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Einführung
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Vorliegende Erfindung betrifft ein
Beschichtungsverfahren mit hoher Auflösung. Sie betrifft auch für das sichtbare
Licht transparente Produkte, welche einen gewissen elektromagnetischen
Wellenlängenbereich
filtern können.
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Stand der
Technik
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Man kennt zahlreiche Beschichtungsverfahren
für Verpackungsmaterial,
von denen einige nachstehend als Beispiel aufgeführt sind:
- – Wässrige Beschichtung,
wobei die Beschichtungsflüssigkeit
eine Suspension oder Lösung des
Produkts in Wasser ist;
- – Lösungsmittelbeschichtung,
wobei die Beschichtungsflüssigkeit
eine Suspension oder Lösung
des Produkts in einem oder mehreren Lösungsmitteln ist;
- – Thermoschmelzbare
Beschichtung, wobei die Beschichtungsflüssigkeit durch Erhitzung des
aufzutragenden Produkts auf eine Temperatur, die es verflüssigt, entsteht;
- – Beschichtung
ohne Lösungsmittel,
wobei die aufzutragenden Produkte in flüssiger Form (Monomere) vorliegen
und durch Katalyse erhärten, indem
sie sich polymerisieren;
- – Beschichtung
durch Evaporation eines Festkörpers,
der sich im Vakuum auf dem Träger
sublimiert;
- – Beschichtung
durch Kaschierung, wobei die Beschichtung ein Film ist, den man
mit Hilfe eines Klebstoffs auf dem Träger fixiert;
- – Beschichtung
durch Übertragung,
wobei das aufzutragende Produkt sich bereits provisorisch auf einem
Film befindet, auf dem es schlecht haftet, um von diesem entfernt
und auf einem endgültigen
Träger
durch irgendein bereits beschriebenes Mittel endgültig fixiert
zu werden.
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Eine Beschichtung nach diesen Verfahren
ist im Allgemeinen total, manchmal partiell, aber keine dieser Beschichtungen
ermöglicht
es, Druckmuster mit hoher Auflösung
zu realisieren.
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Das Patent US-5.721.007 beschreibt
ein Verfahren, bei welchem ein Träger mit einer Metallschicht überzogen
wird. Ein elektrisch isolierender Lack wird mit hoher Auflösung auf
einen ersten Teil des beschichteten Trägers aufgedruckt. Eine oder mehrere
Metallschichten werden durch Elektrolyse auf einen zweiten Teil
des Trägers
aufgetragen, das heißt
auf den vom Lack nicht bedeckten Trägerteil, um so Leitungsbahnen
für den
Stromkreis zu bilden. Die elektrisch isolierende Maske wird entfernt,
um die von der Metallschicht oder den Metallschichten, welche auf
dem Träger
zwischen dem Lack aufgetragen sind, nicht bedeckte Beschichtung
des Trägers
gravieren zu können.
Diese Methode wird z. B. bei der Herstellung elektrischer Stromkreise
benutzt, insbesondere für
die Herstellung von Flachkabeln. Obwohl diese Methode einen Druck
mit hoher Auflösung
ermöglicht,
erlaubt sie keinen metallischen Überzug auf
dem Lack.
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Gegenstand
der Erfindung
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Gegenstand dieser Erfindung ist daher
ein Verfahren zur Herstellung eines vielschichtigen Substrats, welches
Druckmuster mit hoher Auflösung aufweist
und einen Metallüberzug
auf dem Lack ermöglicht.
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Allgemeine
Beschreibung der beanspruchten Erfindung mit ihren hauptsächlichen
Vorteilen
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Gemäß der Erfindung wird dieses
Ziel durch ein Verfahren erreicht, welches Druckmuster mit hoher
Auflösung
ermöglicht
und folgende Schritte umfasst:
- – Aufdruck
mit hoher Auflösung
eines Lacks auf dem beschichteten Träger,
- – Behandlung
des Trägers
durch Elektrolyse,
- – Spülung und
Trocknung des Trägers.
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Nach einem bedeutenden Aspekt der
Erfindung ist der Lack ein gefüllter
Lack. Der gefüllte
Lack ermöglicht
nicht nur den Schutz des Trägers
an bestimmten Stehen, sondern auch einen Metallüberzug nachträglich auf
dem gefüllten
Lack.
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Der Aufdruck mit hoher Auflösung eines Lacks
auf einem Träger
ermöglicht
es, feine Druckmuster mit hoher Auflösung auf diesem Träger zu kreieren.
Dieses Verfahren ist unabhängig
vom Träger
und vom Trägerbeschichtungsverfahren.
Grundsätzlich
ist dieses Verfahren für
jeden Träger
anwendbar.
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Vor dem Drucken kann der Träger mit
einer Schicht überzogen
werden, die vorzugsweise Metall enthält.
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Der gefüllte Lack kann z. B. leitfähige Materialien
und/oder Materialien enthalten, die für elektromagnetische Wellen
eine Barriere bilden, beziehungsweise diese filtern.
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Das Material, welches für elektromagnetische
Wellen eine Barriere bildet, bzw. sie filtert, absorbiert und/oder
reflektiert vorzugsweise mindestens einen Teil der elektromagnetischen
Wellen.
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Die Bearbeitung des beschichteten
Trägers durch
Elektrolyse umfasst vorteilhafterweise die elektrolytische Gravüre der Beschichtung
auf dem nicht bedruckten Teil des beschichteten Trägers.
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Nach einem besonderen Ausführungsmodus wird
der Träger
nach Spülung
und Trocknung einer elektrolytischen Abscheidung auf dem leitfähigen bedruckten
Teil unterzogen.
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Die Bearbeitung des Trägers durch
Elektrolyse umfasst die elektrolytische Abscheidung eines oder mehrerer
Metalle oder ihrer Legierungen auf dem bedruckten Teil des Trägers.
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Der Aufdruck des Lacks auf dem Träger erfolgt
vorzugsweise durch Heliogravüre.
Die Heliogravüre
wird vorteilhafterweise durch einen Heliogravüreapparat durchgeführt, welcher
mindestens einen Zylinder umfasst, dessen Druckzonen aus gravierten Zellen
bestehen, von denen die äußersten
einer jeden Zeichnung untereinander verbunden sind, um eine lineare
Kontinuität
der Umrisse zu gewährleisten.
Die Zellen des Zylinders sind vorzugsweise nach einem Liniennetz
von 175 bis 700 Zellen pro 2,5 cm, vorzugsweise von 350 Zellen pro
2,5 cm, angeordnet. Die Zellen der Umrisse sind vorzugsweise untereinander
verbunden, um eine Kontinuität
des graphischen Bildes zu gewährleisten
und jeden Zackeneffekt zu vermeiden. Der Heliogravüreapparat
ist fähig, eine
Beschichtung mit Zeichnungen von hoher Feinheit, zwischen 150 und
25 μm, vorzugsweise
von 50 μm,
aufzudrucken.
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Die Gravüre wird vorzugsweise durch
Elektrolyse zwischen der Metallschicht des zu bearbeitenden Trägers und
einer in einen wässrigen
Elektrolyten eingetauchten Anode durchgeführt. Die Anode ist vorzugsweise
eine aus gefaltetem Blech gebildete Anode aus Titan. Der wässerige
Elektrolyt umfasst vorteilhafterweise eine Mineralsäure und
ihr Salz oder eine Mineralbase und ihr Salz, vorzugsweise NaOH +
NaCl in 10%iger Konzentration. Nach Auftrag des Lacks auf dem beschichteten
Träger
ermöglicht
die Bearbeitung des Trägers
durch Elektrolyse die Entfernung der Beschichtung des Trägers an Stellen,
an denen der Lack nicht aufgetragen wurde. Man erhält so einen
Träger,
der Druckmuster hoher Auflösung
aufweist. Der Elektrolyt wird derart gewählt, dass die in wässriger
Phase durch die Elektrolyse freigesetzten Produkte die Metallbeschichtung mit
einem Gemisch aus Säure
und ihre Salze oder Base und ihre Halogensalze angreifen. Je nach
Wahl des Elektrolyten und der Dichte des aufgedruckten Druckmusters
erhält
man Produkte, die eine auftreffende elektromagnetische Strahlung
auf unterschiedliche Weise reflektieren, übertragen und absorbieren. Vorzugsweise
können
die Reflexions- und Übertragungsanteile
zwischen 0 und 100% variieren, dagegen kann der Absorptionsanteil
zwischen 0 und 50% variieren.
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Die elektrolytische Abscheidung erfolgt
vorzugsweise durch Elektrolyse eines oder mehrerer Metalle undloder
ihrer Legierung durch Auflösung
einer löslichen
Elektrode, welche mindestens das Metall oder die Metalle der Elektrode
enthält.
Der Metallüberzug
oder die aufeinander folgenden Metallüberzüge gestatten es, Zeichnungen
mit hoher Auflösung und
großer
Präzision
auf einem Träger
zu kreieren.
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Die aus oben beschriebenem Verfahren
hervorgehenden Produkte können
vor allem für
die Anwendungen auf dem Gebiet der elektromagnetischen Wellen, insbesondere
dem Gebiet der Mikrowellen, nützliche
Eigenschaften besitzen.
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Das Verfahren ermöglicht es, vielschichtige Produkte
zu erzielen, welche ganz besondere Eigenschaften der Reflexion, Übertragung
und Absorption auftreffender elektromagnetischer Strahlungen aufweisen.
Je nach Fall kann eine auf das Produkt auftreffende elektromagnetische
Strahlung zu einem Anteil zwischen 0 und 100% übertragen, zu einem Anteil von
0 bis 100% reflektiert und/oder zu einem Anteil von 0 bis 50% absorbiert
werden. Die Verwendung solcher Produkte ist sehr vielfältig. Sie
können
z. B, als Filter für
elektromagnetische Strahlungen verwendet werden, wobei diese Filter
für das
sichtbare Licht transparent sind. Man kann einen wärmebeständigen Polymerfilm,
vorzugsweise aus Polyester, mit einer Schicht überziehen, die sich erhitzt,
wenn die auftreffende elektromagnetische Energie teilweise durch
die Beschichtung absorbiert wird. Diese Beschichtung kann metallisch
sein mit einer Resistivität, welche
zwischen 0,0005 und 0,1 Ohm/Quadrat, vorzugsweise 0,01 Ohm/Quadrat
beträgt,
z. B. aus Aluminium in einer Dicke zwischen 0,001 und 1 μm. Das Produkt
ist unter diesen Bedingungen von sehr großer visueller Transparenz und
erhitzt sich auf hohe Temperaturen (um 200 bis 300°C) durch
das Auftreffen von elektromagnetischen Strahlen und insbesondere
von Mikrowellen. Die Wärmeenergie
kann bis zu 50% der auftreffenden Energie ausmachen.
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Die absorbierte, übertragene oder reflektierte
Energiemenge schwankt je nach Bedeutung und Verteilung der auf den
Film aufgetragenen Beschichtung. Diesseits einer vorbestimmten Schwelle
ist die übertragene
Energie höher
als die reflektierte, jenseits dieser Schwelle ist die übertragene
Energie niedriger als die reflektierte Energie.
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Durch die Füllung des Lacks mit Produkten, die
den elektromagnetische Wellen absorbierenden Effekt verstärken, ist
es möglich,
für elektromagnetische
Wellen undurchlässige
Produkte zu kreieren. So kann man z. B. einen für Mikrowellen undurchlässigen Film
herstellen, der auf das Fenster einer Mikrowellenherdtüre aufgetragen
werden könnte. Durch
die Anordnung auf einem Trägerfilm
eines Gitters mit feinen Strichen, welche alle eine halbe Wellenlänge der
Mikrowellen voneinander getrennt verlaufen, erhält man einen Film, der für Mikrowellen eine
Barriere darstellt, für
die Wellen des sichtbaren Lichts jedoch fast total transparent ist.
Dieser Film kann auf eine Mikrowellenherdtüre aufgetragen werden, durch
welche man gut beobachten kann, was sich im Innern des Herdes tut,
und zwar in völliger
Sicherheit.
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Das Verfahren gestattet auch die
Herstellung vielschichtiger Produkte. Auf einen ersten Metallüberzug kann
ein zweiter Metallüberzug
aufgetragen werden, indem der Träger
den Druckapparat und den Bearbeitungsapparat passiert. Die Anzahl
der Passagen durch die Druck- und Bearbeitungsapparate und die Anzahl
der Druck- und Bearbeitungsapparate und demzufolge die Anzahl der
metallischen Schichten sind natürlich
nicht auf zwei begrenzt.
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Je nach der Art der Beschichtung
und der Füllung
der aufgetragenen Lacke ist es möglich,
Produkte zu realisieren, deren Zusammensetzung durch die gewünschten
Umwandlungen der elektromagnetischen Energien bestimmt wird. Es
ist auch möglich, Barrieren
für elektromagnetische
Strahlungen für
gewisse Wellenlängen
zu schaffen. Diese beiden Möglichkeiten
können
eventuell kombiniert werden, um je nach ihrer Wellenlänge Produkte
zu kreieren, welche zugleich absorbieren und reflektieren.
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So ist es möglich, eine Verpackung herzustellen,
welche Mikrowellen in einem Teil der Verpackung reflektiert und
einen Teil der Mikrowellen in einem anderen Teil absorbiert. Dies
ermöglicht
es, Speisen in einem Mikrowellenherd so zu erwärmen, dass sie unterschiedliche
Temperaturen aufweisen.
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Nach einem anderen Aspekt vorliegender Erfindung
wird ein vielschichtiges Produkt vorgeschlagen, welches folgende
Schischten umfasst:
- – Basisträger aus einem Material, das
für das sichtbare
Licht und für
elektromagnetische Wellen transparent ist,
- – mindestens
einen Metallüberzug
mit hoher Auflösung,
der weniger als 5% der Oberfläche
des Trägers
bedeckt,
- – mindestens
eine Lackschicht, die den Metallüberzug
bedeckt,
wobei der Überzug auf dem Träger in einem
für das bloße Auge
unsichtbaren Druckmuster aufgetragen ist und dadurch einen bestimmten
elektromagnetischen Wellenbereich filtert.
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Der Begriff „filtert" bedeutet im Zusammenhang dieser Erfindung,
dass zwischen 0 und 99,9% und vorzugsweise zwischen 0 und 95% der
auftreffenden Wellen durch das Produkt hindurchgehen. Das Produkt
kann also unter Umständen
für einen bestimmten
elektromagnetischen Wellenlängenbereich
transparent oder opak sein.
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Der Begriff „für das sichtbare Licht transparent" bedeutet im Zusammenhang
vorliegender Erfindung, dass zwischen 80 und 99,9% und vorzugsweise
zwischen 90 und 95% des sichtbaren Lichts durch das Produkt hindurchgehen.
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Nach einem vorteilhaften Ausführungsmodus
umfasst das Produkt eine zusätzliche
Metallüberzugsschicht,
welche mindestens zum Teil die Lackschicht bedeckt.
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Nach einem weiteren besonderen Ausführungsmodus
betrifft die Erfindung ein vielschichtiges Produkt, welches folgende
Schichten umfasst:
- – Basisträger aus einem Material, dass
für das sichtbare
Licht und elektromagnetische Wellen transparent ist,
- – Lack
mit hoher Auflösung,
der weniger als 5% der Oberfläche
des Trägers
bedeckt,
- – mindestens
einen Metallüberzug,
der den Lack bedeckt und einen bestimmten elektromagnetischen Wellenbereich
filtert,
wobei der Lack auf dem Träger in einem für das bloße Auge
unsichtbaren Druckmuster aufgetragen ist.
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Eine zusätzliche Lackschicht kann zumindest
teilweise den Metallüberzug
bedecken, die ihrerseits mindestens teilweise durch eine zusätzliche Überzugsschicht
bedeckt werden kann.
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Der Basisträger ist im Allgemeinen ein
Film aus Kunststoff, wie z. B. ein Polyesterfilm. Indessen kann
auch jeder andere Stoff geeignet sein, solange er für das sichtbare
Licht und die gewählte
Mikrowellenlänge
transparent ist. Außerdem
muss es möglich sein,
dass er mit einem Druckmuster hoher Auflösung bedeckt werden kann, welcher
einen Überzug und/oder
Lack umfasst.
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Dieses vorgeschlagene Produkt absorbiert im
Allgemeinen zwischen 0 und 95% des bestimmten Längenbereichs der auftreffenden
elektromagnetischen Wellen, reflektiert zwischen 0 und 100% und/oder überträgt zwischen
0 und 100% der nicht absorbierten Wellen je nach Druckmuster, Art
und Menge des Überzugs.
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Nach einem besonderen Ausführungsmodus absorbiert
das Produkt zwischen 0 bis 50% der Energie der elektromagnetischen
Wellen und reflektiert und/oder überträgt die nicht
absorbierte Energie.
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Das Produkt stellt also einen Filter
für einen elektromagnetischen
Wellenbereich dar und ist für das
sichtbare Licht transparent, es kann sogar einen für elektromagnetische
Wellen opaken Filter darstellen, der für das sichtbare Licht transparent
ist.
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Insbesondere sind die elektromagnetischen Wellen
z. B. Mikrowellen und das Produkt kann somit als Verpackung für Mikrowellenprodukte
benutzt werden, d. h. als Verpackung für Nahrungsmittel, die in einem
Mikrowellenherd wieder erwärmt
werden können.
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Beschreibung
an Hand der Abbildungen
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Weitere Besonderheiten und Merkmale
der Erfindung gehen aus der detaillierten Beschreibung einiger vorteilhafter
Ausführungsmodi
hervor, welche nachstehend zur Illustration unter Bezug auf die
beigefügten
Zeichnungen dargestellt sind. Die Abbildungen stellen Folgendes
dar:
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1:
Schnittansicht eines Films im Laufe verschiedener Fertigungsstufen
(A, B und C) (nicht beschichteter Träger, Lack mit Auflage, elektrolytischer
Abscheidung).
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2:
Schnittansicht eines anderen Films im Laufe verschiedener Fertigungsstufen
(A, B und C) (beschichteter Träger,
Lack, Gravüre),
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3:
Schnittansicht eines weiteren Films im Laufe verschiedener Fertigungsstufen
(A, B, C und D) (beschichteter Träger, Lack mit Auflage, Gravüre und Abscheidung)
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4:
retraktabler Manchon
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5:
transparenter filtrierender Film
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6:
Mikrowellenherdtüre
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7:
für den
Mikrowellenherd geeignete Verpackung für Milchkaffee
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8:
für den
Mikrowellenherd geeigneter Essteller
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9:
Gesamtansicht einer Maschine zur Durchführung des Verfahrens
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10:
Druckapparat im Einzelnen
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11:
schematische Ansicht des Druckapparats
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12a:
gewünschte
Form eines Drucks
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12b:
Heliogravürefenster
(gravierte Zone mit Kontinuitätslinie
in Kontakt mit den gravierten Zellen)
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12c:
Heliogravürefenster
(gravierte Zone mit Kontinuitätslinie
ohne Kontakt mit den gravierten Zellen)
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12d:
gedrucktes Resultat
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13:
schematische Darstellung eines physikalisch-chemischen Filmbearbeitungsapparates.
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Auf den Abbildungen bezeichnen dieselben Bezugszeichen
identische oder ähnliche
Elemente.
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1A zeigt
einen Querschnitt eines Trägerfilms 10,
auf dem in der 1B eine
unterbrochene Schicht 20 mit überzogenem Lack aufgedruckt ist.
In der 1C sieht man
eine Metallschicht 30, die durch Elektrolyse auf die bedruckte
Schicht 20 des Films 10 aufgetragen ist. Es ist
also möglich,
eine Metallschicht 30 mit Zeichnung hoher Auflösung auf einen
unbearbeiteten Film, d. h. auf einen Film ohne durchgehende Metallbeschichtung
aufzutragen. Auf diese Weise kann man Filme mit metallischen Zeichnungen
hoher Auflösung
auf dem Film 10 erhalten.
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2A zeigt
einen Film 10, der eine Metallbeschichtung 15 umfasst.
Man druckt (2B) auf die Überzugsschicht
einen Schutzlack 20 und entfernt den vom Schutzlack nicht
bedeckten Teil des Metallüberzugs
(2C) durch Elektrolyse.
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3A zeigt
einen Film 10, welcher eine Metallbeschichtung 15 umfasst.
Man druckt (2B) auf
die Beschichtungsschicht einen Schutzlack 20 und entfernt
den vom Schutzlack 20 nicht bedeckten Teil der Metallschicht
(2C) durch Elektrolyse.
Nach Spülung
und Trocknung trägt
man eine Metallschicht 30 auf die Schicht des Schutzlacks
auf. Auf diese Weise ist es möglich,
vielschichtige Materialien herzustellen.
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Man kann z. B. einen thermoretraktablen Manchon
kreieren, der aus einem bei Wärme schrumpfenden
Film besteht. Er kann dafür
bestimmt sein, dass zwei Büchsen
zusammen gebracht werden. Von Interesse sind die Retraktionszonen
im Kontakt mit den Büchsen,
welche mit Zonen versehen sind, die auf Mikrowellen reagieren. Die
Zonen des Manchons ohne Kontakt mit den Büchsen werden im Mikrowellenherd
nicht erhitzt, somit nicht retrahiert, während die selektive Erwärmung die
Verengung des Umfangs des Manchons hervorruft und die beiden Büchsen blockiert,
wodurch auf die Weise z. B. ein Beförderungssatz entsteht.
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5 zeigt
einen thermoresistenten Polymerfilm vorzugsweise aus Polyester,
der mit einer Schicht überzogen
ist, welche sich erhitzt, wenn auftreffende elektromagnetische Energie
teilweise von der Beschichtung absorbiert wird, die metallisch sein kann
mit einer Leitfähigkeit
zwischen 1 und 2.000 Ohm/Quadrat, vorzugsweise von 100 Ohm/Quadrat, und
z. B. aus einer Aluminiumschicht besteht in einer Dicke von 10 bis
10.000 Angström,
mit vorzugsweise einer optischen Dichte von 0,6, die durch Sublimierung
im Vakuum erreicht wird. Unter diesen Bedingungen ist das Verpackungsmaterial
von sehr großer visueller
Transparenz und erhitzt sich auf bis zu 280°C, wenn elektromagnetische Strahlungen
mit einer Frequenz von 2'450
MHz auftreffen. Die erreichte Wärmeenergie
kann bis zu 50% der auftreffenden Energie betragen.
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Durch Veränderung der Dicke der Beschichtung
wird die Menge der absorbierten, reflektierten und übertragenen
Energien verändert.
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Diesseits einer Schwelle ist die übertragene Energie
höher als
die reflektierte Energie. Jenseits derselben Schwelle ist die reflektierte
Energie höher als
die übertragene
Energie.
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Ein weiteres Anwendungsbeispiel ist
in 6 dargestellt, bei
welchem ein Film auf die Tür eines
Mikrowellenherdes aufgebracht ist.
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Durch Überzug eines für das sichtbare
Licht transparenten Films mit einem Schutzlack, der Produkte umfasst,
die den absorbierenden und/oder reflektierenden Effekt eines Films
verstärken,
ist es möglich,
für gewisse
elektromagnetische Strahlungen opake Materialien herzustellen, welche
gleichzeitig für
das sichtbare Licht transparent sind. Dieses Material besteht aus
einer durch Sublimierung im Vakuum erzielten Aluminiumbeschichtung
mit einer Dicke von mindestens gleich 600 Angström, die von einem Lack bedeckt
wird, welcher mit Teilchen beschichtet ist, die eine globale Leitfähigkeit
zwischen 1 und 10 Ohm/Quadrat, vorzugsweise von 2,5 Ohm/Quadrat,
ermöglichen.
Diese Teilchen sind vorzugsweise Aluminiumelemente kleiner Ausmaße (5 bis
15 μm, vorzugsweise
10 μm),
welche durch Auftrag im Vakuum erzielt werden. Die Wellenlänge der Haushaltsmikrowellenherde
beträgt
12,5 cm. Das Verfahren nach vorliegender Erfindung ermöglicht es,
Striche von 50 μm
zu realisieren. So erhält
man mit Strichen von einer Aluminiumdicke von etwa 10 μm, die 50 μm breit und
alle im Abstand von einer halben Wellenlänge voneinander, also alle
6,5 cm, angeordnet sind, ein Gitter (10),
das für
Mikrowellen undurchlässig
ist. Die von diesem Gitter besetzte Oberfläche beträgt (50 × 65000 × 2)/(65000)2 = 0,15%,
und die Transparenz für
das sichtbare Licht wird 99,85% betragen. Man erhält also
einen für
das sichtbare Licht fast vollkommen transparenten Film, der aber
dennoch für
Mikrowellen undurchlässig
ist. Dieser Film kann auf die Tür
eines Mikrowellenherdes aufgetragen werden. Das Fenster der Tür ist für das sichtbare
Licht transparent, man kann also gut beobachten, was sich im Inneren
des Herdes tut, während
die Mikrowellen durch die Tür
nicht hindurch gelassen werden.
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7 zeigt
eine Kappe für
ein Getränk
in der Art eines Milchkaffees, welche auf ein Gefäß aufgesetzt
werden kann, das in seinem unteren Teil Kaffee und in seinem oberen
Teil Milch enthält,
welche auf dem Kaffee schwimmt, bevor es in einem Mikrowellengerät erhitzt
wird.
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Bevor der Verbraucher den Milchkaffee
konsumiert, wird er das Gefäß mit der
Kappe in einen Mikrowellenherd stellen, um es zu erhitzen.
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Auf dem Gefäß ist die Kappe aufgesetzt,
die in ihrem oberen Teil, womit sie die Milch umgibt, Mikrowellenstrahlen
reflektiert und in ihrem unteren Teil, womit sie den Kaffee umgibt,
einen Teil der Mikrowellenstrahlen absorbiert. Infolge dessen bleibt die
Milch kalt, während
die durch die Absorption der Mikrowellenstrahlen erzeugte Wärme im unteren
Teil auf den Kaffee übertragen
wird, um diesen zu erhitzen. Mit einer solchen Kappe erhält man Milchkaffee mit
heißem
Kaffee und lauwarmer cremiger Milch.
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Ein anderes Nutzungsbeispiel eines
Materials nach vorliegender Erfindung ist ein Schnellgerichtsteller
für Speisen,
welche mit verschiedenen Temperaturen erhitzt werden (8).
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Ein solcher Teller umfasst in seinen
Fächern eine
komplette Mahlzeit, z. B.:
- a) als Vorspeise:
Spargel mit Vinaigrette,
- b) als Hauptgericht: Fisch in Soße,
- c) als Nachspeise: Eis.
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Die Vorspeise (a) soll lauwarm, das
Hauptgericht (b) heiß und
das Eis (c) kalt gegessen werden. Diese 3 Speisentypen werden auf
einem thermogeformten und mit einem (nicht dargestellten) Deckel verschlossenen
Schnellgerichtsteller angeordnet, welcher Umrandungen aufweist,
die mit der Außenseite
nur durch (nicht dargestellte) Abzugslöcher kommunizieren. Um das
Fach a für
die Vorspeise legt man auf die vom Teller gebildeten Trennwände und den
Deckel einen Film, um eine Umrandung (a) mit metallischer Beschichtung
mit einer Leiffähigkeit
von 0,1 Mohm/Quadrat zu schaffen. Die den Fisch umgebende Umrandung
(b) weist keinerlei Beschichtung auf, die Umrandung (c) wird mit einem
vielschichtigen Film überzogen,
sie stellt eine Umrandung dar, welche für Mikrowellenstrahlen eine
Barriere bildet (6),
sodass das Eis nicht erhitzt wird. Indem man den Teller 90 sec.
lang in einen Mikrowellenherd stellt, erhält man Spargel im Fach (a)
von 25°C,
Fisch im Fach (b) von 35°C
und Eis im Fach (c) von 0°C, wenn
der Teller zuvor dem Gefrierfach entnommen worden war.
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Je nach Art der aus der Beschichtung,
dem oder den aufgedruckten, eventuell beschichteten Lacken, der
oder den elektrolytischen Abscheidungen und der oder den elektrolytischen
Gravüren
zusammengesetzten Schicht der energetischen Umwandlung ist es möglich, Materialien
zu realisieren, deren Zusammensetzung durch die gewünschten
Umwandlungen der elektromagnetischen Energien bestimmt wird, und
sogar Barrieren für
elektromagnetische Wellen für
gewisse Wellenlängenbereiche
zu schaffen und eventuell die beiden Möglichkeiten zu kombinieren,
um je nach ihrer Wellenlänge
Materialien mit zugleich absorbierenden und reflektierenden Eigenschaften
zu erhalten.
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9 zeigt
eine Installation zur Durchführung
des oben beschriebenen Verfahrens. Diese Installation setzt sich
aus einem Beschickungsapparat A, der den mit seinem Basisüberzug BA1
versehenen und auf einer Spule aufgerollten Film aufnimmt. In diesem
Beschickungsapparat wird die Spule abgewickelt, um den Film in den
Heliogravüredruckapparat B
einzuführen;
beim Verlassen dieses Heliogravüredruckapparates
läuft das
Band BA2 dann in einen Elektrolyseapparat C, der die physikalisch-chemische
Bearbeitung auf den Fenstern des Film BA3 übernimmt. Diesem Elektrolyseapparat
C folgt ein Spülapparat
D, in welchem eventuell der wasserlösliche Lack entfernt wird,
was den Film BA4 ergibt, und das Band gespült wird. Dann läuft das
Band BA4 in einen Trocknungsapparat E und schließlich in einen Kontrollapparat
F, um auf dem Wickler G anzukommen.
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Der Beschickungsapparat A umfasst
einen Abwickler A1, der die Spule A2 trägt. Dieser Abwickler wird von
einem Motor betrieben, der von einem Rufstromerzeuger A3 geregelt
wird, welcher eine kontrollierte Spannung des Bandes BA1 reguliert. Das
Band geht sodann in den Druckapparat B, der eine Druckgruppe umfasst
(10 und 11) mit einem Farbbehälter B1, einem Heliozylinder
B2, der in den Farbbehälter
B1 eintaucht, um die mit Heliogravürezellen und dem Umriss des
Fensters versehene Oberfläche
zu bedecken. Dieser Zylinder kooperiert mit einer Rakel B3, die
die Tinte auf der Oberfläche abstreicht,
damit nur die Tinte im Inneren der Zellen oder der Gravüre zurückbleibt.
Der Farbbehälter
B1 wird von einem Reservoir B4, der das Beschichtungsprodukt enthält, mittels
einer Pumpe B5 und eines Rohres B6 gespeist. Der Behälter B4
ist mit einem Mittel zur Erfassung der Viskosität B6 in Form eines Viskosimeters
zur Regulierung der Viskosität
der Beschichtungsflüssigkeit
ausgerüstet.
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Diese Heliogruppe B kann mit einem
System zur Ablesung eines durch photoelektrische Zelle erfassbaren
Punktes oder Markers ausgerüstet
sein, das auf dem metallisierten Band angeordnet ist und die Regulierung
des Bandes ermöglicht,
sodass die Positionierung des Druckfensters nach den Druckmustern
des metallisierten Bandes, welches eventuell vorgedruckte graphische
Bilder aufweist, ausgerichtet ist.
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Das Flüssigkeitsniveau in dem Farbbehälter B1
wird durch ein Überlaufrohr
B7 mit Rücklauf
in den Behälter
B4 derart geregelt, dass der Heliogravürezylinder B2 immer in derselben
Tiefe in den Farbbehälter
B1 eintaucht.
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Der Zylinder B2 kooperiert mit einem
Druckzylinder B10, der auf dem Band BA1 positioniert ist, wobei
der Zylinder B2 sich unter dem Band befindet.
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Das Band BA1 setzt sich schematisch,
wie in 3 dargestellt,
aus einem Träger 10 aus
Kunststoff und einem Basisüberzug 15 wie
z. B. einem Metall zusammen.
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Durch Drehung in Richtung der Pfeile
komprimiert der Heliozylinder B2 mit dem Druckzylinder B10 das Band
BA1 und trägt
die Lackdrucke auf, die den Druckfenstern oder -zonen beziehungsweise den
Beschichtungen I entsprechen, die ihrerseits den Fenstern entsprechen.
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11 ist
eine Aufsicht des Druckapparates, der in 10 dargestellt ist. Diese Abbildung zeigt
den Heliozylinder B2, den Druckzylinder B10 mit einem Pfeil, welcher
die Kompression anzeigt, sowie das Band BA in der Aufsicht. Der
Heliozylinder B2 weist eine nach einem Heliogravürefenster oder einer Druckzone
B21 relativ komplizierter Form gravierte Oberfläche auf, die den Druck I des
Lacks auf die untere Seite 15 des Bandes BA1 bewirkt (das sodann
zum Band BA2 wird).
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Die 12A bis 12D zeigen auf explizitere Weise
die Realisierung der gravierten Oberfläche des Heliogravürefensters.
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12A definiert
die gewünschte
Außenlinie
für das
heliographische Fenster, d. h. den Umriss des künftigen graphischen Bildes
(I 100).
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Von dieser Form I 100 aus graviert
man die Oberfläche
des Heliogravürefensters
in den Zylinder. Dieses Fenster wird dargestellt durch eine gravierte Oberfläche, welche
Schalen oder Zellen K 100 umfasst, die durch kleine Wände K101
getrennt sind, und das Ganze ist umgeben durch einen Formatsteg K
102, der die Schalen und die Zwischenräume zwischen den Schalen K
100 umrahmt.
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Auf dieser Abbildung sind die Zellen
durch schwarze Quadrate mit abgerundeten, eventuell abgestumpften
Ecken dargestellt, die durch weiße niedrige Wände (Trennwände oder
auch Brücken
genannt) K 101 getrennt sind.
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Sämtliche
Zellen oder Schalen sind hier von einem Formatsteg umgeben, d. h.
durch eine sehr enge Einkerbung, die sich mit Tinte füllt, aber
die Ausdehnung der Tinte der Zellen begrenzt, um dem gedruckten
Bild einen kontinuierlichen, präzisen
Umriss zu geben, der auf präzise
und vorherbestimmte Weise die Außenlinie des Fensters bestimmt.
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In der 12B verläuft dieser
Formatsteg K 102 auf den Schalen auf anstoßende oder angrenzende Weise.
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Im Fall der 12C umfasst das Fenster I 200 ebenfalls
Zellen K 200, die durch niedrige Wände K 201 getrennt sind, und
das Ganze ist von einem Formsteg K 202 umgeben, der vom Rand der
Zellen K 200 (abgestumpft oder nicht) weiter entfernt ist als in
der Ausführung
der 12B.
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Die Feinheit des Strichs, der den
Formatsteg bildet, hängt
von der Auflösung
des Zeichengeräts ab,
welches das oder die Fenster gezeichnet hat; so hängt von
der Wahl zwischen den Gravüreformen
der 12B und 12C die Viskosität der für diesen
Druck benutzten Flüssigkeit
ab. Wie angegeben ist diese Flüssigkeit,
wenn sie einmal getrocknet ist, ein Passivierungsprodukt, d. h.
inert gegenüber
dem durchzuführenden
physikalisch-chemischen Vorgang.
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Schließlich zeigt die 12D das gedruckte Bild I
300 mit seinem sehr präzisen
und nicht gezackten Umriss.
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Kehren wir zur 9 zurück:
der Elektrolyseapparat C besteht aus einem Elektrolysebehälter C1,
der vom Band BA2 gestreift wird, das im Druckapparat B seinen Druck
erhalten hat. Dieser Elektrolyseapparat umfasst auch eine Haube
C2 zur Extraktion der Elektrolysegase. Dieser Apparat C2 ist in 13 im Einzelnen dargestellt.
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Der Elektrolysebehälter C1
ist mit einem Überlaufrohr
versehen, um den Überschuss
des Elektrolyten C9 abfließen
zu lassen, damit ein konstantes Niveau des Elektrolyten C9 aufrechterhalten bleibt.
Der Elektrolyt wird in einen Trichter C15 abgeleitet, der ihn zu
einer Pumpe C8 leitet, welche ihn ihrerseits in den Elektrolysebehälter C1
zurückbefördert. Am
Ausgang befindet sich ein Sammeltrichter C15, der die Flüssigkeit
aufnimmt, welche vom Band BA3 tropft, das bei seinem Durchlauf zwischen
den beiden Zylindern C16 und C17 getrocknet wird. Die Trocknungsflüssigkeit
wird in dem Trichter C15 aufgefangen und fließt in den Behälter C9
zurück.
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Der Elektrolysebehälter kann
entweder verwendet werden, um den Film BA2 zu gravieren oder um
eine Metallabscheiung auf dem Film BA2 zu realisieren.
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Wenn der Behälter dazu verwendet wird, um eine
Gravüre
durchzuführen,
wird der bedruckte Film BA2 negativ polarisiert und streift einen
Elektrolyten C9 in einer Entfernung von einigen Millimetern von den
Spitzen einer während
der Elektrolyse unlösbaren
Metallanode C20 aus Titan, die positiv polarisiert wird. Die Form
der Anode wird durch Falten eines Blechs erzielt. Zwischen jeder
Spitze der Anode C20 ordnet man einen PVC-Isolator C22 an. Der Elektrolyt
C9 wird so gewählt,
dass die durch die Elektrolyse in wässriger Phase freigesetzten
Produkte die Metallbeschichtung 15, jedoch nicht den Druck
I angreifen. Der Elektrolyt C9 greift das Metall mit einem Gemisch aus
einer Säure
und ihre Salze oder auch Base und ihre Salze an. Man verwendet vorzugsweise
NaOH + NaCl in den Gewichtsverhältnissen
von 10% des Wassergewichts. Die Bedingungen, unter denen die Elektrolyse
stattfindet, hängen
von der Art des zu elektrolysierenden Metalls ab. Der Elektrolyt
C9 entfernt die Metallbeschichtung 15 vom Film B2 an den vom
Druck I nicht geschützten
Stellen.
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Wird der Behälter dazu verwendet, um einen Überzug durchzuführen, wird
der bedruckte Film BA2 positiv polarisiert und streift einen Elektrolyten
C9 in einigen Millimetern Entfernung von den Spitzen einer während der
Elektrolyse lösbaren
Metallanode C20, welche man negativ polarisiert. Die Form der Anode wird
durch Faltung eines Blechs erreicht. Zwischen jeder Spitze der Anode
C20 ordnet man einen PVC-Isolator C22 an. Für einen Kupferüberzug wird man
vorzugsweise eine Elektrode aus Kupfer und einen wässrigen
Elektrolyten wählen,
der sich aus 220 g/l CuSO4 und 20 g/l N2SO4 zusammensetzt.
Der Amperewert wird vorteilhafterweise 10 A/dm2 betragen.
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Schließlich können die Vorgänge des
Fensterdrucks und der Elektrolyse wiederholt werden mit unterschiedlichen
Fensterformen, wobei die einen über
den anderen realisiert werden, z. B. um einen integrierten Schaltkreis
zu bilden, und in diesem Fall wird es eine alternierende Aufeinanderfolge
der Posten B,C und eventuell D geben.
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Sodann passiert der Film BA3 den
Spülapparat
D. Dieser Spülapparat
spült das
Band BA3, um die Elektrolytreste zu entfernen und die Überzugsschicht,
vor allem die Passivierungsschicht aufzulösen. Dieser Spülapparat
D setzt sich aus verschiedenen Rückführungszylindern
D1, D2 zusammen, welche das Band BA3 in eine erste Schale D4, dann
in eine zweite Schale D5 leiten. Diese Schalen enthalten eine Elektrolytspülflüssigkeit
und/oder ein Lösungsmittel
und den Überzug.
Der Aufbau dieser Spülschalen
ist im Einzelnen nicht angegeben. Es handelt sich um einen Zylinderkomplex,
der eine Umlaufspur des Bandes im Spülbad definiert.
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Mit der Spülung verbunden sind Trocknungen
zwischen den Stahl- und Polymerzylindern, um die Mitnahme von Flüssigkeit
zu begrenzen und die Trocknung durch Evaporation der Spülflüssigkeit
zu erleichtern, damit der Film trocken und ohne Spur des Elektrolyten
ist, welche mit seiner späteren
Verwendung inkompatibel wäre.
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Nach dem Spülapparat D passiert das Band BA4
den Trocknungsapparat E, welcher mit Ventilations- und Luftextraktionsmitteln
E1, E2, E3, E4 ausgerüstet
ist; schließlich
läuft das
getrocknete Band BA5 in einen Kontrollapparat F, der mit einer Videokamera
F1 ausgerüstet
ist, die eine Zone des Films BA5 betrachtet, um die Qualität der Herstellung
zu kontrollieren. Diese Kontrolle wird durch eine Messung der optischen
Dichte und Resistivität
ergänzt (nicht
dargestellt). Diese Kontrollen erfolgen kontinuierlich. Beim Verlassen
des Kontrollapparats F wird der Film auf einem Aufwicklungsapparat
G aufgewickelt. Dieser Aufwicklungsapparat hat eine analogische
Struktur zum Abwickler A, funktioniert aber im umgekehrten Sinne.
Er umfasst den Träger
G1, der mit einem Motor ausgerüstet
ist und die Walze G2 darstellt.
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Nach Kontrolle des Bandes wird das
Band angelegt und mit einer Kontrollspannung so aufgewickelt, dass
es durch die überdicken
Zonen nicht deformiert wird.
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Die Regelung des Bandes durch die
Installation der 9 geschieht
auf synchronisierte Weise mit Hilfe von Markzeichen und Lesegeräten, sowie Steuerkreisen,
Mitteln, die nicht dargestellt sind.
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Die Installation bietet den Vorteil
einer Bearbeitungsgeschwindigkeit, welche 250 m/min. übersteigen
kann. Die Bearbeitung ist unempfindlich gegenüber der Anwesenheit der Metalloxide,
welche die metallisierte Seite des Films schützen, was einen bedeutenden
Vorteil im Vergleich zum früheren
chemischen Verfahren darstellt. Die Möglichkeit, eine Metallschicht
einer anderen Art als derjenigen, die korrodiert wurde, aufzutragen,
erlaubt die Herstellung von metallischen Vielfachschichten.
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Die Auflösung des erzielten metallisierten Strichs
ist diejenige des Drucks, denn die Dicke der Korrosionsmaske kann
zwei Mikron oder weniger betragen.
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Schließlich kann der Druck der Korrosionsreserve
aus Gründen
der Zweckmäßigkeit
der Produktion auf einer von der Bearbeitungsmaschine unabhängigen Maschine
durchgeführt
werden.
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Verfahren und Installation, die beschrieben wurden,
ermöglichen
die Herstellung eines Films, der multiple Schichten aus isolierenden
und leitenden, isolierenden und metallischen Materialien, die zum Bedrucken
von Materialien geeignet sind, umfasst.
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Je nach Art der aus der Beschichtung,
dem oder den aufgedruckten, eventuell gefüllten Lacken, der oder den
elektrolytischen Abscheidungen und der oder den elektrolytischen
Gravüren
zusammengesetzten Schicht der energetischen Umwandlung ist es möglich, Materialien
herzustellen, deren Zusammensetzung von den gewünschten Umwandlungen der elektromagnetischen
Energien bestimmt wird, und sogar gegenüber elektromagnetischen Strahlungen
für einige
Wellenlängen
Barrieren zu bilden und eventuell die beiden Möglichkeiten zu kombinieren, um
je nach ihrer Wellenlänge
Materialien zu erhalten, die zugleich absorbierend und reflektierend
sind.
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Beispiel:
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Je nach der Frequenz ist die elektromagnetische
Welle durchdringend. Die Welle ist umso durchdringender, als die
Frequenz groß ist.
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Bei absorbierenden Materialien wird
die Energie der auftreffenden Welle, deren Durchdringung gestoppt
wird, absorbiert.
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Bei reflektierenden Materialien wird
die auftreffende Welle, die nicht durchdringt, reflektiert. Die auftreffende
Energie ist gleich der reflektierten Energie.
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Bei transparenten Materialien ist
die Energie der auftreffenden Welle, welche ohne Hindernis, ohne
Reflexion und ohne Absorption durchdringt, gleich der übertragenen
Energie.
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Je nach Art des Materials und der
Welle befindet man sich im mittleren Fall, in welchem die drei Phänomene stattfinden,
wobei die reine Reflexion und die reine Übertragung zwei Extremfälle sind.
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Im Fall der Mikrowellen wurde je
nach Dicke des Aluminiums festgestellt, dass eine Schichtdicke von
einem Mikron die Reflexion der auftreffenden Welle ohne Absorption
und ohne Übertragung
zur Folge hat. Eine Aluminiumschicht in einer Dicke von einem Mikron
wird als für
Mikrowellen opak bezeichnet.
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Im Dickenbereich von 10 A (Angström) bis 600
A des Aluminiums wird ein Teil der auftreffenden Energie reflektiert,
ein Teil übertragen
und der Rest absorbiert und in Wärme
umgewandelt.
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Bei den starken Dicken wird die Reflexion, bei
den schwachen die Übertragung
begünstigt.
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Die absorbierte Energie ist maximal
bei einer Aluminiumschichtdicke nahe 50 A.
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Auf einem Träger vom Typ Polyester wird man
einen vom Ergebnis, das man erreichen will, abhängigen Überzug auftragen. Durch Entfernung
des Überzugs
wird man die Wirkung aufheben. Durch Verstärkung der Beschichtung des
Lacks und sogar noch mehr durch eine elektrolytische Abscheidung wird
man die Wirkung des Überzugs
verstärken.
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Ein Polyester wird mit einer Aluminiumschicht
mit einer Resistivität
von 0,001 Ohm/Quadrat im Vakuum durch Sublimierung überzogen.
Man ist in der Lage, eine Temperatur der Haut des Polyesterfilms
von 200°C
(30% der auftreffenden Energie wird absorbiert) zu erreichen.
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Man entfernt das Metall von einem
Teil des Films. In dieser entmetallisierten Zone wird keine Energie
von Mikrowellen mehr absorbiert; da der Polyester für Mikrowellen
transparent ist, wird die gesamte Energie der Mikrowellen übertragen
(keine reflektierte Energie). Der Polyester wird als für Mikrowellen transparent
bezeichnet.
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Man druckt einen Lack, der eine Aluminiumauflage
mit einer Leitfähigkeit
von 0,0005 Ohm/Quadrat enthält,
auf denselben überzogenen
Film. Man erhält
ein Material mit einer Leitfähigkeit
von 0,0015 Ohm/Quadrat. Man erhält
ein Material, das eine Hauttemperatur von 280°C erreichen kann.
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Man macht einen ergänzenden
Metallüberzug
von 400 A. Das Material wird somit für Mikrowellen reflektierend.
Die übertragene
Energie ist nahe 0 und das Material ist für Mikrowellen opak.
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Man wählt die Art der Abscheidung,
der Auflagen und des oder der elektrolytischen Abscheidungen nach
der Art der auftreffenden Wellen (Frequenz) und der gewünschten
Wirkung (Reflexion, Übertragung
und Absorption).
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Auf dieselbe Weise ist es möglich, Blei
als Barriere für
Röntgenstrahlen
zu verwenden.