UMFELD DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft den Bereich von Montagemaschinen für elektronische
Bauteile. Die Montagemaschinen können unterschiedliche elektronische Bauteile auf
bedruckte Leiterplatten montieren und nutzen hierfür einen Bauteil-Saugkopf, welcher
die elektronischen Bauteile durch Ansaugung aufnimmt und sie dann auf bedruckte
Leiterplatten montiert.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die allgemeine Ausstattung von Montagemaschinen für elektronische Bauteile ist in Fig.
3 dargestellt. Eine bedruckte Leiterplatte 3 wird über ein an der Seite der Maschine
befindliches Transportsystem 2 zugeführt und zielgenau im Montagebereich positioniert.
Ein Saugkopf 8 nimmt mittels Ansaugung ein Bauteil aus dem Bereich der
Bauteilzuführung 4 auf, welcher an der Front der Montagemaschine angeordnet ist,
transportiert das Bauteil über die bedruckte Leiterplatte 3 und montiert es an der
vorgesehenen Position auf der bedruckten Leiterplatte 3.
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Nach Stand der Technik setzt der Ansaugkopf 8 wie in Fig. 4 gezeigt eine
Saugdüseneinheit 9 an seiner Spitze ein. Diese Saugdüseneinheit enthält am Ende der Düse 11
einer Saugfläche 12, mit der ein elektronisches Bauteil 10 gehalten werden kann. Ein
zentrischer Teil 13 der Saugfläche 12 ist konkav geformt und geht in den Ansaugkanal
14 über, welcher entlang des vertikalen Düsenkörpers perforiert ist.
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Am äußeren Ende der Düsenspitze 11 befindet sich eine Dichtungsnut 18, in die ein
elastischer O-Ring 17 eingesetzt ist. Der O-Ring 17 ragt leicht über die Saugfläche 12
hinaus.
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Die Saugdüseneinheit 9 ist an einen Vakuumgenerator (nicht abgebildet) angeschlossen.
Damit das elektronische Bauteil 10 wie in Fig. 4 gezeigt durch Ansaugung gehalten
werden kann, senkt sich der Saugkopf 20 und die Saugfläche 12 mit der
Saugdüseneinheit 9 wird gegen die Oberfläche des elektronischen Bauteiles gedrückt.
Der flexible O-Ring 17 verformt sich durch seine Eigenelastizität und passt sich durch
straffen Kontakt an die Oberfläche des elektronischen Bauteiles 10 an. Dadurch wird ein
luftdichter Verschluss an der Saugfläche 12 erreicht. Danach wird durch den
Vakuumgenerator ein erhöhter Unterdruck im konkav geformten Teil 13 gebildet und das
elektronische Bauteil 10 hängt damit fest an der Saugfläche 12 und dem O-Ring 17 an.
Das elektronische Bauteil wird dadurch sicher gehalten, dass der O-Ring 17 für eine
luftdichte Abdichtung sorgt und damit im konkav geformten Teil 13 ein spezifizierter
Saugdruck konstant aufrecht erhalten werden kann.
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Nachdem das elektronische Bauteil 10 über eine spezifizierte Position auf der
bedruckten Leiterplatte 3 geführt worden ist, wird der durch den Vakuumgenerator
aufgebaute Saugdruck unterbrochen, um das Bauteil 10 wieder von der Saugfläche 12
und dem O-Ring 17 zu lösen.
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Im Vergleich zu bestehenden Saugdüseneinheiten, die einen Diamanten anstelle eines
O-Ringes 17 eingebaut haben, hat der Saugkopf 8 mit der vorausgehend beschriebenen
Saugdüseneinheit 9 den Vorteil, dass durch den O-Ring 17 die Vakuumrate verbessert
wird und damit eine zuverlässige Saugkraft gehalten werden kann.
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Auf der anderen Seite kann es jedoch vorkommen, dass der O-Ring 17 sich nicht
reibungslos vom elektronischen Bauteil 10 trennt, wenn der durch den Vakuumgenerator
erzeugte Unterdruck beim Vorgang des Montierens unterbrochen wird. Grund hierfür ist
die Eigenviskosität des O-Ringes 17, der aus elastischen Materialien wie Gummi
hergestellt wird. Manchmal hängt das elektronische Bauteil 10 aus diesem Grunde am
O-Ring 17 an, wenn der Saugkopf 8 nach dem Montagevorgang wieder hochfährt. Dies
hat zur Folge, dass das Bauteil 10 wackeln kann oder sich aus der exakt vorbestimmten
Position auf der bedruckten Leiterplatte 3 bewegen kann.
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Dieser Stand der Technik hat also den Nachteil, dass eine akkurate Montage von
elektronische Bauteilen 10 auf einer bedruckten Leiterplatte 3 mit zunehmender
Bauteildichte und damit verbundenen engeren Toleranzen wegen der Versatzgefahr
nicht mehr sichergestellt werden kann.
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Ein Saugkopf für elektronische Bauteile, an dem sich ein elastischer O-Ring rund um die
Durchgangsbohrung der Saugdüse befindet, ist unter Patentanmeldung JP-A-1281745
dargestellt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Zielsetzung der vorliegenden Erfindung ist es, einen Bauteil-Saugkopf für die Montage
von elektronische Bauteilen anzubieten, der in der Lage ist, die Bauteile sicher zu halten
und ohne Versatz weich auf der bedruckten Leiterplatte zu montieren.
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Um dieses Ziel zu erreichen, enthält die vorliegende Erfindung für das Montieren von
elektronischen Bauteilen mittels Ansaugung einen Bauteil-Saugkopf, der aus den
folgenden Teilen besteht.
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Eine Saugdüseneinheit besteht am Ende der Düse aus einer Saugfläche, mit der
elektronische Bauteile gehalten werden können. Eine Durchgangsbohrung im Zentrum
der Saugdüseneinheit ist entlang des vertikalen Düsenkörpers perforiert. Ein Ende der
Einheit enthält die Saugfläche, das andere Ende ist an einen Vakuumgenerator
angeschlossen. Ein elastischer Ring an der Spitze der Saugdüseneinheit ist um die
Durchgangsbohrung herum angepasst und befestigt und ragt dabei leicht über die
Saugfläche hinaus. In die Durchgangsbohrung ist ein Abstoßstift gleitend eingepasst,
dessen Spitze eine spezifizierte Länge über die Saugfläche herausfahren kann. Ein
Ansaugkanal verläuft von der Spitze ausgehend durch den Abstoßstift hindurch und
endet am Durchgangsloch des Halters. Eine Federeinrichtung sorgt dafür, dass die
Spitze des Abstoßstiftes über die Ansaugfläche hinaus herausfahren kann, um das
elektronische Bauteil sicher vom elastischen Ring zu lösen, wenn die durch den
Vakuumgenerator erzeugte Saugkraft unterbrochen wird. Weiterhin ist die Spitze des
Abstoßstiftes mit einer Lufteinlassöffnung versehen, die mit dem Ansaugkanal
verbunden ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Fig. 1 ist eine vertikale Schnittansicht für einen Bauteil-Saugkopf, in der die vorliegende
Erfindung exemplarisch dargestellt ist.
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Fig. 2 besteht aus 4 vertikalen Schnittansichten, welche den Prozess der Aufnahme
eines elektronischen Bauteils durch Ansaugung und das Montieren eines Bauteils
mittels Einsatz des in der vorliegenden Erfindung beschriebenen Ansaugkopfes in
vier Schritten darstellt.
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Fig. 3 ist eine Perspektivansicht einer Montagemaschine für elektronische Bauteile, die
sowohl für die vorliegende Erfindung als auch für Bauteil-Saugköpfe bisheriger
Bauweisen eingesetzt werden kann.
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Fig. 4 ist eine vertikale Schnittansicht des herkömmlichen Bauteil-Saugkopfes.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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In der vorliegenden Erfindung drückt ein zu montierendes elektronisches Bauteil einen
Abstoßstift gegen die vorhandene Kraft einer Federeinrichtung zurück in die
Saugdüseneinheit, wenn die Ansaugfläche der Saugdüseneinheit gegen die Oberfläche
des elektronischen Bauteiles drückt. Ein Druckverlust durch Luftaustritt entsteht hierbei
nicht, da die Ansaugkraft für das elektronische Bauteil, welche durch einen
Vakuumgenerator erzeugt wird, durch die Durchgangsbohrung der Saugdüse und den
Ansaugkanal des Abstoßstiftes zugeführt wird. Darüber wird ein Luftverlust auch durch
den Einsatz eines elastischen Rings vermieden, der sich elastisch verformen kann und
sich damit eng an die Oberfläche des zu montierenden elektronischen Bauteils anpassen
kann. Folglich wird das elektronische Bauteil sicher angesaugt und von der
Ansaugfläche und dem elastischen Ring festgehalten.
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Nachdem das elektronische Bauteil auf der Leiterplatte montiert wurde, unterbricht der
Vakuumgenerator den Luftstrom und der Saugkopf bewegt sich wieder nach oben. Der
Abstoßstift wird nun durch die Rückstellkraft der Federeinrichtung über die
Ansaugfläche herausgedrückt und drückt gegen die Oberfläche des elektronische
Bauteiles. Dies führt dazu, dass das Bauteil sanft vom elastischen Ring getrennt wird
und damit eine präzise Montage des elektronischen Bauteiles auf der bedruckten
Leiterplatte sichergestellt wird.
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Unter Bezugnahme auf Abbildungen wird die vorliegende Erfindung nachfolgend weiter
erklärt.
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Fig. 1 ist eine vertikale Schnittansicht für einen Bauteil-Saugkopf 20, der für eine
exemplarische Darstellung der vorliegenden Erfindung geeignet ist und der in
Montagemaschinen für elektronische Bauteile (Fig. 3) eingebaut werden kann.
Der Bauteil-Saugkopf 20 ist mit einer Hohlwelle 21 verbunden, die an einen
Vakuumgenerator (nicht abgebildet) angeschlossen ist. Der Saugkopf besteht weiterhin
aus einer Hohlwelle 22, die mit einer kleinen Lagerbohrung 30 und einer größeren
Lagerbohrung 23 im Kern der Welle besteht. In die größere Bohrung ist eine
Saugdüseneinheit 24 gleitend eingepasst. In das Durchgangsloch 27 der
Saugdüseneinheit 24 ist ein Abstoßstift 28 gleitend eingepasst. Oberhalb des
Abstoßstiftes 28 ist ein Halter 29 angeordnet, das mit dem Oberteil der
Saugdüseneinheit 24 verschraubt ist. Der obere Teil des Lagers sitzt gleitend in der
kleineren Lagerbohrung 30 der Hohlwelle 21. Eine Federeinrichtung 31 mit einer
Spiralfeder ist für die Ausführung der Abwärtsbewegung des Abstoßstiftes 28 zwischen
dem Halter 29 und dem Abstoßstift 28 eingesetzt. Ein elastischer Ring 32 ist als O-Ring
um das Durchgangsloch am unteren Ende der Saugdüseneinheit 24 herum gepasst und
daran befestigt.
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Die untere Stirnseite der Saugdüseneinheit 24 bildet eine Saugfläche 33, die
elektronische Bauteile in der gleichen Weise wie bei den herkömmlichen Düseneinheiten
kontaktiert. Ein zentrischer Teil 34 der Saugfläche 33 ist konkav geformt und geht in die
Durchgangsloch 27 über. Der elastische Ring 32 ist in eine Dichtungsnute 37 an der
Saugdüseneinheit 24 eingepasst und ragt leicht über die Saugfläche 33 hinaus.
Der Abstoßstift 28 besteht aus einem Ansaugkanal 38, gestaltet als Durchgangsbohrung
durch die Welle. Die Lufteinlassöffnung 39 ist am unteren Ende des Abstoßstiftes 28 als
U-Form ausgebildet, so das der Ansaugkanal 38 von einer Seite mit der Außenluft
verbunden ist.
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Der Abstoßstift 28 hat einen Steg 40, der gegenüber dem oberen Teil des Abstoßstiftes
28 vorspringt. Durch die unterstützende Kraft des elastischen Ringes 32 wird der Steg 40
gegen den Anschlag 41 der Saugdüseneinheit 24 gedrückt. In dieser Position ragt der
Abstoßstift 28 mit einer spezifizierten Länge über die Saugfläche 33 hinaus.
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Im Halter 29 ist ein Ansaugkanal 42 eingearbeitet, der mittels Durchgangsbohrung durch
die Mitte der Welle verläuft. Dementsprechend sind weitere Durchlässe für die Vakuum-
Ansaugung vorhanden, und zwar durch den Ansaugkanal 38 des Abstoßstiftes 28, die
Durchgangsloch 27 der Saugdüseneinheit 24, die Lagerbohrung 30 und die Hohlwelle
21, die mit dem Vakuumgenerator verbunden ist.
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Diese exemplarische Ausführungsform ist geeignet, unterschiedliche Maße bei den zu
montierenden elektronischen Bauteilen 10 auszugleichen. Auf einer Seite der
Saugdüseneinheit 24, die gleitend in die Hohlwelle 22 eingepasst ist, ist eine
Führungsnute 43 in gleitender Richtung der Saugdüseneinheit 24 eingearbeitet. Ein
Führungsbolzen 44 ist an der Hohlwelle 22 befestigt. Die Spitze des Führungsbolzens 44
gleitet in der Führungsnute 43. Unter normalen Bedingungen wird die Saugdüseneinheit
24 durch eine Spiralfeder 47, die zwischen Hohlwelle 22 und Saugdüseneinheit 24 sitzt,
nach unten gedrückt. In diesem Zustand befindet sich die Saugdüseneinheit 24 in seiner
untersten Position und der Führungsbolzen 44 steht in der obersten Position der
Führungsnute 43. Die Reichweite für die Aufwärts- und Abwärtsbewegung der
Saugdüseneinheit 24 ist mit dem Führungsbolzen 44 und durch die Länge der
Führungsnute 43 begrenzt. Die Saugdüseneinheit 24 kann also maximal soweit von der
oben beschriebenen untersten Position in die Hohlwelle 22 zurückgeführt werden, bis
der Führungsbolzen 44 an das untere Ende der Führungsnute 43 anschlägt.
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Der Arbeitsvorgang für den Bauteil-Saugkopf 20 wird nachfolgend unter Bezugnahme
auf Fig. 2 beschrieben.
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Wie in Fig. 2(a) dargestellt, wird das elektronische Bauteil 10 in der Normalposition nicht
durch den Bauteil-Saugkopf 20 kontaktiert und der Abstoßstift 28 ragt bedingt durch die
Federkraft der Federeinheit 31 für eine spezifizierte Länge über die Saugfläche 33
hinaus. Die Saugdüseneinheit 24 steht in seiner untersten Position. Unter diesen
Gegebenheiten bewegt sich der Bauteil-Saugkopf 20 (mit einem Pfeil in der Zeichnung
'a' markiert) nach unten auf die Oberfläche des elektronischen Bauteiles zu, welches
sich in einer Teilezuführung 4 befindet. Wie in fig. 2(b) dargestellt, wird die Saugfläche
33 schließlich gegen die äußerste Oberfläche des elektronischen Bauteils 10 gedrückt.
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Wenn die Saugfläche 33 der Saugdüseneinheit 24 gegen das elektronische Bauteil 10
drückt, berührt auch die Spitze des Abstoßstiftes 28 das elektronische Bauteil 10 und
wird dadurch anschließend gegen den bestehenden Federdruck der Federeinheit 31
soweit in die Saugdüseneinheit 24 zurückgeschoben, bis sich die Spitze des
Abstoßstiftes 28, wie in Fig. 2(b) abgebildet, auf einer Höhe mit der Saugfläche 33
befindet. Die Saugdüseneinheit 24 wird durch den Gegendruck des elektronischen
Bauteiles 10 in die Hohlwelle 22 geschoben und gleichzeitig wird die Spiralfeder 47
zusammengedrückt, um die unterschiedliche Dicke der elektronischen Bauteile 10
auszugleichen.
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An diesem Punkt schaltet der Vakuumgenerator ein und erhöht den Ansaugdruck im
konkav geformten Teil 34 der Saugfläche 33 durch die vorher erwähnten Durchlässe für
die Vakuum-Ansaugung und die Lufteinlassöffnung 39. Durch die Ansaugkraft wird das
elektronische Bauteil 10 an die Saugfläche 33 und den elastischen Ring 32 gezogen.
Gleichzeitig besteht durch die zusammengedrückten Spiralfedern der Federeinheit 31
eine Rückstellkraft, wenn der Abstoßstift 28 in die Saugdüseneinheit 24
zurückgeschoben wird. Ansaugkraft und Rückstellkraft sind gleichwertige Kräfte, die auf
das elektronische Bauteil 10 wirken. Mit anderen Worten gesagt agiert eine Kraft, die das
elektronische Bauteil 10 von der Saugdüseneinheit 24 löst. Dadurch, dass auf das
elektronische Bauteil 10 die Ansaugkraft des Vakuumgenerators wirkt und durch den
engen Kontakt des elastische Ringes 32 zum elektronischen Bauteil 10 eine luftdichte
Abdichtung um den konkaven Teil 34 erreicht wird, ist die Saugfläche 33 der
Saugdüseneinheit 24 mit dem elastischen Ring 32 jedoch in der Lage, das elektronische
Bauteil 10 sicher zu halten.
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Wie in Fig. 2(c) dargestellt, hebt sich der Bauteil-Saugkopf 20, der das elektronische
Bauteil 10 durch Ansaugung hält, bewegt sich dann über die für die Montage
spezifizierte Position auf der bedruckten Leiterplatte 3 und senkt sich dann wieder, um
das elektronische Bauteil 10 auf der bedruckten Leiterplatte 3 zu montieren.
Nachdem der Vakuumgenerator ausschaltet, hebt sich der Bauteil-Saugkopf 20 wieder
und der Anstoßstift 28 bewegt sich durch die Rückstellkraft der Federeinheit 31 für eine
spezifizierte Länge nach unten und drückt auf die Oberfläche des elektronischen
Bauteiles 10, nachdem es nicht mehr durch die Ansaugkraft gehalten wird. Dieser
Vorgang wird in Fig. 2(d) dargestellt. Durch den durch den Abstoßstift 28 ausgeübten
Druck auf das elektronische Bauteil 10 wird der elastische Ring 32 weich und mühelos
vom elektronischen Bauteil 10 getrennt. Infolgedessen kann das elektronische Bauteil 10
ohne irgendwelchen Versatz auf der bedruckten Leiterplatte montiert werden.
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In der obigen exemplarischen Ausführungsform verläuft der Ansaugkanal 38 im
Abstoßstift 28 entlang des Schaftes für den Lufteinlass der vom Vakuumgenerator
erzeugten Ansaugluft. Solch Lufteinlass zwischen Abstoßstift 28 und der
Saugdüseneinheit 24 könnte auch durch eine eingearbeitete Nute in vertikaler Richtung
entweder am Abstoßstift 28 oder an der Saugdüseneinheit 24 erreicht werden.
Außerdem wird in der exemplarischen Ausführungsform die Lufteinlassöffnung 39 am
unteren Ende des Abstoßstiftes 28 als U-Form ausgeprägt. Solch Öffnung könnte auch
an der Seite des Abstoßstiftes 28 angebracht sein und zum Ansaugkanal 38 geführt
werden. Außerdem besteht keine Notwendigkeit für eine separate Lufteinlassöffnung,
wenn der Lufteinlass wie vorher erwähnt zwischen Abstoßstift 28 und der
Saugdüseneinheit 24 angeordnet ist. Mit anderen Worten gesagt, ist jegliche Bauart in
den Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung einbezogen, solange der Ansaugkanal
38 nicht vom elektronischen Bauteil 10 blockiert ist, wenn die flache Spitze des
Abstoßstiftes die Oberfläche des elektronischen Bauteiles 10 kontaktiert.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
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Wie vorher beschrieben, ermöglicht die Erfindung das sichere Halten von elektronischen
Bauteilen durch die vom Vakuumgenerator erzeugte Ansaugkraft, die durch die
Durchgangsbohrung der Saugdüseneinheit und den Lufteinlass des Abstoßstiftes
zugeführt wird, und durch den elastischen Ring, der sich durch Verformung so eng an
die Oberfläche des elektronischen Bauteiles anpasst, damit Luftverlust verhindert wird.
Beim Montieren des elektronischen Bauteiles ragt der Abstoßstift durch die Rückstellkraft
der Feder etwas über die Saugfläche hinaus und presst gegen die Oberfläche des
elektronischen Bauteiles, um das elektronische Bauteil quasi gewaltsam vom elastischen
Ring zu lösen. Damit ist die vorliegende Erfindung dafür geeignet, elektronische Bauteile
auf einer bedruckten Leiterplatte ohne etwaigen Versatz zu montieren.