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Title:
DEVICE FOR REDUCING CAPILLARY FORCES
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2005/070544
Kind Code:
A2
Abstract:
An adhesion force suctions a liquid between two closely adjacent surfaces of a solid between the surface next to the molecules and the solid which the liquid is in contact with. According to the invention, a corresponding covering of the solid body having a thin layer of a hydrophobic material prevents said adhesion force from arising.

Inventors:
SONNENDORFER HORST (DE)
WIETH FRANZ (DE)
Application Number:
PCT/DE2005/000124
Publication Date:
August 04, 2005
Filing Date:
January 27, 2005
Export Citation:
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Assignee:
SONNENDORFER HORST (DE)
WIETH FRANZ (DE)
International Classes:
B29C71/00; C09K3/18; (IPC1-7): B01L3/00
Foreign References:
EP1432285A22004-06-23
EP1249467A12002-10-16
DE10051182A12002-05-02
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN Bd. 1997, Nr. 07, 31. Juli 1997 (1997-07-31) -& JP 09 067456 A (INOAC CORP), 11. März 1997 (1997-03-11)
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN Bd. 2000, Nr. 09, 13. Oktober 2000 (2000-10-13) -& JP 2000 154620 A (KUBOTA CORP), 6. Juni 2000 (2000-06-06)
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN Bd. 018, Nr. 063 (E-1500), 2. Februar 1994 (1994-02-02) -& JP 05 283046 A (TOSHIBA LIGHTING & TECHNOL CORP), 29. Oktober 1993 (1993-10-29)
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN Bd. 1995, Nr. 11, 26. Dezember 1995 (1995-12-26) -& JP 07 217341 A (NISSHIN STEEL CO LTD), 15. August 1995 (1995-08-15)
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN Bd. 2000, Nr. 06, 22. September 2000 (2000-09-22) -& JP 2000 091021 A (HARNESS SYST TECH RES LTD; SUMITOMO WIRING SYST LTD; SUMITOMO ELECTRIC), 31. März 2000 (2000-03-31)
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Claims:
Schutzansprüche Vorrichtung zur Verminderung von Kapillarkräften
1. Vorrichtung zur Verminderung von Kapillarkräften die von einem Feststoffkörper auf eine Flüssigkeit wirken, wobei der Festkörper Materialeigenschaften aufweist, die auf Flüssigkeiten solche Adhäsionskräfte ausüben, diezum Entstehen von Kapillarwirkung zwischen einer ersten Oberfläche des Körpers und einer weiteren, der ersten Oberfläche benachbarten Oberfläche führen können dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche (2a, 3a) der Oberfläche des Feststoffkörpers (2,3), die anderen Oberflächen (2a, 3a) benachbart sind, hydrophob oder oleophob ausgebildet sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche (2a, 3a) der Oberfläche des Feststoffkörpers (2,3), die anderen Oberflächen (2a, 3a) benachbart sind, mit einem hydrophoben oder oleophoben Material beschichtet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche (2a, 3a) der Oberfläche des Feststoffkörpers (2,3), die anderen Oberflächen (2a, 3a) benachbart sind, aus einem hydrophoben oder oleophoben Material (2b, 3b) bestehen.
4. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeicnnet, dass die Bereiche (2a, 3a) der Oberfläche des Feststoffkörpers (2,3), die anderen Oberflächen (2a, 3a) benachbart sind, eine Nanopartikelstruktur aufweisen.
5. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche (2a, 3a) der Oberfläche des Feststoffkörpers (2,3), die anderen Oberflächen (2a, 3a) benachbart sind, zusätzliche Nanopartikel aufweisen.
6. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche (2a, 3a) der Oberfläche des Feststoffkörpers (2,3), die anderen Oberflächen (2a, 3a) benachbart sind, aus PolytetrafluorethylenPolyamid (PTFEPA) bestehen.
Description:
Vorrichtung zum Verringern von Kapillarkräften Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Bei bekannten Vorrichtungen der genannten Gattung treten zwischen einer Flüssigkeit, die mit Teilen der bekannten Vorrichtung in Kontakt kommt und der Vorrichtung Adhäsion genannte Grenzflächenkräfte auf. Innerhalb der Flüssigkeit wirken Kohäsion genannte Kräfte zwischen den Molekülen, die sich über ein zeitliches Mittel betrachtet in Betrag und Richtung gegenseitig aufheben. Die Kohäsionskräfte von oberflächennahen Molekülen heben sich nicht vollständig gegenseitig auf und es wirkt eine nicht verschwindende resultierende Kraft auf die oberflächennahen Moleküle.

Im Idealfall, ohne äussere Kräfte nimmt die Flüssigkeit die Gestalt einer Kugel ein. Bei einer Kugel ist die Oberfläche bezogen auf das Volumen minimiert., die Anzahl der oberflächennahen Moleküle, bei welchen die Kohäsionskräfte wie oben beschrieben im zeitlichen Mittel nicht kompensiert werden ist bei dieser Form am geringsten.

Jede Änderung der Form der Flüssigkeit in eine von dieser Kugel abweichende Form benötigt Kräfte, die auf die oberflächennahen Moleküle wirkten muss, denn durch die Formänderung nimmt die Zahl der oberflächennahen Moleküle zu.

Je größer die Adhäsion zwischen der Flüssigkeit und der mit der Flüssigkeit in Kontakt stehenden Oberfläche eines Festkörpers ist, desto mehr verformen diese Adhäsionskräfte die Form der Flüssigkeit.

Wenn durch diese Adhäsionskräfte Flüssigkeiten zwischen zwei eng benachbarte Oberflächen eines Festkörpers"gesaugt"wird spricht man von Kapillarwirkung.

Diese Eigenschaft einer Flüssigkeit/Feststoffkombination ist in vielen Anwendungen nachteilig, Beispielsweise gelangt aufgrund der Kapillarkräfte Wasser durch Spalte und eng benachbarte Flächen eines Gehäuses in das Innere von Gehäusen.

Es sind aus dem Stand der Technik Materialien bekannt, welche hydrophobe Eigenschaften aufweisen und bei denen die Flüssigkeit/Feststoffkombination von Wasser zwischen zwei benachbarten Oberflächen keine bzw. eine vernachlässigbar geringe Kapillarwirkung erzeugt.

Derartige Materialien sind jedoch aus verschiedenen Gründen, wie zum Beispiel Festigkeit oder Verarbeitungeigenschaften nicht für jeden Einsatz geeignet.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, bei welcher einerseits die bekannten Materialien zur Herstellung der Festkörper weiterhin verwendet werden können und anderseits die Oberflächen dieser Festkörper eine hydrophphobe Eigenschaft aufweisen mit dem Ziel, dass, Wasser zwischen zwei benachbarten Oberflächen keine bzw. eine vernachlässigbar geringe Kapillarwirkung auftritt.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 Die Überlegungen, die zur Entstehung der vorliegenden Erfindung führten gehen davon aus, dass eine entsprechende Beschichtung der aus herkömmlichem Material gefertigten Festkörper mit einer dünnen Schicht eines hydrophoben Materials verhindert, dass die Adhäsionskräfte die Kohäsionskräfte so übersteigen, dass eine Kapillarwirkung entsteht Nachfolgend ist anhand einer Figur der prinzipielle Aufbau näher erläutert.

Die Figur zeigt einen vergrößerten Ausschnitt eines Gehäuses 1, wie er prinzipiell an der Berührungszone zwischen Grundgehäuse 2 und Deckel 3 des Gehäuses 1 vorkommen kann. Das im Bild nicht gezeigte Innere des Gehäuses 1 erstreckt sich zur rechten Seite hin.

Auf der Fläche 2a eines Grundgehäuses 2 und auf der Fläche 3a des Deckels 3 ist jeweils eine Schicht 2b bzw. 3b aus hydrophoben Material beispielsweise Polytetrafluorethylen (PTFE) aufgetragen. Die beiden Flächen 2a und 3a liegen eng benachbart zueinander, zwischen den beiden Flächen 2a und 3a. verbleibt noch ein Spalt 4 Das an der Aussenseite des Gehäuses 1 anliegende Wasser 5 kann erfindungsgemäß nicht in den Spalt 4 eindringen, weil zwischen dem Wasser 5 und den hydrophoben Schichten 2b und 3b materialbedingt keine so hohe Adhäsionskraft auftritt, die ausreichten würde, die Kohösionskraft von Wasser zu überwinden und das Wasser so zu verformen, dass es aufgrund der Kapillarwirkung durch den Spalt 4 in das Innere des Gehäuses gelangt.

Die Schichten 2b und 3b können beispielsweise durch einen nachträglichen Auftrag von Polytetrafluorethylen (PTFE) oder durch spritztechnisches Verarbeiten von Polytetrafluorethylen (PTFE) in Form von PTFE-PA im Bereich der Flächen 2a und 3a erzeugt werden. Aufgrund der guten Haftung von Polytetrafluorethylen-Polyamid (PTFE-PA) auf Polyamid (PA) kann das Werkstück kostengünstig im Zweikomponenten Spritzgieß Verfahren hergestellt werden. Der überwiegende Teil des Werkstückes besteht aus PA und nur die Bereiche 2b, 3b besteht aus PTFE-PA.

Auch ist es möglich, die hydrophoben Bereiche 2b, 3b durch den Einsatz von sogenannten Nanopartikeln zu erzeugen. Diese Nanopartikel lassen sich beispielsweise während des Spritzvorganges auf der Oberfläche anfügen, indem man die innere Oberfläche des Werkzeugs mit diesen Nanopartikeln belegt. Die Nanopartikel werden dann vom Werkzeug auf das Werkstück übertragen und bleiben in diesem fixiert.

Eine Kombination der Verwendung von PTFE-PA und Nanopartikeln kann kostengünstig eine superhydrophobe Oberfläche ergeben. Eine solche Oberfläche ist gegebenenfalls selbstreinigend.

Im gezeigten Beispiel müßte das Wasser 5 auf dem Gehäuses 1 seine äussere Form ändern, um in den Spalt 4 zu gelangen. Diese Änderung der Gestalt ginge zwangsläufig einher mit einer Vergrößerung der Oberfläche und würde das Vorhandensein einer Adhäsionskraft erfordern. Da der Spalt 4 in erfinderischer Weise aus einem Material besteht, welches hydrophob ist, treten eben diese Adhäsionskräfte nicht stark genug auf und das Wasser wird nicht in den Spalt 4 gezogen.

Bei mechanisch wenig beanspruchten Flächen ist es gemäß des Erfindungsgedanken auch möglich, ein auf dem Grundmaterial des Körpers haftendes Spray mit hydrophoben Eigenschaften auf die Oberflächen 2a und 3a oder auch nur eine der beiden Oberflächen aufzusprühen.

Der Spalt 4 ist somit nicht durchlässig für Wasser in flüssiger Form wohl aber für Wasser in gasförmiger Form. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist daher darin zu sehen, dass der Spalt auch als Ventil für Schwitzwasser im Gehäuse einsetzbar ist.

Das gleiche Prinzip kann auch angewendet werden, um oleophobe Oberflächen zu erhalten.

Ein möglicher Einsatz ist es das Eindringen von Wasser hinter Anzeigescheiben wie beispielsweise Fahrplanhalter an freistehenden Haltestellen oder sonstige verglaste Werbeflächen zu verhindern.




 
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