DE1192051B - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer photographischen Schablone fuer die Herstellung von kreisringfoermigen Leitungsteilen im AEtz-verfahren, insbesondere fuer die Schleifring-segmente eines Kommutators - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

G03f

Deutsche Kl.: 57 d-1/01

Nummer: 1192 051

Aktenzeichen: G 37639IX a/57 d

Anmeldetag: 2. Mai 1963

Auslegetag: 29. April 1965

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer photographischen Schablone für die Herstellung von kreisringförmigen Leitungsteilen im Ätzverfahren, bei dem diese, z. B. Schleifringsegmente eines Kommutators, aus jeweils in sich geschlossenen, in verhältnismäßig großer Breite aufgezeichneten Spuren besteht, die einen Kreis oder konzentrische Kreise oder je nach Schaltungsvorschrift mit Querstücken verbundene konzentrische Kreisbögen bilden.

Um die elektrisch leitenden Segmente eines Kommutators herzustellen, wurde bisher unter anderem das Ätzverfahren verwendet. Dieses erfordert das Aufbringen einer gegen Saure unempfindlichen, der Form der gewünschten Stromkreisteile entsprechenden Überzugsschicht auf einen mit elektrisch leitendem Material überzogenen Träger. Der die gegen Säure unempfindliche Schicht aufweisende Träger wird in eine Ätzsäurelösung eingetaucht. Die Lösung entfernt das ihr ausgesetzte, frei liegende Material und hinterläßt, nachdem die gegen Säure unempfindliche Schicht entfernt worden ist, ein Muster aus elektrisch leitfähigen Teilen, die fest mit dem Träger verbunden sind.

Die Genauigkeit der Herstellung und die die Größe der Schleifringsegmente eines Kommutators bestimmenden Kanten hängen von der Ätzlösung und der Photoemulsion und von den Toleranzen des Photonegativs ab. Ein Photonegativ des Bildes der Stromkreisteile wird dazu verwendet, um eine Kontaktkopie auf einer lichtempfindlichen Emulsion herzustellen, die auf der Oberfläche eines mit elektrisch leitendem Material überzogenen Trägers aufgetragen ist. Dabei wurde eine ein gegen die Ätzsäure beständiges Restbild ergebende Emulsion, z. B. KPR-Emulsion, verwendet. Nach der Belichtung wird diese Emulsion durch Eintauchen in ein Lösungsmittel entwickelt, das die nicht belichteten Teile auflöst. Der restliche polymerisierte bzw. gehärtete Teil der KPR-Emulsion entspricht dem gewünschten Bild der Stromkreisteile und dient während des Ätzvorgangs als gegen die Säure beständiges Restbild.

Bisher wurde das Originalmodell bzw. Originalbild, von dem die photographischen Negative gemacht wurden, in schwarzer Tusche auf festem, weißem Zeichenfilm aufgetragen. Die Anbringung (layout) des Originalmodells bzw. Originalbilds kann durch die Verwendung von sogenannten Stripfilmen aus selbstklebenden Streifen, Bändern und Deckschablonen, die speziell für diesen Zweck hergestellt wurden, erleichtert werden; jedoch erfordert es sehr viel Zeit und Geschick, um die Originalzeichnungen mittels

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer photographischen Schablone für die Herstellung
von kreisringförmigen Leitungsteilen im Ätzverfahren, insbesondere für die Schleifringsegmente eines Kommutators

Anmelder:

Goodyear Aerospace Corporation,

Akron, Ohio (V. St. A.)

Vertreter:

Dr. W. Schalk, Dipl.-Ing. P. Wirth,
Dipl.-Ing. G. E. M. Dannenberg und
Dr. V. Schmied-Kowarzik, Patentanwälte,
Frankfurt/M., Große Eschenheimer Str. 39

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 4. Mai 1962 (192 469) - -

Tusche und Klebbandes herzustellen, bevor man von ihr durch Photographieren ein Negativ herstellt, das in dem genannten Photorestbild- und Ätzverfahren verwendet wird. Das Band neigt dazu, sich zu dehnen, nimmt Staub an und weist Löcher und unscharfe Kanten auf. Die Tusche hat wenig Deckkraft und neigt dazu, rissig zu werden. Diese Eigenschaften des Klebebandes und der Tusche begrenzen die für das photographische Negativ des Origninals erreichbare Genauigkeit.

Um möglichst enge Toleranzen zu erzielen, wurde das Originalmuster auch schon durch Einfräsen genauer, relativ flacher Nuten in die Oberfläche einer Metallplatte hergestellt. Die Nuten entsprechen dem gewünschten Bild. In den Grund dieser Nuten wird schwarze Tusche eingebracht, und die vorstehende Oberfläche der Platte wird weiß angestrichen. Von dem schwarzweißen Originalmuster wird das Negativ hergestellt. Die mit diesem Verfahren erzielten Genauigkeitstoleranzen waren zu groß für eine Mikro-Miniaturwiedergabe des Musters. Außerdem sind auch ein beträchtlicher Zeitaufwand und viel Geschick notwendig, um mit diesem Verfahren ein Negativ herzustellen.

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Weiterhin wurde vorgeschlagen, Streifen und Scha- Lichtstrahl jeder Spur mit hoher Frequenz und Honen aus selbstklebenden Polyesterfilmen herzu- gleichbleibender Amplitude quer zur Aufzeichnungsstellen, die gegenüber Säuren und Lösungsmitteln kreisbahn schwingen und wiederholt man diese Bebeständig sind. lichtung durch mehrmaligen Umlauf des Films rela-

Mittels dieser Streifen wurde dann direkt durch 5 tiv zu den Belichtungsquellen, so erhält man die ge-Auflegen auf das elektrisch leitende Material das wünschten scharfen Seitenkanten der Belichtungs-Bild der Stromkreisteile hergestellt. Der Polyesterfilm spuren, wobei die Amplitude der Schwingungen die wirkt dabei im Ätzverfahren als säurebeständiges Spurbreite quer zur Aufzeichnungsrichtung bestimmt. Restbild. Dieses Verfahren ist ebenfalls beim Auf- Es sei bemerkt, daß bereits eine Einrichtung zur legen der Teile zeitraubend und umständlich; häufig io photographischen Aufzeichnung von kreisringförmidringt dabei die Säure unter die Streifen ein und be- gen Tonspuren auf einem lichtempfindlichen Träger einträchtigt dadurch das durch das Ätzen hergestellte bekannt ist, durch die Tonscheiben für Lichtton-Muster, orgeln mit einer Projektionseinrichtung hergestellt

Die Erfindung bezweckt, ein Verfahren und eine werden, welche auf einer drehbaren Unterlage radial Vorrichtung zu schaffen, durch die die Schwierig- 15 zur Drehachse verstellbar befestigt ist und eine auskeiten und Nachteile der bekannten Verfahren be- wechselbare Blende in Form einer Klangkurve enthoben werden, die relativ einfach und billig sind und hält. Diese veränderliche Blende in Form einer die die Herstellung eines elektrisch leitenden Musters Klangkurve wird durch eine in der Frequenz des mit weniger Zeitaufwand und Mühe gestatten. Klanges modulierte, fest angebrachte Lichtquelle be-

Erfindungsgemäß zeichnet ein relativ zu punkt- 20 leuchtet und von der Abbildungsoptik in Scheibenoder schlitzförmigen Belichtungsquellen umlaufender oder Walzenform in Kreisbahnen auf einem fest-Photofilm von diesen während eines Umlaufs konzen- stehenden, lichtempfindlichen Aufzeichnungsträger irische Kreisspuren auf und werden dabei gleichzeitig abgebildet, der sich mit einer Umlaufgeschwindigkeit den Belichtungsquellen quer zur Aufzeichnungskreis- dreht, welche ein geradliniger Bruchteil der aufzubahn mit hoher Frequenz aufeinanderfolgende 25 zeichnenden Frequenz ist. Auch hier zeigt jede Spur Schwingungen gleichbleibender Amplitude relativ ständig wiederkehrende Figuren desselben Umrisses. zum Film erteilt, deren Größe kleiner als der Spur- Die vorliegende Erfindung macht bei der Vorrichabstand ist, und wird der Film auf jeder Spur durch tung zur Durchführung des vorgenannten erfindungsmehrmaligen Umlauf mehrmals belichtet. gemäßen Verfahrens von wesentlichen Teilen der

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist, die Herstellung 30 letztgenannten Aufzeichnungsvorrichtung für Tonvon Schleifringsegmenten mit engen Toleranzen und spuren Gebrauch. Bei der bekannten Vorrichtung einem hohen Maß an Genauigkeit und Kontinuität handelt es sich aber nicht um die Lösung der Erfinder Einzelelemente zu ermöglichen. dungsaufgabe, insbesondere nicht um die Gewähr-Ferner strebt die Erfindung an, die Herstellung leistung scharfer Spurkanten bei photographischen eines Kommutatorelementes als leitfähigen Teil mit 35 Arbeitsschablonen für das Ätzverfahren, sondern um Hilfe einer Verkleinerung zu verbessern. die Aufzeichnung von Schallschwingungen mit je

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist, ein Verfahren einer gegebenen Frequenz und veränderlicher Ampli-

und eine Vorrichtung zum direkten photographischen tude als optische Klangkurve für Lichttonorgeln. Die

Aufzeichnen eines Bildes auf einen mit einer Emul- bekannte Vorrichtung offenbart auch nicht die Be-

sion überzogenen elektrisch leitenden Träger zu 40 lichtung einer Spur durch mehrmaligen Umlauf und

schaffen, durch die die Toleranzen des Musters da- nicht, den Belichtungsstrahl mit hoher Frequenz und

durch verkleinert werden, daß kein Negativ verwen- gleichbleibender Amplitude quer zur Umlaufrichtung

det wird und infolgedessen eine Verkleinerung oder schwingen zu lassen. Gerade diese Merkmale sind

Schrumpfung eines Negativs vermieden wird. aber bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung für die

Zu diesem Zweck wird dielektrisches Material — 45 Erzielung scharfer Spurkanten entscheidend,
wie Glas oder Kunststoff, der durch Glasfasern ver- Die Erfindung ist im folgenden an Hand der Zeichstärkt ist — dessen Oberfläche aus elektrisch leiten- nungen näher erläutert, und zwar zeigt
dem Werkstoff besteht, mit einer lichtempfindlichen F i g. 1 eine Draufsicht und teilweise im Schnitt Emulsion (z. B. KPR-Emulsion) überzogen, die nach eine erfindungsgemäße photographische Aufzeich-Belichtung ein gegen Ätzsäure beständiges Restbild 50 nungsvorrichtung,
ergibt. F i g. 2 einen Schnitt nach der Linie 2-2 der F i g. 1,

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfin- F i g. 3 in größerem Maßstab einen vergrößerten

dungsgemäße Vorrichtung lösen insbesondere die Schnitt durch den Unterteil des Lichtkastens der

Aufgabe, scharfe, ungezackte Seitenkanten bzw. Kon- photographischen Aufzeichnungsvorrichtung und

türen der aufzuzeichnenden breiten Spuren zu ge- 55 F i g. 4 teilweise im Schnitt eine Seitenansicht einer

währleisten. Im Gegensatz zur Aufzeichnung eines anderen Ausführungsform einer photographischen

Schaltbildoriginals in dünnen Linien mittels Bleistift, Aufzeichnungsvorrichtung.

Zeichenfeder od. dgl. erfordert die gewünschte Her- In den Zeichnungen ist eine photographische Aufstellung einer photographischen Schablone für die Zeichnungsvorrichtung 10 dargestellt, die auf einer Herstellung kreisringförmiger Leitungsteile breite und 60 Fußplatte 12 ruht. An der Fußplatte 12 sind eine Anseitlich scharf begrenzte Spuren; denn unscharfe zahl von Stützen 14 in bekannter Weise befestigt. Seitenkanten der Spuren im Originalbild haben bei Eine flache Tragplatte 16 ist mittels Lagern 18 und der Nachbildung der Leitungsteile im Ätzverfahren, Lagerlaufringen auf den Stützen 14 drehbar gelagert. in welchem sie mit einer gehärteten Photoschicht ab- Ein Motor 22 ist mit der Tragplatte 16 verbunden gedeckt werden, erst recht unscharfe Kanten und 65 und dient dazu, diese um eine vertikale Achse in Seitenflächen dieser Leitungsteile zur Folge. Läßt Drehung zu versetzen.

man aber erfindungsgemäß den durch die punkt- Ein vertikaler langgestreckter Lichtkasten 24 bildet

oder schlitzförmige Belichtungsquelle kommenden eine lichtundurchlässige Kammer 25. Der Lichtkasten

ist in vertikaler Richtung langgestreckt, um die Parallaxe der Lichtstrahlen zu verringern. Der Lichtkasten wird von einem Rahmen oder einem Bügel 26 getragen und ist einstellbar über der Tragplatte 16 mittels eines Klemmbügels 27 und einer Befestigungsmutter 28 angebracht. Eine Lichtquelle 30, beispielsweise ein Kohlelichtbogen, ist innerhalb der Kammer 25 am oberen Teil des Lichtkastens 24 fest angebracht. Das Licht kann mittels eines Handschalters

zündet. Die durch die Lichtschlitzöffnungen 34 dringenden Strahlenbündel belichten dann kontinuierlich fortschreitend Kreisspuren auf dem sich bewegenden lichtempfindlichen Film 44, und zwar in mehreren 5 Umläufen, um dadurch zu vermeiden, daß der belichtete Filmteil zackige oder ausgefranste Bildkanten erhält. Dabei überstreichen die Belichtungsstrahlen — je öffnung 34 — bei jedem der mehrmaligen Umläufe bzw. Belichtungsgänge im wesentlichen jeweils

ein- und ausgeschaltet werden. Der Tragplatte 16 io die gleiche Belichtungsspur, in der sich die Schwinbenachbart, ist in dem Lichtkasten 24 eine Schablone gungsauslenkungen gegenseitig überdecken, wobei je 32 angeordnet. Die Schablone 32 ist mit Öffnungen eine scharfkantige Spur entsteht. Der belichtete Film 34 versehen, die rund oder eckig oder in unregel- 44 wird mittels bekannter photographischer Verfahmäßiger Form ausgebildet sein können. Die Form ren entwickelt, so daß ein positives Bild der kreisförder Öffnungen bestimmt die Form der Lichtstrahlen- 15 migen Leitungsführung entsteht, bündel, die von dem Lichtkasten austreten. F i g. 4 zeigt eine andere Ausführungsform der

Wie in F i g. 3 dargestellt, ist die Schablone 32 mit Vorrichtung 46 zum photographischen Aufzeichnen zwei Flanschteilen 36 und 38 verbunden, die vonein- eines Bildes, die so ausgebildet ist, daß sie ein konander abgekehrte Flansche besitzen. Die Flanschteile tinuierlich fortlaufendes Muster bzw. umlaufende 36 und 38 bilden eine Gleitführung für die Einstel- 20 Belichtungsspuren, z. B. für die Herstellung von lung der Lage der Lichtschlitzschablone in der Schleifringen, auf die Außenfläche eines Zylinders Bodenplatte des Lichtkastens 24, in die diese Scha- oder Kegels aufzeichnet. Diese Vorrichtung weist blone bündig fluchtend mit der Unterseite dieser eine Trommel 48 auf, die durch einen Motor 50 an-Platte eingesetzt ist. Ein Antriebsmechanismus 40 zur getrieben wird, der mit dieser mittels eines Riemens Erzeugung von Schwingungen parallel zur Ebene 25 52 und einer Riemenscheibe 54 verbunden ist. Ein der Schlitzschablone oder anderweitig einstellbarer Ring 56 aus dielektrischem Werkstoff ist über der Vibrator ist in der Kammer 25 angebracht und greift Außenfläche der Trommel 48 angebracht. Der Ring an der Lichtschlitzschablone 32 derart an, daß ihr 56 kann aus mit Glasfasern verstärktem Kunststoff eine Schwingung wahlweiser einstellbarer Amplitude hergestellt sein. Eine dünne Schicht 58 aus elektrisch erteilt wird. Der Schwingungserzeuger 40 kann z. B. 30 leitendem Material ist an der Außenfläche des Rings durch ein geeignetes elektronisches Signal gesteuert 56 befestigt. Die Schicht 58 kann aus einer Kupfer-

und betrieben werden, so daß ein beliebiger Schwingungszug auch mit unterschiedlichen Amplituden der von ihm entsprechend erzeugten Schwingungen hervorgerufen werden kann.

Vermöge dieser Schwingbewegung der Schablone 32 kann der Lichtstrahl ein Wellenmuster mit Rechteckwellen, einen Zug von Sinusschwingungen oder eine Wellenlinie mit unterschiedlichen Amplituden

folie bestehen. In der Dunkelkammer wird ein lichtempfindlicher Film 60 auf die Außenfläche der elektrisch leitenden Schicht 58 aufgebracht.
35 Ein Lichtkasten 62, der eine lichtundurchlässige Kammer 64 bildet, wird in die Nähe des lichtempfindlichen Films 60 gebracht. Eine Lichtquelle, wie beispielsweise ein Kohlenstofflichtbogen oder eine Photolampe, wird an dem Kasten in der Kammer

aufzeichnen. Die vorzugsweise sehr hohe Frequenz 40 an ihrem von dem lichtempfindlichen Film abliegen- und Geschwindigkeit dieser Schwingung und die den Ende angebracht. Eine Schablone 68 mit Öff-Tourenzahl der umlaufenden Photoschicht bestimmen nungen70 wird in dem Teil des Lichtkastens angedie Form des durch den Lichtstrahl aufgezeichneten bracht, der dem lichtempfindlichen Film 60 benach-Bildes, z. B. von gemäß Fi g. 1 umlaufenden Beiich- bart ist. Die Öffnungen 70 bestimmen die Größe der tungsspuren. Auf der Tragplatte 16 aufliegend, ist in 45 Strahlenbündel und die Menge des Lichtes, das von der Nähe des Lichtkastens 24 eine flache Glas- oder dem Lichtkasten aus auf den lichtempfindlichen Harz- bzw. Kunstharzplatte 42 angebracht. Ein lichtempfindlicher Film 44 ist auf der Oberfläche der
Platte 42 befestigt. Die Schablone 32 wird in die unmittelbare Nähe des lichtempfindlichen Filmes 44 ge- 50
bracht. Der belichtete Teil des lichtempfindlichen
Films erhält das latente Bild für das Negativ des
kreisförmigen Schaltelementes, z. B. der eingangs genannten Schleifringe. Nachdem der Film 44 durch

die Lichtstrahlen belichtet worden ist, wird er mittels 55 lichtempfindlichen Film. Dabei kann die bei der bekannter chemischer Verfahren entwickelt, so daß Ausführung nach F i g. 1 bis 3 beschriebene zusätzein Positivfilm entsteht, der ein genaues und fort- liehe Querschwingbewegung mit entsprechenden laufendes Originalbild der Teile des gewünschten Mitteln auf die Öffnungen 70 übertragen werden, kreisförmigen elektrischen Schaltelementes zeigt. Nachdem der lichtempfindliche Film — nach ein-

Das Verfahren, bei dem die erfindungsgemäße und 60 oder vorzugsweise mehrmaligem Umlauf — belichtet in den F i g. 1 bis 3 dargestellte Vorrichtung verwen- worden ist, wird er entwickelt, um ein positives Bild det wird, wird in einer Dunkelkammer ausgeführt. des durch Belichtung erzeugten Musters auf dem Nachdem der lichtempfindliche Film und die dafür elektrisch leitenden Material zu erzeugen. Der Film vorhandene Lagerplatte 42 auf der drehbaren Platte 60 wird durch Eintauchen in ein Lösungsmittel ent-16 aufgebracht worden sind, wird der Motor 22 ein- 65 wickelt, das die nicht belichteten Teile des Films geschaltet, der den Lichtschlitz der Schablone auf löst. Der verbleibende, durch das Licht polymerieiner kreisförmigen Bahn führt. Der Handschalter sierte bzw. gehärtete, d. h. gegen das Lösungsmittel wird dann eingeschaltet, der die Lichtquelle 30 ent- beständige Teil des Films gibt das gewünschte

Film ausgestrahlt wird. Die Anzahl der Öffnungen und der Abstand zwischen ihnen bestimmen das auf dem Film 60 durch Belichtung erzeugte Muster.

Die Belichtung wird in einer Dunkelkammer durchgeführt. Der Motor 50 wird eingeschaltet, um die Trommel 48 und das auf ihr befindliche Werkstück zu drehen. Durch Einschalten der Lichtquelle 66 gelangt Licht durch die Öffnungen 70 auf den

Muster wieder und ist der auch gegen die während des Ätzverfahrens verwendete Säure beständige Teil. Gemäß der Erfindung kann auch vorgesehen sein, daß die Trommel 48 intermittierend in Drehung versetzt und die öffnung bzw. die Reihe von Öffnungen S in Längs- bzw. Achsrichtung relativ zum Film 60 verschoben wird, derart, daß Schleifring-Kommutator-Segmente aufgezeichnet werden, die in Längs- bzw. Achsrichtung auf dem elektrisch leitenden Material verlaufen.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer photographischen Schablone von Schleifringsegmenten für die Herstellung von kreisringförmigen Leitungsteilen im Ätzverfahren, bei dem diese, z. B. Schleifringsegmente eines Kommutators, aus jeweils in sich geschlossenen, in verhältnismäßig großer Breite aufgezeichneten Spuren besteht, die einen Kreis oder konzentrische Kreise oder je nach Schaltungsvorschrift mit Querstücken verbundene konzentrische Kreisbögen bilden, dadurch gekennzeichnet, daß ein relativ zu punkt- oder schlitzförmigen Belichtungsquellen (32, 70) umlaufender Photofilm (44, 60) von diesen während eines Umlaufs konzentrische Kreisspuren aufzeichnet und dabei gleichzeitig den Belichtungsquellen quer zur Aufzeichnungskreisbahn mit hoher Frequenz aufeinanderfolgende Schwingungen gleichbleibender Amplitude relativ zum Film erteilt werden, deren Größe kleiner als der Spurabstand ist, und der Film auf jeder Spur durch mehrmaligen Umlauf mehrmals belichtet wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (32 bzw. 68) mit einem Antrieb (40) zur Erzeugung von quer zur Umlaufrichtung des Films (44 bzw. 60) verlaufenden Schwingungen hoher Frequenz und kleiner gleichbleibender Amplitude verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungsamplitude des Antriebs (40) veränderlich einstellbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der umlaufende Film (44, 60) ohne Zwischenschaltung einer Abbildungsoptik unmittelbar an den Blendenöffnungen (34 bzw. 70) vorbeigeführt ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Blenden (34 bzw. 70) in quer zur Filmumlaufrichtung verlaufender Richtung in einer Führungsschablone (32 bzw. 68) gehaltert sind und zur Veränderung gegen Schablonen anderer Blenden und anderer Form auswechselbar gehalten sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 1 090 060;
Elektrotechnische Zeitschrift, 58. Jahrgang, H. 4, 28. 1. 1937, S. 99, Abb. 3.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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