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Die Erfindung betrifft einen Flächensauggreifer zum Ansaugen und Fixieren von Gegenständen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Solche Flächensauggreifer finden vorzugsweise zur Handhabung von großflächigen Gegenständen oder auch zu, Aufnehmen und Fixieren einer Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Gegenständen. Die Flächensauggreifer weisen eine flächig ausgedehnte, meist ebene Saugfläche mit einer Vielzahl von Saugstellen auf. Um Unebenheiten bei den angegriffenen Gegenständen auszugleichen und ein zuverlässiges Fixieren zu gewährleisten, kann die Saugfläche mit einem elastischen Belag, insbesondere Schaumstoffbelag, belegt sein. Zur Verbesserung der Saugeigenschaften kann die dem zu greifenden Gegenstand zugewandte Seite des Schaumstoffbelages mit einer Decklagenschicht aus einem anderen Material versehen sein. In der
EP 1 916 206 B1 ist beispielsweise ein Flächensauggreifer beschrieben, bei dem die Decklagenschicht aus einem im Vergleich zum Schaumstoffbelag weniger luftdurchlässigen Material besteht, so das im Bereich der Saugstellen eine verbesserte Ansaugwirkung erzielbar ist.
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Eine Greifvorrichtung mit elektrischer Messeinrichtung ist in
EP 3 153 282 A1 beschrieben. Die
DE 10 2012 102 265 A1 zeigt einen Vakuumgreiferaufsatz mit einer Schaumstoffplatte.
DE 10 2010 034 720 A2 beschreibt einen Flächengreifer mit mehrlagigem Aufbau. Die
DE 41 30 107 A1 beschreibt eine Ansaug- und Transportvorrichtung mit einem Saugnapf. In
US 2018 / 0 286 772 A1 ist ein flächiger Vakuumsauger und Substrathalter beschrieben.
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Besondere Anforderungen bestehen bei der Handhabung von Gegenständen, welche empfindlich auf elektrostatische Entladungen sind (ESD-empfindliche Gegenstände). Ein Problem kann sich beispielsweise daraus ergeben, dass das Basisteil des Flächensauggreifers durch den Dichtschaum von dem Gegenstand elektrisch isoliert ist und sich, z.B. durch elektrostatische Aufladung, elektrische Potentialdifferenzen ausbilden können, die zu funkenartigen Entladungen führen können. Weitere Herausforderungen ergeben sich bei der Handhabung von Gegenständen mit berührungsempfindlichen Oberflächen und/oder bei Handhabungsprozessen mit hohen Sauberkeitsanforderungen. Die genannten Probleme treten beispielsweise bei der Handhabung dünner Glasplatten oder Substrate mit elektronischen Funktionselementen, wie z.B. Leiterplatten oder Displays auf.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Einsetzbarkeit von Flächensauggreifern für Gegenstände mit den genannten Empfindlichkeiten zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch einen Flächensauggreifer gemäß Anspruch 1 gelöst. Der Flächensauggreifer hat ein Basisteil mit einer insbesondere ebenen Handhabungsseite, welche dem Gegenstand zugewandt ist, um ihn anzusaugen. Die Handhabungsseite weist eine Vielzahl von Saugstellen auf, durch welche zum Ansaugen des Gegenstandes Umgebungsluft eingesaugt wird. Die Handhabungsseite ist mit einem elastisch verformbaren Belag, insbesondere Schaumstoffbelag belegt. Die dem Gegenstand zugewandte Seite des elastisch verformbaren Belages ist mit einer Decklagenschicht versehen, welche beim Ansaugen des Gegenstandes an dem Gegenstand anliegt.
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Die Decklagenschicht ist dabei mehrlagig, nämlich insbesondere zweilagig, ausgebildet und umfasst eine elektrisch leitfähige Kontaktschicht, sowie eine Klebeschicht, mittels welcher die Kontaktschicht an dem elastisch verformbaren Belag (insbesondere Schaumstoffbelag befestigt ist. Die Decklagenschicht ist dabei derart auf dem elastisch verformbaren Belag befestigt, dass die elektrisch leitfähige Kontaktschicht dem Gegenstand zugewandt ist, d.h. beim Ansaugen des Gegenstandes berührt die Kontaktschicht den Gegenstand und liegt vorzugsweise an dem Gegenstand an. Insofern bildet die elektrisch leitfähige Kontaktschicht die eigentliche Handhabungsfläche des Flächensauggreifers.
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Der elastisch verformbare Belag ist vorzugsweise an einem Gehäuseboden des Basisteils angebracht. Der Gehäuseboden selbst kann hart sein, wobei der elastisch verformbare Belag beim Andrücken an einen Gegenstand eventuelle Unebenheiten an der Oberfläche des Gegenstandes ausgleichen kann, z.B. in dem der elastisch verformbare Belag durch die Andrück-Kraft lokal komprimiert wird. Die Decklagenschicht ist vorzugsweise ebenfalls elastisch verformbar ausgebildet, so dass auch der Verbund aus Belag und Decklagenschicht Unebenheiten der Oberfläche des angesaugten Gegenstandes ausgleichen kann.
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Die Decklagenschicht verhindert einerseits, dass sich im oder an dem Material des elastisch verformbaren Belags (insbesondere schaumstoffartiger Belag) Verunreinigungen ansammeln, was bei einem Greifprozess zu unerwünschten Abdrücken führen kann. Andererseits ermöglicht die elektrisch leitfähige Ausgestaltung der Kontaktschicht ein kontrolliertes Ableiten von elektrischen Ladungen, so dass Beschädigungen durch elektrostatische Entladungsvorgänge vermieden werden können.
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Der mehrlagige Aufbau der Decklagenschicht ermöglicht es außerdem, die Decklagenschicht bei Bedarf auszutauschen, wie nachfolgend noch näher erläutert. Dies ermöglicht es insbesondere, die Decklagenschicht zu Wartungszwecken und/oder für ein Umrüsten für verschiedene Anwendungszwecke auszutauschen. Ein Austausch der Decklagenschicht kann auch vorteilhaft sein, um besonders hohen Sauberkeitsanforderungen zu genügen. Insgesamt wird der konstruktive Aufwand beim Aufbau und Betrieb des Flächensauggreifers reduziert.
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Vorzugsweise hat der elastisch verformbare Belag eine Mehrzahl von Durchgangslöchern und die Decklagenschicht hat eine Vielzahl von Durchbrüchen, die insbesondere regelmäßig angeordnet sind. Dabei ist vorzugsweise die Flächendichte der Durchbrüche in der Decklagenschicht höher als die Flächendichte der Durchgangslöcher in dem elastisch verformbaren Belag. Mit anderen Worten ist vorzugsweise die mittlere Anzahl von Durchbrüchen pro Flächeneinheit in der Decklagenschicht größer, als die mittlere Anzahl pro Flächeneinheit von Durchgangslöchern in dem Belag, so dass die Durchbrüche in der Decklagenschicht im Mittel einander näher liegen, als die Durchgangslöcher in dem Belag. Da die Durchbrüche in der Decklagenschicht insofern dichter angeordnet sind, muss die Decklagenschicht nicht präzise am Belag in Bezug auf die Durchgangslöcher positioniert werden. Dies vereinfacht den Aufbau des Flächensauggreifers, insbesondere wenn die Decklagenschicht auswechselbar ausgestaltet ist, wie nachfolgend noch näher erläutert.
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Vorzugsweise ist für jede Saugstelle oder zumindest für je eine Saugstellengruppe ein zugeordnetes Durchgangsloch in dem Belag vorgesehen. Insbesondere weist das Basisteil ein Gehäuse mit einem Gehäuseboden und mit einer Vielzahl von Saugöffnungen auf, wobei je ein Durchgangloch mit einer Saugöffnung oder einer Gruppe von Saugöffnungen fluchtet.
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Vorzugsweise ist die Decklagenschicht in der Art einer perforierten Folie, insbesondere mit einer regelmäßigen, matrixartigen Anordnung von Durchbrüchen ausgestaltet. Beispielsweise kann die Decklagenschicht netzartig oder in der Art eines Lochgitters ausgestaltet sein.
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Zur weiteren Ausgestaltung ist die Decklagenschicht als Wechselfolie ausgebildet. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Klebeschicht eine Mehrfachklebefolie ist, die aufklebbar und wieder ablösbar ausgestaltet ist (vorzugsweise auch wieder aufklebbar). Insbesondere ist die Klebeeigenschaft derart ausgestaltet, dass die Decklagenschicht von dem elastisch verformbaren Belag zerstörungsfrei abgezogen werden kann. Da insofern die Decklagenschicht ohne Zerstörung des darunterliegenden Belages ausgewechselt werden kann, wird eine Anpassung des Flächensauggreifers an verschiedene Einsatzzwecke sowie eine Reinigung und Wartung des Flächensauggreifers vereinfacht.
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Die Klebeschicht ist vorzugsweise als beidseitige Klebefolie ausgebildet, wobei die Klebebeschichtungen auf den beiden Seiten der Klebefolie derart gewählt sind, dass in zusammengeklebten Zustand die Klebekraft zum Schaum hin schwächer ist, als die Klebekraft zur Kontaktschicht hin. Dies ermöglicht es, den Verbund aus Kontaktschicht und Klebeschicht als Ganzes von dem Schaum abzuziehen.
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Zur weiteren Ausgestaltung ist die leitfähige Kontaktschicht in der Art eines faserhaltigen Materials ausgestaltet. Um die elektrische Leitfähigkeit zu erzeugen, können die Fasern und/oder Faserzwischenräume mit entsprechenden Materialzugaben versehen sein. Geeignete Materialzugaben sind beispielsweise ionische Verbindungen oder elektrische leitfähige Partikel. Beispielsweise können die Fasern des Materials entsprechend beschichtet oder getränkt sein. Ein faseriger Aufbau der Kontaktschicht kann außerdem störende Abdrücke bei der Handhabung von glatten Oberflächen reduzieren.
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Das faserhaltige Material der Kontaktschicht kann beispielsweise in der Art eines Geflechts oder Gewebes aufgebaut sein. Als Material kommt beispielsweise Polyethylen in Betracht, insbesondere in gewobener Form.
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Der elektrisch verformbare Belag und/oder die Klebeschicht sind vorzugsweise elektrisch isolierend ausgebildet. Die Ableitung von elektrischen Ladungen erfolgt vorzugsweise kontrolliert über die Kontaktschicht.
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Wie erläutert, ermöglicht die Kontaktschicht ein Ableiten der elektrischen Ladungen. Der Ableitungswiderstand ist konstruktionsbedingt vorzugsweise derart hoch eingestellt, dass nur geringe Entladungsströme fließen. Vorzugsweise sind die elektrisch leitfähige Kontaktschicht und/oder die elektrische Verbindung der Kontaktschicht mit einem zugeordneten Ableitungskontakt derart ausgebildet, dass sich ein Ableitungswiderstand von 106 Ohm bis 109 Ohm ergibt. Vorzugsweise liegt dieser hohe Ableitungswiderstand von jedem an der Handhabungsseite zugänglichen Kontaktpunkt an der Kontaktschicht gemessen zu dem Ableitungskontakt hin vor. Der Ableitwiderstand wird insbesondere durch die Ausgestaltung der elektrisch leitfähigen Kontaktschicht beeinflusst.
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Denkbar ist jedoch auch, den Ableitungswiderstand durch die Art der Kontaktierung zu definieren. Ein Ableitungskontakt kann ein Verbindungskontakt im Sinne eines Kontaktpunktes an dem Basisteil sein. Der Ableitungskontakt kann jedoch auch von dem Basisteil selbst bzw. von einem Abschnitt des Basisteils gebildet sein.
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Im Betrieb des Flächensauggreifers ist der Ableitungskontakt vorzugsweise elektrisch geerdet.
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Der Ableitungskontakt kann auf verschiedene Weisen bereitgestellt werden. Beispielsweise kann das Basisteil selbst elektrisch leitfähig ausgebildet sein und die Kontaktschicht mit dem Basisteil elektrisch verbunden sein, vorzugsweise durch den (insbesondere isolierend wirkenden) Belag hindurch. Denkbar ist jedoch auch, dass das Basisteil zumindest abschnittsweise (vorzugsweise insgesamt) aus einem elektrisch nichtleitenden / isolierenden Material besteht und einen Verbindungskontakt aufweist, welcher mit der Kontaktschicht elektrisch verbunden ist. Vorzugsweise ist der Verbindungskontakt am Basisteil von elektrisch isolierendem Material umgeben. Beispielsweise kann der Verbindungskontakt durch eine Schraube bereitgestellt werden, welche durch das Basisteil hindurch die Kontaktschicht kontaktiert.
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Eine elektrische Kontaktierung wird dadurch erzielt, dass die Kontaktschicht oder insbesondere die Decklagenschicht als Ganzes wenigstens einen Überstand aufweist, welcher über die Handhabungsseite hinausreicht und welcher um den elektrisch verformbaren Belag bzw. um einen Abschnitt des Basisteils herum gefaltet ist. Der Überstand ist mit dem basisteilseitigen Ableitungskontakt elektrisch verbunden sein. Vorzugsweise ist der Überstand in der Art einer Lasche ausgebildet, die um den Belag und/oder einen Abschnitt des Basisteils herumgeklappt ist.
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Das Basisteil umfasst vorzugsweise ein Gehäuse mit einem Gehäuseboden, an welchem der elastisch verformbare Belag angeordnet ist und an welchem insbesondere auch die Saugstellen vorgesehen sind.
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Der genannte Überstand ist beispielsweise derart um den elastisch verformbaren Belag herumgeführt, dass der Überstand an dem Gehäuseboden direkt anliegt. Insbesondere ist dann ein basisteilseitiger Verbindungskontakt derart ausgebildet, dass der Verbindungskontakt mit dem an den Gehäuseboden gefalteten Überstand der Kontaktschicht in Kontakt steht.
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Der Gehäuseboden kann selbstleitfähig ausgebildet sein und durch die Berührung des Überstandes der Kontaktschicht den genannten Ableitungskontakt bereitstellen.
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Denkbar ist jedoch auch, dass der Überstand der elektrisch leitfähigen Kontaktschicht (bzw. der Decklagenschicht) auf eine Oberseite des Gehäuses geführt ist und dort mit dem Ableitungskontakt elektrisch verbunden ist.
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Eine einfache Ausgestaltung ergibt sich dadurch, dass die Decklagenschicht die Handhabungsseite komplett überspannt (d.h. bis auf eventuelle Durchbrüche komplett bedeckt). Diese ermöglicht ein einfaches Aufkleben an den elastisch verformbaren Belag, da lediglich ein beispielsweise passgenauer Zuschnitt der Decklagenschicht auf eine Oberfläche des elastisch verformbaren Belages aufgeklebt werden muss.
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Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, die Decklagenschicht nur in einem für elektrostatische Entladungen kritischen Bereich der Handhabungsseite vorzusehen, so dass die Decklagenschicht nur einen Teilbereich der Handhabungsseite überspannt.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1: Explosionsdarstellung zur Erläuterung des Aufbaus eines erfindungsgemäßen Flächensauggreifers;
- 2: perspektivische Ansicht auf die Handhabungsseite des Flächensauggreifers gemäß 1;
- 3: skizzierte Darstellung zur Erläuterung des Aufbaus der Decklagenschicht;
- 4: Explosionsdarstellung zur Erläuterung einer möglichen Realisierung für den Ableitungskontakt der elektrisch leitfähigen Kontaktschicht;
- 5: perspektivische Ansicht des Flächensauggreifers gemäß 4;
- 6: perspektivische Ansicht zur Erläuterung einer weiteren Realisierung des Ableitungskontakts der Decklagenschicht.
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In der nachfolgenden Beschreibung sowie in den Figuren sind für identische oder einander entsprechende Merkmale jeweils dieselben Bezugszeichen verwendet.
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Wie in den 1 und 2 skizziert hat der Flächensauggreifer 10 ein Basisteil 12 und eine insbesondere eben ausgebildete Handhabungsseite 14, welche zum Ansaugen eines nicht dargestellten Gegenstandes an eine Oberfläche des Gegenstandes angelegt wird.
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Das Basisteil 12 hat nach einem allgemeinen Aspekt der Erfindung vorzugsweise ein Gehäuse 16, welches eine innenliegende Unterdruckkammer einschließt und einem zur Handhabungsseite 14 zugewandten Gehäuseboden 18 aufweist.
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Das Basisteil kann beispielsweise als Hohlprofil ausgebildet sein, beispielsweise in der Art eines Strangpressprofils aus einem geeigneten Strangpress-Material, z.B. Aluminium. Das Hohlprofil ist vorzugsweise endseitig mit Enddeckeln 20 verschlossen, um die innenliegende Saugkammer auszubilden.
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An dem Gehäuseboden 18 ist ein elastisch verformbarer Belag 22 angeordnet. Der elastisch verformbare Belag 22 ist vorzugsweise derart bemessen, dass er den gesamten Gehäuseboden 18 überspannt. Der elastisch verformbare Belag ist beispielsweise ein Schaumstoffbelag.
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Die Handhabungsseite 14 weist eine Vielzahl von Saugstellen 24 auf. Diese sind im dargestellten Beispiel (vergleiche 1 und 2) dadurch definiert, dass der elastisch verformbare Belag 22 eine Mehrzahl von durchgangslöchern 26 aufweist, welche mit nicht näher dargestellten Saugöffnungen im Gehäuseboden 18 korrespondieren. In 2 sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nur wenige Saugstellen 24 an der Handhabungsseite 14 skizziert. Insgesamt sind die Saugstellen vorzugsweise matrixartig über den ganzen Gehäuseboden 18 verteilt angeordnet.
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Die dem Basisteil 12 abgewandte Oberfläche des elastisch verformbaren Belages 22 ist mit einer Decklagenschicht 28 versehen. Die Decklagenschicht 28 kann beispielsweise die dem Basisteil 12 abgewandte Seite des elastisch verformbaren Belages 22 vollständig überdecken (vergleiche 1 und 2) .
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Die Decklagenschicht 28 ist vorzugsweise mehrlagig ausgebildet. Die 3 zeigt eine skizzierte Darstellung, um den Aufbau der Decklagenschicht 28 und die Anbringung an dem elastisch verformbaren Belag 22 zu erläutern.
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Vorzugsweise ist die Decklagenschicht 28 zwei-lagig aufgebaut mit einer elektrisch leitfähigen Kontaktschicht 30 und einer Klebeschicht 32, welche zur Befestigung der elektrisch leitfähigen Kontaktschicht 30 an dem elastisch verformbaren Belag 22 dient. Die Decklagenschicht 28 wird derart an dem elastisch verformbaren Belag 22 angeklebt, dass die elektrisch leitfähige Kontaktschicht 30 den angesaugten Gegenstand kontaktiert und somit die eigentliche Handhabungsfläche 34 des Flächensauggreifers 10 bildet.
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Die Klebeschicht 32 ist vorzugsweise als zweiseitige Klebefolie ausgebildet mit einer Substratfolie 36, welche auf beiden Seiten mit einer Klebebeschichtung versehen ist. Vorzugsweise ist die Klebebeschichtung in Richtung zur elektrisch leitfähigen Kontaktschicht 30 derart ausgebildet, dass eine höhere Adhäsionskraft erzielt wird, als mit der Klebeschicht der gegenüberliegenden Seite.
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Bevor die zweilagige Decklagenschicht 28 auf dem elastisch verformbaren Belag 22 angeklebt wird, kann sie als dreilagiges Ausgangsmaterial bereitgestellt werden (vergleiche 3). Dies erleichtert eine Lagerung und einen Transport. Hierzu ist insbesondere die Seite der Substratfolie 36, welche der elektrisch leitfähigen Kontaktschicht abgewandt ist, mit einer Schutzfolie 38 versehen. Die Schutzfolie 38 ist insbesondere derart ausgebildet, dass sie leicht von der Substratfolie 36 abgezogen werden kann und die Klebebeschichtung der Substratfolie 36 frei zurücklässt. Insbesondere kann die Seite der Schutzfolie 38, welche der Substratfolie 36 zugewandt ist, mit einer Silikonbeschichtung versehen sein, um ein Ablösen zu erleichtern. Nach dem Ablösen der Schutzfolie 38 kann der Verbund aus elektrisch leitfähiger Kontaktschicht 30 und Klebeschicht 32 auf die dem Basisteil 12 abgewandte Oberfläche des elastisch verformbaren Belags 22 aufgeklebt werden.
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Wie in 3 skizziert, weist die elektrisch leitfähige Kontaktschicht 30 und vorzugsweise ebenso die Klebeschicht 32 eine Vielzahl von Durchbrüchen 40 auf (siehe Vergrößerungsdarstellung in 3). Die Durchbrüche 40 sind insbesondere matrixartig regelmäßig angeordnet, mit einer Dichte pro Flächeneinheit, welche erheblich größer ist, als die Flächendichte der Durchgangslöcher 26 in dem elastisch verformbaren Belag 22. Dies bietet u.a. den Vorteil, dass eine genaue Positionierung der Decklagenschicht 28 auf dem elastisch verformbaren Belag 22 nicht erforderlich ist.
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Verschiedene Möglichkeiten zur elektrischen Kontaktierung der elektrisch leitfähigen Kontaktschicht 30 werden anhand der 4 bis 6 erläutert.
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Die Decklagenschicht 28 und insbesondere die elektrisch leitfähige Kontaktschicht 30 weisen vorzugsweise einen Überstand 42 auf, welcher über die Handhabungsfläche 34 hinausreicht. Der Überstand 42 kann dann beispielsweise derart um den elastisch verformbaren Belag 22 herum gefaltet sein, dass er zwischen elastisch verformbarem Belag 22 und dem Gehäuseboden 18 liegt, vorzugsweise derart, dass die elektrisch leitfähige Kontaktschicht 30 den Gehäuseboden 18 berührt.
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Um einen basisteilseitigen Ableitungskontakt 44 (5) bereitzustellen, kann beispielsweise ein Kontaktstift 46 (beispielsweise Schraube) von einer Oberseite des Gehäuses 16 durch das Basisteil 12 hindurch zu dem Überstand 42 geführt sein.
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Wenn das Gehäuse 16 selbst aus einem nicht leitfähigen Material besteht, so bildet der Kontaktstift 46 einen definierten Verbindungskontakt 48 zur Ableitung von elektrischen Ladungen, die mittels der elektrisch leitfähigen Kontaktschicht 30 aufgenommen werden. Denkbar ist jedoch auch, dass mittels des Kontaktstifts 46 eine Verbindung zu einem Abschnitt eines an sich leitfähig ausgebildeten Gehäuses 16 hergestellt wird, beispielsweise zu einer oberflächenseitigen Nut 50 des Gehäuses, an welcher dann ein entsprechender Erdungskontakt angreifen kann.
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Die 6 zeigt eine Realisierungsmöglichkeit, bei der ein entsprechender Überstand 42 der Decklagenschicht 28 bzw. der elektrisch leitfähigen Kontaktschicht 30 um den elastisch verformbaren Belag 22 und um eine Flanke 52 des Gehäuses 16 herum gefaltet ist und an einer Oberseite 54 des Gehäuses 16 mit Ableitungskontakten 44 verbunden ist. Beispielsweise können hierzu Kontaktstifte 46 durch den Überstand 42 hindurch in eine entsprechende Nut 50 in der Oberseite 54 eingreifen.
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Denkbar ist beispielsweise, dass die Decklagenschicht 28 nicht die gesamte Handhabungsfläche 34 bedeckt, sondern nur einen Abschnitt hiervon, beispielsweise nur im Bereich des Überstandes 42. Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, wenn die gesamte Handhabungsseite 14 von der Decklagenschicht 28 bedeckt ist.
