Haftverschlußteil
Die Erfindung betrifft ein Haftverschlußteil mit einer Vielzahl von zueinander beabstandeten Verschlußteilen, die jeweils mittels eines Fußteils auf einem Trägerteil angeordnet sind und die jeweils ein Kopfteil aufweisen, das über ein Stielteil mit dem Fußteil verbunden ist, wobei das Kopfteil über ein Gelenkteil gelenkig mit dem Stielteil verbunden ist.
Durch die WO 2004/105536 AI ist ein Haftverschlußteil bekannt, bei dem die freien Enden der Stielteile der einzelnen Haftelemente mit einer Vielzahl von Einzelfasern versehen sind, wobei der Durchmesser der jeweiligen Faser sehr dünn zu wählen ist, so dass am freien Ende einer jeden Einzelfaser nur eine sehr kleine Kontaktfläche zur Verfügung steht in der Größenordnung von 0,2 bis 0,5 μm.
Die dahingehenden Größenordnungen, die auch bei bevorzugten Ausge- staltungen im Nanometerbereich liegen können, ermöglichen eine Wechselwirkung mit einem korrespondierenden Körper der Umgebung, an dem das Haftverschlußteil festgelegt werden soll über die sog. Van-der-Waals- Kräfte, die in klassischer Weise als Untergruppe der Adhäsion angesehen werden. Das bekannte Haftverschlußteil weist gute Verbindungseigenschaf- ten auf; ist jedoch an ein entsprechend kostenintensives Herstellverfahren gebunden.
Dies gilt auch für ein Haftverschlußteil nach der Lehre der Veröffentlichung WO 01/49776 A2, welche dem Fachmann einen Hinweis gibt, Teile der Fußstruktur eines Geckotieres direkt als biologisches Material einzusetzen oder dieses künstlich nachzuempfinden, wobei die dahingehende Haft- struktur aus einer Vielzahl sog. Spatulae-Komponenten besteht, die jeweils in der Art eines gebogenen zylindrischen Verschlußelementes sich am freien Ende in eine Vielzahl von Einzelfilamenten aufteilen.
Demgegenüber ist für eine vereinfachte Herstellung in der DE 102 23 234 B4 bereits ein Verfahren zur Oberflächenmodifizierung eines Objekts in Form eines Verschlußteils vorgeschlagen worden mit dem Ziel, die Adhäsionsfähigkeit des Haftelementes zu erhöhen. Hierzu wird die freie Oberfläche einer Strukturierung unterzogen, um eine Vielzahl von Vorsprüngen zu bilden, die jeweils mit einem Fußteil und einem Kopfteil versehen sind, wobei das Kopfteil eine von der Oberfläche wegweisende Stirnfläche besitzt und jeder Vorsprung mit einer Größe derart gebildet ist, dass alle Stirnflächen die gleiche senkrechte Höhe über der Oberfläche besitzen. Dies ergibt eine adhärente, durch gegenseitige Abstände zwischen den Stirnflächen unterbrochene Kontaktfläche, wobei die Fußteile der Vorsprünge ge- genüber der Oberflächennormalen der Oberfläche geneigt sind.
Mit dieser bekannten Lösung ist es zwar möglich, die Ausbildung lösbarer Haftverbindungen für einen erweiterten Bereich von Materialien zur Verfügung zu stellen mit einer erhöhten Adhäsionsfähigkeit und der Möglichkeit, die Einstellung vorbestimmter Haftkräfte oder -eigenschaften zu ermöglichen; allein aufgrund der relativ starren Anordnung zwischen Kopfteil und Trägerteil über die gegebenenfalls geneigt angeordneten Stielteile ist noch Raum freigelassen für verbesserte Lösungen.
Durch die WO 2007/134685 A1 ist ein gattungsgemäßes Haftverschlußteil bekannt, wobei das Kopfteil eines jeden Verschlußteils aus einer Kopfplatte
besteht, deren Durchmesser größer gewählt ist als der Durchmesser an jeder Stelle des Stielteils, das konisch ausgebildet über ein Gelenkteil mit der Kopfplatte gelenkig verbunden ist. Hierdurch ist erreicht, dass das Kopfteil auf jeden Fall an einem Körper der Umgebung anhaften bleibt, auch wenn das Trägerteil sich in planparalleler Richtung zu diesem Körper um einen vorgebbaren Betrag axial verschieben sollte. Aufgrund der Anbindung über das jeweilige Gelenkteil, angeordnet zwischen Stielteil und Kopfteil, kann das jeweilige Stielteil sich in einem vorgebbaren Rahmen in schräger Richtung neigen, ohne dass dies die Anbindung des Kopfteils gegenüber dem Körper der Umgebung beeinträchtigt. Da darüber hinaus das Kopfteil mit der Kopfplatte bei der bekannten Lösung einen sehr großen Durchmesser aufweisen kann, ist insoweit die Möglichkeit der Anhaftung an dem genannten Umgebungskörper verbessert.
Insbesondere bei Auftreten von Vibrationen, bei denen das Trägerteil kurz- hubige Schwingungen relativ zu dem Umgebungskörper durchführt, erweist sich das bekannte Haftverschlußteil als gut wirkende Verbindungslösung.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die bekannten Lösungen noch weiter zu verbessern, insbesondere eine noch verbesserte Anhaftung und Verschlußwirkung für das jeweilige Haftverschlußteil zu schaffen bei gleichzeitiger Möglichkeit, dahingehende Systeme kostengünstig und funktionssicher herstellen zu können. Eine dahingehende Aufgabe löst ein Haftverschlußteil mit den Merkmalen des Pa- tentanspruches 1 in seiner Gesamtheit.
Dadurch, dass gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 das Fußteil ein weiteres Gelenkteil ausbildet, mittels dessen das Stielteil gegenüber dem Trägerteil gelenkig verbunden ist, läßt sich gegenüber den bekannten Lösungen noch eine verbesserte Anhaftung gegenüber Drittbauteilen herstellen. Durch das zweite Gelenkteil im Bereich des Fußteils ist
gegenüber dein Trägerteil ein Dämpfungsglied ausgebildet, das das erste Gelenkteil im Bereich des Kopfteils entlastet und somit das Einleiten noch höherer Vibrations- und Stoßkräfte in das Haftverschlußteil ermöglicht, ohne dass sich dieses ungewollt von dem Drittbauteil löst. Eine Ablösung des Kopfteils in der Art einer Abschälbewegung von dem Körper der Umgebung als Drittbauteil erfolgt erst dann, wenn das Kopfteil über das jeweilige Gelenkteil um einen Winkel von mindestens 20°, vorzugsweise von mindestens 40°, gegenüber der Vertikalen geneigt ist, auf dem in senkrechter Richtung stehend sich das Trägerteil mit seiner Ausrichtung orientiert.
Die derart gebildete gute Anhaftwirkung gilt prinzipiell auch dann, wenn für das Verschlußteil eine konventionelle Unterhakmöglichkeit realisiert ist, beispielsweise, indem ein Schlaufenteil eines korrespondierenden Haftverschlußteils in unterhakenden Eingriff mit dem als Pilz- oder Hakenteil aus- gebildeten Verschlußteil kommt. Auch in dahingehenden Fällen hat es sich gezeigt, dass aufgrund der Doppelgelenkanordnung eine verbesserte Verschlußwirkung erreicht ist, die im Bedarfsfall aber ohne weiteres mechanisch oder von Hand auch wieder gelöst werden kann, um dergestalt einen wiederholt offen- und schließbaren Haftverschluß zu bilden.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Haftverschlußteils ist vorgesehen, dass das jeweilige Stielteil verstärkt ausgebildet ist, insbesondere im Querschnitt mit einer Verbreiterung versehen wird. Die dahingehende Verbreiterung hat zumindest teilweise die Form eines regelmäßigen oder unregelmäßigen Ellipsoids oder ist in der Art elliptischer Paraboloide aufgebaut. Aufgrund des verbreiterten Stielteils, das sich zwischen den beiden Gelenkteilen am Kopf- und Fußteil erstreckt, ist eine Schwingungsaussteifung des Gesamtsystems erreicht mit erhöhter Abstützfunktion für die angesprochenen, gegenüberliegenden Gelenkstellen oder Gelenkteile.
Weitere vortei lhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Haftverschlußteils sind Gegenstand der sonstigen Unteransprüche.
Im folgenden wird das erfindungsgemäße Haftverschlußteil anhand eines Ausführungsbeispiels nach der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt in prinzipieller und nicht maßstäblicher Darstellung die einzige Figur eine Seitenansicht auf das erfindungsgemäße Haftverschlußteil mit insgesamt drei auf einem Trägerteil angeordneten Verschlußteilen.
Die mit dem Haftverschlußteil angesprochenen Größenordnungen bei der geometrischen Realisierung sollen genügen und sind derart ausgestaltet, dass eine Wechselwirkung mit einem korrespondierenden Teil, sei es in Form eines anderen Haftverschlußteils, sei es in Form der Oberfläche eines Umgebungskörpers, an dem das erfindungsgemäße Haftverschlußteil festge- legt werden soll, über die sog. Va n-der-Waa Is- Kräfte bevorzugt erfolgen kann. Die sog. Van-der-Waals-Kräfte, die eine Untergruppe der Adhäsion darstellen, entstehen, weil sich die in einem Atom um den positiven Kern schwirrenden, negativ geladenen Elektronen kurzzeitig an einer Seite konzentrieren. Dadurch ist das Atom auf dieser Seite vorübergehend negativ, auf der anderen Seite hingegen positiv geladen. Das beeinflußt auch benachbarte Atome; in diesem Fall die Atome längs der Oberseite der Auflagefläche des Kopfteils mit der Folge, dass die Auflagefläche des Kopfteils, je nachdem, welche Ladung sie abbekommt, entweder von den positiven oder den negativen Atomen der jeweiligen gegenüberliegenden Umgebungskör- perfläche angezogen wird.
Je größer die entstehenden Kontaktflächen in der Summe sind, um so stärker die auftretenden Kräfte, so dass es sich als günstig erweisen kann, groß dimensionierte Kopfteil auflageflächen zu schaffen, um dergestalt zu starken Van-der-Waals-Kräften zu gelangen. Obwohl die Van-der-Waals-kräfte mit zu den schwächsten Kräften in der Natur zählen, genügt der Effekt, um zu
relativ hohen Verschlußkräften zu gelangen; insbesondere berücksichtigend, dass auf kleinstem Raum des Trägerteils mehrere Tausende an Verschlußelementen vorgesehen sein können. Sollte die Oberfläche des jeweiligen Kopfteils entsprechend chemisch modifiziert werden, ist als Adhäsi- onsverbindung auch eine echte chemische Bindung möglich.
Das in der Figur gezeigte Haftverschlußteil im Sinne dieser Erfindung läßt sich beispielsweise nach einem Mikro-Replikationsverfahren, wie in der DE 196 46 318 Al beschrieben, erhalten. Das bekannte Verfahren dient der Herstellung eines Haftverschlußteils mit einer Vielzahl von einstückig mit einem Trägerteil 10 ausgebildeten Verschlußteilen 12 in Form von Kopfteilen 14 aufweisenden Stielteilen 16, die wiederum über Fußteile 18 mit dem Trägerteil 10 verbunden sind. Dabei wird vorzugsweise ein thermoplastischer Kunststoff in plastischem oder flüssigem Zustand einem Spalt zwi- sehen einer Druckwalze und einer Formwalze zugeführt, wobei die Formwalze mit einem Sieb versehen ist mit nach außen und innen offenen Hohlräumen, und beide Walzen werden für den Herstellvorgang im entgegengesetzten Drehsinn angetrieben, so dass das Trägermaterial unter Bildung des Trägerteils 10 im Spalt zwischen den Walzen gebildet ist. Da für das erfin- dungsgemäße Haftverschlußteil die Stielteile 14 ballig auszubilden sind, ist insoweit der Siebquerschnitt der Außenkontur des jeweiligen Stielteils 16 angepaßt, insbesondere in der Art eines regelmäßigen oder unregelmäßigen Rotations-Ellipsoids ausgebildet, wobei die gewünschte Formgebung, wie in der Figur dargestellt, auch durch zwei Rotationsparaboloide erreichbar wä- re, die mit ihrem freien Öffnungsquerschnitt aufeinander zugewandt sind. Dergestalt ist also der angesprochene Siebquerschnitt der Formgebung des jeweiligen Verschlußteils 12 anzupassen.
Eine andere Möglichkeit, das in der Figur dargestellte Verschlußteilsystem zu erhalten, ist in der DE 100 65 819 CI aufgezeigt. Bei diesem bekannten Verfahren zum Herstellen von Haftverschlußteilen wird ein Trägermaterial
in zumindest einem Teilbereich seiner Oberfläche mit aus deren Ebene hervorstehenden Haftverschlußelementen bzw. Haftelementen versehen, indem ein die Elemente bildendes Kunststoffmaterial auf das Trägerelement als Trägerteil 1 0 aufgebracht wird, wobei die Elemente zumindest in einem Teilbereich formwerkzeugfrei ausgebildet sind, indem das Kunststoffmaterial mittels mindestens einer Auftragvorrichtung in aufeinanderfolgend abgegebenen Tröpfchen abgelagert wird. Obwohl die Auftragvorrichtung über ihre Düse das Kunststoffmaterial mit einem Tröpfchenvolumen von nur wenigen Pikolitern ausbringt, läßt sich dergestalt ein derart schneller Prozeßab- lauf realisieren, dass in kürzester Zeit ein Haftverschlußteil nach der Figur erhalten ist. Mit dem dahingehenden Verfahren lassen sich insbesondere auch einzelne Haftelemente herstellen, die jewei ls neben dem Kopfteil 14 und dem Stielteil 16 sowie dem Fußteil 18 noch zwei Gelenkteile 20,22 ausbilden, die in Blickrichtung auf die Figur gesehen ganz links in der Art von fiktiven eingeschriebenen Kreisen 24,26 des besseren Verständnisses wegen erläuternd dargestellt sind.
Das Stielteil 16 wiederum läßt sich von seiner Außenkontur her als Teil eines regelmäßigen oder, wie in der Figur dargestellt, unregelmäßigen Rota- tions-Ellipsoids 23 beschreiben, wobei die Mitten 28 und 30 der Kreise 24 bzw. 26 sich innerhalb des Rotations-Ellipsoids 23 befinden oder etwa auf dessen fiktiver Randbegrenzung wie für die Mitte 30 des Kreises 26 aufgezeigt. Anstelle des aufgezeigten Rotations-Ellipsoids 30 kann die Außenkontur des Stielteils 16 auch über zwei entgegengesetzt verlaufende Rotations- paraboloide (nicht dargestellt) realisiert sein, deren freie Öffnungsquerschnitte benachbart aneinander angrenzen. Insgesamt ergibt sich aufgrund der balligen Ausgestaltung des Stielteils 16 eine zwischen den Gelenkteilen 20,22 ausgesteifte Verschlußteilkonstruktion, die sich zwischen den beiden Gelenkteilen 20,22 eines jeden Verschlußteils 12 erstreckt. Wie insbeson- dere der vergrößerte Radius des Kreises 26 verdeutlichen soll, ist das Gelenkteil 22 im Bereich des Fußteils 18 stärker ausgebildet als das darüber-
liegende Gelenkteil 20 in Richtung des Kopfteils 14, so dass sich in Richtung des Fußteils eine verbesserte Dämpfungswirkung ergibt und insoweit das Stielteil 16 über das Gelenkteil 22 eine geringere Schwenkbewegung erfährt als im Bereich des Kopfteils 14 mit dem oberen Gelenkteil 20. Der- gestalt ergibt sich, wie die Seitenansicht nach der Figur verdeutlicht, für das Stielteil 16 eine konvex verlaufende Außenkontur, die sich zwischen konkav verlaufenden Außenkonturanteilen von Kopfteil 14 und Fußteil 18 erstreckt. Femer verjüngt sich das Kopfteil 14, ausgehend von seiner ihm zu- ordenbaren Gelenkstelle 20, nach außen hin zu seinem Umfangsrand 32 und bildet dort insoweit einen schmallippigen Rand aus.
Das jeweilige Verschlußteil 12 besteht vorzugsweise aus einem Kunststoffmaterial, das insbesondere ausgewählt ist aus der Gruppe der Acrylate, wie Polymethacrylate, Polyethylene, Polypropylene, Polyoxymethylene, Po- lyvinyliden-fluorid, Polymethylpenten, Poly(ethylen)-chlorotrifluoroethylen, Polyvinylchlorid, Polyethylenoxid, Polyehtylenterephthalate, Polybutylen- terephthalate, Nylon 6, Nylon 6.6 und Polybuten.
Als besonders gut verwendbar erweisen sich grundsätzlich Kunststoffe mit langen Molekülketten und einem guten Orientierungsverhalten, sowie
Kunststoffmaterialien mit thixotropem Verhalten. Thixotropes Verhalten im Sinne der Erfindung soll dabei die Verringerung der Strukturstärke bedeuten während der Scherbelastungsphase und ihren mehr oder weniger schnellen aber vollständigen Wiederaufbau während der nachfolgenden Ruhephase. Dieser Abbau/Wiederaufbau-Zyklus ist ein vollständig reversibler Vorgang und thixotropes Verhalten ist als zeitabhängiges Verhalten definierbar.
Ferner haben sich Kunststoffmaterialien als günstig erwiesen, bei denen die mit einem Rotationsviskosimeter gemessene Viskosität von 7.000 bis 15.000 mPas reicht; vorzugsweise jedoch einen Wert von etwa 10.000
mPas bei einer Scherrate von 10 — aufweist. Im Sinne einer sich sec selbstabreinigenden Oberfläche hat es sich darüber hinaus als günstig erwiesen, Kunststoffmaterialien zu verwenden, deren Kontaktwinkel aufgrund ihrer Oberflächenenergie für die Benetzung mit Wasser mindestens einen Wert von größer 60 grd aufweist. Unter Umständen läßt sich die dahinge- ■ hende Oberflächenenergie auch durch nachträgliche Behandlungsverfahren noch weiter verändern.
Im Hinblick auf die obigen Anforderungen hat sich als besonders interes- santer Vertreter an geeigneten Kunststoffmaterialien Polyvinylsiloxan erwiesen, wobei der Einsatz des dahingehenden Kunststoffes insbesondere für die Bildung der Kopfteile 14 und deren freie Oberseiten vorzusehen ist, wobei das gesamte Verschlußteil 12 einschließlich des Trägerteils 10 aus dem dahingehenden Polyvinylsiloxan-Kunststoffmaterial aufgebaut sein kann.
Die bildliche Darstellung nach der Figur zeigt etwa in 1000-facher Vergrößerung die tatsächlichen Größenverhältnisse und es können durchaus ■ 10.000 bis 50.000, vorzugsweise 30.000 dahingehender Verschlußteile 12 dicht beieinander stehend pro Quadratzentimeter auf dem homogenen flä- chen- oder bandförmigen Trägerteil 10 angeordnet sein. Bevorzugt wird eine gleichmäßige Anordnung, bei der alle Verschl ußteile 12 in Form der Haftelemente denselben Abstand zueinander aufweisen; es besteht aber auch die Möglichkeit, hier unregelmäßige Anordnungen zu treffen oder solche in Musterform (kreis-, stern-, ellipsenförmig etc).
Die von der Außenkontur her scheibenförmigen Kopfteile 14 können auch andere Formen aufweisen, beispielsweise elliptisch ausgebildet sein oder in Mehreckform, wobei sich als besonders günstig, auch bezogen auf das angesprochene Siebformgebungsverfahren, die Sechseckform herausgestellt hat, wohingegen für die Stielteile 16, auch im Hinblick auf die vorzuneh-
mende Entformung aus dem Formgebungssieb eine ballige Struktur günstig ist.
Die einzelnen Größenverhältnisse ergeben sich in Blickrichtung auf die Figur gesehen für das ganz rechte Verschlußteil 12 wie folgt:
Y 1 30 bis 55 μm
Y2 ca. 28 μm
Y3 ca. 35 μm
Y4 40 bis 65 μm
Y5 30 bis 65 μm
Xl ca. 2 μm
X2 ca. 8 μm
X3 60 bis 80 μm
Während Y5 den Abstand zweier benachbarter Mittenachsen von Verschlußteilen 12 angibt, ist der Abstand senkrecht auf der Zeichenebene stehend zu dem dahingehend nächsten Verschlußteil 12, das mittig zwischen zwei in der Bildebene liegende Verschlußteile 12 angeordnet ist, zu dem in der Zeichenebene vergleichbar dahinter liegenden Verschlußteil 12 etwa 1 15μm. Die vorgestellten Größenverhältnisse sind nur exemplarisch und ergeben ein besonders günstig und gut funktionierendes Haftverschlußteil; allein sind hier auch andere Größenverhältnisse denkbar.
Da die beiden Gelenkteile 20,22 sich unabhängig voneinander einstellen können, sind deutlich mehr Freiheitsgrade als bei der bekannten Eingelenklösung im Bereich des Kopfteils möglich. Dies kommt wiederum der verbesserten Anbindung auch bei starker Beanspruchung an Drittbauteile zugute.