DE102016201976B3

DE102016201976B3 - Vorrichtung und Verfahren zur Bearbeitung eines Substrats

Info

Publication number: DE102016201976B3
Application number: DE102016201976.7A
Authority: DE
Inventors: Henry Henschel; Florian Heitmüller; Reinhard Löwe
Original assignee: Bundesdruckerei GmbH
Current assignee: Bundesdruckerei GmbH
Priority date: 2016-02-10
Filing date: 2016-02-10
Publication date: 2017-02-16
Anticipated expiration: 2036-02-11
Also published as: EP3414105A1; WO2017137205A1; EP3414105B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung (1) zur Bearbeitung eines Substrats (3), wobei die Vorrichtung (1) eine Trägereinrichtung für das Substrat (3) umfasst, wobei die Vorrichtung (1) einen ersten Stempel (17) umfasst, wobei der erste Stempel (17) derart relativ zu dem Substrat (3) bewegbar ist, dass durch den ersten Stempel (17) ein Element (23) aus dem Substrat (3) ausschneidbar ist, wobei die Vorrichtung (1) eine Bereitstellungseinrichtung für ein Füllmaterial (12) umfasst, wobei die Vorrichtung (1) mindestens einen weiteren Stempel (20) umfasst, wobei der weitere Stempel (20) derart relativ zu dem Füllmaterial (12) bewegbar ist, dass durch den weiteren Stempel (20) ein Element (26) aus dem Füllmaterial (12) ausschneidbar ist, wobei der erste Stempel (17) derart relativ zu dem Substrat (3) bewegbar ist, dass durch den ersten Stempel (17) das ausgeschnittene Element (26) aus dem Füllmaterial (12) in einer Öffnung (25) des Substrats (3) anordenbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bearbeitung eines Substrats, insbesondere bei der Herstellung von Wert- und/oder Sicherheitsdokumenten. Bei der Herstellung von Wert- und/oder Sicherheitsdokumenten ist es in der Regel notwendig, ein Substrat zu bearbeiten. Das Substrat kann beispielsweise ein Kartenkörper oder ein Folienstapel sein. Insbesondere kann es notwendig sein, in ein Substrat eine Öffnung oder Aussparung einzubringen, die beispielsweise zur Aufnahme von elektronischen Bauteilen, Chips oder anderen, von dem Substrat verschiedenen Elementen dient.
Die DE 10 2014 000 133 A1 offenbart ein Verfahren zur Bearbeitung eines ebenen, zumindest einlagigen Substrats, in dem das als Streifen, Bahn oder Bogen ausgebildete Substrat gemeinsam mit einem streifen-, bahn- oder bogenförmigen Füllmaterial auf unterschiedlichen Ebenen durch mindestens ein Bearbeitungswerkzeug hindurchgeführt wird. Weiter wird das Substrat insbesondere im Bereich des Bearbeitungswerkzeugs positioniert und gehalten, mindestens ein stempelartig ausgebildetes Bauteil des Bearbeitungswerkzeugs an vorgebbarer Stelle des Substrats eine Öffnung, insbesondere ein Fenster, erzeugt. Weiter wird das Bauteil anschließend in einen Bereich außerhalb der Öffnung bewegt und in einem weiteren Hub aus dem Füllmaterial durch das Bauteil des Bearbeitungswerkzeugs ein dem Querschnitt der Öffnung entsprechendes Element ausgestanzt. Weiter wird durch das Bauteil das ausgestanzte Element in Richtung der Öffnung des fixierten Substrats bewegt und das Element durch das Bauteil in die Öffnung des Substrats eingesetzt.
Die EP 0 394 926 B1 beschreibt ein Verfahren zum positionierten Aufbringen von flachen Stanzelementen auf die Oberfläche von Trägermaterial, insbesondere von Papier-Unterschriftsstreifen auf Kartendeckfolien, wobei die Elemente in Mehrfachnutzen vorliegen.
Die GB 2 267 247 A offenbart eine Vorrichtung zum Implantieren eines Segmentes eines Materials in ein anderes Material mit verschiedenen Eigenschaften.
Die WO 2015/090956 A1 offenbart das Verzieren eines Einsatzes, der aus einem Film ausgeschnitten wird, in eine Öffnung einer Folie ohne Lücken.
Die DE 10 2008 018 491 B3 offenbart ein Verfahren zum Implantieren eines Chipmoduls in einen Chipkartenkörper, wobei das Chipmodul auf einem Modulband zugeführt wird und mittels eines Stanzstempels aus diesem ausgestanzt, in eine Kavität des Chipkartenkörpers eingesetzt und dort dauerhaft fixiert wird. Das Modulband wird dabei zwischen dem Stanzstempel und dem Chipkartenkörper hindurch geführt, und das Einsetzen des Chipmoduls in die Kavität des Chipkartenkörpers erfolgt mittels des Stanzstempels. Außerdem betrifft die Druckschrift eine entsprechende Vorrichtung, wobei der Stanzstempel sowohl zum Austanzen des Chipmoduls aus dem Modulband als auch zum Implantieren des Chipmoduls in die Kavität des Chipkartenkörpers eingerichtet ist.
Bei den beschriebenen Verfahren wird das einzusetzende Element durch ein entsprechendes Werkzeug in die Öffnung eingesetzt. Es ist wünschenswert, eine möglichst stabile mechanische Verbindung des einzusetzenden Elements mit dem Substrat im eingesetzten Zustand herzustellen.
Es stellt sich das technische Problem, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bearbeitung eines Substrats zu schaffen, die ein einfach durchzuführendes und genaues Einsetzen eines Füllmaterials in eine Öffnung im Substrat ermöglichen, wobei eine möglichst stabile mechanische Verbindung zwischen dem Substrat und dem Füllmaterial nach dem Einsetzen hergestellt ist.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich aus den Gegenständen mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 10. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Vorgeschlagen wird eine Vorrichtung zur Bearbeitung eines Substrats. Die Bearbeitung des Substrats dient insbesondere der Herstellung eines Wert- und/oder Sicherheitsdokuments. Hierbei kann das Bearbeiten des Substrats ein oder mehrere Schritt(e) bei der Herstellung des Wert- und/oder Sicherheitsdokuments bilden. Weiter insbesondere dient die Vorrichtung zum Einbringen einer Öffnung, insbesondere einer sacklochartigen Öffnung, in das Substrat sowie zum Einsetzen eines Füllmaterialelements in die Öffnung.
Das Substrat kann als Einzelfolie oder Folienstapel ausgebildet sein, wobei der Folienstapel mehrere übereinander angeordnete Folien umfasst. Die Folien können hierbei Kunststofffolien sein. Insbesondere kann das Substrat ein ebenes Substrat sein, also ein Substrat mit einer ungekrümmten Oberfläche. Weiter insbesondere kann das Substrat einen rechteckförmigen oder im Wesentlichen rechteckförmigen Querschnitt aufweisen.
Die Vorrichtung umfasst eine Trägereinrichtung für das Substrat. Die Trägereinrichtung kann hierbei mindestens eine Auflagefläche aufweisen oder ausbilden, wobei auf der mindestens einen Auflagefläche zumindest ein Teil des Substrats oder das Substrat vollständig aufliegen kann.
Im Folgenden wird auf folgendes Referenzkoordinatensystem Bezug genommen. Eine Vertikalrichtung kann senkrecht zu einer Oberseite des Substrats und von dieser Oberseite weg orientiert sein. Die Oberseite des Substrats kann hierbei die Seite bezeichnen, von der aus die Öffnung in das Substrat eingebracht wird. Eine Längs- und eine Querrichtung können senkrecht zueinander und senkrecht zur Vertikalrichtung orientiert sein. Die Oberseite kann hierbei in einer Ebene angeordnet sein, die von der Längs- und Querrichtung aufgespannt wird. Vertikal-, Längs- und Querrichtung können hierbei Raumrichtungen bezeichnen.
Richtungsangaben wie „oben“, „unten“, „über“, „unter“, „Oberseite“, „Unterseite“ können sich hierbei auf die Vertikalrichtung beziehen. Es ist möglich, dass die Vertikalrichtung parallel und entgegengesetzt zu einer Gravitationsrichtung orientiert ist, wobei die Gravitationsrichtung die Richtung der auf das Substrat wirkenden Gravitationskraft bezeichnet.
Weiter umfasst die Vorrichtung einen ersten Stempel. Ein Stempel kann hierbei ein Werkzeug oder Bauteil bezeichnen, welches zum Einbringen einer Öffnung in das Substrat geeignet ist. Insbesondere kann der erste Stempel zum Stanzen des Substrats dienen. Der erste Stempel ist derart relativ zu dem Substrat bewegbar, dass durch den ersten Stempel ein Element aus dem Substrat ausschneidbar ist. Mit anderen Worten ist der erste Stempel derart relativ zu dem Substrat bewegbar, dass durch den ersten Stempel eine Öffnung, insbesondere eine Durchgangsöffnung, in das Substrat einbringbar ist. Das Element kann hierbei in einem vorbestimmten, gewünschten Bereich des Substrats ausgeschnitten werden. Vorzugsweise ist das Substrat ortsfest anordenbar, wobei der erste Stempel bewegbar ist. Der erste Stempel kann eine Stanzfläche aufweisen, die zum Ausschneiden in mechanische Kontakt mit dem Substrat tritt.
Weiter insbesondere kann durch den ersten Stempel das Element von der Oberseite des Substrats her aus dem Substrat ausschneidbar sein. Dies kann bedeuten, dass der erste Stempel zum Ausschneiden des Elements in einem Bereich über der Oberseite des Substrats auf die Oberseite zu bewegt wird und dann in das Substrat eindringt.
Weiter umfasst die Vorrichtung eine Bereitstellungseinrichtung für ein Füllmaterial. Das Füllmaterial kann hierbei ein Material bezeichnen, welches ein in die Öffnung des Substrats einzubringendes Element bereitstellt. Das Füllmaterial kann beispielsweise in Band- oder Bogenform bereitgestellt werden. Selbstverständlich ist es auch möglich, das Füllmaterial als Einzelnutzen bereitzustellen. Das Füllmaterial kann von dem Material des Substrats verschieden sein. Das Füllmaterial kann die gleiche Dicke wie das Substrat aufweisen.
Durch die Bereitstellungseinrichtung kann das Füllmaterial in einem Bereich über der Oberseite des Substrats oder in einem Bereich unter der Unterseite des Substrats bereitgestellt, insbesondere angeordnet werden.
Erfindungsgemäß umfasst die Vorrichtung mindestens einen weiteren Stempel. Der weitere Stempel ist derart relativ zu dem Füllmaterial bewegbar, dass durch den weiteren Stempel ein Element aus dem Füllmaterial ausschneidbar ist. Dieses Element kann auch als Füllmaterial-Element bezeichnet werden. Hierbei kann der weitere Stempel selbstverständlich auch relativ zu dem Substrat bewegbar sein. Vorzugsweise ist durch den weiteren Stempel das Element von einer Unterseite des Füllmaterials her aus dem Füllmaterial ausschneidbar. Hierzu kann der weitere Stempel zum Ausschneiden von einem Bereich unter der Unterseite des Füllmaterials auf die Unterseite des Füllmaterials zubewegt werden und dann von der Unterseite her in das Füllmaterial eindringen. Der weitere Stempel kann eine Stanzfläche aufweisen, die zum Ausschneiden in mechanischen Kontakt mit dem Füllmaterial tritt.
Der weitere Stempel kann baugleich zu dem ersten Stempel sein. Dies kann bedeuten, dass die von den Stempeln ausgeschnittenen Elemente die gleiche Geometrie aufweisen, wenn die Stempel ein Element aus demselben Material oder aus Material mit gleicher Dicke bzw. Stärke ausschneiden. Dass der erste und der weitere Stempel baugleich sind, kann auch bedeuten, dass die Stanzfläche und ein Stanzabschnitt der Stempel baugleich sind. Der Stanzabschnitt kann die Stanzfläche aufweisen und den Abschnitt des Stempels bezeichnen, der beim Ausschneiden in mechanischen Kontakt mit dem Material tritt oder treten kann.
Das Füllmaterial kann derart bereitgestellt werden, dass eine Ober- und/oder Unterseite des Füllmaterials senkrecht zu der Vertikalrichtung orientiert sind. Somit kann eine Stanzrichtung des ersten Stempels ebenfalls parallel zur Vertikalrichtung, jedoch entgegengesetzt zur Vertikalrichtung, orientiert sein. Eine Stanzrichtung des weiteren Stempels kann parallel zu der und in Richtung der Vertikalrichtung orientiert sein.
Es ist möglich, dass ein an oder auf der Trägereinrichtung angeordnetes Substrat zwischen dem ersten und dem weiteren Stempel anordenbar ist. In diesem Falle können sich der erste und der weitere Stempel jeweils in einer Ausgangsposition befinden, wobei die Ausgangsposition eine Position bezeichnet, aus der heraus die Bewegung zum Ausschneiden (Stanzbewegung) durchgeführt wird. Auch das Füllmaterial kann derart zwischen dem ersten und dem weiteren Stempel in der Ausgangsposition anordenbar sein. Die Stempel können in einer jeweiligen Ausgangsposition derart angeordnet sein, dass ihre Stanzflächen entlang der Vertikalrichtung einander gegenüberliegen.
Weiter ist der erste Stempel derart relativ zu dem Substrat bewegbar, dass durch den ersten Stempel das ausgeschnittene Element aus dem Füllmaterial in einer Öffnung des Substrats anordenbar ist. Die Öffnung kann insbesondere die durch den ersten Stempel eingebrachte Öffnung sein.
Z.B. können der erste und der weitere Stempel derart relativ zueinander bewegbar sein, dass das Füllmaterial-Elementnach dem Ausschneiden in einen Bewegungsbereich des ersten Stempels oder bis zum ersten Stempel transportiert werden kann. Der erste Stempel kann dann dieses in dessen Bewegungsbereich transportierte Füllmaterial-Element in die Öffnung des Substrats transportieren.
Das aus dem Substrat durch den ersten Stempel ausgeschnittene Element und das durch den weiteren Stempel aus dem Füllmaterial ausgeschnittene Element können eine gleiche Geometrie und gleiche Dimensionen aufweisen, wobei die Elemente nach dem Ausschneiden spiegelverkehrt angeordnet sind, wobei eine Spiegelebene senkrecht zur Vertikalrichtung sein kann. In diesem Falle weist auch die Öffnung im Substrat die gleiche Geometrie und Dimension wie das aus dem Füllmaterial ausgeschnittene Element auf, ist jedoch spiegelverkehrt zu diesem Element angeordnet. Beispielsweise können die ausgeschnittenen Elemente eine teilkegelförmige oder teilpyramidenförmige Geometrie aufweisen. Diese wird durch das Zusammenwirken zwischen Material und Stempel beim Ausschneidevorgang bedingt.
Wird das Element aus dem Substrat von der Oberseite her aus dem Substrat ausgeschnitten, so kann sich eine Breite oder ein Durchmesser im Substrat entgegengesetzt zur Vertikalrichtung verändern, insbesondere vergrößern oder verkleinern.
Insbesondere kann eine Breite oder ein Durchmesser der Öffnung im Substrat an der Oberseite oder in einem Bereich über der kleiner als an der Unterseite sein. Entsprechend kann eine Breite oder ein Durchmesser des ausgeschnittenen Füllmaterial-Elements an der Unterseite des Füllmaterial-Elements größer als an dessen Oberseite sein. Wird das Füllmaterial-Element von der Oberseite des Substrats her durch den ersten Stempel in die Öffnung eingesetzt bzw. in dieser angeordnet, so kann die von der Dimension her kleinere Unterseite des Füllmaterial-Elements zuerst in den von der Dimension her kleineren Bereich der Öffnung im Substrat eingesetzt werden. Dies vereinfacht das Einsetzen. Beim weiteren Einsetzen wird die Oberseite des Füllmaterial-Elements in diesen von der Dimension her kleineren Bereich der Öffnung im Substrat bewegt, dessen Dimension kleiner als die entsprechende Dimension der Oberseite des Füllmaterial-Elements ist. Hierdurch wird das Füllmaterial-Element in der Öffnung verklemmt.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine stabile mechanische Befestigung des Füllmaterial-Elements in der Öffnung im Substrat.
Weiter ergibt sich in vorteilhafter Weise auch eine räumlich genaue Anordnung des Füllmaterial-Elements, insbesondere wenn dieses durch die Öffnung im Substrat geführt wird, da beim Einführen auch eine Zentrierung erfolgt. Weiter wird durch die Verwendung mindestens zweier Stempel eine steuerungstechnisch einfach durchzuführende Anordnung des Füllmaterial-Elements in der Öffnung des Substrats ermöglicht.
In einer weiteren Ausführungsform ist der erste Stempel zwischen einer Ausgangsposition und einer Endposition entlang einer Bewegungstrajektorie bewegbar. Die Bewegungstrajektorie kann insbesondere eine gerade, aber ungekrümmte, Bewegungstrajektorie sein. Die Ausgangsposition kann über der Oberseite des Substrates angeordnet sein. Die Endposition kann unter der Unterseite des Substrats angeordnet sein. Somit kann bei einer Bewegung von der Ausgangs- in die Endposition das Element aus dem Substrat ausgeschnitten werden.
Weiter ist der weitere Stempel zwischen einer Ausgangsposition und einer Endposition entlang einer Bewegungstrajektorie bewegbar. Auch diese Bewegungstrajektorie kann eine gerade Bewegungstrajektorie sein. Die Ausgangsposition des weiteren Stempels kann unter der Unterseite des Substrats angeordnet sein. Die Endposition des weiteren Stempels kann über der Oberseite des Substrats, insbesondere auch über der Oberseite des bereitgestellten Füllmaterials, angeordnet sein. Somit kann bei einer Bewegung des weiteren Stempels aus der Ausgangsposition in die Endposition das Füllmaterial-Element aus dem Füllmaterial ausgeschnitten werden.
Weiter überschneidet sich zumindest ein Abschnitt der Bewegungstrajektorie des ersten Stempels mit zumindest einem Abschnitt der Bewegungstrajektorie des weiteren Stempels. Vorzugsweise überschneiden sich Abschnitte der Bewegungstrajektorien in einem räumlichen Bereich, in dem das Substrat angeordnet ist. Weiter können sich die Bewegungstrajektorien auch in einem räumlichen Bereich überschneiden, in dem das bereitgestellte Füllmaterial angeordnet ist.
Sind die Bewegungstrajektorien gerade Trajektorien, so können sich die Bewegungstrajektorien zumindest teilweise überschneiden. Allerdings können eine Ausgangsposition des ersten Stempels über der Endposition des weiteren Stempels und eine Ausgangsposition des weiteren Stempels unter der Endposition des ersten Stempels angeordnet sein.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine Anordnung der Stempel derart, dass das Einsetzen des Füllmaterial-Elements, welches von dem weiteren Stempel ausgeschnitten wird, in die von dem ersten Stempel ausgeschnittene Öffnung im Substrat steuerungstechnisch einfach durchführbar ist. Insbesondere ist hierfür keine Bewegung des Substrats notwendig.
Überschneiden sich Abschnitte der Bewegungstrajektorien, so kann der weitere Stempel durch die von dem ersten Stempel in das Substrat eingebrachte Öffnung hindurch bewegbar sein. Auch kann der erste Stempel durch die von dem weiteren Stempel in das Füllmaterial eingebrachte Öffnung bewegbar sein.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Trägereinrichtung bewegbar. In diesem Fall kann die Trägereinrichtung zur Positionierung des Substrats in einem Bearbeitungsbereich, der auch als Stanzbereich bezeichnet werden kann, dienen. Insbesondere kann das Substrat durch die bewegbare Trägereinrichtung zwischen den Stempeln in ihrer jeweiligen Ausgangsstellung angeordnet werden. Die Trägereinrichtung kann hierbei insbesondere als Schlitten ausgebildet sein. Die Trägereinrichtung kann hierbei insbesondere entlang einer Bewegungsrichtung bewegbar sein, die senkrecht zur Vertikalrichtung orientiert ist. Beispielsweise kann die Trägereinrichtung in und entgegen der Längs- oder Querrichtung bewegbar sein.
Hierdurch wird eine möglichst einfache Zuführung von als Einzelnutzen ausgebildeten Substraten zur weiteren Bearbeitung ermöglicht.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung mindestens eine Fixiereinrichtung für das Substrat. Die Fixiereinrichtung ermöglicht hierbei eine räumliche Fixierung des Substrats. Insbesondere kann das Substrat durch die Fixiereinrichtung räumlich fixiert werden, wenn durch den ersten Stempel ein Element aus dem Substrat ausgeschnitten wird und/oder wenn durch den ersten Stempel das ausgeschnittene Element aus dem Füllmaterial in die Öffnung eingesetzt wird. Beispielsweise kann das Substrat durch die Fixiereinrichtung an der Trägereinrichtung fixiert werden, sodass eine Relativbewegung zwischen Trägereinrichtung und Substrat verhindert wird. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise eine Genauigkeit der Anordnung des Füllmaterial-Elements in der eingebrachten Öffnung erhöht, da eine unerwünschte Bewegung des Substrats, insbesondere ein Verrutschen, verhindert wird.
Die Fixiereinrichtung kann als Klemmeinrichtung ausgebildet sein. Die kann die räumliche Fixierung durch Klemmen des Substrats ermöglichen.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Fixiereinrichtung mindestens ein Klemmblock. In diesem Fall ist die Fixiereinrichtung als Klemmeinrichtung ausgebildet. Der erste Klemmblock kann hierbei relativ zu dem Substrat bewegbar sein. Weiter kann der erste Klemmblock über der Oberseite des Substrats angeordnet sein. Der erste Klemmblock kann beispielsweise auf die Oberseite des Substrats zubewegt werden und dieses dann klemmen, insbesondere an die Trägereinrichtung oder an einen weiteren Klemmblock. Weiter ist der erste Stempel durch den ersten Klemmblock hindurch bewegbar. Beispielsweise kann der erste Klemmblock eine Öffnung, eine Aussparung oder einen Kanal aufweisen oder ausbilden, durch die/den der erste Stempel hindurch bewegbar ist. Somit können der erste Stempel und der erste Klemmblock unabhängig voneinander und somit auch relativ zueinander bewegt werden. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine bauraumreduzierende Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Fixiereinrichtung mindestens einen weiteren Klemmblock. Der weitere Klemmblock kann hierbei ebenfalls relativ zum Substrat bewegbar sein. Weiter kann der weitere Klemmblock unter der Unterseite des Substrates angeordnet sein. Der weitere Klemmblock kann beispielsweise von unten auf die Unterseite des Substrats zubewegt werden und dieses dann an die Trägereinrichtung oder an den ersten Klemmblock klemmen.
Weiter ist der weitere Stempel durch den weiteren Klemmblock hindurch bewegbar. In diesem Fall kann der weitere Klemmblock eine Öffnung, Aussparung oder einen Kanal aufweisen, durch die/den der weitere Stempel hindurch bewegbar ist. Somit können der weitere Stempel und der weitere Klemmblock unabhängig voneinander und somit auch relativ zueinander bewegt werden Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine bauraumreduzierende Ausbildung der Vorrichtung.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist zumindest ein Teil der Fixiereinrichtung bewegbar. Beispielsweise können der erste und/oder der weitere Klemmblock bewegbar sein. Die Bewegung kann hierbei zum Verklemmen des Substrats und somit zum Fixieren des Substrats in einer gewünschten räumlichen Position dienen. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine räumliche stabile Anordnung des Substrats beim Einbringen der Öffnung und des Füllmaterial-Elements, was wiederum eine Positioniergenauigkeit beim Einsetzen des Füllmaterial-Elements erhöht.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung mindestens eine pneumatische Einrichtung zum Ansaugen und/oder zum Abblasen des aus dem Substrat ausgeschnittenen Elements. Die pneumatische Einrichtung kann hierbei derart angeordnet und/oder ausgebildet sein, dass das aus dem Substrat ausgeschnittene Element nach dem Ausschneiden durch einen von der pneumatischen Einrichtung erzeugten Luftstrom von dem Substrat durch Abblasen oder Ansaugen abtransportiert werden kann.
Der Luftstrom kann zum Ansaugen des Substrats an oder zum Abblasen des Substrats von der pneumatischen Einrichtung dienen. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass das nach dem Ausschneiden aus dem Substrat das nicht mehr benötigte Element zeitlich schnell und zuverlässig aus dem Bereich des Substrats und um das Substrat herum abtransportiert werden kann, um die weitere Bearbeitung, insbesondere das Einsetzen des Füllmaterial-Elements, nicht zu behindern.
In einer weiteren Ausführungsform weist zumindest einer der Stempel einen Führungskanal für einen von der pneumatischen Einrichtung erzeugten Luftstrom auf. Vorzugsweise weist der erste Stempel einen solchen Führungskanal auf. In diesem Falle ist es möglich, dass durch den ersten Stempel das Element aus dem Substrat ausgeschnitten wird. Hiernach kann das ausgeschnittene Element von einem Luftstrom durch den ersten Stempel hindurch entweder an den ersten Stempel angesaugt und durch eine Bewegung des ersten Stempels vom Substrat weg transportiert werden. Alternativ kann das ausgeschnittene Element von dem durch den ersten Stempel strömenden Luftstrom vom Substrat ab- oder weggeblasen werden. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine einfach herzustellende Integration der pneumatischen Einrichtung zum Ansaugen und/oder zum Abblasen in die vorgeschlagene Vorrichtung.
Weiter vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Bearbeitung eines Substrats. Das Verfahren kann hierbei mittels einer Vorrichtung gemäß einer der in dieser Offenbarung beschriebenen Ausführungsformen durchgeführt werden. Somit ist auch die beschriebene Vorrichtung derart ausgebildet, dass ein Verfahren gemäß einer der in dieser Offenbarung beschriebenen Ausführungsformen mittels der Vorrichtung durchführbar ist.
In einem ersten Verfahrensschritt wird das Substrat zwischen einem ersten Stempel und einem weiteren Stempel angeordnet. Hierfür können die Stempel derart positioniert sein, dass zwischen den Stempeln das Substrat angeordnet werden kann. Insbesondere kann das Substrat auf, an oder in einer Trägereinrichtung angeordnet werden, wobei die Trägereinrichtung derart bewegt wird, dass das Substrat zwischen dem ersten und dem weiteren Stempel angeordnet wird. Durch die Trägereinrichtung kann das Substrat im Bearbeitungsbereich der Vorrichtung und im Bewegungsbereich der beiden Stempel angeordnet werden.
In einem zweiten Verfahrensschritt wird durch den ersten Stempel ein Element aus dem Substrat ausgeschnitten.
In einem dritten Verfahrensschritt wird ein Füllmaterial zwischen dem ersten Stempel und dem weiteren Stempel angeordnet. Hierfür können die Stempel derart positioniert werden, dass zwischen den Stempeln zusätzlich zum Substrat das Füllmaterial angeordnet werden kann. Das Füllmaterial kann über einer Oberseite des Substrats angeordnet werden. Z.B. kann das Füllmaterial durch eine Bereitstellungseinrichtung zwischen dem ersten Stempel und dem weiteren Stempel angeordnet werden. Hierbei kann das Füllmaterial insbesondere derart zwischen dem ersten und dem weiteren Stempel angeordnet werden, dass zumindest ein Abschnitt des Füllmaterials über oder unter der Öffnung im Substrat angeordnet ist. Durch die Bereitstellungseinrichtung kann das Füllmaterial im Bearbeitungsbereich der Vorrichtung und im Bewegungsbereich der beiden Stempel angeordnet werden.
In einem vierten Verfahrensschritt wird durch den zweiten Stempel ein Element aus dem Füllmaterial ausgeschnitten. Z.B. kann das Element aus dem Füllmaterial ausgeschnitten werden, indem der zweite Stempel von einer Unterseite her in das Füllmaterial eindringt. Hierbei kann der zweite Stempel durch die vom ersten Stempel im Substrat erzeugte Öffnung bewegt werden.
In einem fünften Verfahrensschritt wird durch den ersten Stempel das aus dem Füllmaterial ausgeschnittene Element in einer Öffnung des Substrats angeordnet. Hierbei kann der erste Stempel derart bewegt werden, dass das ausgeschnittene Füllmaterial-Element durch den ersten Stempel zur und in die Öffnung des Substrats transportiert wird.
Während und/oder zwischen den Verfahrensschritten können die Stempel derart relativ zueinander bewegt werden, dass keine Kollision der Stempel erfolgt.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise ein steuerungstechnisch einfach durchzuführendes Verfahren, welches eine hochgenaue und mechanisch stabile Anordnung des Füllmaterial-Elements in einem Fenster im Substrat ermöglicht.
In einer weiteren Ausführungsform wird das Substrat vor dem zweiten Verfahrensschritt fixiert. Dies kann bedeuten, dass das Substrat in einer gewünschten Raumlage fixiert wird. Diese Raumlage kann auch als Bearbeitungs-Raumlage bezeichnet werden. In der Bearbeitungs-Raumlage überlappen sich ein Bewegungsbereich der Stempel und das Substrat in einem Bereich des Substrats, in dem das Füllmaterial eingesetzt werden soll. Insbesondere kann das Substrat in dieser Raumlage verklemmt werden. Das Verklemmen kann hierbei beispielsweise durch eine Klemmeinrichtung erfolgen. Insbesondere kann das Substrat durch einen ersten und gegebenenfalls einen zweiten Klemmblock verklemmt werden. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass das Substrat beim Einbringen der Öffnung und aufgrund der damit verbundenen Krafteinwirkung auf das Substrat keine unerwünschte Bewegung ausführt, die das spätere Anordnen des Füllmaterialelements erschwert.
In einer weiteren Ausführungsform wird die Fixierung des Substrats nach dem zweiten Verfahrensschritt aufgehoben. Beispielsweise kann die Verklemmung des Substrates in der Bearbeitungs-Raumlage gelöst werden. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass Raum zur Anordnung des Füllmaterials bereitgestellt werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform wird das aus dem Substrat ausgeschnittene Element vom Substrat abgeblasen oder abgesaugt. Dies kann insbesondere durch eine entsprechende Betätigung einer pneumatischen Einrichtung zum Ansaugen und/oder zum Abblasen erfolgen. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass das nachfolgend nicht mehr benötigte Element, welches aus dem Substrat ausgeschnitten wurde, aus dem Bereich der Öffnung im Substrat abtransportiert wird, wodurch das nachfolgende Einsetzen des Füllmaterial-Elements nicht behindert wird.
In einer weiteren Ausführungsform wird das aus dem Füllmaterial ausgeschnittene Element vor dem fünften Verfahrensschritt an einer Stanzfläche des ersten Stempels befestigt. Vorzugsweise kann das ausgeschnittene Füllmaterial-Element an die Stanzfläche des ersten Stempels angesaugt werden. Hierzu kann der erste Stempel, wie vorhergehend erläutert, ein Führungskanal zur Führung eines Luftstromes aufweisen. Das Füllmaterial-Element kann von dem zweiten Stempel ausgeschnitten werden und nach dem Ausschneiden von diesem hin zum ersten Stempel transportiert werden. Alternativ oder kumulativ kann der erste Stempel auf das ausgeschnittene Füllmaterial-Element zubewegt werden. Vor oder bei der Herstellung des mechanischen Kontaktes zwischen der Stanzfläche des ersten Stempels und dem ausgeschnittenen Füllmaterial-Element kann es dann von dem ersten Stempel angesaugt werden.
In dem befestigten, insbesondere angesaugten, Zustand kann das ausgeschnittene Füllmaterial-Element dann von dem ersten Stempel zur und in die Öffnung im Substrat transportiert werden.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise ein einfacher Transport des ausgeschnittenen Füllmaterial-Elements, wobei sichergestellt ist, dass das ausgeschnittene Füllmaterial-Element nicht seitlich gegenüber der Öffnung im Substrat verrutscht.
In einer weiteren Ausführungsform wird das aus dem Füllmaterial ausgeschnittene Element an die Stanzfläche angesaugt. Dies wurde vorhergehend erläutert.
In einer weiteren Ausführungsform wird der weitere Stempel vor dem fünften Verfahrensschritt derart positioniert, dass eine Stanzfläche des weiteren Stempels unterhalb der ausgeschnittenen Öffnung im Substrat angeordnet ist. Insbesondere kann eine Stanzfläche oder zumindest ein Teil davon in derselben Ebene wie die Unterseite des Substrats angeordnet werden. Hier wird in vorteilhafter Weise ermöglicht, dass der weitere Stempel ein Anschlagelement für das vom ersten Stempel eingesetzte Füllmaterial-Element bildet. Insbesondere kann sichergestellt werden, dass das Füllmaterial-Element durch den ersten Stempel nicht an der Unterseite des Substrats aus diesem herausgedrückt wird.
In einer weiteren Ausführungsform wird das Substrat vor dem fünften Verfahrensschritt fixiert. Dies kann, wie vorhergehend erläutert, ebenfalls durch eine entsprechende Klemmeinrichtung erfolgen. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass das Substrat mit der Öffnung beim Einsetzen des Füllmaterial-Elements keine unerwünschten Bewegungen durchführt, die die Positionsgenauigkeit des eingesetzten Elements verringern können.
Das Substrat kann hierbei nach dem ersten Verfahrensschritt bis zum fünften Verfahrensschritt ortsfest angeordnet sein.
Weiter ist es möglich, dass nach dem fünften Verfahrensschritt in einem sechsten Verfahrensschritt eine weitere Lage, insbesondere eine Deckfolie, auf der Oberseite des Substrats mit dem eingesetzten Füllmaterial-Element angeordnet wird. Hierzu kann das Substrat beispielsweise aus dem Bearbeitungsbereich hinausbewegt werden, insbesondere durch eine entsprechende Bewegung der Trägereinrichtung. Hiernach kann die Deckfolie auf der Oberseite angeordnet werden. Nach der Anordnung der weiteren Lage kann das Substrat wieder zwischen den beiden Stempeln, insbesondere auch zwischen den vorhergehend erläuterten Klemmblöcken, angeordnet werden. Weiter kann mindestens einer der Klemmblöcke, insbesondere der erste Klemmblock, oder können beide Klemmblöcke derart bewegt werden, dass das Substrat mit der aufgelegten weiteren Lage zwischen die Klemmblöcke geklemmt wird. Hierdurch kann die weitere Lage mit dem Substrat verbunden werden. Hiernach kann das Substrat wieder aus dem Bereich zwischen den beiden Stempeln bzw. zwischen den Klemmblöcken hinausbewegt werden.
Das Substrat mit dem eingesetzten Füllmaterial-Element kann aus dem Bearbeitungsbereich hinausbewegt werden. Dann kann ein neues Substrat in den Bearbeitungsbereich hineinbewegt werden und entsprechend den erläuterten Verfahrensschritten bearbeitet werden. Vor dem vierten Verfahrensschritt kann jedoch das Füllmaterial derart bewegt werden, dass über oder unter dem Fensterabschnitt des neuen Substrats nicht mehr die ins Füllmaterial eingebrachte Öffnung sondern Füllmaterial angeordnet ist.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Figuren zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
2 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung vor einem ersten Verfahrensschritt,
3 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung nach dem ersten Verfahrensschritt,
4 eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung vor einem zweiten Verfahrensschritt,
5 eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach dem zweiten Verfahrensschritt,
6 eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung vor dem dritten Verfahrensschritt,
7 eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach einem vierten Verfahrensschritt,
8 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung vor einem fünften Verfahrensschritt,
9 eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach einem fünften Verfahrensschritt,
10 eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung vor dem sechsten Verfahrensschritt,
11 eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei der Durchführung des sechsten Verfahrensschritts,
12 eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach dem sechsten Verfahrensschritt,
13a einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung vor einem zweiten Verfahrensschritt,
13b einen schematischen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung nach dem zweiten Verfahrensschritt,
13c einen schematischen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung nach einem vierten Verfahrensschritt,
13d einen schematischen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung nach einem fünften Verfahrensschritt und
14 einen schematischen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem oberen und einem unteren Klemmblock sowie einem ersten und einem weiteren Stempel.
Nachfolgend bezeichnen gleiche Bezugszeichen Elemente mit gleichen oder ähnlichen technischen Merkmalen.
In 1 ist eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 dargestellt. Die Vorrichtung 1 umfasst eine als Werkstückträger 2 ausgebildete Trägereinrichtung für ein Substrat 3 (siehe 2). Der Werkstückträger 2 kann hierbei bewegt werden, insbesondere entlang einer linearen, geradlinigen Trajektorie. Die Vorrichtung 1 umfasst hierbei weiter eine Lineareinheit 4, wobei die Lineareinheit 4 die Gesamtheit der Elemente bezeichnet, die die Linearbewegung des Werkstückträgers 2 ermöglichen. Die Lineareinheit 4 kann insbesondere Führungsschienen 5 und dazu korrespondierende Führungsschlitten 6 des Werkstückträgers 2 umfassen. Nicht dargestellt ist eine Antriebseinrichtung zur Erzeugung der Antriebskraft für die Bewegung des Werkstückträgers 2.
Der Werkstückträger 2 kann in einen Zwischenraum 7 zwischen einem oberen Klemmblock 8 und einem unteren Klemmblock 9 bewegt werden. Dieser Zwischenraum 7 kann auch als Bearbeitungsbereich bezeichnet werden.
Weiter dargestellt ist eine Längsrichtung x, eine Querrichtung y und eine Vertikalrichtung z. Der Werkstückträger 2 ist hierbei in und entgegen der Längsrichtung x bewegbar. In 1 ist die Vertikalrichtung z senkrecht zu einer Oberseite 15 eines auf dem Werkstückträger 2 angeordneten Substrats 3 orientiert, wobei die Oberseite 15 parallel zu einer von Längs- und Querrichtung x, y aufgespannten Ebene orientiert ist.
Die Klemmblöcke 8, 9 sind hierbei in und entgegen der Vertikalrichtung 7 bewegbar. Hierzu kann die Vorrichtung 1 mindestens eine Antriebseinrichtung und gegebenenfalls mindestens eine Führungseinrichtung umfassen, die die Bewegung der Klemmblöcke 8, 9 in und entgegen der Vertikalrichtung z ermöglichen. Die Klemmblöcke können hierbei aufeinander zu und voneinander weg bewegt werden.
Weiter dargestellt sind eine Abwickelrolle 10 und eine Aufwickelrolle 11 für ein bandförmig ausgebildetes Füllmaterial 12 (siehe z.B. 7). Mindestens eine der Rollen 10, 11, insbesondere die Aufwickelrolle 11, kann hierbei von einer nicht dargestellten Antriebseinrichtung angetrieben werden, um einen Vorschub des Füllmaterials 12 zu bewirken. Somit kann die Vorrichtung 1 auch eine Antriebseinrichtung zur Rotation mindestens einer der Rollen 10, 11, insbesondere der Aufwickelrolle 11 umfassen. Die entlang der Längsrichtung x bewegbaren Rollen 10, 11 bilden eine Bereitstellungseinrichtung für das Füllmaterial 12, wobei das Füllmaterial 12 in dem Zwischenraum 7 über der Oberseite 15 des Substrats 3 bereitgestellt werden kann. Weiter kann das Füllmaterial 12 in oder entgegen der Querrichtung y gefördert werden.
Die Rollen 10, 11 sind hierbei synchron in und entgegen der Längsrichtung x bewegbar. Insbesondere kann durch diese Bewegung Füllmaterial 12 in den Zwischenraum 7 eingebracht oder aus dem Zwischenraum 7 herausgefahren werden.
Weiter dargestellt ist eine Grundplatte 13, an der die Klemmblöcke 8, 9 bewegbar befestigt sind. Weiter weist die Grundplatte 13 Durchgangsöffnungen auf, durch die Stangen 14 bewegbar sind, an deren freien Ende jeweils die Rollen 10, 11 angeordnet sind.
Weiter dargestellt ist eine Antriebseinrichtung 16 für einen ersten Stempel 17, wobei der erste Stempel 17 auch als Oberlochstempel bezeichnet werden kann. Mittels der Antriebseinrichtung 16 ist der erste Stempel 17 in und entgegen der Vertikalrichtung z bewegbar. Hierbei kann der erste Stempel 17 durch den oberen Klemmblock 8 bewegt werden, insbesondere durch eine im oberen Klemmblock 8 vorgesehene Öffnung 18. Weiter dargestellt ist eine Antriebseinrichtung 19 für einen weiteren Stempel 20 (siehe 2), der auch als Unterlochstempel bezeichnet werden kann. Mittels der Antriebseinrichtung 19 ist der weitere Stempel 20 in und entgegen der Vertikalrichtung z bewegbar. In 2 ist dargestellt, dass der weitere Stempel 20 durch den unteren Klemmblock 9 hindurchbewegt werden kann. Hierzu weist der untere Klemmblock 9 eine entsprechende Öffnung 21 auf.
In einer Ausgangsposition ist der erste Stempel 17 über einem auf dem Werkstückträger 2 angeordneten Substrat 3 angeordnet. Weiter ist in einer Ausgangsposition der weitere Stempel 20 unter einer Unterseite des Substrats 3 angeordnet.
Die Stempel 17, 20 können entlang einer geradlinigen Bewegungstrajektorie bewegt werden, wobei die Bewegungstrajektorien konzentrisch zueinander angeordnet sind und sich teilweise überschneiden. Insbesondere kann der erste Stempel 17 entgegen der Vertikalrichtung z von der Ausgangsposition in eine Endposition bewegt werden, wobei die Endposition unter der Unterseite des Substrats 3 angeordnet ist. Weiter kann der weitere Stempel 20 in Vertikalrichtung z in eine Endposition bewegt werden, wobei die Endposition über der Oberseite 15 des Substrats 3 angeordnet ist. Hierbei kann jedoch die Endposition des zweiten Stempels 20 unter der Ausgangsposition des ersten Stempels 17 und die Endposition des ersten Stempels 17 über der Ausgangsposition des weiteren Stempels 20 angeordnet sein.
Weiter sind die Stempel 17, 20 relativ zu dem Substrat 3 bewegbar.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 vor einem ersten Verfahrensschritt. Hierbei ist ein Substrat 3 auf einem Werkstückträger 2 angeordnet. Der Werkstückträger 2 ist hierbei als U-Profilelement ausgebildet, wobei Auflageflächen (nicht dargestellt) für Randbereiche einer Unterseite des Substrats 3 von den Seitenschenkeln und dem Verbindungsschenkel des U-Profilelements in das von dem U-Profilelement umfasste Volumen hineinragen. Weiter dargestellt ist ein Fensterabschnitt 22 des Substrats, wobei unter dem Fensterabschnitt 22 keine Auflagefläche des U-Profilelements angeordnet ist.
Weiter dargestellt ist, dass der untere Klemmblock 9 an einer dem Zwischenraum 7 zwischen den Klemmblöcken 8, 9 zugewandten Oberfläche eine quaderförmige Erhebung 31 aufweist. Seitenränder dieser Erhebung 31 können der Bewegungsführung des Werkstückträgers 2 dienen. Weiter kann ein Bereich der Unterseite des Substrats 3, der nicht auf Auflageflächen des Werkstückträgers 2 aufliegt, auf oder unmittelbar über der Oberfläche der Erhebung 31 angeordnet werden, wenn das Substrat 3 in eine Bearbeitungs-Raumlage transportiert wird.
Ist der Werkstückträger 2 vollständig in den Zwischenraum 7 eingefahren, so kann eine Anschlagfläche an dem Verbindungsschenkel des U-Profils an eine in Längsrichtung x vordere Stirnseite der Erhebung 31 anschlagen, wobei das Substrat 3 dann in der Bearbeitungs-Raumlage positioniert ist. Hierdurch wird eine wiederholbare räumliche Anordnung des Substrats 3 in der Bearbeitungs-Raumlage ermöglicht.
Auch der obere Klemmblock 8 weist an einer dem Zwischenraum 7 zugewandten Oberfläche eine quaderförmige Erhebung 32 auf. Eine Dimension der Erhebungen 31, 32 kann gleich sein. Weiter kann die Dimension gleich der oder größer als die Dimension der Oberseite 15 des Substrats 3 sein.
In 2 ist dargestellt, dass sich sowohl der erste Stempel 17 als auch der weitere Stempel 20 in ihrer Ausgangsposition befinden. Hierbei ist der weitere Stempel 20 unter einer Unterseite des unteren Klemmblocks 9 angeordnet, wobei eine Stanzfläche des weiteren Stempels 20 von der Unterseite des unteren Klemmblocks mit einem vorbestimmten Abstand größer als Null beabstandet angeordnet ist. Der erste Stempel 17 hingegen ist in der Ausgangsposition in der Öffnung 18 in dem oberen Klemmblock 8 angeordnet, wobei eine Stanzfläche des ersten Stempels 17 bündig an einer Unterseite des oberen Klemmblocks 8 angeordnet ist.
3 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 in einer perspektivischen Ansicht nach der Durchführung des ersten Verfahrensschrittes. Hierbei ist das Substrat 3 in einem Zwischenraum 7 zwischen dem ersten Stempel 17 in dessen Ausgangsposition und dem weiteren Stempel 20 in dessen Ausgangsposition angeordnet. Diese Raumlage des Substrats 3 kann auch als Bearbeitungs-Raumlage bezeichnet werden. In dieser Bearbeitungs-Raumlage kann eine Unterseite des Substrats auf einer Oberfläche der Erhebung 31 (siehe 2) aufliegen. Weiter kann der Fensterabschnitt 22 des Substrats über der Öffnung 21 im unteren Klemmblock angeordnet sein. Weiter ist der Fensterabschnitt 22 auch unter der Öffnung 18 (siehe 1) im oberen Klemmblock 8 angeordnet. Somit kann ein unteres Ende des ersten Stempels 17, welches die Stanzfläche des ersten Stempels 17 aufweist, im Bereich des Fensterabschnittes 22 durch das Substrat 3 bewegt werden. Entsprechend kann ein oberes Ende des weiteren Stempels 20, welche die Stanzfläche des weiteren Stempels 20 aufweist, im Bereich des Fensterabschnittes 22 von unten durch das Substrat 3 bewegt werden.
4 zeigt eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung 1 vor einem zweiten Verfahrensschritt. Nach dem ersten Verfahrensschritt kann der obere Klemmblock 8 entgegen der Vertikalrichtung z auf die Oberseite 15 des Substrats 3 in der Bearbeitungs-Raumlage zubewegt werden. Weiter kann ein mechanischer Kontakt zwischen einer Unterseite des oberen Klemmblocks 8 und der Oberseite 15 des Substrats 3 hergestellt und das Substrat 3 in der Bearbeitungs-Raumlage zwischen dem unteren Klemmblock 9 und dem oberen Klemmblock 8, insbesondere zwischen den Erhebungen 31, 32, eingeklemmt werden. Durch dieses Klemmen ist das Substrat 3 in der Bearbeitungs-Raumlage räumlich fixiert.
Vor, zwischen und während dem ersten und dem zweiten Verfahrensschritt wird keine Relativbewegung zwischen dem oberen Klemmblock 8 und dem ersten Stempel 17, sowie zwischen dem unteren Klemmblock 9 und dem weiteren Stempel 20 durchgeführt.
5 zeigt eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung 1 nach einem dritten Verfahrensschritt. In dem dritten Verfahrensschritt wird der erste Stempel 17 entgegen der Vertikalrichtung z bewegt, wobei ein Element 23 aus dem Substrat 3 ausgeschnitten wird. Das ausgeschnittene Element 23 aus dem Substrat 3 entspricht hierbei dem in dem Fensterabschnitt 22 des Substrats 3 (siehe z.B. 3) angeordneten Material des Substrats 3. Während des dritten Verfahrensschritts wird eine Relativbewegung zwischen dem oberen Klemmblock 8 und dem ersten Stempel 17 durchgeführt.
Dargestellt ist, dass das Element 23 von der Oberseite 15 des Substrats 3 her aus diesem ausgeschnitten wird. Nach dem Ausschneiden ist das ausgeschnittene Element 23 des Substrats 3 unter der Unterseite des Substrats 3 angeordnet, insbesondere in der Öffnung 21 des unteren Klemmblocks 9, durch die der weitere Stempel 20 bewegbar ist.
Da der weitere Stempel 20 sich in seiner Ausgangsposition unter einer Unterseite des unteren Klemmblocks 9 befindet, kann das ausgeschnittene Element 23 durch diese Öffnung 21 von dem Substrat 3 wegtransportiert werden.
Insbesondere kann das ausgeschnittene Element 23 von dem ersten Stempel 17, insbesondere von dessen Stanzfläche, weggeblasen und durch den durch die Öffnung 21 gebildeten Kanal im unteren Klemmblock 9 ausgeblasen werden.
Hierzu kann der erste Stempel 17 Führungskanäle 24 für einen Luftstrom aufweisen, wobei die Führungskanäle in Auslassöffnungen im Bereich der Stanzfläche enden. Nicht dargestellt ist eine pneumatische Einrichtung zur Erzeugung des Luftstromes zum Abblasen. Das Abblasen ist schematisch durch einen Pfeil 30 dargestellt.
6 zeigt eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung 1 vor einem dritten Verfahrensschritt. Hierbei ist ersichtlich, dass eine Fensteröffnung 25 in das Substrat 3 eingebracht wurde. Weiter wird der weitere Stempel 20 in Vertikalrichtung z bewegt. Der erste Stempel 17 sowie der obere Klemmblock 8 werden ebenfalls in Vertikalrichtung z bewegt, wobei auch eine Relativbewegung zwischen dem ersten Stempel 17 und dem oberen Klemmblock 8 durchgeführt wird. Hierbei wird der erste Stempel 17 derart in der Öffnung 18 im oberen Klemmblock 8 bewegt, dass die Stanzfläche des ersten Stempels 17 über der Unterseite des oberen Klemmblocks 8 angeordnet ist. Der erste Stempel 17 befindet sich somit über seiner Ausgangsposition.
Durch die Bewegung des oberen Klemmblocks 8 in Vertikalrichtung z wird die Fixierung des Substrats 3 in der Bearbeitungs-Raumlage aufgehoben.
In 7 ist eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung 1 nach dem dritten und vierten Verfahrensschritt dargestellt. In dem dritten Verfahrensschritt wird ein bandförmig ausgebildetes Füllmaterial 12 zwischen den Stempeln 17, 20 angeordnet. Insbesondere kann das Füllmaterial 12 durch eine Bewegung der Rollen 10, 11 (siehe 1) in Längsrichtung x erfolgen. Hierbei wird das bandförmige Füllmaterial 12 oder zumindest ein Abschnitt davon über der Fensteröffnung 25 im Substrat 3 angeordnet.
In dem vierten Verfahrensschritt wird der zweite Stempel 20 in Vertikalrichtung z bewegt und schneidet hierbei ein Element 26 aus dem Füllmaterial 12 aus. Dieses Element 26 kann auch als Füllmaterial-Element bezeichnet werden. Hierbei ist dargestellt, dass ein oberes Ende des weiteren Stempels 20 durch die Fensteröffnung 25, durch das Füllmaterial 12 und in die Öffnung 18 im oberen Klemmblock 8 bewegt wird. Somit ist das Füllmaterial-Element 26 in der Öffnung 18 und unter der Stanzfläche des ersten Stempels 17 angeordnet.
8 zeigt eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 nach dem vierten und vor einem fünften Verfahrensschritt.
Hierbei ist dargestellt, dass das Füllmaterial 12 aus dem Bearbeitungsbereich heraus bewegt wurde, insbesondere durch eine Bewegung der Rollen 10, 11 entgegen der Längsrichtung x (siehe 1). Dies kann erfolgen, wenn der weitere Stempel 20 aus der Öffnung im Füllmaterial 12 hinausbewegt wurde. Hierzuwird der weitere Stempel 20 nach dem vierten Verfahrensschritt entgegen der Vertikalrichtung z bewegt, sodass eine Stanzfläche des weiteren Stempels 20 unterhalb der Fensteröffnung 25 angeordnet ist. Insbesondere kann die Stanzfläche des weiteren Stempels 20 in einer Ebene der Unterseite des Substrats 3 angeordnet werden.
Das Füllmaterial-Element 26 kann hierbei von dem ersten Stempel 17 an dessen Stanzfläche angesaugt werden. Hierzu können die vorhergehend erläuterten Führungskanäle 24 für den Luftstrom genutzt werden. Die pneumatische Einrichtung kann hierbei einen entsprechenden Luftstrom zum Ansaugen erzeugen. Beispielsweise können der erste Stempel 17 und der weitere Stempel 20 vor der Bewegung des weiteren Stempels 20 aus der Öffnung im Füllmaterial 12 derart relativ zueinander bewegt werden, dass das ausgeschnittene Füllmaterial-Element 26 an die Stanzfläche des ersten Stempels 17 angelegt wird.
9 zeigt eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 nach dem fünften Verfahrensschritt. In dem fünften Verfahrensschritt wird der obere Klemmblock 8 entgegen der Vertikalrichtung z auf die Oberseite 15 des Substrats 3 zubewegt, insbesondere bis eine Unterseite des Klemmblocks 8 die Oberseite 15 des Substrats 3 kontaktiert und das Substrat 3 in der Bearbeitungs-Raumlage zwischen dem unteren Klemmblock 9 und dem oberen Klemmblock 8 verklemmt ist. Hiernach wird der erste Stempel 17 entgegen der Vertikalrichtung z derart bewegt, dass das an die Stanzfläche des ersten Stempels 17 angesaugte Füllmaterial-Element 26 in die Fensteröffnung 25 eingesetzt wird. Hierbei bildet die Stanzfläche des weiteren Stempels eine Anschlagfläche für das Füllmaterial-Element 26.
10 zeigt eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 nach dem fünften Verfahrensschritt und vor einem sechsten Verfahrensschritt. Nach dem fünften Verfahrensschritt wird der obere Klemmblock 8 in Vertikalrichtung z bewegt, wobei die Fixierung des Substrats 3 in der Bearbeitungs-Raumlage aufgehoben wird. Weiter wird der Werkstückträger in Längsrichtung x aus dem Zwischenraum 7 zwischen dem oberen Klemmblock 8 und dem unteren Klemmblock 9 herausbewegt.
Weiter wird auch der erste Stempel 17 relativ zum oberen Klemmblock 8 in Vertikalrichtung z bewegt, insbesondere bis eine Stanzfläche des ersten Stempels 17 bündig mit einer Unterseite des oberen Klemmblocks 8 ist. Hierdurch wird der erste Stempel 17 in seine Ausgangsposition bewegt.
Auf einer Oberseite 15 des Substrates mit dem eingesetzten Füllmaterial-Element 26 wird dann eine Deckfolie 27 angeordnet. Diese Deckfolie 27 kann insbesondere eine geschlossene Oberfläche ausbilden und als Schutzlage für das Füllmaterial-Element 26 dienen.
Das Anordnen der Deckfolie 27 auf der Oberseite 15 ist durch einen Pfeil 28 angedeutet. Nach dem Anordnen wird der Werkstückträger 2 wieder entgegen der Längsrichtung x in den Zwischenraum 7 zwischen dem oberen und unteren Klemmblock 8, 9 bewegt, insbesondere bis der Werkstückträger 2 sich in einer Anschlagposition befindet. Diese Bewegung ist durch einen Pfeil 29 symbolisiert.
11 zeigt eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung 1 beim Durchführen eines sechsten Verfahrensschritts. In dem sechsten Verfahrensschritt wird der obere Klemmblock 8 entgegen der Vertikalrichtung auf dem unteren Klemmblock 9 zubewegt, wobei das Substrat 3 mit der auf der Oberseite 15 des Substrats 3 angeordneten Deckfolie zwischen die Klemmblock 8, 9 geklemmt wird. Hierdurch wird die Deckfolie 27 an das Substrat 3 gepresst und mit diesem verbunden.
Während dieses Bearbeitungsschrittes sind der erste und der weitere Stempel 17, 20 jeweils derart angeordnet, dass sie nicht aus den entsprechenden Klemmblöcken 8, 9 in Richtung des jeweils anderen Klemmblocks 9, 8 herausragen.
12 zeigt eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung 1 nach dem sechsten Verfahrensschritt. Hierbei wird der obere Klemmblock 8 wieder in Vertikalrichtung z bewegt, wodurch die Fixierung des Substrats 3 mit der darauf angeordneten Deckfolie 27 aufgehoben wird. Hiernach kann der Werkstückträger 2 mit dem daran befestigten Substrat aus dem Zwischenraum 7 zwischen den Klemmblöcken 8, 9 hinaus bewegt werden.
13a zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 vor dem zweiten Verfahrensschritt. Dargestellt ist ein erster Stempel 17, ein zweiter Stempel 20, ein oberer Klemmblock 8, ein unterer Klemmblock 9 und ein Substrat 3, welches in einem Zwischenraum 7 zwischen dem oberen und unteren Klemmblock 8, 9 angeordnet ist. Auch dargestellt ist eine Öffnung 21 im unteren Klemmblock 9, durch welche der untere Stempel 20 in und entgegen einer Vertikalrichtung z bewegt werden kann. Vor dem zweiten Verfahrensschritt ist der weitere Stempel 20 unterhalb und beabstandet von einer Unterseite des unteren Klemmblocks 9 angeordnet.
13b zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 nach dem zweiten Verfahrensschritt. Vor dem zweiten Verfahrensschritt kann der obere Klemmblock 8 gegen die Vertikalrichtung z auf den unteren Klemmblock 9 zubewegt werden, wodurch das Substrat 3 zwischen die Klemmblöcke 8, 9 geklemmt und in einer Bearbeitungs-Raumlage fixiert wird. Hiernach kann der erste Stempel 17 entgegen der Vertikalrichtung durch eine Öffnung 18 (siehe z.B. 1) im oberen Klemmblock 8 auf das Substrat 3 zu und durch das Substrat 3 hindurch in die Öffnung 21 im unteren Klemmblock 9 bewegt werden. Bei dieser Bewegung (die auch als Stanzbewegung oder Hub bezeichnet werden kann) wird ein Element 23 des Substrats 3 ausgeschnitten.
In 13c ist ein schematischer Querschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 nach einem vierten Verfahrensschritt dargestellt. Vor dem vierten Verfahrensschritt wird das aus dem Substrat 3 ausgeschnittene Element 23 durch die Öffnung 21 hindurch zu und von der Unterseite des unteren Klemmblocks 9 wegtransportiert. Hiernach wird der obere Klemmblock 8 in Vertikalrichtung z bewegt. Weiter wird der erste Stempel 17 relativ zum oberen Klemmblock 8 ebenfalls in Vertikalrichtung z bewegt. Somit wird der erste Stempel 17 aus der Öffnung 21 und von unten durch das Substrat 3 hindurch in die Öffnung 18 im oberen Klemmblock 8 bewegt.
Weiter wird im Zwischenraum 7 über der Öffnung 25 im Substrat 3 ein Füllmaterial 12 angeordnet. Hiernach kann der obere Klemmblock 8 entgegen der Vertikalrichtung z bewegt werden, um Füllmaterial 12 und Substrat 3 an den unteren Klemmblock 9 zu pressen.
Weiter ist dargestellt, dass der erste Stempel 17 derart in die Öffnung 18 bewegt wird, dass eine Stanzfläche des ersten Stempels 17, die an dessen Unterseite angeordnet sein kann, in Vertikalrichtung z über der Unterseite des oberen Klemmblocks 8 angeordnet ist. Im vierten Verfahrensschritt wird der weitere Stempel in Vertikalrichtung z durch die Öffnung 21 im unteren Klemmblock 9, durch die Öffnung 25 im Substrat 3 und durch das Füllmaterial 12 bewegt. Hierbei wird ein Füllmaterial-Element 26 aus dem Füllmaterial 12 ausgeschnitten und in die Öffnung 18 im oberen Klemmblock 8 transportiert, insbesondere bis zur Stanzfläche des ersten Stempels 17. Hierbei oder nach dem Kontaktieren der Stanzfläche kann das Füllmaterial-Element 26 an die Stanzfläche des ersten Stempels 17 angesaugt werden.
13d zeigt einen schematischen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung nach einem fünften Verfahrensschritt. Vor dem fünften Verfahrensschritt kann das Füllmaterial 12 (siehe 13c) aus dem Zwischenraum 7 heraus transportiert werden. Hierzu kann der obere Klemmblock 8 mit dem ersten Stempel 17 in Vertikalrichtung z bewegt werden, wodurch die räumliche Fixierung des Füllmaterials 12 aufgehoben wird. Weiter kann, wie vorhergehend erläutert, das Füllmaterial-Element 26 an die Stanzfläche des ersten Stempels 17 angesaugt werden. Nach Entfernung des Füllmaterials 12 aus dem Zwischenraum 7 kann der obere Klemmblock 8 mit dem ersten Stempel 17 wieder entgegen der Vertikalrichtung z auf das Substrat 3 zubewegt werden, wodurch das Substrat 3 erneut zwischen den unteren und den oberen Klemmblock 9, 8 gepresst und somit in der Bearbeitungs-Raumlage fixiert wird. Hiernach kann der erste Stempel 17 entgegen der Vertikalrichtung z bewegt werden, sodass das Füllmaterial-Element 26 in die Öffnung 25 im Substrat 3 eingepresst wird. Davor kann der weitere Stempel 20 entgegen der Vertikalrichtung z bewegt werden, bis eine Stanzfläche des weiteren Stempels 20, die an einem oberen Ende des weiteren Stempels angeordnet sein kann, bündig mit einer Unterseite des Substrats ist.
14 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 mit einem oberen Klemmblock 8, einem unterem Klemmblock 9, einem ersten Stempel 17, der durch eine Öffnung 18 im oberen Klemmblock 8 in und entgegen einer Vertikalrichtung z bewegbar ist und einem weiteren Stempel 20, der durch eine Öffnung 21 im unteren Klemmblock 9 in und entgegen der Vertikalrichtung z bewegbar ist. Weiter dargestellt ist ein Substrat 3 und ein bereits ausgeschnittenes Füllmaterial-Element 26.
Weiter dargestellt ist eine Öffnung 25 im Substrat 3, die durch den ersten Stempel 17 in das Substrat 3 eingebracht wurde.
In 14 ist ersichtlich, dass das ausgeschnittene Füllmaterial-Element 26 im Querschnitt teilpyramiden- oder teilkegelförmig ausgebildet ist, wobei sich ein Durchmesser oder eine Breite des ausgeschnittenen Füllmaterial-Elements 26 in Vertikalrichtung z vergrößert.
Diese geometrische Ausbildung ist bedingt durch das Ausschneiden des Füllmaterial-Elements 26 durch den weiteren Stempel 20, der das Füllmaterial 12 von der Unterseite des Füllmaterials 12 her aus diesem ausschneidet.
Die Öffnung 25 im Substrat 3, die durch den ersten Stempel 17 erzeugt wird, ist hierbei ebenfalls teilkegel- oder teilpyramidenförmig ausgebildet, wobei Dimensionen der Öffnung 25 den Dimensionen des Füllmaterial-Elements 26 entsprechen können. Allerdings ist die Öffnung 25 in Bezug auf eine Spiegelebene, die orthogonal zur Vertikalrichtung z orientiert ist, spiegelverkehrt zu dem Füllmaterial-Element 26 ausgebildet. Dies bedeutet, dass sich eine Breite oder ein Durchmesser der Öffnung 25 in Vertikalrichtung verkleinert.
Wird das Füllmaterial-Element 26 durch den ersten Stempel 17 in die Öffnung 25 eingedrückt, so entsteht aufgrund der spiegelverkehrten Anordnung eine gute mechanische Verbindung, insbesondere eine form- und kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Füllmaterial-Element 26 und dem Substrat 3.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
2: Werkstückträger
3: Substrat
4: Lineareinheit
5: Führungsschienen
6: Schlitten
7: Zwischenraum
8: oberer Klemmblock
9: unterer Klemmblock
10: Rolle
11: Rolle
12: Füllmaterial
13: Grundplatte
14: Stange
15: Oberseite
16: Antriebseinrichtung
17: erster Stempel
18: Öffnung
19: Antriebseinrichtung
20: weiterer Stempel
21: Öffnung
22: Fensterabschnitt
23: ausgeschnittenes Element aus dem Substrat
24: Luftkanal
25: Öffnung im Substrat
26: Füllmaterial-Element
27: Deckfolie
28: Pfeil
29: Pfeil
30: Pfeil
31: Erhebung
32: Erhebung
x: Längsrichtung
y: Querrichtung
z: Vertikalrichtung

Claims

Vorrichtung zur Bearbeitung eines Substrats (3), wobei die Vorrichtung (1) eine Trägereinrichtung für das Substrat (3) umfasst, wobei die Vorrichtung (1) einen ersten Stempel (17) umfasst, wobei der erste Stempel (17) derart relativ zu dem Substrat (3) bewegbar ist, dass durch den ersten Stempel (17) ein Element (23) aus dem Substrat (3) ausschneidbar ist, wobei die Vorrichtung (1) eine Bereitstellungseinrichtung für ein Füllmaterial (12) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) mindestens einen weiteren Stempel (20) umfasst, wobei der weitere Stempel (20) derart relativ zu dem Füllmaterial (12) bewegbar ist, dass durch den weiteren Stempel (20) ein Element (26) aus dem Füllmaterial (12) ausschneidbar ist, wobei der erste Stempel (17) derart relativ zu dem Substrat (3) bewegbar ist, dass durch den ersten Stempel (17) das ausgeschnittene Element (26) aus dem Füllmaterial (12) in einer Öffnung (25) des Substrats (3) anordenbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Stempel (17) zwischen einer Ausgangsposition und einer Endposition entlang einer Bewegungstrajektorie bewegbar ist, wobei der weitere Stempel (20) zwischen einer Ausgangsposition und einer Endposition entlang einer Bewegungstrajektorie bewegbar ist, wobei sich zumindest ein Abschnitt einer Bewegungstrajektorie des ersten Stempels (17) mit zumindest einem Abschnitt einer Bewegungstrajektorie des weiteren Stempels (20) überschneidet.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägereinrichtung bewegbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) mindestens eine Fixiereinrichtung für das Substrat (3) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixiereinrichtung mindestens einen ersten Klemmblock (8) umfasst, wobei der erste Stempel (17) durch den ersten Klemmblock (8) hindurch bewegbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixiereinrichtung mindestens einen weiteren Klemmblock (9) umfasst, wobei der weitere Stempel (20) durch den weiteren Klemmblock (9) hindurch bewegbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Fixiereinrichtung bewegbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) mindestens eine pneumatische Einrichtung zum Ansaugen und/oder Abblasen des aus dem Substrat (3) ausgeschnittenen Elements (23) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Stempel (17, 20) einen Führungskanal (24) für einen von der pneumatischen Einrichtung erzeugten Luftstrom aufweist.
Verfahren zur Bearbeitung eines Substrats (3), wobei in einem ersten Verfahrensschritt das Substrat (3) zwischen einem ersten Stempel (17) und einem weiteren Stempel (20) angeordnet wird, wobei in einem zweiten Verfahrensschritt durch den ersten Stempel (17) ein Element (23) aus dem Substrat (3) ausgeschnitten wird, wobei in einem dritten Verfahrensschritt ein Füllmaterial (12) zwischen dem ersten Stempel (17) und dem weiteren Stempel (20) angeordnet wird, wobei in einem vierten Verfahrensschritt durch den zweiten Stempel (20) ein Element (26) aus dem Füllmaterial (12) ausgeschnitten wird, wobei in einem fünften Verfahrensschritt durch den ersten Stempel (17) das aus dem Füllmaterial (12) ausgeschnittene Element (26) in einer Öffnung (25) des Substrats (3) angeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (3) vor dem zweiten Verfahrensschritt fixiert wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixierung des Substrats (3) nach dem zweiten Verfahrensschritt aufgehoben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das aus dem Substrat (3) ausgeschnittene Element (23) vom Substrat (3) abgeblasen oder abgesaugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das aus dem Füllmaterial (12) ausgeschnittene Element (26) vor dem fünften Verfahrensschritt an einer Stanzfläche des ersten Stempels (17) befestigt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das aus dem Füllmaterial (12) ausgeschnittene Element (26) an die Stanzfläche angesaugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Stempel (20) vor dem fünften Verfahrensschritt derart positioniert wird, dass eine Stanzfläche des weiteren Stempels (20) unterhalb der ausgeschnittenen Öffnung (25) im Substrat (3) angeordnet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (3) vor dem fünften Verfahrensschritt fixiert wird.