich 1, während die Permittivität E größer als 1 und unterschiedlich je nach Dielektrika ist. In dem hypothetischen Fall, dass das gesamte Innere des

Applikators 1 mit etwa Aluminiumoxid mit einer Permittivität E = 9,5 gefüllt wäre, ergäbe sich somit, dass der Applikator lediglich etwa 32% der Größe des ungefüllten Applikators benötigt :

1 Dementsprechend ist die Verwendung von Aluminiumoxid als Dielektrikum, durch das eine große Größenersparnis ermöglicht werden kann, bekannt. Zum Anpassen dieses Materials können gesinterte Blöcke des Materials in den Grundkörper 3

eingepasst werden. Derartige gesinterte Blöcke aus

Aluminiumoxid sind dabei speziell für einen bestimmten

Applikator angepasst, wobei komplexe Geometrien zu hohen Fertigungskosten führen. Aluminiumoxid in gesinterten Zustand ist zudem hart und spröde, so dass eine Nachbearbeitung, wenn überhaupt, nur eingeschränkt möglich ist. Sollten bei dem Sintervorgang etwa durch den Binder Verunreinigungen in das Hohlmaterial eingebracht worden sein, kann das entstehende Aluminiumoxid zudem nicht bei hohen elektrischen Feldstärken eingesetzt werden, wie sie jedoch bei der thermischen

Aktivierung von Beschichtungsmaterial mittels

elektromagnetischer Wellen entstehen können. Auch das

Verwenden von anderen Dielektrika wie beispielsweise PTFE oder Teflon mit einfacheren Bearbeitungsmöglichkeiten ist weiterhin nicht unbedingt zielführend, da deren Permittivität nicht hoch genug ist, und die Bearbeitung dieser Dielektrika in deren festem Zustand nicht ausreichend einfacher ist. Es bleibt somit das Sintern von speziell geformten

Keramikpulvern, das beispielsweise durch isostatisches

Pressen geschehen kann.

Darstellung der Erfindung

Auf dem oben erläuterten ergab sich als Aufgabe der

vorliegenden Erfindung, einen Applikator zum thermischen Aktivieren einer Funktionsschicht eines

Beschichtungsmaterials bereitzustellen, der geringere

Herstellungskosten aufweist, dabei jedoch eine hohe

Permittivität ermöglicht und einfach in eine komplexe Form zu bringen ist.

Als Lösung steht die vorliegende Erfindung den Applikator des Anspruchs 1 bereit. Der Erfindung lag dabei die Erkenntnis zugrunde, dass die oben genannten Probleme vor allem darin begründet liegen, dass die hohen Herstellungskosten der Dielektrika aus

Aluminiumoxid vor allem daher rühren, dass der Sintervorgang der Keramik in einer speziellen Geometrie die Kosten

verursacht und zudem zu einem spröden Produkt führt.

Weiterhin kann es notwendig sein, den Sinterkörper etwa einer spanenden Nachbearbeitung zu unterziehen, was ein weiteres aufwendiges Verfahren bedeutet. Der Erfindung lag weiterhin die Erkenntnis zugrunde, dass der technische Effekt des Sinterns vor allem dadurch gegeben ist, dass mechanische Eigenschaften der Keramik deutlich verbessert werden indem ein Granulat zu einem Feststoff wird, während die

Permittivität der Keramik nur unwesentlich verbessert wird.

Im Anbetracht dieser Erkenntnisse stellt die vorliegende Erfindung einen Applikator zum thermischen Aktivieren einer Funktionsschicht eines Beschichtungsmaterials bereit. Der Applikator weist dabei auf einen Grundkörper, der

ausgestaltet ist das Beschichtungsmaterial entlang einer Durchlaufrichtung zu führen, wobei der Grundkörper in der Lage ist, elektromagnetische Wellen, insbesondere Mikrowellen in Richtung des geführten Beschichtungsmaterials darin zu leiten, wobei ein Dielektrikum innerhalb des Grundkörpers angeordnet ist und das Dielektrikum zumindest zum Teil granulatförmig ausgebildet ist.

Ein granulatförmiges Dielektrikum kann einfach in jede beliebige Form gebracht werden. Weiterhin ist ein Material, das als Granulat vorliegt, nicht spröde. Als Granulat wird dabei eine Ansammlung von festen Partikeln mit einer kleinen Größe relativ zu der Größe des Applikators verstanden, so dass ein definierter Raum in dem Applikator mit dem formbaren Granulat befüllt werden kann. Beispiele für Granulate sind etwa Pulver mit einer Korngröße zwischen 1 und 100 ym. In einer möglichen Ausgestaltung kann das granuläre Dielektrikum beispielsweise in einer pastösen Masse oder einer Flüssigkeit dispergiert sein.

Durch das Vorsehen eines formbaren granulatförmigen

Dielektrikums kann somit ermöglicht werden, den hohen

Herstellungsaufwand, der etwa durch Sintern entstehen, zu vermeiden, dabei jedoch trotzdem eine hohe Permittivität des Dielektrikums beizubehalten, das zudem einfach in eine komplexe Form zu bringen ist. Somit kann die Komplexität der Fertigung verringert werden.

Bevorzugt ist in dem im vorigen dargestellten Applikator das Dielektrikum derart angeordnet, dass die elektromagnetischen Wellen in Richtung des Beschichtungsmaterials durch das Dielektrikum geleitet werden.

Beim Passieren der elektromagnetischen Wellen durch das Dielektrikum erhöht sich, abhängig von dem der Permittivität des Dielektrikums, deren Ausbreitungsgeschwindigkeit. Somit kann wie eingangs erwähnt die Dimension des Applikators verkleinert werden.

Bevorzugt weist das Dielektrikum Keramik und/oder Glas, weiter bevorzugt Aluminiumoxid (AL ₂ O ₃ ) und/oder Quarzglas (Si0 ₂ ) auf.

Diese Stoffe haben sich aufgrund einer hohen Permittivität und eines niedrigen dielektrischen Verlustfaktors als besonders geeignete Dielektrika herausgestellt.

Weiter bevorzugt ist der der Applikator ausgestaltet, mit einem Leitmittel für elektromagnetische Wellen verbunden zu werden, durch den die elektromagnetischen Wellen in den

Applikator eingespeist werden.

Durch das Leitmittel für elektromagnetische Wellen,

beispielsweise in Form eines Hohlleiters, oder in Form eines Koaxialleiters, kann der Applikator somit elektromagnetische Wellen aufnehmen. Diese können mittels eines Generators erzeugt werden.

Noch weiter bevorzugt führt der Grundkörper das

Beschichtungsmaterial derart ausgebildet sein, so dass das Innere des Grundkörpers gegenüber dem Beschichtungsmaterial abgedichtet ist, insbesondere mittels eines festen Anteils des Dielektrikums und/oder mittels einer Führung des

Beschichtungsmaterials in dem Applikator.

Beim thermischen Aktivieren der Funktionsschicht des

Beschichtungsmaterials treten Ausgasungen aus dem

Beschichtungsmaterial aus. Somit kann durch eine Abdichtung des Inneren des Grundkörpers verhindert werden, dass die Ausgasungen und somit Verschmutzungen das Innere des

Grundkörpers und insbesondere das granulatförmige

Dielektrikum erreichen.

Das Dielektrikum weist bevorzugt einen dielektrischen

Verlustfaktor von kleiner als 5xl0 ^~ 3 _unc } weiter bevorzugt von kleiner als 5xl0-^ auf und/oder eine Permittivität von größer als 1,5, bevorzugt größer als 2, weiter bevorzugt größer als 3 und noch weiter bevorzugt größer als 8. Mit diesem Verlustfaktor wird es ermöglicht, das so wenig

Leistung der elektromagnetischen Wellen in Wärme dissipiert wird, das keine Kühlung des Applikators vorgesehen sein muss. Weiterhin wird so das effiziente Übertragen der Energie mittels der elektromagnetischen Wellen ermöglicht. Eine

Permittivität von größer als 1,5, bevorzugt größer als 2, weiter bevorzugt größer als 3 und noch weiter bevorzugt größer als 8 ermöglicht eine Reduktion des Bauraums des

Applikators, insbesondere abhängig vom Füllgrad.

Weiterhin stellt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum thermischen Aktivieren eines Beschichtungsmaterials bereit. Diese Vorrichtung weist einen Generator zum Erzeugen von elektromagnetischen Wellen, insbesondere Mikrowellen auf und einen Applikator wie im vorigen dargestellt, der in der Lage ist die im Generator erzeugten elektromagnetischen

Wellen auf das Beschichtungsmaterial zu applizieren.

Die vorliegende Erfindung befasst sich zudem mit der Verwendung eines Dielektrikums in einem Applikator zum thermischen Aktivieren von Beschichtungsmaterial mittels elektromagnetischer Wellen, insbesondere Mikrowellen, wobei das Dielektrikum in dem Grundkörper zumindest zum Teil granulatförmig ausgebildet ist.

Bevorzugt ist der Applikator dabei ein Applikator wie zuvor dargestellt .

Ein zusätzlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines Applikators zum thermischen Aktivieren einer Funktionsschicht eines

Beschichtungsmaterials , das die folgenden Schritte aufweist: Bereitstellen eines Grundkörpers, und Einbringen eines formbaren Dielektrikums in den Grundkörper, .

Dieses Verfahren kann bevorzugt dazu genutzt werden, einen Applikator wie im vorigen dargestellt herzustellen. Als formbares Dielektrikum wird dabei beispielsweise das

granulatförmige Dielektrikum wie oben dargestellt verstanden, es ist jedoch auch das Verwenden eines pastösen Dielektrikums möglich oder ein granulatförmiges Dielektrikum, das in einem pastösen oder flüssigen Trägermaterial dispergiert ist. Ein formbares Dielektrikum lässt sich in eine variable Form bringen, etwa die Form des Inneren des Applikators, in der das formbare Dielektrikum vorgesehen ist.

Bevorzugt weist das Verfahren den zusätzlichen Schritt des Einbringens eines festen Dielektrikums in den Grundkörper zum Fixieren des formbaren Dielektrikums darin auf. Bezüglich der Vorteile der Verwendung des Dielektrikums und des Verfahrens wird auf die Vorteile des Applikators selber verwiesen. Es versteht sich dabei, dass sämtliche bevorzugten Ausführungsformen, Merkmale und Funktionen des Applikators, der Vorrichtung, der Verwendung und des Verfahrens

miteinander kombiniert werden können.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht eines Beispiels eines

Applikators gemäß dem Stand der Technik.

Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht einer bevorzugten

Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Applikators.

Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung

Fig. 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines

erfindungsgemäßen Applikators. Der Applikator 10 ist

vorgesehen, mit einem Generator (nicht dargestellt) verbunden zu werden, der elektromagnetische Wellen erzeugt. Weiterhin ist vorgesehen, dass diese elektromagnetischen Wellen eine Funktionsschicht eines Beschichtungsmaterials 8 thermisch aktivieren .

Als elektromagnetische Wellen sind in dieser bevorzugten Ausführungsform insbesondere Mikrowellen in einem

Frequenzband zwischen 2,4 GHz - 2,5 GHz vorgesehen, aber auch das Frequenzband von 5,725 GHz - 5,875 GHz ist hierfür denkbar. Dies ist in der Vollzugsordnung für den Funkdienst der Konstitution und Konvention der Internationalen

Fernmeldeunion, einem völkerrechtlichen Vertrag zur

Funkfrequenznutzung als ISM Band (Industrial, Scientific and Medical Band) und somit auch für derartige Anwendungen vorgesehen . Der Applikator 10 umfasst dabei zunächst einen Grundkörper 13, der die Struktur des Applikators 10 ausbildet und weitere Elemente davon aufnimmt. Elektromagnetische Wellen werden über einen nicht dargestelltes Leitmittel für

elektromagnetische Wellen in den Applikator aufgenommen und durch diesen an das Beschichtungsmaterial 8 weitergeleitet. Der Applikator 10 dient somit als Resonator für

elektromagnetische Wellen. Als Leitmittel für

elektromagnetische Wellen können dabei sowohl Hohlleiter als auch Koaxialleiter verwendet werden, Hohlleiter bezeichnen üblicherweise metallische Rohre mit meist rechteckigem, kreisförmigem oder elliptischem Querschnitt und Koaxialleiter bezeichnen dabei üblicherweise flexible Leiter. In Fig. 2 ist die Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Wellen als orthogonal zu einer Vorschubrichtung des

Beschichtungsmaterials 8 zu erkennen. Die Vorschubrichtung des Beschichtungsmaterials 8 ist in Schnittrichtung der Fig. 2. Zum Führen des Beschichtungsmaterials kann weiterhin eine Abdichtung vorgesehen sein, die das Beschichtungsmaterial 8 umhüllt und somit von dem Inneren des Applikators 10

abdichtet. Insbesondere ist somit kein direkter Übergang zwischen einem Bereich gegeben, durch den das

Beschichtungsmaterial 8 verläuft und zwischen anderen

Hohlräumen des Applikators 10. Somit können bei der

Verwendung des Applikators 10 keine Verschmutzungen auf diese inneren Bereiche gelangen, was aufwendige und langwierige Reinigungsvorgänge mit sich ziehen würde.

In der hier dargestellten erfindungsgemäßen Ausführungsform ist ein Teil des Applikators mit Dielektrikum 14 befüllt. Als Folge dessen können die Abmessungen des Applikators um einen je nach verwendetem Dielektrikum abhängigen Faktor verringert werden. Das Dielektrikum 14 ist dabei zumindest zum Teil granulatförmig ausgebildet. Hier besteht ein Kern des

Dielektrikums 14 aus Aluminiumoxidpulver (AL ₂ O ₃ ) . Gesintertes Aluminiumoxid hat eine Permittivität von etwa 9,5, was ein sehr hoher Wert ist im Vergleich mit anderen Dielektrika wie etwa Teflon (2,0) oder Quarzglas (3,75). Nichtgesintertes Alumiumoxid, also das in der hier dargestellten

Ausführungsform verwendete Aluminiumoxidpulver hat eine etwas niedrigere Permittivität . Diese ist vor allem abhängig von der verbleibenden Menge Luft in dem Aluminiumoxidpulver.

Mit der Verwendung des Dielektrikums 14 kann somit die Größe des Applikators 10 verringert werden, was in Fig. 2 mit der gestrichelten Linie 15 verdeutlicht wird. Diese Linie 15 bezieht sich auf das Applikatorvolumen ohne die Verwendung eines Dielektrikums, wie beispielsweise in Fig. 1 dargestellt ist .

In einer alternativen Ausführungsform ist auch das Verwenden von Quarzglaspulver (Si0 ₂ ) als Dielektrikum vorgesehen. Dies hat, wie oben dargestellt, eine etwas niedrigere

Permittivität und kann somit eingesetzt werden, wenn das Verringern des Bauraumvolumens des Applikators keine

besonders hohe Priorität aufweist.

Räumlich fixiert ist das Aluminiumoxidpulver in der hier dargestellten Ausführungsform durch Quarzglas in fester Form. Zur Fertigung kann somit beispielsweise zuerst eine erste Quarzglasabdeckung in den Applikator 10 eingesetzt werden. Diese ist in Fig. 2 auf der linken Seite des Dielektrikums 14 entlang der gestrichelten Linie vorgesehen. Dies trennt den inneren Hohlraum des Applikators in zwei Teile. In den rechten, offenen Hohlraum des Applikators wird in einem darauffolgenden Schritt granulatförmiges Dielektrikum

eingeführt. Das granulatförmige Dielektrikum kann nachfolgend etwa mit einem Stempel verpresst werden, um den Luftgehalt in dem granulatförmigen Dielektrikum zu Verringern. Anschließend kann eine zweite Quarzglasabdeckung eingesetzt werden, die sich entlang der rechten gestrichelten Linie des

Dielektrikums 14 befindet. Somit ist das granulatförmige Dielektrikum zwischen zwei Quarzglasabdeckungen fixiert und kann für die gewünschte Ausbreitung der elektromagnetischen Wellen 5 sorgen.

In alternativen Ausführungsformen ist es nicht zwangsweise notwendig, granulatförmiges Dielektrikum zwischen zwei

Abdeckungen aus festem Dielektrikum vorzusehen. Sollte beispielsweise auf der linken Seite von dem Kantenband 8 in dem Applikator 10 aus Fig. 2 Dielektrikum vorgesehen sein, so kann dieses auch an der linken Kante des Applikators 10 angeordnet sein. Somit kann das granulatförmige Dielektrikum von nur einer Schicht aus festem Dielektrikum fixiert werden.

Bezugs zeichenliste

1 Applikator Stand der Technik

3 Grundkörper Stand der Technik

5 elektromagnetische Wellen

8 Beschichtungsmaterial

10 Applikator

13 Grundkörper

14 Dielektrikum

15 Reduktion Applikatorgröße