DE202021100297U1

DE202021100297U1 - Suction device for reversible adhesion to a substrate surface

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Publication number: DE202021100297U1
Application number: DE202021100297.2U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Clingtechbionics Ug Haftungsbeschraenkt De
Priority date: 2021-01-21
Filing date: 2021-01-21
Publication date: 2022-04-25
Anticipated expiration: 2031-01-22

Abstract

Saugvorrichtung, insbesondere Saugnapf (1), Saugheber oder Vakuumgreifer (1V), zur reversiblen Haftung an einer Substratoberfläche (2), aufweisend einen ersten Bereich (3), der der Betätigung der Saugvorrichtung dient, und einen zweiten Bereich (4), der über eine Saugnapfoberfläche (5) mit der Substratoberfläche (2) in Kontakt bringbar ist, wobei der erste Bereich (3) aus wenigstens einem härteren ersten Material und der zweite Bereich (4) aus einem in Bezug auf das erste Material weicheren zweiten Material besteht, wobei das zweite Material ein ultraweiches Material mit einer Härte von Shore 00 kleiner 50 ist und
- dass die Dicke (d2) des zweiten Bereichs in einem unbelasteten Zustand mindestens 2,5 % eines Außendurchmessers (D1) oder einer Länge (L) oder Breite (B) des ersten Bereiches (3) beträgt und/oder
- dass in das wenigstens eine zweite Material Partikel (6) und/oder Fasern integriert sind, die härter sind als das zweite Material.

Suction device, in particular suction cup (1), suction lifter or vacuum gripper (1V), for reversible adhesion to a substrate surface (2), having a first area (3) which serves to actuate the suction device and a second area (4) which is a suction cup surface (5) can be brought into contact with the substrate surface (2), wherein the first area (3) consists of at least one harder first material and the second area (4) consists of a second material that is softer than the first material, wherein the second material is an ultra soft material with a hardness of Shore 00 less than 50 and
- that the thickness (d2) of the second area in an unloaded state is at least 2.5% of an outside diameter (D1) or a length (L) or width (B) of the first area (3) and/or
- That in the at least one second material particles (6) and / or fibers are integrated, which are harder than the second material.

Description

Die Erfindung betrifft eine Saugvorrichtung, insbesondere einen Saugnapf, Saugheber oder Vakuumgreifer, zur reversiblen Haftung an einer Substratoberfläche nach dem Oberbegriff des ersten Schutzanspruchs.The invention relates to a suction device, in particular a suction cup, suction lifter or vacuum gripper, for reversible adhesion to a substrate surface according to the preamble of the first claim.

Saugnäpfe stellen auf nicht porösem Untergrund eine gute Möglichkeit dar um Objekte reversibel und ohne Beschädigung der Oberfläche zu befestigen. Sie besetzten somit eine andere Marktnische als mechanische Befestigungen, wie Schrauben, Nägel, Klammern oder Klebstoffe, welche eher für eine permanente Befestigung ausgelegt sind und meist die Objekte und/oder Oberflächen dauerhaft verändern (Klebstoffreste, Löcher, Kerben, Druckstellen etc.).Suction cups are a good way to reversibly attach objects to non-porous surfaces without damaging the surface. They therefore occupy a different market niche than mechanical fasteners, such as screws, nails, staples or adhesives, which are designed more for permanent attachment and usually permanently change the objects and/or surfaces (adhesive residues, holes, notches, pressure points, etc.).

Unter Wasser wird die Situation zusätzlich erschwert, da Unterwasserklebstoffe noch in der Entwicklung und schwer aufzubringen sind. Auch der Biofilmbewuchs erschwert eine Befestigung, da er zu einer zusätzlichen Struktur sowie oftmals auch glitschigen Oberflächen beiträgt.The situation is further complicated underwater, as underwater adhesives are still in development and difficult to apply. The biofilm growth also makes attachment more difficult, as it contributes to an additional structure and often also to slippery surfaces.

Systeme zur temporären Befestigung, wie Klebeband und Saugnäpfe, ermöglichen dagegen eine reversible Befestigung ohne Beschädigung der Substratoberfläche. Jedoch halten Klebebänder im Vergleich zu Saugnäpfen nur Objekte mit sehr geringem Gewicht. Im Gegensatz dazu, können geeignete, qualitativ hochwertige Saugnäpfe auch Gegenstände mit größerem Gewicht (mehrere kg) halten. Herkömmliche technische Saugnäpfe benötigen jedoch in der Regel einen glatten (oder mit nur geringfügigen Oberflächenabweichungen) und ebenen (oder minimal gekrümmten) Untergrund, um zuverlässig zu funktionieren.On the other hand, systems for temporary attachment, such as adhesive tape and suction cups, allow reversible attachment without damaging the substrate surface. However, adhesive tapes only hold objects that are very light in weight compared to suction cups. In contrast, suitable, high-quality suction cups can also hold heavier objects (several kg). However, conventional technical suction cups usually require a smooth (or with only minor surface deviations) and level (or minimally curved) surface in order to function reliably.

In der Druckschrift US 6143391 A wird ein einteiliger Saugnapf aus zwei Materialien beschrieben, welcher eine Innenfläche und einen dauerhaft mit der Innenfläche verbundenen äußeren Teil umfasst. Der innere und der äußere Teil sind aus unterschiedlichen elastischen Materialien geformt, wobei die Eigenschaften des Innenmaterials so gewählt sind, dass sie im Vergleich zum Außenmaterial Konformität, Nachgiebigkeit und Weichheit aufweisen. Eine Anhaftung an leicht strukturierte Oberflächen, wie gestrichenen Wänden, kann gegebenenfalls erreicht werden.
Die Druckschrift WO 1997019272 A1 (siehe auch DE 696 10 216 T2 aus der Patentfamilie) offenbart eine lösbare Befestigungsvorrichtung, die eine folienförmige elastische Schicht oder Dichtung bzw. eine klebrige Haftmasse und einen Saugnapf umfasst, der mit der elastischen Schicht zusammenwirkt. Um die Widerstandsfähigkeit gegen Bewegung in Richtung parallel zur Oberfläche zu unterstützen, sind bei abgeflachtem Saugnapf, d.h. bei Aufbringung auf eine ebene Fläche, erhöhte Ringe in die elastische Dichtung eingebettet, welche direkt am Saugnapf ausgebildet sind. Eine individuelle Anpassung an große Oberflächenrauheiten ist nicht möglich. Die elastische Schicht weist eine Rückprallhärte kleiner/gleich 30 Shore A bis zu kleiner/gleich 10 Shore auf. Die elastische Schicht besteht weiterhin aus einem klebrigen Material, welches nach Entfernung einen Ölrückstand hinterlässt. Wenn der Saugnapf an einer flachen Oberfläche angebracht wird, leisten erhabene Ringe im elastischen Haftmaterial Widerstand gegen dessen Bewegungen radial nach innen und außen. Dieser Saugnapf ermöglicht die Anhaftung an leicht raue, zumindest nicht glatte Oberflächen. Eine individuelle Anpassung an gröbere Oberflächenrauheit, Welligkeit und/oder Formabweichung des Untergrundes, welche den Gestaltabweichungen 1.-3. Ordnung nach DIN 2760 entsprechen, ist mit diesem Saugnapf somit nicht möglich.In the pamphlet US6143391A describes a bi-material, one-piece suction cup comprising an inner surface and an outer portion permanently bonded to the inner surface. The inner and outer parts are formed from different elastic materials, with the properties of the inner material being chosen to provide conformance, resilience and softness compared to the outer material. Adhesion to lightly textured surfaces such as painted walls may be achieved where appropriate.
The pamphlet WO 1997019272 A1 (see also DE 696 10 216 T2 from the patent family) discloses a releasable fastening device comprising a sheet-like elastic layer or seal or sticky adhesive mass and a suction cup cooperating with the elastic layer. To help resist movement in a direction parallel to the surface, when the suction cup is flattened, ie when applied to a flat surface, the resilient seal has embedded raised rings formed directly on the suction cup. An individual adaptation to large surface roughness is not possible. The elastic layer has a rebound hardness of less than or equal to 30 Shore A up to less than or equal to 10 Shore. The elastic layer is still a sticky material that leaves an oily residue when removed. When the suction cup is attached to a flat surface, raised rings in the resilient adhesive material resist its radially inward and outward movement. This suction cup allows the attachment to slightly rough, at least not smooth surfaces. An individual adaptation to coarser surface roughness, waviness and/or shape deviation of the substrate, which corresponds to shape deviations 1.-3. Order according to DIN 2760 is therefore not possible with this suction cup.

In der Druckschrift WO 2013055111 A1 wird ein Vakuumextraktor beschrieben mit einer Stützkappe, die mit einem harten Kunstharz geformt ist; einer Saugscheibe mit einer Überzugsschicht, die mit einem Elastomer auf der oberen Oberfläche und der seitlichen Umfangsseite einer Platte zur Adsorption spritzgegossen ist, und einer Adsorptionsschicht, die mit einem Elastomer mit einer geringeren Härte als die der Überzugsschicht auf der seitlichen Umfangsseite überlappend spritzgegossen ist, und einem Teil der Überzugsschicht, der die untere Oberfläche der Platte zur Adsorption enthält, wobei die Saugscheibe elastisch verformt wird, so dass sie eng an der zu saugenden Oberfläche haftet.In the pamphlet WO 2013055111 A1 describes a vacuum extractor having a support cap molded with a hard synthetic resin; a suction disk having a coating layer injection-molded with an elastomer on the top surface and the side peripheral side of a plate for adsorption, and an adsorption layer lap-injection-molding with an elastomer having a hardness lower than that of the coating layer on the side peripheral side, and a part of the coating layer including the lower surface of the board for adsorption, wherein the sucking disc is elastically deformed so that it closely adheres to the surface to be sucked.

In der Druckschrift US 9 499 214 B2 wird eine gattungsgemäße Saugvorrichtung beschrieben, bei der in Richtung zu einer Substratoberfläche ein ringförmiges Band aus weichem, elastischem, klebrigem, festem und nicht fließfähigem Material angeordnet ist, dass sich in einer ringförmigen Aussparung befindet, wobei das ringförmige Band eine Klebrigkeit aufweist, die eine 90 ° -Schälfestigkeit von etwa 0,1 Ib./in bis etwa 40 Ibs./in aufweist. Das Band weist eine Härte zwischen 35 Shore 000 und 50 Shore A auf. Da die Klebrigkeit des weichen Bandes für die Funktion dieses Saugnapfes insbesondere bei Vorhandensein von Oberflächenunregelmäßigkeiten entscheidend ist, funktioniert dieser Saugnapf nicht auf feuchten oder untergetauchten Flächen.In the pamphlet U.S. 9,499,214 B2 a generic suction device is described in which an annular band of soft, elastic, sticky, solid and non-flowable material is arranged in the direction of a substrate surface and is located in an annular recess, the annular band having a stickiness which is a 90 ° -Peel Adhesion of from about 0.1 lb./in to about 40 lbs./in. The tape has a hardness between 35 Shore 000 and 50 Shore A. Because the tackiness of the soft tape is critical to the operation of this suction cup, particularly where surface irregularities are present, this suction cup will not work on wet or submerged surfaces.

Aus der Druckschrift DE 10 2006 020 032 A1 ist eine Einrichtung zur Vergrößerung der Haftfähigkeit bei Saugnäpfen und Unterdruck-Haltevorrichtungen bekannt, bei welcher die abdichtende Randzone/-fläche durch eine angelagerte, angeklebte, angeformte, angespritzte oder angegossene Zone eines extrem weichen Materials bis hinunter zu 5 Shore A und weniger zu einer Trägerfläche abgedichtet wird. Das Dichtelement ist dabei in der Art eines Rundschnurrings ausgebildet, liegt an einem Absatz der Saugplatte an und steht radial über die Saugplatte hinaus, so dass auf den überstehenden Bereich des Dichtelements eine Druckkappe einwirken kann. Durch die Druckkappe führt ein mit der Saugplatte ausgebildeter Schaft, mit dem ein Hebel wirkverbunden ist. Beim Umklappen des Hebels wird die Saugplatte in ihrer Mitte angehoben und die Druckkappe drückt umfangsseitig auf das Dichtelement. Es bildet sich zwischen einer Substratoberfläche und der Saugfläche ein Unterdruck aus, wodurch der Saugnapf an der Substratoberfläche haftet. Dadurch, dass das Dichtelement zwischen dem Anschlag der Saugplatte und dem darauf von oben wirkenden Rand der Druckplatte eingespannt ist, wird der Bereich, in dem das Dichtungselement gegen die Substratoberfläche wirkt, auf einen relativ geringen Umfangsbereich eingeschränkt, und das Dichtelement kann sich radial nach innen und außen nicht frei verformen. Weiterhin ermöglicht die starre Druckplatte eine Anpressung des weichen Dichtungselementes nur auf einem ebenen Untergrund mit aufgelagerter Rauheit (ohne Welligkeit oder Formabweichung), eine Anpassung an Oberflächen mit mehreren Rauheitsordnungen, wie beispielsweise wellige Oberflächen mit zusätzlichen feinere Oberflächenrauheiten, ist nicht möglich.From the pamphlet DE 10 2006 020 032 A1 a device for increasing the adhesion of suction cups and vacuum holding devices is known, in which the sealing edge zone/surface is formed by an attached, glued, molded, injection-moulded or cast zone of an extremely soft material down to 5 Shore A and less to a carrier surface is sealed. The sealing element is designed in the manner of an O-ring, rests against a shoulder of the suction plate and protrudes radially beyond the suction plate, so that a pressure cap can act on the protruding area of the sealing element. A shaft which is formed with the suction plate and with which a lever is operatively connected leads through the pressure cap. When the lever is folded down, the middle of the suction plate is lifted and the pressure cap presses on the sealing element on the circumference. A negative pressure is formed between a substrate surface and the suction surface, as a result of which the suction cup adheres to the substrate surface. Because the sealing element is clamped between the stop of the suction plate and the edge of the pressure plate acting on it from above, the area in which the sealing element acts against the substrate surface is limited to a relatively small peripheral area, and the sealing element can move radially inward and not freely deform outside. Furthermore, the rigid pressure plate allows the soft sealing element to be pressed only on a level surface with superimposed roughness (without waviness or shape deviation), an adaptation to surfaces with several degrees of roughness, such as wavy surfaces with additional finer surface roughness, is not possible.

Die vorgestellten Lösungen ermöglichen eine verbesserte Abdichtung auf leicht strukturierten Substraten. Eine Haftung an unebenen oder stark strukturierten Oberflächen, wie z.B. Tränenblech (auch Riffelblech genannt) oder Oberflächen mit Gestaltabweichungen über mehreren Ordnungen entsprechend DIN 2760 (Formabweichungen, Welligkeit, verschiedenen Rauheitsordnungen) kann jedoch mit diesen Saugnäpfen nicht gewährleistet werden. Weiterhin wurden diese Lösungen in der Regel für die Anhaftung an trockene Oberflächen entwickelt. Inspiration zur Anhaftung an nicht nur geringfügig, sondern stark raue und/oder wellige oder gewölbte Oberflächen kommt hier von der Natur, von einem kleinen Fisch, dem Northern Clingfish, der sich hervorragend an die teilweise extrem rauen Steine im Gehzeitenbereich mit Hilfe seines Saugnapfes ansaugen kann.The solutions presented enable improved sealing on slightly structured substrates. However, adhesion to uneven or heavily structured surfaces, such as checker plate (also known as checker plate) or surfaces with shape deviations over several orders according to DIN 2760 (shape deviations, waviness, different orders of roughness) cannot be guaranteed with these suction cups. Furthermore, these solutions are typically designed to adhere to dry surfaces. Inspiration for clinging to surfaces that are not only slightly, but very rough and/or wavy or curved comes from nature, from a small fish, the Northern Clingfish, which is excellent at sucking on the sometimes extremely rough stones in the walking area with the help of its suction cup .

Auf den Erkenntnissen aufbauend beschreibt Druckschrift US 8783634 A1 einen Saugnapf mit der Fähigkeit, an rauen Oberflächen zu haften, sowie ein Verfahren zur Befestigung des Saugnapfes an einer Zielfläche. Die Saugvorrichtung umfasst einen Körper mit einem Saugbereich und eine Vielzahl von Mikrohärchen, die von den Rändern des Saugbereichs abhängen und zu einer Erhöhung der Reibung als auch zur Abdichtung auf rauen Oberflächen beitragen. Bei der Umsetzung stellt sich allerdings heraus, dass es problematisch ist, Saugnäpfe mit Mikrohärchen in der notwendigen Dimension und der erforderlichen geringen Härte kosteneffektiv herzustellen.Based on the findings, printed matter describes US8783634A1 a suction cup having the ability to adhere to rough surfaces and a method of attaching the suction cup to a target surface. The suction device comprises a body with a suction area and a multitude of micro-hairs hanging from the edges of the suction area, which contribute to an increase in friction as well as sealing on rough surfaces. However, in the implementation, it turns out that it is problematic to cost-effectively produce suction cups with microhairs in the necessary dimensions and the required low hardness.

Aufgabe der hier präsentierten Erfindung ist es, eine Saugvorrichtung, insbesondere einen Saugnapf, Saugheber oder Vakuumgreifer, zur Verfügung zu stellen, welche eine zuverlässige Haftung auch an Substratoberflächen mit großer Rauigkeit, gewölbten Substratoberflächen auf trockenen, feuchten oder unter Wasser befindlichen Substratoberflächen ermöglicht. Bei der Saugvorrichtung handelt es sich insbesondere um einen Saugnapf oder Vakuumgreifer. In besonderen Fällen kann sich der Saugnapf dabei auch innerhalb eines Saughebers befinden. (Letzterer Fall ist im Folgenden soweit nicht explizit anders erwähnt unter Saugnapf gefasst.)The object of the invention presented here is to provide a suction device, in particular a suction cup, suction lifter or vacuum gripper, which enables reliable adhesion even to substrate surfaces with great roughness, curved substrate surfaces, dry, moist or underwater substrate surfaces. The suction device is in particular a suction cup or vacuum gripper. In special cases, the suction cup can also be located within a suction lifter. (Unless explicitly stated otherwise, the latter case is referred to below as a suction cup.)

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des ersten Schutzanspruchs gelöst.This problem is solved with the features of the first claim for protection.

Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous refinements result from the dependent claims.

Die Saugvorrichtung, insbesondere der Saugnapf, Saugheber oder Vakuumgreifer, zur reversiblen Haftung an einer Substratoberfläche weist erfindungsgemäß einen ersten Bereich auf, der der Betätigung der Saugvorrichtung dient, und einen zweiten Bereich, der über eine Saugnapfoberfläche (dieser Begriff wird für den Saugnapf, den Saugheber und den Vakuumgreifer verwendet) mit der Substratoberfläche in Kontakt bringbar ist, wobei der erste Bereich aus wenigstens einem härteren elastischen ersten Material und der zweite Bereich aus einem in Bezug auf das erste Material weicheren zweiten Material besteht, wobei das zweite Material ein ultraweiches Material mit einer Härte von Shore 00 kleiner oder gleich 50 aufweist, wobei

- die Dicke des zweiten Bereichs in einem unbelasteten Zustand mindestens 2,5 % eines Außendurchmessers oder einer Länge oder Breite des ersten Bereiches und/oder
- in das wenigstens eine zweite Material Partikel und/oder Fasern integriert sind, die härter sind als das zweite Material.

According to the invention, the suction device, in particular the suction cup, suction cup or vacuum gripper, for reversible adhesion to a substrate surface has a first area that serves to actuate the suction device, and a second area that extends over a suction cup surface (this term is used for the suction cup, the suction cup, and the vacuum gripper used) can be brought into contact with the substrate surface, wherein the first area consists of at least one harder, elastic first material and the second area consists of a second material that is softer than the first material, the second material being an ultra-soft material with a Shore 00 hardness is less than or equal to 50, where

- the thickness of the second region in an unloaded condition is at least 2.5% of an outside diameter or a length or width of the first region and/or
- Particles and/or fibers that are harder than the second material are integrated into the at least one second material.

Dabei ist der zweite ultraweiche Bereich ausgehend von einem umfangsseitigen Rand des ersten Bereiches bevorzugt über mindestens 55 % einer in Richtung der Substratoberfläche weisenden Fläche des ersten Bereiches ausgebildet.The second ultra-soft area is preferably formed over at least 55% of an area of the first area pointing in the direction of the substrate surface, starting from a peripheral edge of the first area.

Insbesondere ist der zweite Bereich über mindestens 65% und besonders bevorzugt über mindestens 75% der gesamten Saugnapffläche des ersten Bereiches ausgebildet.In particular, the second area is formed over at least 65% and particularly preferably over at least 75% of the total suction cup area of the first area.

Die Härte des Materials des zweiten Bereiches kann auch eine Härte von Shore 00 10 oder darunter aufweisen.The hardness of the material of the second region can also have a hardness of Shore 00 10 or below.

Weiterhin weist das erste Material des ersten Bereiches vorzugsweise eine Schore A Härte von wenigstens 50, bevorzugt größer/gleich 60 auf. Dies gewährleistet die erforderliche elastische Verformbarkeit von einem unbelasteten Zustand in den belasteten Zustand des Saugnapfes und zurück.Furthermore, the first material of the first region preferably has a Schore A hardness of at least 50, preferably greater than or equal to 60. This ensures the required elastic deformability from an unloaded condition to the loaded condition of the suction cup and back.

Bevorzugt weist weiterhin das Material des zweiten Bereiches eine Dicke von 3 % bis 8 %, insbesondere von 3,5% bis 7%, eines Außendurchmessers oder einer Länge oder Breite des ersten Bereiches auf.Furthermore, the material of the second area preferably has a thickness of 3% to 8%, in particular 3.5% to 7%, of an outer diameter or a length or width of the first area.

Das ultraweiche Material des zweiten Bereiches übernimmt dabei die Funktion der hierarchischen Strukturen des weichen, extrem anpassungsfähigem Bereiches des Clingfish-Saugnapfes. Der erste Bereich gewährleistet dagegen die beim Clingfish-Saugnapf durch die unterliegenden Knochenstrukturen gewährleistete Stabilität.The ultra-soft material of the second area takes over the function of the hierarchical structures of the soft, extremely adaptable area of the Clingfish suction cup. The first area, on the other hand, provides the stability provided by the underlying bony structures of the Clingfish suction cup.

Die angegebene Shore Härte ist dabei bevorzugt die Shore Härte bei Zimmertemperatur, insbesondere bei 23°C.The specified Shore hardness is preferably the Shore hardness at room temperature, in particular at 23°C.

Bevorzugt weist der zweite Bereich eine höhere Dicke als der erste Bereich auf.The second area preferably has a greater thickness than the first area.

Die Dicke des zweiten Bereiches sollte bei der Saugvorrichtung in einem unbelasteten Zustand größer als 2,5 %, bevorzugt 3-8 %, besonders bevorzugt 3,5-7% der größten sich zu der Ebene der Substratoberfläche erstreckenden Abmessung (je nach Gestaltung des Außendurchmessers oder einer Länge oder Breite, je nachdem ob der erste Bereich in der Draufsicht rund oder eckig ausgeführt ist) des ersten Bereiches 3 betragen.With the suction device in an unloaded state, the thickness of the second region should be greater than 2.5%, preferably 3-8%, particularly preferably 3.5-7% of the largest dimension extending to the plane of the substrate surface (depending on the design of the outer diameter or a length or width, depending on whether the first area is round or angular in plan view) of the first area 3 amount.

Dabei wird die Dicke des zweiten Bereiches der Größe der Saugvorrichtung (des Saugnapfes, Saughebers oder Vakuumgreifers) angepasst. Je größer der Durchmesser bzw. die Läge/ Breite des ersten Bereiches der Saugvorrichtung ist, umso größer kann auch die Dicke des zweiten Bereiches ausgeführt sein. Insbesondere betrifft dies die Dicke des zweiten Bereiches in dem Bereich, der im belasteten Zustand an der Substratoberfläche haftet.The thickness of the second area is adapted to the size of the suction device (of the suction cup, suction lifter or vacuum gripper). The greater the diameter or the length/width of the first area of the suction device, the greater the thickness of the second area. In particular, this relates to the thickness of the second area in the area that adheres to the substrate surface in the loaded state.

Bei der Betätigung der Saugvorrichtung (des Saugnapfes, Saughebers bzw. des Vakuumgreifers) wird zwischen dieser und der Substratoberfläche im Vergleich zum Umgebungsdruck ein Unterdruck erzeugt. Dies kann nach Aufsetzen des Saugnapfes auf die Substratoberfläche durch Drücken des zweiten Bereiches in Richtung zur Substratoberfläche erfolgen oder auch bei einem Saugheber durch Anheben des zweiten Bereiches. In beiden Fällen bildet sich in dem Hohlraum zwischen Substratoberfläche und Innenfläche des Saugnapfes ein Unterdruck im Vergleich zur Umgebung aus und der Saugnapf kann in Bezug auf das Substrat mit einer Kraft belastet werden.When the suction device (the suction cup, suction lifter or vacuum gripper) is actuated, a negative pressure is generated between it and the substrate surface compared to the ambient pressure. This can be done after the suction cup has been placed on the substrate surface by pressing the second area in the direction of the substrate surface or, in the case of a suction lifter, by lifting the second area. In both cases, a negative pressure is formed in the cavity between the substrate surface and the inner surface of the suction cup compared to the environment, and the suction cup can be loaded with a force in relation to the substrate.

Durch die Verwendung eines sehr weichen, hoch elastischen Materials für den zweiten Bereich wird vorteilhafterweise eine bessere Anpassung an Unebenheiten der Substratoberfläche ermöglicht.The use of a very soft, highly elastic material for the second area advantageously enables better adaptation to unevenness in the substrate surface.

Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, dass das erste Material eine Härte von Shore A mindestens 50, bevorzugt gleich/ größer 60 aufweist.It has proven particularly advantageous for the first material to have a Shore A hardness of at least 50, preferably equal to or greater than 60.

Für raue, aber nicht oder nur leicht gewölbte Substrate, darf die Härte des ersten Bereiches auch deutlich höher liegen, beispielsweise bei 80-100 Shore A und ggf. auch darüber.For rough but not or only slightly curved substrates, the hardness of the first area may also be significantly higher, for example at 80-100 Shore A and possibly even higher.

Wichtig ist im Falle eines Saugnapfes immer, dass der erste Bereich so elastisch ist, dass eine Rückstellung in eine unbelastete ursprüngliche Form möglich ist und angestrebt wird.In the case of a suction cup, it is always important that the first area is so elastic that a return to an unloaded original shape is possible and desirable.

Bevorzugt wird die Elastizität des ersten Bereiches so gewählt, dass eine gewisse Nachgiebigkeit und somit die Möglichkeit der Anpassung an gewölbte Substratoberflächen gewährleistet wird. Im Gegensatz zu starren Strukturen, wie Druckkappen und ähnlichem, gewährleistet dies die Anpassungsmöglichkeit an Gestaltabweichungen über mehrere Ordnungen (Formabweichungen, Welligkeit, verschiedenen Rauheitsordnungen) zu erstrecken.The elasticity of the first area is preferably selected in such a way that a certain resilience and thus the possibility of adaptation to curved substrate surfaces is ensured. In contrast to rigid structures such as pressure caps and the like, this ensures the possibility of adapting to shape deviations over several orders (shape deviations, waviness, different orders of roughness).

Gleichzeitig ist es notwendig, den ersten Bereich ausreichend stabil auszubilden, um eine optimale Kraftübertragung auf den zweiten Bereich zu gewährleisten. Das erste Material sollte steif genug sein, um eine Kraftübertragung beim Befestigen des Saugnapfes auf der Substratoberfläche zu gewährleisten bzw. eine entgegen des Ablösens von der Substratoberfläche gerichtete Kraft (elastische oder Rückstellkraft, welcher den Saugeffekt/Unterdruck erzeugt) zu übertragen. Für Saugnäpfe, welche auf rauen, jedoch nicht gewölbten Substratoberflächen eingesetzt werden sollen, darf der erste Bereich auch eine deutlich höhere Elastizität und Härte erreichen.At the same time, it is necessary to design the first area to be sufficiently stable in order to ensure optimal power transmission to the second area. The first material should be stiff enough to ensure force transmission when attaching the suction cup to the substrate surface or to transmit a force directed against detachment from the substrate surface (elastic or restoring force that creates the suction effect/negative pressure). For suction cups that are to be used on rough but not curved substrate surfaces, the first area can also achieve a significantly higher elasticity and hardness.

Bei industriellen Anwendungen, z.B. in Form von Vakuumgreifern, kann der erste Bereich auch aus wenig elastischem Material oder sogar Metall oder einem anderen festen bzw. nicht oder nur wenig elastischen Material bestehen und sehr viel dünner im Vergleich zum zweiten Bereich sein.In industrial applications, e.g. in the form of vacuum grippers, the first area can also consist of less elastic material or even metal or another solid or non-elastic or only little elastic material and be much thinner compared to the second area.

Je weicher und dicker das zweite Material ist, desto besser lässt sich der zweite Bereich an raue bzw. unebene und/oder gekrümmte Substratoberflächen ansaugen.The softer and thicker the second material, the better the second area can be sucked onto rough or uneven and/or curved substrate surfaces.

Der Saugnapf von Northern Clingfish weist einen ungewöhnlich breiten Randbereich auf, welcher positiv zur Abdichtung auf extrem rauen Oberflächen beiträgt. So hat es sich auch in der technischen Umsetzung für die Anwendung auf rauen bis sehr rauen Untergründen als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn der zweite Bereich einen möglichst großen Teil der Saugnapfoberfläche bedeckt. Dies verbessert gegenüber ringförmigen, dichtungsartigen elastischen Materialschichten die Abdichtung, da nicht nur feine sondern auch gröbere Oberflächenstrukturen komplett durch den ultraweichen zweiten Bereich abgedeckt und eingefasst werden können.The Northern Clingfish suction cup features an unusually wide rim that helps seal extremely rough surfaces. It has also proven to be particularly advantageous in the technical implementation for use on rough to very rough surfaces if the second area covers as large a part of the suction cup surface as possible. Compared to annular, gasket-like elastic material layers, this improves the seal, since not only fine but also coarser surface structures can be completely covered and enclosed by the ultra-soft second area.

Dabei sollte der ultraweiche Bereich nicht in seiner radialen oder horizontalen Bewegungsfreiheit durch innere oder äußere Anschläge oder starre Strukturen an dem Trägerelement in seiner Ausbreitung eingeschränkt werden, da dies die Anpassung an gröbere Oberflächenstrukturen sowie an Rauheiten verschiedener Ordnung beeinträchtigen würde.The ultra-soft area should not be restricted in its radial or horizontal freedom of movement by internal or external stops or rigid structures on the carrier element, since this would impair the adaptation to coarser surface structures and to roughness of different orders.

Insbesondere weist der zweite Bereich einen größeren Außendurchmesser auf als der erste Bereich. Durch die vergrößerte Fläche wird vorteilhafterweise eine optimale Abdichtung des Kontaktbereiches zwischen der Substratoberfläche und dem zweiten Bereich des Saugnapfs oder Vakuumgreifers gewährleistet, da sich das Material des zweiten Bereiches an die Substratoberfläche anpasst.In particular, the second area has a larger outside diameter than the first area. The enlarged area advantageously ensures optimal sealing of the contact area between the substrate surface and the second area of the suction cup or vacuum gripper, since the material of the second area adapts to the substrate surface.

Der erste und der zweite Bereich können auch einen gleichen bzw. annähernd gleichen Außendurchmesser aufweisen.The first and the second area can also have the same or approximately the same outer diameter.

Die Substratoberfläche kann an einem Substrat, z.B. einem beliebigen Gegenstand oder Bauteil oder auch an biologischen Strukturen ausgebildet sein.The substrate surface can be formed on a substrate, e.g. any object or component or on biological structures.

Sowohl der erste, als auch der zweite Bereich sind idealerweise vollflächig ausgebildet.Both the first and the second area are ideally designed over the full area.

Es ist aber auch möglich, dass der erste Bereich vollflächig ausgebildet ist und der zweite Bereich sich nur über einen breiten Randbereich des ersten Bereiches erstreckt. In dem Bereich zwischen einem solchen durchgehenden Randbereich und in Richtung zur Mitte des Saugnapfes kann der zweite Bereich bereichsweise unterbrochen sein.However, it is also possible for the first area to be formed over the entire area and for the second area to only extend over a wide edge area of the first area. In the area between such a continuous edge area and towards the center of the suction cup, the second area can be interrupted in areas.

Die Unterbrechung des zweiten Bereiches ist insbesondere bei Vakuumgreifern erforderlich.The interruption of the second area is particularly necessary with vacuum grippers.

Ist der zweite Bereich nur über einen breiten Randbereich ausgebildet muss sich die Fläche zumindest über den Bereich erstrecken, in dem eine Haftung an die darunterliegende Substratoberfläche gewährleistet werden soll. Die möglichst breite Ausbildung der Kontaktfläche verbessert die Abdichtung auf stark strukturiertem Untergrund.If the second area is only formed over a wide edge area, the surface must extend at least over the area in which adhesion to the underlying substrate surface is to be ensured. The widest possible design of the contact surface improves the seal on a heavily structured substrate.

Dabei hat sich eine Flächenbeckung von mindestens 55%, insbesondere mindestens 65% idealerweise mehr als 75% der Saugnapfoberfläche als geeignet bzw. vorteilhaft bzw. erwiesen.A surface coverage of at least 55%, in particular at least 65%, ideally more than 75% of the suction cup surface has proven to be suitable or advantageous or proven.

Es ist weiterhin möglich, dass der zweite Bereich vollflächig ausgebildet ist und der erste Bereich über die Fläche bzw. den Durchmesser bzw. Radius des ersten Bereiches verteilt eine oder mehrere Unterbrechungen aufweist. Auf diese Art kann der erste Bereich beispielsweise sternförmig, gitterförmig oder in einer beliebigen Ausprägung ausgebildet sein, die eine ausreichende Kraftübertragung auf den zweiten Bereich gewährleistet.It is also possible for the second area to be embodied over the entire area and for the first area to have one or more interruptions distributed over the area or the diameter or radius of the first area. In this way, the first area can be designed, for example, in the shape of a star, a lattice, or in any desired shape that ensures a sufficient transmission of force to the second area.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der zweite Bereich zumindest bereichsweise eine Dicke von 1 mm bis 5 mm bevorzugt mindestens 1,5 mm besonders bevorzugt mindestens 2,5 mm bis 3 mm auf.In a preferred embodiment of the invention, the second area has a thickness of 1 mm to 5 mm, preferably at least 1.5 mm, particularly preferably at least 2.5 mm to 3 mm, at least in places.

Die optimale absolute Dicke des zweiten Bereiches hängt von der Größe des Saugnapfes ab, sie beträgt in einem unbelasteten Zustand bevorzugt 3 bis 8%, besonders bevorzugt 3,5-7% des Durchmessers oder einer Länge oder Breite des ersten Bereiches der Saugvorrichtung.The optimum absolute thickness of the second area depends on the size of the suction cup, it is preferably 3 to 8%, particularly preferably 3.5-7% of the diameter or a length or width of the first area of the suction device in an unloaded state.

Daher kann die Dicke des zweiten Bereiches in einigen Ausführungsformen auch weniger als 1 mm betragen.Therefore, the thickness of the second area can also be less than 1 mm in some embodiments.

Mit zunehmender Dicke des zweiten Bereiches steigt dabei der tolerierte Grad an Oberflächenunregelmäßigkeiten, welche die anzuhaftende Oberfläche aufweisen kann um noch eine sichere und anhaltende Haftung der Saugvorrichtung (insbesondere des Saugnapfes, Saughebers oder Vakuumgreifers) an die Oberfläche zu gewährleisten. So haben Versuche gezeigt, dass Saugnäpfe mit einer geringeren Dicke des zweiten Bereiches (kleiner/gleich 2,5%) nicht auf stark rauen Oberflächen (Rauheit bzw. Oberflächenstrukturierung ab bzw. größer als 1mm) haften können.As the thickness of the second area increases, the tolerated degree of surface irregularities that the surface to be adhered to can have in order to ensure secure and lasting adhesion of the suction device (in particular the suction cup, suction lifter or vacuum gripper) to the surface increases. Tests have shown that suction cups with a lower thickness of the second area (less than or equal to 2.5%) cannot adhere to extremely rough surfaces (roughness or surface structure greater than or greater than 1mm).

Auch die Fähigkeit an gewölbten Oberflächen zu haften erhöht sich mit der Dicke des zweiten Bereiches und ggf. mit dem Durchmesser des Saugnapfes und der Elastizität des ersten Bereichs.The ability to adhere to curved surfaces also increases with the thickness of the second region and, if applicable, with the diameter of the suction cup and the elasticity of the first region.

Bevorzugt besteht das wenigstens eine Material des zweiten Bereiches aus wenigstens einem Polymer und/oder wenigstens einem Elastomer oder einer Kombination aus jeweils einem oder mehreren Polymeren und/oder Elastomeren. Dabei kommen beispielsweise thermoplastische Elastomere, Kautschuk, Naturkautschuk oder Silikon infrage. Bevorzugt werden Silikon und/oder Elastomere verwendet. Beispielsweise bei einer Variante wurde der zweite Bereich aus Platinum-katalysierten Silikonen hergestellt.The at least one material of the second region preferably consists of at least one polymer and/or at least one elastomer or a combination of one or more polymers and/or elastomers. Here, for example, thermoplastic elastomers, caoutchouc, natural caoutchouc or silicone come into question. Silicone and/or elastomers are preferably used. For example, in one variant, the second region was made from platinum-catalyzed silicones.

Für die Funktionsfähigkeit des zweiten Bereiches ist es unwesentlich, ob er klebrig ist oder nicht. Bevorzugt weist das Material der zweiten Schicht - des zweiten Bereiches keine oder nur eine geringe Klebrigkeit (90° Schälfestigkeit weniger als 45,4 g/in) auf.For the functionality of the second area, it is immaterial whether it is sticky or not. Preferably, the material of the second layer—of the second region—has little or no tack (90° peel strength less than 45.4 g/in).

Das erste Material besteht insbesondere aus einem elastischen Kunststoff, z.B. beispielsweise thermoplastische Elastomere, Kautschuk, Naturkautschuk oder Silikon.The first material consists in particular of an elastic plastic, e.g., for example, thermoplastic elastomers, caoutchouc, natural caoutchouc or silicone.

Es besteht die Möglichkeit, dass sich das verwendete Material bzw. die Materialkombination auch über die Fläche des Saugnapfes, bevorzugt von außen nach innen ändert.There is the possibility that the material used or the combination of materials also changes over the surface of the suction cup, preferably from the outside to the inside.

Die extreme Weichheit des zweiten Bereiches insbesondere in Kombination mit der hohen Schichtdicke desselben kann neben der gewünschten verbesserten Abdichtung auf sehr rauen Oberflächen jedoch auch dazu führen, dass der Saugnapf im Kontaktbereich zum Untergrund leichter nachgibt. Dies würde die Haltekraft der Saugvorrichtung sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung deutlich verringern. Um dem entgegen zu wirken wurden Ausführungen zur Erhöhung der Reibungseigenschaften entwickelt. Inspiration erfolgte auch hier durch Northern Clingfish, dessen hierarchischen Strukturen des äußerst anpassungsfähigen Saugnapfrandes die Reibungseigenschaften verbessern. Die Erhöhung der Reibungseigenschaften wurde in dieser Erfindung jedoch anders umgesetzt.The extreme softness of the second area, in particular in combination with the high layer thickness of the same, can, in addition to the desired improved sealing on very rough surfaces, also lead to the suction cup yielding more easily in the area of contact with the substrate. This would significantly reduce the holding power of the suction device both in the vertical and in the horizontal direction. To counteract this, designs to increase the friction properties were developed. Here, too, inspiration came from Northern Clingfish, whose hierarchical structures of the extremely adaptable suction cup edge improve the friction properties. However, the increase in frictional properties was implemented differently in this invention.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind in das wenigstens eine zweite Material des zweiten Bereiches Partikel und/oder Fasern integriert, die härter bzw. sehr viel härter sind als das zweite Material.In a preferred embodiment, particles and/or fibers that are harder or very much harder than the second material are integrated into the at least one second material of the second region.

Alternativ oder zusätzlich können innerhalb des zweiten Bereiches auch Säulen bzw. säulenartige Strukturen mit rundem oder mehreckigem Querschnitt eingebettet sein, die aus einem elastischen Material bestehen, welches jedoch härter ist als das Material des zweiten Bereiches.Alternatively or additionally, columns or column-like structures with a round or polygonal cross-section can also be embedded within the second area, which consist of an elastic material that is, however, harder than the material of the second area.

Die Säulen bzw. säulenartigen Strukturen weisen insbesondere einen sechseckigem Querschnitt auf, sind bevorzugt wabenartig angeordnet, und bestehen aus einem etwas härterem Material (kleiner oder gleich Shore A 70, insbesondere Shore A 5 bis 30), Diese sind vorzugsweise in das ultraweiche Material des zweiten Bereiches eingebettet. Diese Struktur erhöht die Stabilität und die Reibungseigenschaften des zweiten Bereiches und gewährleisten gleichzeitig, ähnlich wie die wabenartig angeordneten Papillen auf dem Clingfish Saugnapf, eine extrem gute Anpassung an grobe Oberflächenunebenheiten (Gestaltabweichungen der unteren Ordnungen). Das ultraweiche, die Säulen umgebende Material ermöglich eine gewisse Bewegungsfähigkeit der Säulen zum Untergrund hin bei gleichzeitiger Sicherstellung der Abdichtung zu den Seiten und zum Untergrund und verhindert darüber hinaus unerwünschtes Verkleben der Säulen untereinander.The columns or column-like structures have in particular a hexagonal cross-section, are preferably arranged in a honeycomb manner, and consist of a somewhat harder material (less than or equal to Shore A 70, in particular Shore A 5 to 30). These are preferably in the ultra-soft material of the second area embedded. This structure increases the stability and the friction properties of the second area and at the same time, similar to the honeycomb arranged papillae on the Clingfish suction cup, ensures an extremely good adaptation to rough surface irregularities (shape deviations of the lower orders). The ultra-soft material surrounding the pillars allows the pillars to move to a certain extent in relation to the substructure while at the same time ensuring sealing to the sides and substructure and also prevents undesirable sticking of the pillars to one another.

Das ultraweiche Material, welches die sechseckigen Säulen überdeckt, kann dabei zusätzlich härtere Partikel oder Fasern enthalten, um die Reibungseigenschaften des zweiten Bereiches weiter zu verbessern.The ultra-soft material covering the hexagonal columns can also contain harder particles or fibers in order to further improve the friction properties of the second area.

Vorteilhafterweise verbessern derartige Partikel und/oder Fasern und/oder Säulen bzw. säulenartige Strukturen die Reibungseigenschaften des Saugnapfes in Bezug zu der Substratoberfläche. Es kommt unter anderem zu einem Entgegenwirken des Einwärtsgleitens des Saugnapfrandes beim Ziehen der Saugvorrichtung (insbesondere des Saugnapfes bzw. Vakuumgreifers) in eine Richtung vertikal von der Substratoberfläche, an welcher der Saugnapf haftet. Dies führt schließlich zu höheren Haltekräften der Saugvorrichtung (insbesondere des Saugnapfes, Saughebers bzw. Vakuumgreifers). Die erhöhten Reibungseigenschaften erhöhen nicht nur die Haltekraft in Richtung senkrecht zur Substratoberfläche, sondern auch die Scherkräfte, die parallel zur Substratoberfläche wirkenden Kräften standhalten. In letzterem Fall wird der ganze Saugnapf/die Saugvorrichtung (bzw. die an der Substratoberfläche anhaftenden Bereiche) parallel zur Substratoberfläche gezogen.Such particles and/or fibers and/or columns or column-like structures advantageously improve the frictional properties of the suction cup in relation to the substrate surface. Among other things, there is a counteracting of the inward sliding of the edge of the suction cup when the suction device (in particular the suction cup or vacuum gripper) is pulled in a direction vertical from the substrate surface to which the suction cup is adhering. This ultimately leads to higher holding forces of the suction device (especially the suction cup, suction lifter or vacuum gripper). The increased frictional properties increase not only the holding force in the direction perpendicular to the substrate surface, but also the shear forces that resist forces acting parallel to the substrate surface. In the latter case, the entire suction cup/suction device (or the areas adhering to the substrate surface) is pulled parallel to the substrate surface.

Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, dass die Partikel und/oder Fasern und/oder Säulen bzw. säulenartigen Strukturen derart in das wenigstens eine zweite Material integriert sind, dass die Saugnapfoberfläche und die Partikel bei einer auf die Saugnapfoberfläche in Richtung zur Substratoberfläche wirkenden Kraft in Richtung zur Substratoberfläche gedrückt werden und sich an eine gekrümmte Kontur der Substratoberfläche anpressen und/oder in Ausnehmungen eines Rauheitsprofils der Substratoberfläche zumindest teilweise eingepresst werden.It has proven to be particularly advantageous for the particles and/or fibers and/or columns or columnar structures to be integrated into the at least one second material in such a way that the suction cup surface and the particles move in the direction of the substrate surface when a force acts on the suction cup surface are pressed in the direction of the substrate surface and are pressed against a curved contour of the substrate surface and/or are at least partially pressed into recesses of a roughness profile of the substrate surface.

Bevorzugt ist die Saugnapfoberfläche des zweiten Bereiches, welche mit einer Substratoberfläche in Kontakt kommt, bei Nichtbelastung nahezu vollständig glatt, weist also nahezu keine Erhebungen auf. Die Saugnapfoberfläche des zweiten Bereiches ist idealerweise so glatt wie ungefähr Glas mit einer glatten Oberfläche ausgebildet (bevorzugt < 1 µm Rauheit). Vorteilhafterweise bleibt dadurch bei erhöhter Reibung die Abdichtung des Saugnapfes auf glatten bis rauen Substratoberflächen erhalten. Da das Material des zweiten Bereiches aber extrem weich ist, sind auch gewisse Rauheiten der Saugnapfoberfläche des zweiten Bereiches tolerierbar.The suction cup surface of the second region, which comes into contact with a substrate surface, is preferably almost completely smooth when not under load, ie has almost no elevations. The suction cup surface of the second region is ideally as smooth as approximately glass with a smooth surface finish (preferably <1 µm roughness). Advantageously, the sealing of the suction cup on smooth to rough substrate surfaces is maintained in the event of increased friction. However, since the material of the second area is extremely soft, certain roughnesses of the suction cup surface of the second area can also be tolerated.

Wenn eine in Richtung zur Substratoberfläche wirkende Druckbelastung bei angesaugter Saugvorrichtung erfolgt, werden die Partikel und/oder Fasern innerhalb des zweiten Bereiches in Richtung zur Substratoberfläche gedrückt. Auf diese Art können sie sich an eine gekrümmte Kontur und/oder an ein Rauheitsprofil der Substratoberfläche anpassen. Die Reibungserhöhung wirkt somit nur unter Druck. Der Druck wird am Rand des Saugnapfes durch die Rückstellkraft des ersten Bereiches des Saugnapfes aufgebaut bzw. erzeugt. Der Bereich des Saugnapfrandes, der mit der Substratoberfläche in Kontakt steht, kann jedoch sehr breit sein.If a pressure load acting in the direction of the substrate surface occurs when the suction device is sucked in, the particles and/or fibers within the second region are pressed in the direction of the substrate surface. In this way they can adapt to a curved contour and/or to a roughness profile of the substrate surface. The increase in friction therefore only works under pressure. The pressure is built up or generated at the edge of the suction cup by the restoring force of the first area of the suction cup. However, the area of the suction cup edge that is in contact with the substrate surface can be very wide.

Weiterhin können in der ersten Schicht Erhöhungen und/oder eine Struktur ausgebildet sein, die in die zweite Schicht hinein ragen/ragt und bei Druckausübung in die zweite Schicht pressbar sind. Diese Erhöhungen sind beispielsweise in der Form von regelmäßig oder unregelmäßig verteilten punktförmigen Erhöhungen ausgebildet oder sie erstrecken sich strahlenförmig von der Mitte / dem Zentrum des Saugnapfes radial nach außen. Größe und Struktur der Erhöhungen können auf die Oberflächenstruktur des Substrates abgestimmt werden, um die Reibungserhöhung zu optimieren.Furthermore, elevations and/or a structure can be formed in the first layer, which protrude/protrudes into the second layer and can be pressed into the second layer when pressure is exerted. These elevations are designed, for example, in the form of regularly or irregularly distributed punctiform elevations, or they extend radially outwards from the middle/the center of the suction cup. The size and structure of the elevations can be matched to the surface structure of the substrate in order to optimize the increase in friction.

Die dann in der ersten Schicht vorhandenen Erhöhungen / bzw. die Struktur ragt somit in die zweite Schicht hinein und übt dann im Wesentlichen die gleiche Funktion aus wie die Partikel in der zweiten Schicht, die also bei Druckausübung gegen die Substratoberfläche, insbesondere in die Täler der Oberflächenstruktur eingedrückt werden und so die Reibung erhöhen.The elevations/structure then present in the first layer thus protrudes into the second layer and then performs essentially the same function as the particles in the second layer, which are thus pressed against the substrate surface when pressure is exerted, in particular in the valleys of the surface structure and thus increase the friction.

Wichtig ist, dass bei einer Saugvorrichtung in Form eines Saugnapfes der obere Teil des Saugnapfes, also der erste Bereich, eine hohe Rückstellkraft aufweist, damit er einen starken Druck entwickelt.It is important that in the case of a suction device in the form of a suction cup, the upper part of the suction cup, ie the first area, has a high restoring force so that it develops a strong pressure.

Ist der Saugnapf Bestandteil eines Saughebers so kann der Unterdruck alternativ auch durch mechanisches Anheben des ersten Bereiches erzeugt werden. Einige Saugheber sind dabei mit einer Vakuumpumpe ausgestattet, die manuell betätigt wird und durch welche der Unterdruck erzeugt wird.If the suction cup is part of a suction lifter, the negative pressure can alternatively also be generated by mechanically lifting the first area. Some siphons are equipped with a vacuum pump that is operated manually and through which the negative pressure is generated.

Der zweite Bereich der Saugvorrichtung enthält vorteilhafterweise Partikel und/oder Fasern aus einem harten Material. Wenn bei einer an die Substratoberfläche angesaugten Saugvorrichtung der zweite Bereich unter Anpressdruck steht, drücken die Partikel/Fasern auf bzw. in die Substratoberfläche. Letzteres erhöht die Reibung zwischen dem zweiten Bereich und der Substratoberfläche und erhöht damit die Haltekraft der gesamten Saugvorrichtung in Form des Saugnapfes, Saughebers oder Vakuumgreifers, der somit ein höheres Gewicht halten kann.The second area of the suction device advantageously contains particles and/or fibers of a hard material. If the second area is under contact pressure in the case of a suction device sucked onto the substrate surface, the particles/fibers press onto or into the substrate surface. The latter increases the friction between the second area and the substrate surface and thus increases the holding power of the entire suction device in the form of the suction cup, suction lifter or vacuum gripper, which can therefore hold a greater weight.

Im Fall eines Vakuumgreifers kann der Druck anstelle durch die Rückstellkraft des ersten Bereiches auch durch das Anlegen eines Vakuums (durch Vakuumpumpe) erzeugt werden. In the case of a vacuum gripper, the pressure can also be generated by applying a vacuum (using a vacuum pump) instead of by the restoring force of the first area.

Als Partikel können dabei sowohl Partikel im herkömmlichen Sinne und/oder auch Fasern, Faserbruchstücke oder Flächengebilde verwendet werden.Both particles in the conventional sense and/or fibers, fiber fragments or fabrics can be used as particles.

Besonders bevorzugt werden harte oder sehr harte Partikel und/oder Fasern aus Glas, Stein (Basalt), Sand, Keramik, Metall, Harze, Korund, bzw. Diamantpartikel und dergleichen einzeln oder in Kombinationen verwendet.Particular preference is given to using hard or very hard particles and/or fibers made of glass, stone (basalt), sand, ceramics, metal, resin, corundum or diamond particles and the like, individually or in combination.

Dabei werden bei raueren Substratoberflächen vorzugsweise größere Partikel und/oder Fasern und bei Substratoberflächen mit einer geringeren Rauheit kleinere Partikel und/oder Fasern verwendet. Bevorzugt weisen die Partikel und/oder Fasern einen Durchmesser von 40 % bis 70 % der Größe der Zwischenräume des Rauheitsprofils der Substratoberfläche auf. Insbesondere weisen die Partikel einen Durchmesser von etwa 60 % der Größe der Zwischenräume der zu haftenden Oberfläche auf.Larger particles and/or fibers are preferably used in the case of rougher substrate surfaces and smaller particles and/or fibers are used in the case of substrate surfaces with less roughness. The particles and/or fibers preferably have a diameter of 40% to 70% of the size of the interstices of the roughness profile of the substrate surface. In particular, the particles have a diameter of about 60% of the size of the interstices of the surface to be bonded.

Meist erreicht man mit Partikeln von 10 µm bis 200 µm Durchmesser recht gute Ergebnisse. Fasern einer Stärke von 5 µm bis 30 µm und 0,1 mm bis 1 mm Länge sind ebenfalls auf den meisten rauen Substratoberflächen einsetzbar. Es können nur Mikrokugeln, nur Fasern oder auch Gemische von verschiedenen Größen und Formen eingesetzt werden, zum Beispiel für Substrate, mit unterschiedlichen Korngrößen und Rautiefen sowie zur Abdeckung von zuvor nicht bekannten Oberflächen.Very good results are usually achieved with particles with a diameter of 10 µm to 200 µm. Fibers 5 µm to 30 µm thick and 0.1 mm to 1 mm long can also be used on most rough substrate surfaces. Only microspheres, only fibers or mixtures of different sizes and shapes can be used, for example for substrates with different grain sizes and roughness depths and to cover previously unknown surfaces.

Ist beispielsweise für spezielle Anwendungen die Substratoberfläche bekannt, kann man auch durch einige Vorversuche mit verschiedenen Materialien des ersten und/oder zweiten Bereiches und/oder Partikeln/Fasern, der Saugvorrichtung die am besten geeignete Materialkonfiguration für diesen Anwendungsfall ermitteln. Neben der Partikelgröße kann auch die Partikelform an die jeweilige Substratoberfläche angepasst werden und es können unterschiedliche Partikelformen und/oder Größen in den zweiten Bereich integriert sein.For example, if the substrate surface is known for special applications, the most suitable material configuration for this application can also be determined by a few preliminary tests with different materials of the first and/or second area and/or particles/fibers of the suction device. In addition to the particle size, the particle shape can also be adapted to the respective substrate surface and different particle shapes and/or sizes can be integrated into the second area.

In bestimmten Ausführungen ist der zweite Bereich lösbar an dem ersten Bereich befestigt. Dadurch kann der zweite Bereich, der sich bei bestimmten Anwendungen schneller abnutzt, separat gefertigt und bei Bedarf ausgetauscht werden. Ebenso ist eine individuelle Anpassung des zweiten Bereiches an verschiedene Substratoberflächen möglich.In certain implementations, the second portion is releasably attached to the first portion. This allows the second area, which wears out more quickly in certain applications, to be manufactured separately and replaced if necessary. An individual adaptation of the second area to different substrate surfaces is also possible.

Der zweite Bereich kann auch an den ersten Bereich geklebt und/oder durch ein Vakuum an dem ersten Bereich befestigt sein. Auch eine mechanische Verbindung, beispielsweise durch ineinandergreifende Verbindungselemente, ist denkbar.The second portion may also be glued and/or vacuum attached to the first portion. A mechanical connection, for example by interlocking connecting elements, is also conceivable.

Es ist alternativ möglich, die Saugvorrichtung (den Saugnapf oder Vakuumgreifer) einteilig auszubilden oder den zweiten Bereich unlösbar mit dem ersten Bereich zu verbinden.Alternatively, it is possible to form the suction device (the suction cup or vacuum gripper) in one piece or to connect the second area to the first area in a non-detachable manner.

Die Saugvorrichtung (Saugnapf oder Vakuumgreifer) kann beispielsweise durch 3D-Druck, Abformungsverfahren oder durch ein Zwei-Komponenten-Spritzgießverfahren gefertigt werden. Auch kann der zweite Bereich an den ersten Bereich angespritzt sein. Alternativ werden der erste und der zweite Bereich separat gefertigt und anschließend miteinander lösbar oder unlösbar verbunden.The suction device (suction cup or vacuum gripper) can be manufactured, for example, by 3D printing, molding processes or a two-component injection molding process. Also he can second area can be molded onto the first area. Alternatively, the first and the second area are manufactured separately and then connected to one another in a detachable or non-detachable manner.

Es ist auch eine Verfahrenskombination der vorgenannten Verfahren möglich.A combination of the aforementioned methods is also possible.

Die Saugvorrichtung (Saugnapf oder Vakuumgreifer) weist bevorzugt einen Durchmesser im Bereich von 20 mm bis 25 cm auf. Aber je nach Einsatzfall sind auch deutlich kleinere und deutlich größere Durchmesser denkbar.The suction device (suction cup or vacuum gripper) preferably has a diameter in the range from 20 mm to 25 cm. But depending on the application, significantly smaller and significantly larger diameters are also conceivable.

Der Durchmesser der Saugvorrichtung (des Saugnapfes oder Vakuumgreifers) sollte dabei auch der Form und Größe des Substrats bzw. des zu haltenden Objektes angepasst sein.The diameter of the suction device (of the suction cup or vacuum gripper) should also be adapted to the shape and size of the substrate or the object to be held.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das wenigstens eine zweite Material ein quellfähiges Material und/oder beinhaltet quellfähige Partikel und/oder ist der zweite Bereich an der Saugnapfoberfläche mit einem quellfähigen Material beschichtet.In a preferred embodiment of the invention, the at least one second material is a swellable material and/or contains swellable particles and/or the second area on the surface of the suction cup is coated with a swellable material.

Vorteilhafterweise können durch das quellfähige Material kleinere Lücken zwischen Saugnapf bzw. Vakuumgreifer und Substratoberfläche geschlossen werden. Dadurch wird beispielsweise die Abdichtung für Langzeitanwendungen auf schwierigen Untergründen, unter Wasser (wie z.B. in Gewässern, im Teich, im Schwimmbad) oder in nasser Umgebung (wie z.B. in Nassräumen) verbessert. Ein geeignetes quellfähiges Material ist beispielsweise Hydrogel. Quellprodukte auf Kautschukbasis und aus Acrylatpolymere sind denkbar sowie sonstige andere quellfähige Materialien.Advantageously, smaller gaps between the suction cup or vacuum gripper and the substrate surface can be closed by the swellable material. This, for example, improves the seal for long-term applications on difficult substrates, under water (e.g. in bodies of water, in a pond, in a swimming pool) or in a wet environment (e.g. in wet rooms). A suitable swellable material is, for example, hydrogel. Swelling products based on rubber and made from acrylate polymers are conceivable, as well as other swellable materials.

Der Saugnapf weist bevorzugt ein Anschluss- oder Griffelement und/oder bei Einsatz als Vakuumgreifer einen Anschluss für eine Vakuumpumpe auf, über den ein Vakuum zwischen der Saugnapfoberfläche und einer zu kontaktierenden Substratoberfläche herstellbar ist.The suction cup preferably has a connection or gripping element and/or, when used as a vacuum gripper, a connection for a vacuum pump, via which a vacuum can be produced between the surface of the suction cup and a substrate surface to be contacted.

Das Anschluss- oder Griffelement und/oder der Anschluss für eine Vakuumpumpe sind vorzugsweise am ersten Bereich und besonders bevorzugt auf der dem zweiten Bereich gegenüberliegenden Seite des ersten Bereiches angeordnet.The connection element or grip element and/or the connection for a vacuum pump are preferably arranged on the first area and particularly preferably on the side of the first area opposite the second area.

Das Anschluss- oder Griffelement dient der Befestigung von Objekten am Saugnapf. Das Anschluss- oder Griffelement kann ein oder mehrere Schraubgewinde, Haken, Ösen oder sonstige geeignete Befestigungselemente aufweisen oder in Form eines Hakens, einer Öse und dergleichen ausgebildet sein.The connection or handle element is used to attach objects to the suction cup. The connection or handle element can have one or more screw threads, hooks, eyelets or other suitable fastening elements or can be designed in the form of a hook, an eyelet and the like.

Wenn ein Anschluss für eine Vakuumpumpe vorgesehen ist, kann der Saugnapf als Greifer/Vakuumgreifer beispielsweise in Fertigungsanlagen bzw. industrielle oder andere spezielle Anwendungen eingesetzt werden.If a connection for a vacuum pump is provided, the suction cup can be used as a gripper/vacuum gripper, for example in manufacturing plants, industrial or other special applications.

Da der zweite Bereich insbesondere bei industriellen Anwendungen schneller verschleißt als der erste Bereich, ist dieser bevorzugt austauschbar an dem ersten Bereich befestigbar.Since the second area wears out faster than the first area, particularly in industrial applications, it can preferably be fastened to the first area in an exchangeable manner.

Die erfindungsgemäße Saugvorrichtung weist vorteilhafterweise im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen eine deutlich verbesserte Haftung an rauen, strukturierten und/oder gewölbten Oberflächen, sowie an feuchten Oberflächen und Oberflächen im Nassbereich auf. Durch die Kombination verschiedener erster und zweiter Bereiche kann eine Anpassung/Optimierung an unterschiedliche Anforderungen in Bezug auf unterschiedliche Substratoberflächen ermöglicht werden. Vorteilhafterweise haftet die erfindungsgemäße Saugvorrichtung darüber hinaus effizient an gewölbten Oberflächen.Compared to conventional solutions, the suction device according to the invention advantageously exhibits significantly improved adhesion to rough, structured and/or curved surfaces, as well as to moist surfaces and surfaces in wet areas. The combination of different first and second areas makes it possible to adapt/optimize to different requirements in relation to different substrate surfaces. Advantageously, the suction device according to the invention also adheres efficiently to curved surfaces.

Bei der präsentierten Erfindung handelt es sich dabei um eine weitere bionische Umsetzung des Clingfish-Saugnapf-Prinzips mit extrem guter Abdichtung auf rauen und/oder gekrümmten Oberflächen und der Ausnutzung erhöhter Reibung.The invention presented is a further bionic implementation of the Clingfish suction cup principle with extremely good sealing on rough and/or curved surfaces and the use of increased friction.

Die erfindungsgemäße Saugvorrichtung haftet auf Substratoberflächen wie technischen Oberflächen und auch auf natürlichen Oberflächen von beispielsweise Felsen oder sogar einigen Lebewesen oder auch Steinen bzw. Mineralien.The suction device according to the invention adheres to substrate surfaces such as technical surfaces and also to natural surfaces such as rocks or even some living beings or stones or minerals.

Die Substrate sollten dabei dicht bzw. undurchlässig für Fluide sein.The substrates should be tight or impermeable to fluids.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist es möglich, beispielsweise unter Wasser technische Elemente an Substratoberflächen zu befestigen, beispielsweise an Schiffsrümpfen, in Schwimmbecken, Teichen, Flussläufen oder auch an Wassertieren, um diese beispielsweise zu markieren.With the solution according to the invention it is possible, for example, to fasten technical elements to substrate surfaces under water, for example to ship hulls, in swimming pools, ponds, river courses or also to aquatic animals in order to mark them, for example.

Es sind aber auch technische Anwendungen im industriellen Bereich möglich. Beispielsweise kann die erfindungsgemäße Lösung in Montage- oder Fertigungsanlagen oder anderen Bereichen als Vakuumgreifer verwendet werden.However, technical applications in the industrial sector are also possible. For example, the solution according to the invention can be used in assembly or production systems or other areas as a vacuum gripper.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der erfindungsgemäße Vakuumgreifer zum Ansaugen an eine strukturierte Substratoberfläche eine bessere Abdichtung erzeugt, welche zu geringeren Unterdruckverlusten führt. Dadurch wird Energie eingespart, welche sonst für das aktive Erneuern des Unterdruckes aufgewendet werden müsste. Dadurch ist es möglich einen umweltfreundlicheren, energiesparenden Vakuumsauger bereitzustellen.A further advantage is that the vacuum gripper according to the invention creates a better seal for sucking onto a structured substrate surface, which leads to lower vacuum losses. This saves energy that would otherwise have to be used to actively renew the vacuum. This makes it possible to provide a more environmentally friendly, energy-saving vacuum pad.

Auch für Anwendungen im Haushalt und im Handwerker- bzw. Heimwerkerbereich ergeben sich vielfältige Möglichkeiten. Besonders interessant erscheint beispielsweise der Einsatz eines erfindungsgemäßen Saugnapfes an unebenen Fliesen in Bad und Küche oder die Verbindung von Bauelementen, deren Oberflächen nicht beschädigt werden dürfen.There are also many possibilities for applications in the household and for craftsmen and do-it-yourselfers. For example, the use of a suction cup according to the invention on uneven tiles in the bathroom and kitchen or the connection of components whose surfaces must not be damaged appears to be particularly interesting.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert, ohne dabei auf diese beschränkt zu sein.The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments and the associated drawings, without being restricted to these.

Dabei zeigen:

1: einen Querschnitt durch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Saugnapfes, welcher auf eine Substratoberfläche aufgesetzt wurde;
2: einen Querschnitt eines Saugnapfes gemäß 1, der an die Substratoberfläche angepresst wurde;
3: eine Einzelheit X gemäß 2,
4 Querschnitt durch eingebettete säulenartige Strukturen,
5 Längsschnitt durch eingebettete säulenartige Strukturen im unbelasteten Zustand,
6 Längsschnitt durch eingebettete säulenartige Strukturen im belasteten Zustand,
7: einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung mit einem Vakuumanschluss;
8: eine Draufsicht auf eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Saugnapfes mit einem vollflächigen ersten Bereich;
9: eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Saugnapfes mit einem gitterförmigen ersten Bereich;
10: eine Draufsicht auf noch eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Saugnapfes mit einem sternförmigen ersten Bereich; und
11: eine Draufsicht auf noch eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Saugnapfes mit einem alternativ geformten ersten Bereich,
12 die Prinzipdarstellung eines Vakuumsaugers mit einem ersten Bereich aus einem harten Material, wie z.B. Stahl oder Aluminium in der Draufsicht,
13 Vakuumsauger gem. 9 in der Schnittdarstellung als Prinzipskizze,
14 eine Variante des zweiten Bereiches 4 des Saugnapfes von unten,
15 a) Ansicht des ersten Bereiches von unten mit Erhöhungen / Strukturen, b) Erhöhungen / Strukturen im ersten Bereich, die bei Druckausübung in den zweiten Bereich und in das Rauheitsprofil der Substratoberfläche gedrückt werden,
16 Befestigungsvarianten des Saugnapfes a) und b) an einem Tränenblech befestigter Saugnapf, b) an dem ein Stein mit einem Gewicht von ca. 1 kg befestigt ist,
17 Diagramm zwischen Haltekraft in kg und Dicke L2 der zweiten Schicht in mm.

show:

1 : a cross section through an embodiment of the suction cup according to the invention, which was placed on a substrate surface;
2 : according to a cross section of a suction cup 1 , which was pressed to the substrate surface;
3 : a detail X according to 2 ,
4 cross-section through embedded columnar structures,
5 Longitudinal section through embedded columnar structures in the unloaded state,
6 Longitudinal section through embedded columnar structures in the loaded state,
7 : a cross section through a further embodiment of the solution according to the invention with a vacuum connection;
8th : a plan view of an embodiment of the suction cup according to the invention with a full-surface first area;
9 : a plan view of a further embodiment of the suction cup according to the invention with a latticed first area;
10 : a top view of yet another embodiment of the suction cup according to the invention with a star-shaped first area; and
11 : a top view of yet another embodiment of the suction cup according to the invention with an alternatively shaped first area,
12 the schematic representation of a vacuum cup with a first area made of a hard material, such as steel or aluminum in the top view,
13 Vacuum cup acc. 9 in the sectional view as a principle sketch,
14 a variant of the second area 4 of the suction cup from below,
15 a) View of the first area from below with elevations / structures, b) elevations / structures in the first area, which are pressed into the second area and into the roughness profile of the substrate surface when pressure is applied,
16 Attachment variants of the suction cup a) and b) suction cup attached to a checker plate, b) to which a stone with a weight of approx. 1 kg is attached,
17 Diagram between holding force in kg and thickness L2 of the second layer in mm.

In 1 ist ein Querschnitt durch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Saugnapfes 1, welcher auf eine Substratoberfläche 2 aufgelegt wurde, dargestellt. Der Saugnapf 1 weist einen ersten Bereich 3 mit einer Dicke d1 und einen zweiten Bereich 4 mit einer Dicke d2 auf. Der erste Bereich 3 ist aus einem ersten Material ausgebildet. Der zweite Bereich 4 ist aus einem zweiten Material ausgebildet, welches sehr viel weicher ist als das erste Material des ersten Bereiches 3. Der zweite Bereich 4 ist lösbar oder unlösbar mit dem ersten Bereich 3 verbunden oder mit diesem einteilig ausgebildet. Sowohl der erste Bereich 3, als auch der zweite Bereich 4 sind vollflächig ausgebildet. Der Außendurchmesser D1 des ersten Bereiches 3 ist kleiner als der Außendurchmesser D2 des zweiten Bereiches 4.In 1 a cross section through an embodiment of the suction cup 1 according to the invention, which was placed on a substrate surface 2, is shown. The suction cup 1 has a first area 3 with a thickness d1 and a second area 4 with a thickness d2. The first area 3 is made of a first material. The second area 4 is made of a second material, which is much softer than the first material of the first area 3. The second area 4 is detachably or non-detachably connected to the first area 3 or is formed in one piece with it. Both the first area 3 and the second area 4 are formed over the entire area. The outer diameter D1 of the first area 3 is smaller than the outer diameter D2 of the second area 4.

Die Saugnapfoberfläche 5 gelangt bei Auflage des Saugnapfes 1 auf die Substratoberfläche 2 eines Substrats bzw. Bauteils/Gegenstandes mit dieser Substratoberfläche 2 in Kontakt.When the suction cup 1 is placed on the substrate surface 2 of a substrate or component/object, the suction cup surface 5 comes into contact with this substrate surface 2 .

In das zweite Material des zweiten Bereiches 4 sind Partikel 6 eingebettet. Diese werden bei Druckeinwirkung in Richtung zur Substratoberfläche 2, beispielsweise durch Drücken auf ein Anschluss- oder Griffelement 7 des Saugnapfes 1 in Richtung zur Substratoberfläche 2 oder anschließend durch die Rückstellkraft des ersten Bereiches 3, durch den mit dem vergleichsweise weichen zweiten Bereich 4 gegen die Saugnapfoberfläche 5 und somit gegen die Substratoberfläche 2 gedrückt, wo sie sich in Ausnehmungen und/oder Vertiefungen der Substratoberfläche 2 anordnen können bzw. zumindest teilweise in die Ausnehmungen/Vertiefungen eingreifen und somit eine Reibungserhöhung zwischen der Saugnapfoberfläche 5 und der Substratoberfläche 2 herbeiführen. (Siehe auch 3).Particles 6 are embedded in the second material of the second region 4 . When pressure is applied in the direction of the substrate surface 2, for example by pressing on a connection or grip element 7 of the suction cup 1 in the direction of the substrate surface 2 or subsequently by the restoring force of the first area 3, the comparatively soft second area 4 against the surface of the suction cup 5 and thus pressed against the substrate surface 2, where they can be arranged in recesses and/or depressions in the substrate surface 2 or at least partially engage in the recesses/depressions and thus bring about an increase in friction between the suction cup surface 5 and the substrate surface 2. (See also 3 ).

Durch das Drücken des zweiten Bereiches 4 in Richtung zur Substratoberfläche 2 wird gleichzeitig auch das Fluid zwischen dem Hohlraum bzw. Innenraum des Saugnapfes 1 und der Substratoberfläche 2 zumindest teilweise herausgedrückt und dadurch ein Unterdruck zum Umgebungsdruck erzeugt, wodurch der Saugnapf 1 nach dem Lösen des Druckes/der Kraft auf den ersten Bereich 3 an der Substratoberfläche 2 haftet. Dies funktioniert bei Fluiden in Form von gasförmigen Medien (z. B. in Luft) und auch bei flüssigen Medien (z. B. in Wasser).By pressing the second area 4 in the direction of the substrate surface 2, the fluid between the cavity or interior of the suction cup 1 and the substrate surface 2 is at the same time at least partially pressed out, thereby creating a negative pressure compared to the ambient pressure, whereby the suction cup 1 after the pressure has been released / the force on the first region 3 adheres to the substrate surface 2. This works with fluids in the form of gaseous media (e.g. in air) and also with liquid media (e.g. in water).

Als nicht beschränkendes Ausführungsbeispiel sei ein Saugnapf 1 mit einem Durchmesser (entspricht dem Außendurchmesser D1 des ersten Bereiches 3) von etwa 50 mm bis 70 mm, bevorzugt 65 mm genannt, dessen zweiter Bereich 4 eine Dicke d2 von 1 mm bis 5 mm, bevorzugt 2,5 mm bis 4 mm aufweist. Das erste Material des ersten Bereiches 3 weist eine Härte von 60-80 Shore A sowie ein komplexes Modul G von 10 bis 50 MPa auf, während das zweite Material des zweiten Bereiches 4 eine Härte von Shore 00-10 bis Shore 00-35 und ein komplexes Modul G von 0,025 MPa aufweist.A non-limiting exemplary embodiment is a suction cup 1 with a diameter (corresponds to the outer diameter D1 of the first area 3) of about 50 mm to 70 mm, preferably 65 mm, whose second area 4 has a thickness d2 of 1 mm to 5 mm, preferably 2 .5 mm to 4 mm. The first material of the first area 3 has a hardness of 60-80 Shore A and a complex modulus G of 10 to 50 MPa, while the second material of the second area 4 has a hardness of Shore 00-10 to Shore 00-35 and a complex modulus G of 0.025 MPa.

Ein solcher exemplarischer Saugnapf kann sich sehr gut an Substratoberflächen 2 mit sehr großer Rauigkeit, wie z.B. Substratoberflächen mit Rt (Rautiefe) bis zu 1mm bis 2 mm und größer oder einer Korngröße von 1 mm bis 2 mm oder Unterschieden von 1 mm bis 2 mm in der Strukturhöhe der Substratoberfläche 2, anlagern. Ein solcher Saugnapf 1 kann auch effektiv an Substratoberflächen 2 mit einem Krümmungsradius von 2,5 cm bis 4 cm oder weniger bzw. auch mehr haften. Dazu wird der Saugnapf 1 mit einer Anpresskraft F1 (siehe 1) in Richtung zur Substratoberfläche 2 gepresst. Da der Saugnapf 1 von der Substratoberfläche 2 weg konvex gewölbt ist, wird der zwischen Saugnapfoberfläche 5 und Substratoberfläche 2 des Substrates gebildete Hohlraum reduziert und im Vergleich zum Umgebungsdruck ein Unterdruck erzeugt.Such an exemplary suction cup can be used very well on substrate surfaces 2 with very high roughness, such as substrate surfaces with Rt (roughness) of up to 1 mm to 2 mm and larger or a grain size of 1 mm to 2 mm or differences of 1 mm to 2 mm in the structure height of the substrate surface 2, accumulate. Such a suction cup 1 can also effectively adhere to substrate surfaces 2 with a radius of curvature of 2.5 cm to 4 cm or less or even more. To do this, the suction cup 1 is pressed with a contact pressure F1 (see 1 ) pressed towards the substrate surface 2. Since the suction cup 1 is convexly curved away from the substrate surface 2, the cavity formed between the suction cup surface 5 and the substrate surface 2 of the substrate is reduced and a negative pressure is generated in comparison to the ambient pressure.

2 zeigt einen Querschnitt durch dieselbe Ausführungsform des erfindungsgemäßen Saugnapfes 1 (gem. 1), der an die Substratoberfläche 2 angepresst wurde und daran haftet. Die Haftung erfolgt dadurch, dass der elastische erste Bereich 3 eine Rückstellkraft in seine Ausgangsform gemäß 1 ausübt, wodurch ein Unterdruck in dem Hohlraum h zwischen der Substratoberfläche 2 und dem zweiten Bereich 4 erzeugt wird. 2 shows a cross section through the same embodiment of the suction cup 1 according to the invention (according to 1 ), which was pressed onto the substrate surface 2 and adheres to it. The adhesion takes place in that the elastic first region 3 has a restoring force in accordance with its original shape 1 exerts, whereby a negative pressure in the cavity h between the substrate surface 2 and the second region 4 is generated.

Es ist erkennbar, dass sowohl der erste Bereich 3, als auch der zweite Bereich 4 elastisch nachgeben und der Saugnapf 1 mit der Saugnapfoberfläche 5 an die Substratoberfläche 2 gedrückt wird und sich der zweite Bereich 4 mit einem breiten Randbereich an die Substratoberfläche 2 angelegt hat. Die in das Material des zweiten Bereiches 4 integrierten Partikel 6 sind sehr viel härter als das Material des zweiten Bereiches 4 und werden durch den vergleichsweise weichen zweiten Bereich 4 gegen die Substratoberfläche 2 gedrückt, wo sie in Ausnehmungen und/oder Vertiefungen der Substratoberfläche 2 zumindest teilweise eingedrückt werden (Siehe 3) und somit eine Reibungserhöhung herbeiführen.It can be seen that both the first area 3 and the second area 4 yield elastically and the suction cup 1 is pressed with the suction cup surface 5 against the substrate surface 2 and the second area 4 has come into contact with the substrate surface 2 with a wide edge area. The particles 6 integrated into the material of the second area 4 are much harder than the material of the second area 4 and are pressed against the substrate surface 2 by the comparatively soft second area 4, where they at least partially penetrate into recesses and/or depressions in the substrate surface 2 be pressed (see 3 ) and thus bring about an increase in friction.

Wird eine vertikal zur Substratoberfläche 2 gerichtete Abzugskraft F2 auf das Anschluss- oder Griffelement 7 ausgeübt, so wird der Randbereich des ersten Bereiches 3 durch seine Rückstellkraft (sowie den gegebenenfalls zunehmenden Unterdruck) noch stärker gegen die Substratoberfläche 2 mit einer Gegenkraft FG gedrückt und dadurch die Reibung zwischen der Saugnapfoberfläche 5 und der Substratoberfläche 2 erhöht. Erst wenn die Kraft F2 so groß wird, dass die Reibkraft zwischen Saugnapfoberfläche 5 und der Substratoberfläche 2 über schritten wird, löst sich der Saugnapf 1 von der Substratoberfläche 2If a pull-off force F2 directed vertically to the substrate surface 2 is exerted on the connection or grip element 7, the edge area of the first area 3 is pressed even more strongly against the substrate surface 2 with a counterforce FG due to its restoring force (and the possibly increasing negative pressure) and as a result the Friction between the suction cup surface 5 and the substrate surface 2 increases. Suction cup 1 only detaches from substrate surface 2 when force F2 becomes so great that the frictional force between suction cup surface 5 and substrate surface 2 is exceeded

Es besteht auch die Möglichkeit zum Lösen des Saugnapfes dessen Randbereich zumindest bereichsweise anzuheben, so dass dadurch ein Druckausgleich zum Umgebungsdruck erfolgen kann.There is also the possibility of releasing the suction cup by raising its edge region at least in certain areas, so that the pressure can be equalized with the ambient pressure.

In 3 wird anhand der vergrößerten Einzelheit X gezeigt, wie Partikel 5 in die Ausnehmungen der Substratoberfläche 2 eingepresst werden, wodurch die Reibung zwischen der Substratoberfläche 2 und der hier nicht bezeichneten Saugnapfoberfläche an dem zweiten Bereich 4, der sich unter dem ersten Bereich 3 befindet, erhöht wird.In 3 the enlarged detail X shows how particles 5 are pressed into the recesses of the substrate surface 2, whereby the friction between the substrate surface 2 and the suction cup surface (not designated here) on the second area 4, which is located under the first area 3, is increased .

Bei Saughebern erfolgt nach dem Aufsetzen des Saugnapfes auf das Substrat ein Anheben in der Mitte des ersten Bereiches, wodurch der Unterdruck erzeugt wird und der Saugnapf am Substrat haftet.In the case of suction lifters, after the suction cup has been placed on the substrate, it is lifted in the middle of the first area, as a result of which the negative pressure is generated and the suction cup adheres to the substrate.

4 zeigt einen beispielhaften Querschnitt und 5 einen Längsschnitt durch in das zweite Material des zweiten Bereichs 4 eingebettete Säulen 6.1, die hier sechseckig ausgebildet und wabenartig angeordnet sind. Der im Querschnitt breiteste Bereich 6.1b der Säulen 6.1 (bei einem runden Querschnitt der Durchmesser) beträgt 0,1mm bis 5 mm. Die Abstände s zwischen den Säulen 6.1 betragen bevorzugt zwischen 0,1 bis 0,5 mm. Die Höhe der Säulen 6.1h beträgt bevorzugt zwischen 0,1 und 0,5 mm. 4 shows an example cross section and 5 a longitudinal section through the second material of the second region 4 embedded columns 6.1, which are here hexagonal and arranged in a honeycomb. The area 6.1b of the columns 6.1 that has the widest cross-section (the diameter in the case of a round cross-section) is 0.1 mm to 5 mm. The distances s between the columns 6.1 are preferably between 0.1 and 0.5 mm. The height of the columns 6.1h is preferably between 0.1 and 0.5 mm.

Die Abmessungen der Säulen 6 und deren Zwischenräume können den Abmessungen des Saugnapfes, insbesondere der Dicke des zweiten Bereiches angepasst werden und können bei sehr großen Durchmessern und/oder Dicken des zweiten Bereiches 4 auch größer sein.The dimensions of the columns 6 and the spaces between them can be adapted to the dimensions of the suction cup, in particular the thickness of the second area, and can also be larger in the case of very large diameters and/or thicknesses of the second area 4 .

Zusätzlich können in das Material des zweiten Bereiches 4 Partikel 6 eingebettet sein. Der Längsschnitt durch eingebettete säulenartige Strukturen bzw. Säulen 6.1 gemäß 4 und 5 im belasteten Zustand wird in 6 dargestellt. Deren Höhe h beträgt insbesondere 0.2 bis 4mm. Durch die Säulen 6.1, hier in Verbindung mit den eingebetteten Partikeln 6, erhöhen sich Stabilität und Reibungseigenschaften des zweiten Bereiches 4 und gewährleisten gleichzeitig eine extrem gute Anpassung an starke Oberflächenunebenheiten des in 6 dargestellten Substrates S. Das ultraweiche umgebende Material ermöglich eine gewisse Bewegungsfähigkeit der Säulen 6.1 zum Untergrund / Substrat S hin bei gleichzeitiger Sicherstellung der Abdichtung zu den Seiten des Saugnapfes und zum Untergrund /Substrat S. Aus den 5 und 6 ist ersichtlich, dass die Säulen 6.1 an ihrem vom Substrat S abgewandten Ende untereinander durch eine Trägerschicht 6.2 verbunden sind und mit dieser bevorzugt einteilig ausgebildet sind.In addition, particles 6 can be embedded in the material of the second region 4 . The longitudinal section through embedded columnar structures or columns according to 6.1 4 and 5 in the loaded state becomes in 6 shown. Their height h is in particular 0.2 to 4 mm. The columns 6.1, here in connection with the embedded particles 6, increase the stability and friction properties of the second area 4 and at the same time ensure an extremely good adaptation to severe surface irregularities in the 6 illustrated substrate S. The ultra-soft surrounding material allows a certain mobility of the columns 6.1 to the base / substrate S out while ensuring the seal to the sides of the suction cup and the base / substrate S. From the 5 and 6 it can be seen that the columns 6.1 are connected to one another at their end remote from the substrate S by a carrier layer 6.2 and are preferably formed in one piece with this.

In 7 ist ein Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung in Form eines Vakuumgreifers 1V, welcher auf eine Substratoberfläche 2 aufgelegt wurde und einen Vakuumanschluss 7.1 aufweist, dargestellt. In dieser Ausführungsform ist der zweite Bereich 4 nicht vollflächig, sondern ringförmig ausgebildet. Er erstreckt sich bei dieser Variante auch nicht umfangsseitig über den umfangsseitigen Randbereich des ersten Bereiches 3, was jedoch auch möglich wäre.In 7 a cross section through a further embodiment of the solution according to the invention in the form of a vacuum gripper 1V, which was placed on a substrate surface 2 and has a vacuum connection 7.1, is shown. In this embodiment, the second region 4 is not designed over the entire area, but is ring-shaped. In this variant, it also does not extend on the peripheral side over the peripheral edge area of the first area 3, although this would also be possible.

In beiden Fällen wird eine optimale Abdichtung des Kontaktbereiches zwischen der Substratoberfläche 2, an die der Saugnapf 1 gehaftet werden soll und dem zweiten Bereich 4 gewährleistet. Der Saugnapf 1 ist im Bereich des Vakuumanschlusses 7.1 mit einem Durchbruch 1.1 versehen, so dass Luft abgesaugt und zugeführt werden kann. Der erste Bereich d3 weist eine Dicke d1 auf und der zweite Bereich 4 eine Dicke d2. Die Dicke d2 des zweiten Bereiches 4 ist hier nur geringfügig größer als die Dicke d1 des ersten Bereiches d1.In both cases an optimal sealing of the contact area between the substrate surface 2 to which the suction cup 1 is to be adhered and the second area 4 is ensured. The suction cup 1 is provided with an opening 1.1 in the area of the vacuum connection 7.1, so that air can be sucked out and supplied. The first area d3 has a thickness d1 and the second area 4 has a thickness d2. The thickness d2 of the second area 4 is only slightly larger than the thickness d1 of the first area d1.

Nach dem Auflegen des Vakuumgreifers 1V auf die Substratoberfläche 2 wird dann die Luft aus dem Raum zwischen der Substratoberfläche 2 und der Saugnapfoberfläche 5 gesaugt, wodurch sich der Vakuumgreifer 1V mit seiner Saugnapfoberfläche 5 an der Substratoberfläche 2 ansaugt bzw. anpresst und fest daran haftet (nicht dargestellt). Zum Lösen wird über den Vakuumanschluss 7.1 wieder Luft zugeführt, wodurch die Haftung zwischen der Saugnapfoberfläche 5 und der Substratoberfläche 2 gelöst wird.After the vacuum gripper 1V has been placed on the substrate surface 2, the air is sucked out of the space between the substrate surface 2 and the suction cup surface 5, as a result of which the vacuum gripper 1V sucks or presses on the substrate surface 2 with its suction cup surface 5 and adheres firmly to it (not shown). For release, air is fed in again via the vacuum connection 7.1, as a result of which the adhesion between the suction cup surface 5 and the substrate surface 2 is released.

Eine Draufsicht auf eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Saugnapfes 1 mit einem vollflächigen ersten Bereich 3 ist in 8 dargestellt. Es ist ebenfalls möglich, dass der erste Bereich 3, wie in 9 angedeutet, zwischen dem Anschluss- oder Griffelement 7 und dem Randbereich des Saugnapfes 1 gitterförmig oder, wie in 10 dargestellt, sternförmig verläuft.A plan view of an embodiment of the suction cup 1 according to the invention with a full-surface first area 3 is shown in 8th shown. It is also possible that the first area 3, as in 9 indicated, between the connecting or gripping element 7 and the edge area of the suction cup 1 in the form of a grid or, as in 10 shown, runs star-shaped.

Auch andere Formen des ersten Bereiches 3, wie beispielhaft in 11 dargestellt, sind denkbar, insofern sie eine gleichmäßige Druckübertragung auf den zweiten Bereich 4 gewährleisten.Other forms of the first area 3, as exemplified in 11 shown, are conceivable insofar as they ensure uniform pressure transmission to the second area 4 .

In den 12 und 13 wird für industrielle Anwendungen ein Vakuumgreifer 1V gezeigt, der eine im Wesentlichen in der Draufsicht viereckige Grundform mit einer Länge L und einer Breite B des ersten Bereiches 3 aufweist. Der erste Bereich 3 ist im Wesentlichen starr und gehäuseartig mit einer geringen Dicke d1 ausgeführt und weist in Richtung zum zweiten Bereich 4 einen nach außen weisenden Flansch 3.1 auf. Der erste Bereich 3 kann beispielsweise aus Metall wie Stahl oder Aluminium oder auch aus einem harten Kunststoff oder einer Kombination der vorgenannten Materialien bestehen. Unter dem Flansch 3.1 sitzt der zweite Bereich 4, der in der Art eines umlaufenden Streifens ausgebildet ist, der dem Verlauf des Flansches 3.1 folgt und der eine Dicke d2 aufweist.In the 12 and 13 a vacuum gripper 1V is shown for industrial applications, which has a basic shape that is essentially square when viewed from above, with a length L and a width B of the first region 3 . The first area 3 is essentially rigid and housing-like with a small thickness d1 and has a flange 3.1 pointing outwards in the direction of the second area 4. The first area 3 can consist, for example, of metal such as steel or aluminum or also of a hard plastic or a combination of the aforementioned materials. Below the flange 3.1 is the second area 4, which is designed in the manner of a circumferential strip that follows the course of the flange 3.1 and has a thickness d2.

Bei der hier dargestellten Variante ragt der zweite Bereich 4 nach innen und außen über den Flansch 3.1. Gemäß einer nicht dargestellten Variante kann der zweite Bereich 4 auch nur nach innen oder außen über den Flansch 3.1 überstehen oder auch mit diesem abschließen.In the variant shown here, the second area 4 protrudes inwards and outwards over the flange 3.1. According to a variant that is not shown, the second area 4 can only protrude inwards or outwards beyond the flange 3.1 or also terminate with it.

Der zweite Bereich 4 weist ebenfalls Partikel 6 und/oder Fasern auf (die hier nicht bezeichnet sind) und liegt mit seiner Saugnapfoberfläche 5 auf der Substratoberfläche 2 eines Substrates S auf. Der erste Bereich 3 weist einen Durchbruch 1.1 auf, an den sich ein Anschluss 7.1 für einen nicht dargestellten Vakuumschlauch anschließt, der mit einer Vakuumpumpe verbunden ist. Wenn die Saugnapfoberfläche 5 auf der Substratoberfläche 2 aufliegt wird über die Vakuumpumpe in dem Raum zwischen dem Vakuumgreifer 1V und der Substratoberfläche 2 Luft abgesaugt, wodurch im Vergleich zum Umgebungsdruck ein Unterdruck erzeugt wird und der Vakuumgreifer 1V mit seinen zweiten Bereich 4, auf welchen der Flansch 3.1 des ersten Bereiches 3 wirkt, gegen die Substratoberfläche 2 gepresst wird.The second area 4 also has particles 6 and/or fibers (which are not designated here) and lies on the substrate surface 2 of a substrate S with its suction cup surface 5 . The first area 3 has an opening 1.1, which is followed by a connection 7.1 for a vacuum hose, not shown, which is connected to a vacuum pump. When the suction cup surface 5 rests on the substrate surface 2, air is sucked out via the vacuum pump in the space between the vacuum gripper 1V and the substrate surface 2, which creates a negative pressure compared to the ambient pressure and the vacuum gripper 1V with its second area 4, on which the flange 3.1 of the first region 3 acts, is pressed against the substrate surface 2.

Das an dem Vakuumgreifer 1V befestigte Substrat S kann nun mittels des Vakuumgreifers 1V (an dem auch ein oder mehrere nicht dargestellte weitere Handhabungselemente vorgesehen sein können) angehoben und entsprechend der Montage- bzw. Fertigungsaufgabe bewegt und wieder abgelegt werden. Dann wird der Vakuumgreifer 1V (bzw. Vakuumglocke) durch Angleichung des Drucks in seinem Innenraum mit dem Umgebungsdruck oder durch einen leichten Überdruck von der Substratoberfläche 2 entfernt.The substrate S fastened to the vacuum gripper 1V can now be lifted by means of the vacuum gripper 1V (on which one or more further handling elements, not shown, can also be provided) and moved according to the assembly or production task and set down again. Then the vacuum gripper 1V (or vacuum bell) is removed from the substrate surface 2 by equalizing the pressure in its interior with the ambient pressure or by applying a slight excess pressure.

Der zweite Bereich 4 ist bevorzugt lösbar und luftdicht mit dem ersten Bereich 3 verbunden und kann dadurch bei Verschleiß oder bei einer anderen Substratoberfläche gewechselt werden.The second area 4 is preferably detachably and airtightly connected to the first area 3 and can therefore be changed when it is worn or when the substrate surface is different.

Die Dicke d2 des zweiten Bereiches 4 sollte bei einer Saugvorrichtung in einem unbelasteten Zustand mehr als 2,5 %, insbesondere 3 bis 8%, besonders bevorzugt 3,5-7% der größten sich in der Ebene der Substratoberfläche 2 erstreckenden Abmessung (je nach Gestaltung des Außendurchmessers D1 oder einer Länge L oder Breite B) des ersten Bereiches 3 betragen. Bei Vakuumgreifern, die einen sehr großen Durchmesser bzw. eine sehr große Länge oder Breite aufweisen und bei denen der Andruck durch das Vakuum und nicht durch die Rückstellkraft des ersten Bereiches erzeugt wird, kann die Dicke d2 des zweiten Bereiches auch weniger als 2,5 % von D1, L oder B betragen.In the case of a suction device in an unloaded state, the thickness d2 of the second region 4 should be more than 2.5%, in particular 3 to 8%, particularly preferably 3.5-7% of the largest dimension extending in the plane of the substrate surface 2 (depending on Design of the outer diameter D1 or a length L or width B) of the first region 3 amount. In the case of vacuum grippers that have a very large diameter or a very large length or width and where the pressure is generated by the vacuum and not by the restoring force of the first area, the thickness d2 of the second area can also be less than 2.5% of D1, L or B.

Gemäß eines nicht dargestellten Ausführungsbeispiels können die Partikel/Fasern und/oder die säulenartigen Strukturen in der zweiten Schicht/in dem zweiten Bereich 4 auch nicht über den gesamten Querschnitt des zweiten Bereiches 4 verteilt sein, sondern sich in dem Material des zweiten Bereiches auch nur in Richtung zur Saugnapfoberfläche befinden. Weiterhin ist es gemäß einer nicht dargestellten Variante möglich, den sehr weichen/elastischen zweiten Bereich ohne Fasern/Partikel und/oder die säulenartigen Strukturen auszuführen und mit einer dünnen ebenfalls elastischen sehr weichen weiteren Schicht zu beschichten, welche die Partikel/Fasern und/oder die säulenartigen Strukturen enthält. Es ist weiterhin möglich die Partikel/Fasern und/oder die säulenartigen Strukturen in unterschiedlichen Bereichen der zweiten ultraweichen Schicht 4 anzuordnen.According to an exemplary embodiment that is not shown, the particles/fibers and/or the columnar structures in the second layer/in the second area 4 may not be distributed over the entire cross section of the second area 4, but rather only in the material of the second area towards the suction cup surface. Furthermore, it is possible according to a variant, not shown, to run the very soft / elastic second area without fibers / particles and / or the columnar structures and to coat it with a thin, also elastic, very soft further layer which contains the particles / fibers and / or the contains columnar structures. It is also possible to arrange the particles/fibers and/or the columnar structures in different areas of the second ultra-soft layer 4.

Dies ist beispielhaft in 14 dargestellt. In einem äußeren ersten ringartigen Bereich 4.1 des zweiten Bereiches 4 sind keine Partikel angeordnet, daran radial innen anschließend erstreckt sich ein zweiter ringförmiger Bereich 4.2 mit Partikeln 6 und daran radial nach innen ein dritter ringförmiger Bereich 4.3 mit Säulen 6.1. Innerhalb des restlichen inneren Bereiches 4.4 sind keine Partikel 6 oder Säulen 6.1 integriert. Die Reihenfolge der Bereiche kann auch wechseln. Weiterhin kann gemäß eines nicht dargestellten Beispiels auch ein ringförmiger Bereich mit größeren Partikeln mit einem ringförmigen Bereich mit kleineren Patriken kombiniert sein und dies ggf. auch wiederum mit säulenartigen Strukturen.This is an example in 14 shown. No particles are arranged in an outer first ring-like area 4.1 of the second area 4, a second ring-shaped area 4.2 with particles 6 extends radially inwardly therefrom and a third ring-shaped area 4.3 with columns 6.1 extends radially inward. No particles 6 or columns 6.1 are integrated within the remaining inner area 4.4. The order of the areas can also change. Furthermore, according to an example not shown a ring-shaped area with larger particles can also be combined with a ring-shaped area with smaller particles, and this in turn, if necessary, with columnar structures.

Gemäß 15 kann eine Verbesserung der Reibung auch durch in dem ersten Bereich 3 vorhandene Erhöhungen 3a / Strukturen, welche in den zweiten Bereich 4 hineinragen, erreicht werden. Bei Druckausübung gegen die Substratoberfläche 2 werden diese beispielsweise punktförmigen Erhöhungen des ersten Bereichs 3 in die Täler der Oberflächenstruktur der Substratoberfläche 2 eingedrückt und erhöhen so die Reibung.According to 15 an improvement in friction can also be achieved by elevations 3a/structures present in the first area 3, which protrude into the second area 4. When pressure is exerted against the substrate surface 2, these, for example, punctiform elevations of the first region 3 are pressed into the valleys of the surface structure of the substrate surface 2 and thus increase the friction.

15 zeigt dabei in Darstellung a) die Ansicht des ersten Bereiches 3 von unten mit Erhöhungen 3a und Darstellung b) die Erhöhungen / Strukturen im ersten Bereich 3, die bei Druckausübung in den zweiten Bereich 4 und in das Rauheitsprofil der Substratoberfläche 2 gedrückt werden.
Wichtig ist dabei, dass die Erhöhungen 3a den zweiten Bereich 4 in Richtung zum Substrat S nicht komplett durchdringen, sondern nur stark in diesen eingepresst werden. 15 shows in representation a) the view of the first region 3 from below with elevations 3a and representation b) the elevations/structures in the first region 3, which are pressed into the second region 4 and into the roughness profile of the substrate surface 2 when pressure is applied.
It is important here that the elevations 3a do not completely penetrate the second region 4 in the direction of the substrate S, but rather are only strongly pressed into it.

Der erfindungsgemäße Saugnapf kann auf sehr rauen Oberflächen, wie beispielsweise Tränenblech (dessen Oberfläche teilweise eine Strukturhöhe bis 2mm aufweist) und auch unter Wasser eingesetzt werden. Als Tränenblech oder Riffelblech bezeichnet man Bleche mit diagonal gerippter Struktur.The suction cup according to the invention can be used on very rough surfaces, such as checker plates (some of whose surfaces have a structure height of up to 2 mm) and also under water. Sheet metal with a diagonally ribbed structure is called checkered sheet metal or checkered sheet metal.

Die Befestigung eines Saugnapfes 1 ist in 16 Darstellung a) und b) an einem Tränenblech als Substrat S und in Darstellung c) an einem Stein als Substrat S dargestellt. Das Tränenblech als Substrat S hat versetzt zueinander angeordnete Erhebungen 2.1 an seiner Substratoberfläche 2 mit einer Strukturhöhe von 1,2 mm und der Stein als Substrat S eine Rauheit / Struktur von 1-2mm mit zusätzlich unterliegender Welligkeit und Formabweichung. Durch das Andrücken des Saugnapfes 1 formt sich die ultraweiche zweite Schicht 4 an die Substratoberfläche 2 an und umschließt dicht die Erhebungen 2.1, was besonders gut in Darstellung b) erkennbar ist, so dass sich ein Unterdruck ausbilden kann und der Saugnapf 1 an dem Substrat S haftet. Der Saugnapf 1 wurde dann an dem Anschluss/Griffelement 7 mittels eines hieran befestigten Hakens H mit einem Gewicht in Höhe von 0,8 kg belastet. Gemäß Darstellung c) hängt an dem Saugnapf 1 ein Substrat S - hier ein Stein mit einem Gewicht von ungefähr 1 kg.Attaching a suction cup 1 is in 16 Representation a) and b) on a checker plate as substrate S and in representation c) on a stone as substrate S. The teardrop plate as substrate S has offset elevations 2.1 on its substrate surface 2 with a structure height of 1.2 mm and the stone as substrate S has a roughness/structure of 1-2mm with additional underlying waviness and shape deviation. By pressing the suction cup 1, the ultra-soft second layer 4 forms itself on the substrate surface 2 and tightly encloses the elevations 2.1, which can be seen particularly well in illustration b), so that a negative pressure can form and the suction cup 1 on the substrate S liable. The suction cup 1 was then loaded on the connection/handle element 7 by means of a hook H attached thereto with a weight of 0.8 kg. According to illustration c), a substrate S is suspended from the suction cup 1--here a stone weighing approximately 1 kg.

Es besteht ein klarer Zusammenhang zwischen der Dicke des zweiten Bereiches 4 und der maximalen Rauheit bzw. Strukturierung der Substratoberfläche, auf welcher die Saugnäpfe halten können. Die optimale Dicke des zweiten Bereiches 4 liegt bei einem bevorzugten konkreten Ausführungsbeispiel bei einem Saugnapf entsprechend 1 mit d1 = 60 mm, bei 2,5-5 mm bzw. 4-8% des Durchmessers d1, siehe nachfolgende Tabelle 1. Tabelle 1: Zusammenhang zwischen der Dicke des zweiten Bereiches und der Fähigkeit auf Substraten mit ansteigender Rauheit zu haften. X haftet, (x) haftet teilweise, - haftet nicht Zweiter Bereich 4 Substrat (mit Angabe der Korngröße der Substratoberfläche in mm) Dicke in: A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 mm % 0 mm 0,1 mm 0,2 mm 0,5 mm 1-2 mm 1,5-2,5 2-6 mm 1 1,7 x x x - - - - 1,5 2,5 x x x - - - - 2 3,3 x x x (x) (x) - - 2,5 4,2 x x x x x - - 3 5 x x x x x x - 4 6,7 x x x (x) x x (x) 5 8,3 x x x x x x (x) 6 10 x x (x) (x) - - - There is a clear connection between the thickness of the second region 4 and the maximum roughness or structure of the substrate surface on which the suction cups can hold. The optimal thickness of the second area 4 is corresponding to a suction cup in a preferred specific exemplary embodiment 1 with d1 = 60 mm, at 2.5-5 mm or 4-8% of the diameter d1, see Table 1 below. Table 1: Relationship between the thickness of the second area and the ability to adhere to substrates with increasing roughness. X is liable, (x) is partially liable, - is not liable Second area 4 Substrate (indicating the grain size of the substrate surface in mm) thickness in : A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 mm % 0mm 0.1mm 0.2mm 0.5mm 1-2mm 1.5-2.5 2-6mm 1 1.7 x x x - - - - 1.5 2.5 x x x - - - - 2 3.3 x x x (x) (x) - - 2.5 4.2 x x x x x - - 3 5 x x x x x x - 4 6.7 x x x (x) x x (x) 5 8.3 x x x x x x (x) 6 10 x x (x) (x) - - -

Mit zunehmender Dicke des zweiten Bereiches 4 steigt die tolerierte Rauheit proportional an. Ein ultraweicher zweiter Bereich 4 geringer Dicke ermöglicht dementsprechend nur die Haftung auf leicht rauen Oberflächen (bis Korngröße 200 µm). Auf sehr rauen Oberflächen versagen Saugnäpfe mit zu geringer Dicke des zweiten Bereiches. Erst eine Mindestdicke von 2,5 mm (4,2 % des Saugnapfdurchmessers d1) ermöglicht im Ausführungsbeispiel eine zuverlässige Haftung auf sehr rauen Oberflächen (A4-A7).As the thickness of the second region 4 increases, the tolerated roughness increases proportionally. Accordingly, an ultra-soft second area 4 of small thickness only allows adhesion to slightly rough surfaces (up to a grain size of 200 μm). On very rough surfaces, suction cups will fail with too little Thickness of the second area. Only a minimum thickness of 2.5 mm (4.2% of the suction cup diameter d1) enables reliable adhesion on very rough surfaces (A4-A7) in the exemplary embodiment.

17 zeigt auch die Haftkraft des beschriebenen Ausführungsbeispiels mit ansteigender Dicke d2 des zweiten Bereiches 4 auf einem sehr rauen Substrat von 1-2 mm Korngröße. Während Saugnäpfe unter 2 mm Dicke d2 des zweiten Bereiches nicht haften, wird eine zuverlässige Haftung mit maximalen Haftkräften bis 14kg (Normalkraft) für einen zweiten Bereich von 2,5-4mm (4,2-6,7% % des Saugnapfdurchmessers d1) erzielt. Aus der 16 geht der Zusammenhang zwischen der Haltekraft eines Saugnapfes in kg und der Dicke d2 des zweiten Bereiches eines Saugnapfes in mm hervor. 17 also shows the adhesion of the described embodiment with increasing thickness d2 of the second region 4 on a very rough substrate with a grain size of 1-2 mm. While suction cups with a thickness d2 of less than 2 mm of the second area do not stick, reliable adhesion is achieved with maximum adhesive forces of up to 14kg (normal force) for a second area of 2.5-4mm (4.2-6.7% % of the suction cup diameter d1). . From the 16 shows the connection between the holding force of a suction cup in kg and the thickness d2 of the second area of a suction cup in mm.

Es ist möglich, durch Versuche die Konfiguration des erfindungsgemäßen Saugnapfes festzulegen, die für eine Substratoberfläche am besten geeignet ist.It is possible to determine, through experimentation, the configuration of the suction cup of the present invention that is most suitable for a substrate surface.

BezugszeichenlisteReference List

11: Saugnapfsuction cup
1V1V: Vakuumgreifervacuum gripper
1.11.1: Durchbruchbreakthrough
22: Substratoberflächesubstrate surface
2.12.1: Erhebungensurveys
33: Erster BereichFirst area
3.13.1: Flanschflange
3a3a: Erhöhungenincreases
44: Zweiter Bereichsecond area
4.14.1: erster ringförmiger Bereichfirst annular area
4.24.2: zweiter ringförmiger Bereichsecond annular area
4.34.3: dritter ringförmiger Bereichthird annular area
4.44.4: innerer Bereichinner area
55: Saugnapfoberflächesuction cup surface
66: Partikelparticles
6.16.1: Säulencolumns
6.1b6.1b: breitester Bereichwidest area
6.1h6.1h: HöheHeight
77: Anschluss- oder GriffelementConnection or handle element
7.17.1: Vakuumanschlussvacuum connection
BB: BreiteBroad
D1D1: Außendurchmesser des ersten BereichesOutside diameter of the first area
D2D2: Außendurchmesser des zweiten BereichesOutside diameter of the second area
d1d1: Dicke des ersten BereichesThickness of the first area
d2d2: Dicke des zweiten BereichesThickness of the second area
F1F1: Anpresskraftpressing force
F2F2: Abzugskraftpull force
FGFG: Gegenkraftcounterforce
hH: Hohlraumcavity
HH: Hakenhook
LL: Längelength
SS: Substratsubstrate

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

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WO 2013055111 A1 [0006]
US9499214B2 [0007]
DE 102006020032 A1 [0008]
US 8783634 A1 [0010]

Claims

suction device claim 1 , characterized in that the material of the second region (4) has a hardness of less than or equal to Shore 00 35.

Suction device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the second area (4), starting from a peripheral edge of the first area (3), extends over at least 55% of an entire area of the first area (3) pointing in the direction of the substrate surface (2). ) is trained.

Suction device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the second area (3) is formed over at least 65% of the entire area of the first area.

Suction device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the second area (3) is formed over at least 75% of the entire area of the first area.

Suction device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the material of the second area (4) has a thickness of 3% to 8% of an outside diameter (D1) or a length (L) or width (B) of the first area (3 ) amounts to.

Suction device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the material of the second region (4) has a thickness of 3.5% to 7%, an outer diameter (D1) or a length (L) or width (B) of the first Area (3) is.

Suction device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the first region (3) has an outside diameter (D1) and the second region (4) has a comparatively larger outside diameter (D2).

Suction device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the at least one second material of the second region (4) consists of at least one polymer and/or at least one elastomer or a combination of one or more polymers and/or elastomers.

Suction device according to one or more of the preceding claims, characterized in that columns with a round or polygonal cross-section are embedded within the second area (4) and consist of an elastic material which is harder than the material of the second area.

Suction device according to one or more of the preceding claims, characterized in that elevations and/or a structure is/are formed in the first layer (3) which protrudes into the second layer (4) and into the second layer when pressure is exerted (4) and the substrate surface (2) can be pressed.

Suction device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the particles (6) and/or fibers and/or columns, which are integrated into the second material of the second region (4), in recesses of a surface profile of the substrate surface (2) are at least partially pressed.

Suction device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the at least one second material of the second area (4) is a swellable material and/or the second material contains swellable particles and/or the second area (4) on the suction cup surface ( 5) is coated with a swellable material.

Suction device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the suction cup (1) has a connection or grip element (7) and/or the vacuum gripper (1V) has a connection for a vacuum pump, via which a vacuum can be created between the suction cup (1) or vacuum gripper (1V) and the substrate surface (2) can be produced.

Suction device according to one or more of the preceding claims, characterized in that in the case of a suction device in the form of a vacuum gripper (1V) or suction lifter, the first region (3) is made of a very hard material.