DE102015119604A1

DE102015119604A1 - Systeme und Verfahren zum Fügen leitender Flächen unter Verwendung eines lösbaren Haftmittels

Info

Publication number: DE102015119604A1
Application number: DE102015119604.2A
Authority: DE
Inventors: Ryan C. Sekol; Jeffrey A. Abell
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2014-11-13
Filing date: 2015-11-13
Publication date: 2016-05-19
Also published as: CN105715646B; US20160137886A1; CN105715646A

Abstract

Es ist ein lösbares Haftmittelsystem zum Fügen einer ersten leitenden Fläche mit einer zweiten leitenden Fläche vorgesehen. Das lösbare Haftmittel weist ein Primärmaterial und ein eingebettetes Material auf. Das Primärmaterial weist mindestens ein Molekül auf, das zur parallelen Positionierung mit zumindest einem Molekül der ersten leitenden Fläche oder der zweiten leitenden Fläche konfiguriert ist. Es wird eine Eindringung des leitenden eingebetteten Materials in das Primärmaterial oder eine Befestigung daran ausgeführt, um eine Haftmittelstruktur zu bilden. Die lösbare Haftmittelstruktur weist eine Leitfähigkeit auf, die größer als eine Leitfähigkeit des Primärmaterials allein ist. Es ist auch ein Verfahren zum Fügen der ersten leitenden Fläche an die zweite leitende Fläche unter Verwendung der Haftmittelstruktur vorgesehen.

Description

PRIORITÄTSANSPRUCH
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 62/079,365, die am 13. November 2014 eingereicht wurde.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein Systeme und Verfahren zum temporären oder permanenten Fügen zweier Flächen. Insbesondere betrifft die vorliegende Offenbarung Systeme und Verfahren zum temporären oder permanenten Fügen zweier Flächen unter Verwendung eines lösbaren Haftmittels.
HINTERGRUND
Das Fügen von Flächen aus ähnlichen oder unähnlichen Materialien kann oftmals komplexe Prozesse erfordern, wie das Aufbringen permanenter Haftmittel und Schweißen. Jedoch kann der Zugang zu den Flächen nach dem Fügen, wie durch Montagepersonal oder Maschinenausstattung, aufgrund der permanenten Beschaffenheit der Haftmittel und Schweißnähte schwierig sein. Ein beschränkter Zugang zu den Flächen kann Reparaturen schwieriger machen.
Permanente Fügeprozesse (z. B. Ultraschallschweißen, Widerstandspunktschweißen, Laserschweißen und Nieten) können große Kapitalaufwendungen für Ausstattung und Werkzeug erfordern. Zusätzlich können Betriebsabläufe durch langwierige Umrüstungen, wenn Ausrüstung und Werkzeugausstattung ersetzt werden müssen, unterbrochen werden.
Reversible Fügeprozesse können ebenfalls verwendet werden, um ähnliche oder unähnliche Materialien zu fügen. Beispielsweise werden Magnete üblicherweise verwendet, um Flächen temporär zu fügen, wie beispielsweise, wenn ein Objekt von einem Arbeitsbereich zu einer Montagelinie transportiert wird. Saugverbindungen werden ebenfalls üblicherweise verwendet, um Flächen temporär bei der Materialhandhabung durch den Gebrauch manueller oder vakuumbetriebener Saugwirkung zu fügen.
Obwohl Magnete und Saugverbindungen reversibler Natur sind, kann die gebildete Bindung durch Unreinheiten an einer der relevanten Flächen geschwächt sein, was zu einer verminderten Anbindung in der magnetischen oder saugbasierten Verbindung führen kann. Beispielsweise können Öl oder Schmutz an einer Fläche eines zu fügenden Teils oder einem Magnet- oder Saugnapf, die die an den Fügeflächen gebildete Bindung wesentlich schwächen. Zusätzlich können Lufttaschen, die an oder in den Fügeflächen vorhanden sind, zu einem potentiellen Verlust der Verbindung führen.
ZUSAMMENFASSUNG
Es besteht Bedarf nach einem Bindehaftmittel, das nach Anbringung reversibler Natur oder lösbar ist. Das Haftmittel muss lasttragende Fähigkeiten haben, wenn es an der Fläche angebracht ist, und in der Lage sein, schnell zur Trennung von der Fläche bei einem vorbestimmten Betrag an Abziehkraft trennbar zu sein.
Die vorliegende Technologie betrifft Systeme, die ein lösbares Haftmittel aufweisen, das viele Anwendungen besitzt, einschließlich u. a. in der kommerziellen Industrie, dem Privatsektor (z. B. Verbraucher) und bei der Fabrikation. Das lösbare Haftmittel fügt eine erste leitende Fläche mit einer zweiten leitenden Fläche und weist ein Primärmaterial und ein leitendes eingebettetes Material auf. Das Primärmaterial weist mindestens ein Molekül auf, das zur parallelen Positionierung mit zumindest einem Molekül der ersten leitenden Fläche oder der zweiten leitenden Fläche konfiguriert ist. Das Primärmaterial wird mit dem leitenden eingebetteten Material durchtränkt oder daran befestigt, um eine Haftmittelstruktur zu bilden. Die lösbare Haftmittelstruktur weist eine Leitfähigkeit auf, die größer als eine Leitfähigkeit des Primärmaterials allein ist.
Das lösbare Haftmittel bildet eine reversible Bindung, die die van der Waals-Kraft verwendet, um an einer Fläche anzuhaften. Bei einigen Ausführungsformen ist die Haftmittelstruktur derart konfiguriert, um von der ersten leitenden Fläche oder der zweiten leitenden Fläche in Reaktion auf eine Abziehkraft entfernt zu werden, die senkrecht zu dem zumindest einen Molekül der ersten leitenden Fläche oder der zweiten leitenden Fläche ausgeübt wird.
Bei einigen Ausführungsformen bildet das leitende eingebettete Material eine kontinuierliche Fläche, die einen ununterbrochenen elektrischen Pfad von der ersten leitenden Fläche zu der zweiten leitenden Fläche bereitstellt. Bei einigen Ausführungsformen weist das leitende eingebettete Material eine Mehrzahl von leitenden Partikeln auf, die in der Nähe zueinander positioniert sind, wobei ein elektrischer Pfad von der ersten leitenden Fläche zu der zweiten leitenden Fläche gebildet wird.
Bei einigen Ausführungsformen ist das eingebettete Material so gewählt, dass es eine Festigkeit des Primärmaterials verstärkt. Die Verstärkungsfestigkeit des Primärmaterials erlaubt, dass das Primärmaterial größere Scherkräfte und/oder Zugkräfte aushalten kann.
Bei einigen Ausführungsformen ist das eingebettete Material so gewählt, eine elektrische und/oder thermische Leitfähigkeit des Primärmaterials zu erhöhen. Eine Erhöhung der Leitfähigkeit des Primärmaterials ermöglicht, dass das Primärmaterial als ein Haftmittel wie auch als Leiter von Energie (z. B. Elektrizität) dienen kann. Bei Anwendungen, bei denen elektrischer Strom durch das Primärmaterial und eine Befestigungsfläche fließen muss.
In einigen Ausführungsformen weist das lösbare Haftmittel das in eine Gruppierung von Elementstrukturen geformte Primärmaterial auf. In einigen Ausführungsformen werden die Elementstrukturen in und/oder an Setae bzw. Borsten (z. B. synthetischen Setae bzw. Borsten) angeordnet, wie dadurch, dass das Primärmaterial mit dem leitenden eingebetteten Material durchtränkt wird. Bei anderen Ausführungsformen wird das leitende eingebettete Material, (z. B. ausgewählte) jedoch nicht alle der Borsten durchtränkt.
Bei einer Ausführungsform wird das lösbare Haftmittel als eine flexible Struktur geformt, die mit oder um einer Befestigungsfläche verbunden, z. B. geformt ist. Bei einer Ausführungsform liegt die flexible Struktur in der Form eines einseitigen (Klebe-)Bands vor und bei einer anderen Ausführungsform liegt die flexible Struktur in der Form eines doppelseitigen Bandes vor.
Andere Aspekte der vorliegenden Technologie sind nachfolgend beschrieben.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine Seitenansicht eines entfernbaren Haftmittels gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie.
2 ist eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform des entfernbaren Haftmittels von 1.
3 ist eine perspektivische Ansicht einer anderen alternativen Ausführungsform des entfernbaren Haftmittels von 1.
4 ist eine Seitenansicht einer anderen alternativen Ausführungsform des entfernbaren Haftmittels von 1.
5 ist eine perspektivische Ansicht einer anderen alternativen Ausführungsform des entfernbaren Haftmittels von 1.
Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu, und einige Merkmale können übertrieben oder minimiert sein, um Einzelheiten bestimmter Komponenten zu zeigen. In einigen Fällen sind gut bekannte Komponenten, Systeme, Materialien oder Verfahren nicht detaillier beschrieben worden, um ein Verschleiern der vorliegenden Offenbarung zu vermeiden. Daher sind spezifische bauliche und funktionale Details, wie hier offenbart ist, nicht als beschränkend zu interpretieren, sondern lediglich als Basis für die Ansprüche und als eine repräsentative Basis zur Unterrichtung des Fachmanns, die vorliegende Offenbarung auf verschiedene Weise anzuwenden.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Wie es erforderlich ist, sind detaillierte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung hier offenbart. Die offenbarten Ausführungsformen sind lediglich Beispiele, die in verschiedenen und alternativen Formen und Kombinationen daraus ausgeführt werden können. Wie hier verwendet ist, betreffen beispielsweise, beispielhaft und ähnliche Begriffe breit Ausführungsformen, die als eine Darstellung, eine Probe, ein Modell oder Muster dienen.
Während die vorliegende Technologie hauptsächlich hier in Verbindung mit Kraftfahrzeugen beschrieben ist, ist die Technologie nicht auf Kraftfahrzeuge beschränkt. Die Konzepte können in einer breiten Vielzahl von Fahrzeuganwendungen verwendet werden, wie in Verbindung mit Flugzeugen, Schiffen und anderen Fahrzeugen sowie Verbraucherelektronikkomponenten. Zusätzlich können die Konzepte in einer Vielzahl von Verbraucheranwendungen verwendet werden, wie elektronischen Komponenten, Bekleidungsdesign (z. B. Befestigungseinrichtungen und Verschlüsse), Bekleidung zum Greifen (z. B. Arbeitshandschuhe und Sporthandschuhe) und Beschilderungen (z. B. permanente Beschilderung für ein Geschäft, temporäre Beschilderung für eine Verkehrsumleitung) und andere. Ferner können die Konzepte in Niedertemperaturumgebungen (z. B. aeronautische Anwendungen im Weltraum) verwendet werden, wo herkömmliche Haftmittel ihren Griff verlieren.
Es sind hier verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung offenbart. Die offenbarten Ausführungsformen sind lediglich Beispiele, die in verschiedenen und alternativen Formen und Kombinationen daraus ausgeführt werden können.
I. Überblick über die Offenbarung
1 zeigt ein lösbares Haftmittel 100, das eine reversible Anbindung durch die Verwendung von von der Waals-Kräften erlaubt. Das lösbare Haftmittel 100 haftet und löst sich von einer ersten Fläche 10 und einer zweiten Fläche 20, wobei die Flächen 10, 20 im Wesentlichen feste Flächen sind, die aus variierenden Materialien und Texturen der Flächen 10, 20 hergestellt sind.
Das lösbare Haftmittel 100 umfasst ein Primärmaterial 110, das Partikel (z. B. Moleküle, Atome, Ionen) allgemein parallel in Bezug auf Partikel in der ersten Fläche 10, der zweiten Fläche 20 aufweist. Wie in dem Ausschnitt von 1 zu sehen ist, sind die Moleküle 115 des Primärmaterials 110 an einer Befestigungsstelle parallel zu den Molekülen 25 der zweiten Fläche 20. Die van der Waals-Kräfte erlauben ein Anhaften der Moleküle 115 des Primärmaterials 110 an der zweiten Fläche 20. Genauer behalten die Moleküle 115 des Primärmaterials 110 eine Anbindung zwischen dem lösbaren Haftmittel 100 und einer Befestigungsfläche (z. B. der zweiten Fläche 20) gegen Zugkräfte 80 und Scherkräfte 85 bei.
Im Gegensatz zu einem herkömmlichen chemischen Anbindungsprozess, der für typische Haftmittel erforderlich ist, erfordert das lösbare Haftmittel 100 kein Aushärten, wodurch ein nahezu augenblickliches Anhaften des lösbaren Haftmittels 100 an den Flächen 10, 20 ermöglicht wird. Das lösbare Haftmittel 100 kann auch an der Fläche 10, 20 ohne Gebrauch einer externen Leistungsversorgung, eines Aktors oder anderweitigem Anhaften.
Die van der Waals-Kraft erlaubt auch ein Abtrennen der Bindung zwischen den Molekülen 115 des Primärmaterials 110 und den Molekülen der Befestigungsfläche (z. B. den Molekülen 25 der zweiten Fläche 20), wenn Abziehkräfte 90 an die Flächen aus Befestigungsfläche oder dem lösbaren Haftmittel 100 ausgeübt werden. Wie in dem Ausschnitt von 1 zu sehen ist, sind, wenn das Primärmaterial 110 nicht in Kontakt mit der zweiten Fläche 20 steht, die Moleküle 115 des Primärmaterials 110 allgemein nicht parallel zu den Molekülen 25 der zweiten Fläche 20.
Bei einigen Ausführungsformen weist das Primärmaterial 110 ein mikrostrukturiertes und/oder ein nanostrukturiertes Polymer auf, wie unter anderem Silikon und Polydimethylsiloxan (PDMS). Bei einigen Ausführungsformen weist das Primärmaterial 110 Polymere auf, wie (funktionalisiertes) Polycarbonat, Polyolefin (z. B. Polyethylen und Polypropylen), Polyamid (z. B. Nylon), Polyacrylat, Acrylonitrilbutadienstyrol.
Bei einigen Ausführungsformen weist das Primärmaterial 110 Verbundstoffe auf, wie verstärkte Kunststoffe, wobei die Kunststoffe beliebige der beispielhaften Polymere, die oben aufgelistet sind, aufweisen können, und die Verstärkung kann eines oder mehrere der folgenden umfassen: Ton, Glas, Kohlenstoff, Polymer in der Form von Partikeln, Fasern (z. B. Nano-, Kurz- oder Lang-Fasern), Plättchen (z. B. Plättchen in Nanogröße oder Mikrometergröße) sowie Nadeln/Haare usw.
Das Primärmaterial 110 kann synthetische oder anorganische Moleküle aufweisen. Während der Gebrauch sogenannter Biopolymere (oder Grünpolymere) in vielen Industriebereichen populär wird, sind erdölbasierte Polymere im täglichen Gebrauch immer noch wesentlich üblicher. Das Primärmaterial 110 kann auch recyceltes Material aufweisen, wie ein Polybutylenterephthalat-(PBT)-Polymer, das z. B. etwa fünfundachtzig Prozent gebrauchtes Polyethylenterephthalat (PET) ist. Bei einer Ausführungsform weist das Primärmaterial 110 eine gewisse Art von Kunststoff auf. Bei einer Ausführungsform weist das Material einen Thermoplast auf.
Bei einer Ausführungsform weist das Primärmaterial 110 einen Verbundstoff auf. Beispielsweise kann das Primärmaterial 110 einen Verbundstoff aus faserverstärktem Polymer (FRP) aufweisen, wie ein kohlefaserverstärktes Polymer (CFRP) oder ein glasfaserverstärktes Polymer (GFRP). Der Verbundstoff kann beispielsweise ein Glasfaserverbundstoff sein. Bei einer Ausführungsform ist der FRP-Verbundstoff ein Hybrid-Kunststoff-Metall-Verbundstoff (z. B. ein Kunststoff-Verbundstoff, der Metallverstärkungsfasern enthält). Das Primärmaterial 110 weist bei einigen Implementierungen ein Polymer mit Polyamidgüte auf, das allgemein als ein Polyamid bezeichnet werden kann. Bei einer Ausführungsform weist das Primärmaterial 110 Acrylonitrilbutadienstyrol (ABS) auf. Bei einer Ausführungsform weist das Primärmaterial 110 ein Polycarbonat (PC) auf. Das Primärmaterial 110 kann auch einen Harztyp umfassen. Beispielhafte Harze umfassen Harz aus glasfaserverstärktem Polypropylen (PP), ein PC/PBT-Harz sowie ein PC/ABS-Harz.
II. Ausführungsformen des lösbaren Haftmittels
Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform umfasst das lösbare Haftmittel 100 eine Mehrzahl von Borsten bzw. Setae 130 (z. B. synthetische Borsten). Die van der Waals-Kraft erlaubt, dass das Primärmaterial 110 in/an jeder Borste 130 an den Flächen 10, 20 unter Verwendung von Anziehungen und Abstoßungen zwischen Partikeln (z. B. Atomen, Molekülen, Ionen) des Primärmaterials 110 und der Flächen 10, 20 anhaftet und diese voneinander löst.
Wie oben beschrieben ist, erlaubt die van der Waals-Kraft, dass die Moleküle 115 des Primärmaterials abhängig von der Orientierung der Moleküle 115 des Primärmaterials 110 und der Moleküle der Befestigungsfläche an den Molekülen der Befestigungsfläche (z. B. den Molekülen 25 der zweiten Fläche 20) befestigt werden und sich davon ablösen. Genauer erlaubt die van der Waals-Kraft, dass das Primärmaterial 110 in oder an den Borsten 130 an den Flächen 10, 20 befestigt und davon abgezogen wird, um die Bindung, die zwischen dem Primärmaterial 110 in/an den Borsten 130 und den Flächen 10, 20 gebildet ist, umzukehren (zu lösen).
Unreinheiten an oder in den Flächen 10, 20, wie Schmutz, Öl und Lufttaschen, schwächen die gesamte Bindung, die durch das lösbare Haftmittel 100 gebildet ist, aufgrund der vielen Kontaktbereiche zwischen den Borsten 130 und der Fläche 10, 20 nicht wesentlich. Genauer bilden die Borsten 130 eine Mehrzahl unabhängiger Bindungen mit der Fläche 10, 20, die eine Anbindung des lösbaren Haftmittels 100 sogar mit der Anwesenheit einiger Unreinheiten ermöglichen, die die Bindung an einem oder mehreren beschränkten Schnittstellenpunkten beeinträchtigen.
Das lösbare Haftmittel 100, das jede Borste 130 aufweist, kann so ausgelegt sein, dass es eine vorbestimmte Lasttragefähigkeit besitzt. Wenn beispielsweise eine zu tragende Last von einem kleinen Objekt unter Spannbelastung stammt, kann die Lasttragefähigkeit des lösbaren Haftmittels 100 zwischen etwa 0,1 Pfund an Kraft pro Quadratzentimeter (lbs/cm²) und etwa 1,0 lb/cm² liegen, wobei die Flächenmessung (cm²) die Oberfläche des Primärmaterials 110 in/an jeder Borste 130 ist. Jedoch kann, wenn das Objekt unter Scherbelastung steht, die Lasttragefähigkeit des lösbaren Haftmittels 100 zwischen etwa 1,0 und etwa 20 lbs/cm² liegen.
Bei einigen Ausführungsformen, wie auch in 1 gezeigt ist, ist das Primärmaterial 110 mit einem eingebetteten Material 120 durchtränkt worden. Bei einigen Ausführungsformen ist das eingebettete Material 120 ein Material, dessen Zusammensetzung (z. B. Materialzusammensetzung oder chemische Zusammensetzung) ähnlich dem Primärmaterial 110 ist. Bei anderen Ausführungsformen ist das eingebettete Material 120 ein Material, das von dem Primärmaterial 110 verschieden ist.
Das eingebettete Material 120 kann Partikel oder Pfade aufweisen, die in eine Molekularstruktur des Primärmaterials 110 eingedrungen sind. Das eingebettete Material 120 kann in jede der Borsten 130 in dem Primärmaterial 110 eingedrungen sein. Alternativ dazu kann das eingebettete Material 120 gewählte Borsten 130 durchtränkt haben bzw. in diese eingedrungen sein, wie in 1 gezeigt ist.
Bei einigen Ausführungsformen ist das eingebettete Material 120 so gewählt, dass es eine Festigkeit des Primärmaterials verstärkt. Die Verstärkungsfestigkeit des Primärmaterials erlaubt, dass das Primärmaterial größere Scherkräfte und Zugkräfte aushält.
Bei einigen Ausführungsformen kann das eingebettete Material 120 verwendet werden, eine elektrische und/oder thermische Leitfähigkeit des Primärmaterials 110 zu erhöhen. Beispielsweise kann ein Dotieren (z. B. Variieren der Anordnung einer beliebigen Nummerierung von Elektronen und Löchern innerhalb einer molekularen Struktur) verwendet werden, um die Leitfähigkeit des Primärmaterials 110 zu erhöhen. Das Erhöhen der Leitfähigkeit des Primärmaterials und somit des lösbaren Haftmittels 100 kann bei Anwendungen wichtig sein, bei denen die Flächen 10, 20 Elektrizität leiten müssen. Beispielsweise kann ein Dotieren des Primärmaterials 110 bei einer Anwendung geeignet sein, wenn das lösbare Haftmittel 100 als ein Leiter innerhalb einer Batterieanwendung dient.
Das eingebettete Material 120 ist ein leitendes Mittel, das eine Zusammensetzung aus einer oder mehreren Verbindungen, die als ein Trockenhaftmittel funktionieren, enthalten kann. Zum Beispiel kann das eingebettete Material 120 ein Polymer aufweisen, das mit einem leitenden Füller kombiniert ist.
Das Polymer ist eine flüssigkeitsartige Verbindung, die rheologische (strömungsbezogene) Eigenschaften aufweist, die bei Kombination mit einem leitenden Füllstoff eine Formbarkeit ermöglichen. Beispielhafte Polymere umfassen, sind aber nicht beschränkt auf, Polydimethylsiloxan (PDMS) und eine Mischung aus Poly(propylenglykol)bis(2-aminopropylether) und Neopentylglycoldiglycidylether.
Der leitende Füller ist ein leitendes Material, das dazu verwendet wird, um Energie durch das eingebettete Material zu leiten. Leitende Füller können Materialien aufweisen, wie, jedoch nicht beschränkt auf, Kohlenstoffnanoröhren, Kohlenstoffruß, Metallpartikel oder eine Kombination davon. Wenn Metallpartikel verwendet werden, können die Partikel beispielsweise Nanopartikel und Mikropartikel umfassen, die aus Materialien zusammengesetzt sind, die umfassen, aber nicht darauf beschränkt sind: Kupfer, Silber und Gold.
Bei einigen Ausführungsformen (wie der, die in 1 dargestellt ist) liegen die leitenden Füller in der Form von Partikeln vor, die in dem eingebetteten Material 120 positioniert sind, wobei die leitenden Füller bei einigen Ausführungsformen vorzugsweise in der Nähe zueinander positioniert sind, um einen Fluss thermischer und/oder elektrischer Leitfähigkeit zu ermöglichen.
Bei einigen Ausführungsformen (wie der, die in 2 dargestellt ist) bildet das eingebettete Material 120 einen Pfad 125 innerhalb oder um das Primärmaterial 110. Der Pfad 125 bildet eine kontinuierliche Fläche der Verbindungsfähigkeit zwischen dem eingebetteten Material 120 und dem Primärmaterial 110. Beispielsweise ist die kontinuierliche Fläche von einem Metallblock gebildet.
Die kontinuierliche Fläche kann auch so bemessen und geformt sein, um eine bestimmte Menge an elektrischer (σ) oder thermischer (k) Energie zu leiten. Die elektrische Leitfähigkeit und/oder thermische Leitfähigkeit kann von einer Materialzusammensetzung der kontinuierlichen Fläche abhängen. Wenn beispielsweise die kontinuierliche Fläche aus Silber besteht, beträgt die elektrische Leitfähigkeit etwa 6,3 × 10⁷ Siemens/Meter (S/m), und wenn die kontinuierliche Fläche aus Kupfer besteht, liegt die elektrische Leitfähigkeit bei etwa 5,8 × 10⁷ S/m. Da Silber eine höhere elektrische Leitfähigkeit als Kupfer aufweist, kann eine kontinuierliche Silberfläche eine Oberfläche besitzen, die kleiner als eine kontinuierliche Kupferfläche ist, um allgemein das selbe Ergebnis zu erreichen.
Bei einer anderen Ausführungsform, die in 3 dargestellt ist, sind die Borsten 130 in eine Gruppierung von abgeschnittenen bzw. abgestumpften Prismen bzw. Prismenstümpfen 132 ausgebildet. Jeder Prismenstumpf weist mindestens eine Seite 134 und ein Oberteil 136 (in dem Ausschnitt von 3 dargestellt) auf, das als flache, im allgemeinen flache oder glatte Flächen dient, um einen Kontakt mit einer Befestigungsfläche (z. B. der ersten Fläche 10) zu maximieren. Die van der Waals-Kraft, die auf die Befestigungsfläche ausgeübt werden kann, wird mit größerer Kontaktfläche höher, und somit stellt die Maximierung eines Kontakts mit der Befestigungsfläche eine Priorität bei der Auslegung des Haftmittels 100 dar.
Bei einigen Ausführungsformen können die Prismenstümpfe hinsichtlich der geometrischen Form variieren. Beispielsweise kann, wie in 3 zu sehen ist, die Gruppierung von Prismenstümpfen in der Form eines Pyramidenstumpfes geformt sein, wobei jede Pyramide zwei Seiten 134 und ein Oberteil 136 aufweist, die dazu verwendet werden, ausreichend van der Waals-Kraft zur Anhaftung mit den Flächen 10, 20 zu erzeugen. Jedoch kann die Gruppierung aus Prismenstümpfen in der Form eines Kegelstumpfes (z. B. abfallende oder kegelstumpfartige Fläche) vorliegen, bei der sich die Seite 134 um einen Umfang einer kreisförmigen Basis erstreckt.
Unreinheiten an oder in den Flächen 10, 20, wie Schmutz, Öl und Lufttaschen, führen nicht zu einer wesentlichen Schwächung der Gesamtbindung aufgrund der vielen Kontaktbereiche zwischen den Prismenstümpfen 132 und der Fläche 10, 20. Genauer bilden die Prismenstümpfe 132 eine Mehrzahl unabhängiger Bindungen mit der Fläche 10, 20, die eine Anbindung des lösbaren Haftmittels 100 sogar mit der Anwesenheit einiger Unreinheiten ermöglichen, die die Bindung an einem oder mehreren begrenzten Schnittstellenpunkten beeinträchtigen.
Die Gruppierung von Prismenstümpfen 132 erstreckt sich über eine definierte Breite 140. Die Breite 140 kann etwa im Bereich zwischen 1 Millimeter (mm) und 20 mm liegen. Die Prismenstümpfe wiederholen sich entlang einer definierten Länge 142 mit einem Bereich ähnlich der Breite 140. Der Abstand zwischen jedem Prisma 132 sollte ausreichend sein, um einen Kontakt mit einer Fläche (z. B. der ersten Fläche 10) zu ermöglichen. Beispielsweise kann ein Raum 138 zwischen einem Rand eines ersten Prismas 132 und einem nachfolgenden Prisma 132 zwischen 10 Nanometer (nm) und 200 Mikrometer (μm) liegen.
Bei einigen Ausführungsformen können die Prismenstümpfe 132 das eingebettete Material 120 aufweisen. Das eingebettete Material 120 kann in die Mikrostruktur der Prismenstümpfe 132 hinzugefügt (z. B. dotiert) werden.
Bei einer anderen Ausführungsform, die in 4 gezeigt ist, kann das lösbare Haftmittel 100 eine Mehrzahl von Schichten aufweisen, die ein Haftpolster 150, eine Haut 160 sowie eine Sehne 170 aufweisen. Gemeinsam maximiert die Mehrzahl von Schichten Kontaktbereiche mit den Flächen 10, 20, während eine Steifigkeit in einer Richtung der angelegten Lasten (z. B. entlang der Fasern des Gewebes der Haut 160) beibehalten wird.
Bei dieser Ausführungsform ist das Haftpolster 150 (z. B. ein Polymerelastomer) an der Haut 160 (z. B. ein Gewebe) befestigt, das an einer Sehne (z. B. Gewebe) befestigt ist. Ein Befestigen des Haftpolsters 150 an der Haut 160 und der Sehne 170 sieht eine Festigkeit vor, die ermöglicht, dass die Anhaftung gegenüber Scherkraft 85 und Zugkraft 80 beibehalten wird. Ein Beispiel in 3 zeigt, wie die erste Fläche 10 gegen die Scherkräfte 85 und Zugkräfte 80 durch die Steifigkeit des Gewebes (z. B. Fasern) in dem lösbaren Haftmittel 100 beibehalten wird. Zusätzlich sieht die Mehrzahl von Schichten eine Steifigkeit in einer Richtung einer Abziehbelastung (z. B. Abziehkraft 90) vor, wodurch ein Lösen von der befestigten Fläche (z. B. der zweiten Fläche 20, wie in 4 zu sehen ist) ermöglicht wird.
Das Haftpolster 150 kann Materialien aufweisen, die sich innerhalb eines vorbestimmten Kraftkapazitätsbereichs einer gewünschten Anwendung elastisch verhalten. Die Materialien sollten sicherstellen, dass Verformungsverluste (z. B. viskoelastisch, plastisch oder Bruch) in den Materialien des Haftpolsters 150 minimiert oder anderweitig reduziert sind. Das Haftpolster 150 kann Materialien aufweisen, wie, jedoch nicht darauf beschränkt, Silikon, PDMS und dergleichen. Das Haftpolster 150 kann eine Dicke zwischen 10 nm und 100 nm aufweisen.
Die Haut 160 kann ähnliche elastische Materialien aufweisen, die Verformungsverluste minimieren, wie in Verbindung mit dem Haftpolster 150 beschrieben ist. Die Haut 160 kann Gewebematerialien aufweisen, wie Kohlenstofffasergewebe, Glasfaser, KEVLAR^® (KEVLAR ist eine registrierte Warenbezeichnung von E. I. du Pont de Nemours und Company in Wilmington, Delaware) und dergleichen. Die Haut 160 kann eine Dicke zwischen 10 nm und 1 mm besitzen.
Die Sehne 170 kann Gewebematerialien mit Fasern mit hoher Steifigkeit aufweisen, wie unter anderem Glasfaser, Nylon und Kohlefaser. Die Sehne 170 sollte eine Dicke haben, die das Polster 150 ausreichend an der Haut 160 befestigt. Beispielsweise kann die Sehne 170 eine Länge zwischen 1 mm und 100 mm aufweisen.
Die Verbindung zwischen der Sehne 170 und dem Haftpolster 150 kann vordefinierte Dimensionen, Orientierungen und räumliche Anordnung gemäß einer bestimmten gewünschten Anwendung haben. Die vordefinierte Dimension kann geändert werden, um Scher- und Normalbelastungsanforderungen für die gewünschte Anwendung auszugleichen.
Bei elektrisch und thermisch leitenden Anwendungen kann das Polster 150 mit dem eingebetteten Material 120 dotiert sein. Beispielsweise kann das eingebettete Material 120 Metallnanopartikel aufweisen, wie oben angemerkt ist. Bei einigen Ausführungsformen können die Haut 160 und/oder die Sehne 170 auch mit elektrisch und thermisch leitenden Materialien (z. B. Kohlefasergewebe) dotiert sein.
Wenn die Sehne 170 an dem Polster 150 befestigt ist, kann dies die Funktionalität des lösbaren Haftmittels 100 beeinflussen. Charakteristiken, wie die Dicke der Sehne 170, die Materialzusammensetzung der Sehne 170 sowie die Positionierung der Sehne 170 in Bezug auf das Polster 150 können auf verschiedene Wege eingestellt werden, um verschiedene Resultate hinsichtlich gewünschter Leistungsfähigkeit bei verschiedenen Anwendungen zu erreichen. Beispielsweise kann die Positionierung der Sehne 170 ein Hängevermögen beeinträchtigen. Das Befestigen der Sehne 170 an einem Rand des Polsters 150 ermöglicht eine Zunahme der Festigkeit des lösbaren Haftmittels 100 in der Scherrichtung, wie in 4 zu sehen ist. Jedoch erlaubt ein Befestigen der Sehne 170 an einer Innenfläche des Polsters 150 eine erhöhte Festigkeit des lösbaren Haftmittels 100 in der Zugrichtung.
Bei einer anderen Ausführungsform, wie in 5 zu sehen ist, kann das lösbare Haftmittel 100 (z. B. Borsten 130, die Prismen 132) als eine flexible Struktur geformt sein, die zum Umgeben oder anderweitigen Verbinden von Flächen geformt sein kann. Beispielsweise kann das lösbare Haftmittel 100 ähnlich einem einseitigen Band funktionieren.
Bei einigen Ausführungsformen kann das lösbare Haftmittel 100 an mehr als einer Fläche zu Haftzwecken enthalten sein. Beispielsweise kann das lösbare Haftmittel 100 als ein doppelseitiges Band funktionieren.
Das einseitige oder doppelseitige Band kann verwendet werden, so dass es zwischen den Flächen 10, 20 positioniert, zusammengequetscht, um diese geschlungen ist oder diese anderweitig zusammenhält.
Das einseitige oder doppelseitige Band kann das lösbare Haftmittel 100 in einer nichtleitenden Form oder mit einer leitenden Dotierung unter Verwendung des eingebetteten Materials 120 verwenden. Beispielsweise kann das lösbare Haftmittel 100 in der Form eines elektrisch und/oder thermisch leitenden, einseitigen Bandes vorliegen, das dazu verwendet werden kann, die Flächen 10, 20 aneinander zu sichern und Energie (z. B. elektrische Ströme) hindurch zueinander und zu dem einseitigen Band zu leiten, wie in 5 gezeigt ist.
III. Anwendung des lösbaren Haftmittels
Das lösbare Haftmittel 100 kann verwendet werden, um die Flächen 10, 20 leitend zu fügen. Anwendungen, die ein leitendes Fügen von Materialien erfordern, können u. a. eine Batterieherstellung und eine Elektromotorherstellung aufweisen.
Die Verwendung des lösbaren Haftmittels 100 zum Fügen leitender Materialien kann die Abschaltzeit von Ausstattung bei Reparatur und Austausch von Teilen dadurch reduzieren, dass die Zeitdauer beseitigt wird, die erforderlich ist, um eine permanente Bindung (z. B. Durchschneiden einer Schweißnaht) zu trennen. Zusätzlich kann die Verwendung des lösbaren Haftmittels 100 Kratzer und Abfall reduzieren, die aus dem Aufbrechen permanenter Bindungen erzeugt werden können.
Bei elektrisch und thermisch leitenden Anwendungen kann das Primärmaterial 110 mit einem leitenden eingebetteten Material 120 dotiert sein. Das leitende eingebettete Material 120 kann ein Material aufweisen, wie oben erwähnt ist (z. B. Kohlenstoffnanotubes und Kohlenstoffruß).
Wenn das lösbare Haftmittel 100 verwendet ist, um Batterielaschen oder andere elektrisch und/oder thermisch leitende Materialien zu sichern, deren Zusammensetzung unähnlich ist, kann das lösbare Haftmittel 100 verwendet werden, um die unähnlichen Materialien ohne die Verwendung von Fügeaustattung (z. B. Schweißvorrichtungen) leitend zu verbinden.
Die Verwendung des lösbaren Haftmittels 100 anstelle der Fügeausstattung kann nützlich sein, wenn ein Bedarf besteht, die Verwendung von Fügespanneinrichtungen und -ausstattung zu reduzieren/zu beseitigen. Zusätzlich kann das lösbare Haftmittel 100 nützlich sein, wenn eine Reduzierung des Produktionsarbeitsraums erreicht werden soll. Beispielsweise können, wenn das lösbare Haftmittel 100 verwendet ist, Zugangsorte für Werkzeug (z. B. Klemmen an einer Werkzeugspanneinrichtung) beseitigt werden, was den Produktionsarbeitsraum reduzieren kann.
Bei Ausführungsformen, bei denen das lösbare Haftmittel 100 in der Form eines einseitigen oder doppelseitigen Bandes vorliegt. Die Dicke, um die geprägten Flächen aneinander anzubringen, sollte so dünn wie möglich sein (z. B. kleiner als 0,1 mm). Jedoch kann die Dicke derart ausgelegt sein, dass ermöglicht wird, dass das lösbare Haftmittel 100 einen Spalt (z. B. bis zu 0,3 mm) basierend auf einer vorbestimmten Abstandsdistanz zwischen Teilen beibehält, um beispielsweise ein Entweichen von Gas während des Schweißens zu ermöglichen.
Bei einigen Ausführungsformen ist die Dicke des Bandes derart, dass das lösbare Haftmittel 100 um ein oder mehrere Objekte (z. B. die Fläche 10, 20) oder um das Band selbst geformt sein kann. Die Dicke bei einer Anwendung, wie z. B. dem Anbringen von Batterielaschen, kann zwischen 100 μm bis 0,1 mm liegen.
IV. Schluss
Es sind hier verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung offenbart. Die offenbarten Ausführungsformen sind lediglich Beispiele, die in verschiedenen und alternativen Formen und Kombinationen daraus ausgeführt werden können.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen sind lediglich beispielhafte Darstellungen von Implementierungen, die zum besseren Verstehen der Grundsätze der Offenbarung dargestellt sind.
Varianten, Modifikationen und Kombinationen können an den oben beschriebenen Ausführungsformen ohne Abweichung von dem Schutzumfang der Ansprüche durchgeführt werden. Alle derartigen, Modifikationen und Kombinationen sind hier durch den Schutzumfang dieser Offenbarung und die folgenden Ansprüche enthalten.

Claims

Lösbares Haftmittelsystem zum Fügen einer ersten leitenden Fläche an eine zweite leitende Fläche, umfassend: ein Primärmaterial, das mindestens ein Molekül aufweist, das zur parallelen Positionierung mit zumindest einem Molekül der ersten leitenden Fläche oder der zweiten leitenden Fläche konfiguriert ist; und ein leitendes eingebettetes Material, das in das Primärmaterial eingedrungen ist, um eine Haftmittelstruktur zu bilden, wobei die Haftmittelstruktur eine Leitfähigkeit besitzt, die größer als die Leitfähigkeit des Primärmaterials allein ist.
Lösbares Haftmittelsystem nach Anspruch 1, wobei die Haftmittelstruktur derart konfiguriert ist, um im Gebrauch von der ersten leitenden Fläche oder der zweiten leitenden Fläche in Reaktion auf eine Abziehkraft entfernt zu werden, die senkrecht zu dem zumindest einen Molekül der ersten leitenden Fläche oder der zweiten leitenden Fläche ausgeübt wird.
Lösbares Haftmittelsystem nach Anspruch 1, wobei das leitende eingebettete Material eine kontinuierliche Fläche bildet, die einen ununterbrochenen elektrischen Pfad von der ersten leitenden Fläche zu der zweiten leitenden Fläche bereitstellt.
Lösbares Haftmittelsystem nach Anspruch 1, wobei das leitende eingebettete Material eine Mehrzahl von leitenden Partikeln aufweist, die benachbart zueinander positioniert sind, wobei ein elektrischer Pfad von der ersten leitenden Fläche zu der zweiten leitenden Fläche gebildet wird.
Lösbares Haftmittelsystem nach Anspruch 1, wobei das leitende eingebettete Material in das Primärmaterial dotiert ist, um eine größere elektrische oder thermische Leitfähigkeit als in dem Primärmaterial allein bereitzustellen.
Lösbares Haftmittelsystem nach Anspruch 1, wobei das leitende eingebettete Material das Primärmaterial gegen eine vorbestimmte Scherkraft oder Zugkraft strukturell verstärkt.
Lösbares Haftmittelsystem nach Anspruch 1, wobei das Primärmaterial eine Gruppierung von Elementstrukturen bildet und das leitende eingebettete Material in oder an zumindest einer der Elementstrukturen angeordnet ist.
Lösbares Haftmittelsystem nach Anspruch 7, wobei zumindest eine der Elementstrukturen eine Borste ist.
Lösbares Haftmittelsystem nach Anspruch 7, wobei die Gruppierung von Elementstrukturen eine Mehrzahl von Borsten ist und das Primärmaterial in oder an zumindest einer der Mehrzahl von Borsten angeordnet ist.
Lösbares Haftmittelsystem nach Anspruch 1, wobei das Primärmaterial in eine flexible Struktur geformt ist, die zur Formung um die erste und zweite leitende Fläche konfiguriert ist.