DE10016017C2 - Verfahren und Montagevorrichtung zur Montage von magazinierten Mikrobauteilen - Google Patents
Verfahren und Montagevorrichtung zur Montage von magazinierten MikrobauteilenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Montage von magazinierten
Mikrobauteilen gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie eine
Montagevorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 15.
Die bisherige übliche Vorgehensweise zur Magazinierung von Mikrobauteilen
besteht darin, die Komponenten auf Träger- und Transportvorrichtungen so
anzuliefern, daß sie für den Montagevorgang mittels spezieller Greifwerkzeuge
von dem Träger aufgenommen werden können. Je nach Bauform der
Einzelkomponenten sind diese in definiertem Abstand, z. B. auf einseitig
klebefähigen Bändern (Bluetape) angebracht oder in sonstigen Gelpacks durch ein
Gel lagegerecht fixiert (F + M Feinwerktechnik, Mikrotechnik, Mikroelektronik
105, 1997, 43-45). Die Entnahme der Komponenten aus dem Magazin erfolgt mit
komplienten Greifern, wobei zur Reduzierung von Nebenzeiten im Greifeinsatz
eine Vormontage erfolgt.
Andere Methoden bestehen darin, die Mikrobauteile in schachbrettartigen
Vertiefungen rechteckförmiger Tabletts oder in modular aufgebauten Magazinen
lage- und greifgerecht zu positionieren (41. Internationales wissenschaftliches
Kollegium der TU Ilmenau, 25. 09. 96). Das Ordnungsschema erlaubt ein
definiertes Greifen oder Abnehmen dieser Teile vom Träger.
Nachteilig bei diesem Verfahren ist jedoch, daß zur Relativpositionierung und
Ordnung der Teile häufig nicht das Ordnungsschema des Fertigungsprozesses
genutzt wird, sondern stattdessen die Mikrobauteile zunächst als Schüttgut
geliefert und sodann zeitraubend auf die obengenannten Transportmittel positions-
und greifgerecht aufgesetzt werden. Damit wird nach dem
Fertigungsprozeß ein Zwischenschritt zur Magazinierung benötigt, dessen
Komplexität erheblich ist und mit dem späteren Mikromontageschritt an
Aufwand vergleichbar ist.
Um die Handhabung von Mikrobauteilen zu vereinfachen, wurden sogenannte
Folienmagazine entwickelt, die in der DE-OS 197 09 136 beschrieben sind. Es
handelt sich hierbei um scheibenförmige Platten, in die die Mikrobauteile
derart integriert sind, daß die Mikrobauteile an den seitlichen Flächen
formschlüssig umfällt werden. Die scheibenförmige Platte bzw. das die
Mikrobauteile umgebende Magazinmaterial bildet hierbei den Bauteilträger.
Zur Herstellung solcher Folienmagazine mit Mikrobauteilen werden diese
zunächst als Erhebungen auf einer stoffgleichen Bauteilgrundplatte mit einem
Vakuumgieß-, Spritzgieß-, Reaktionsgieß- oder Heißprägeverfahren gefertigt.
Anschließend werden die Mikrobauteile mittels eines sich verfestigenden
Formstoffes eingegossen. Danach wird die Mikrobauteilgrundplatte und
gegebenenfalls der die Mikrobauteile überdeckende Formstoff entfernt, so daß
die Stirnflächen der Mikrobauteile freiliegen.
Um die Mikrobauteile zu montieren, wird das Magazin erfaßt und so
positioniert, daß das jeweils zu montierende Mikrobauteil sich am
bestimmungsgemäßen Ort befindet, wo es beispielsweise mit einem weiteren
Mikrobauteil verbunden wird. Hierzu muß das Mikrobauteil aus dem
Folienmagazin herausgedrückt und auf das vorhandene Mikrobauteil gedrückt
werden.
Bei folienmagazinierten Bauteilen sind vor dem eigentlichen Fügevorgang,
abhängig von der Bauteilgeometrie und der Montageaufgabe, unterschiedliche
Vorbereitungsschritte erforderlich.
Bei ring- bzw. hülsenförmigen Bauteilen sind Magazinkerne zu entfernen. Das
Ausdrücken der Kerne während des Fügens mittels der Strukturen des
Fügepartners ist insbesondere dann nicht möglich, wenn der Fügepartner aus
Kunststoff besteht, weil dieser eine zu geringe Knicksteifigkeit aufweist.
Aufgrund der relativ hohen Kräfte, die zur Trennung von Bauteil und Magazin
aufzubringen sind, müssen die Kerne vor dem Fügen mit metallischen
Werkzeugen entfernt werden.
Das Ausdrücken von Mikrobauteilen aus Folienmagazinen erfordert teilweise
erhebliche Kräfte. Zu Beginn des Ausdrückvorgangs sind diese Kräfte am
höchsten, da die Mikrobauteile zunächst aus dem Magazinmaterial gelöst
werden müssen. Ursache sind vermutlich Mikrorauhheiten, die durch die
relative Bewegung von Bauteil und Magazin zueinander abgeschert werden.
Gleichzeitig wird ein Stick-Slip-Effekt beobachtet, d. h. nachdem die
Haftreibung beim Ausdrücken überwunden worden ist, tritt die geringere
Gleitreibung auf.
Um die Ausdrückkraft beim Fügevorgang zu mindern, werden die Mikroteile,
die in Fügerichtung aus dem Magazin entnommen werden, daher zur
Vorbereitung des Fügens zunächst teilweise aus dem Magazin herausgedrückt.
Für das Ausdrücken von Mikrokomponenten aus dem Magazin werden
bauteilspezifische Werkzeuge (Ausdrückstifte) benötigt.
Die maximale Querschnittsfläche des Werkzeuges wird von der Größe der
stirnseitigen Fläche des Mikroteils und der Toleranz der Montagemaschine
bestimmt. Beispielsweise entspricht bei kreisförmigen Querschnitten der
maximale Werkzeugdurchmesser dem kleinsten Durchmesser der Stirnfläche
abzüglich der doppelten Maschinenpositionierungsgenauigkeit. Die minimale
Länge des Ausdrückwerkzeuges ist durch die Dicke des Folienmagazins
vorgegeben. Mit zunehmender Höhe eines Mikrobauteils werden folglich
einerseits die zu überwindenden Haftkräfte größer und andererseits wird der
Ausdrückstift länger, wodurch die Knicksteifigkeit des Werkzeugs herabgesetzt
wird. Damit ist der Anwendbarkeit der Folienmagazinierung eine physikalische
Grenze hinsichtlich des realisierbaren Aspektverhältnisses gesetzt.
Die Bauteilgeometrie schreibt beim Ausdrücken des Mikroteils aus dem
Magazin die Entnahmerichtung vor, während die Fügerichtung durch die
Montageaufgabe bestimmt wird.
Bauteile, bei denen die Entnahme in Fügerichtung möglich ist, können direkt
aus dem Magazin heraus mit dem Fügepartner gefügt werden. Direkt gefügt
werden können zylindrische Bauteile sowie solche, die sich in Fügerichtung
verdicken.
Dagegen müssen Bauteile, die sich in Fügerichtung verjüngen, zunächst
entgegengesetzt der Fügerichtung aus dem Folienmagazin entnommen werden.
Hierzu müssen die Mikrobauteile in einer bauteilspezifischen Vorrichtung, z. B.
durch Anlegen eines Unterdrucks, fixiert werden. Diese Vorrichtung dient als
Zwischenlager bis die Fügepartner diese Aufgabe übernehmen bzw. im Fall
von Basisteilen, bis die Baugruppenmontage abgeschlossen ist. Die
Handhabung solcher Bauteile ist daher wesentlich aufwendiger als bei
Bauteilen, die in Fügerichtung entnommen werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Montage
von magazinierten Mikrobauteilen bereitzustellen, das mit einer geringeren
Anzahl von bauteilspezifischen Ausdrückwerkzeugen auskommt und schneller
durchführbar ist.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren gelöst, das dadurch gekennzeichnet
ist, daß mindestens zwei, Bauteilträger aufweisende Magazine mit jeweils
mindestens einer Bauteilsorte und mit jeweils aufeinander abgestimmten
Bauteilpositionen verwendet werden, wovon mindestens ein Magazin ein
Grundplattenmagazin ist, bei dem die Mikrobauteile auf einer Grundplatte als
Bauteilträger angeordnet sind, daß mindestens ein Fügeschritt durchgeführt
wird, bei dem jeweils zwei Magazine gegenüberliegend angeordnet und jeweils
mehrere Mikrobauteile der beiden Magazine im Magazinverbund gleichzeitig
zu Bauteilgruppen oder zu Bauteileinheiten zusammengefügt werden, und daß
anschließend die Bauteilträger der Magazine entfernt werden.
Die parallele Montage der Mikrobauteile im Magazinverbund aus den
Magazinen heraus ermöglicht die Herstellung einer Vielzahl von
Bauteilgruppen in kürzerer Zeit. Eine zeitaufwendige Einzelmontage der
Mikrobauteile entfällt. Die Mikrobauteile sind bereits beim Herstellungsprozeß
im Magazin mit definiertem Ordnungsgrad positioniert, so daß nur noch die
Magazine zueinander ausgerichtet werden müssen. Dadurch wird in einem
Verfahrensschritt gleichzeitig eine Vielzahl von zusammenzufügenden
Mikrobauteilen zueinander ausgerichtet und für die Montage positioniert.
Als Herstellungsverfahren für Grundplatte und Mikrobauteile bietet sich
vorzugsweise das Spritzgießen und/oder Heißprägen an. Hierbei können die
Mikrobauteile und die Grundplatte aus demselben Material gefertigt sein,
wobei die Grundplatte als Angußplatte dient. Für die Herstellung der
Mikrobauteile und der Grundplatte aus unterschiedlichen Materialien ist das
sogenannte Zweikomponenten-Spritzgußverfahren geeignet, bei dem
beispielsweise zunächst die Mikrobauteile spritzgegossen und anschließend an
die Mikrobauteile eine Grundplatte angegossen wird. Die Anbindung der
Mikrobauteile kann vollflächig erfolgen oder teilflächig.
Diese Grundplattenmagazine haben den Vorteil, daß die Mikrobauteile zuerst
mit weiteren Mikrobauteilen verbunden werden können und daß erst zu einem
späteren Zeitpunkt die Grundplatte mechanisch entfernt werden muß. Durch
die Verwendung von Grundplattenmagazinen werden Folienmagazine
eingespart, die eine zweiseitige, mechanische Bearbeitung und hohe
Ausdrückkräfte erforderlich machen. Dadurch, daß die Kräfte bei der Montage
auf das gesamte Grundplattenmagazin und somit großflächig aufgebracht
werden, werden keine bauteilspezifischen Ausdrückwerkzeuge benötigt.
Je nach Montageaufgabe werden ausschließlich Grundplattenmagazine oder
Grundplattenmagazine und Folienmagazine eingesetzt, wobei sich herausgestellt
hat, daß mit abnehmender Anzahl an Folienmagazinen der Aufwand bis hin zur
Montage wesentlich verringert werden kann.
Bei allen Montageaufgaben ist jedoch mindestens ein Grundplattenmagazin
erforderlich, das vorzugsweise als Basismagazin verwendet wird. Dieses
Basismagazin wird in eine Montagevorrichtung eingelegt und auf die auf der
Grundplatte befindlichen Mikrobauteile werden nacheinander weitere
Mikrobauteile im Magazinverbund aus anderen Magazinen montiert. An jedem
Fügeschritt sind somit Bauteile des Basismagazins und Mikrobauteile eines
weiteren Magazins beteiligt. Dies bedeutet, daß das Basismagazin bis zur
Fertigstellung der Bauteilgruppen, die ein Zwischenprodukt oder ein
Endprodukt, d. h. eine Mikrobauteileinheit, wie z. B. ein Mikrogetriebe sein
kann, erhalten bleibt. Erst nach Beendigung der Montageaufgabe wird die
Grundplatte des Basismagazins mechanisch entfernt.
Bei der Verwendung von Folienmagazinen ist es zur Verringerung der
Montagekräfte und zur Schonung des jeweiligen Fügepartners vorteilhaft, in
einem separaten Verfahrensschritt eventuell vorhandene Bauteilkerne zu
entfernen. Die Mikrobauteile des Folienmagazins werden vorzugsweise im
Magazinverbund auf die Mikrobauteile des gegenüberliegenden Magazins
gedrückt und anschließend wird der Bauteilträger des Folienmagazins von den
Mikrobauteilen gelöst. Es können auch Folienmagazine verwendet werden, die
im Zweikomponenten-Spritzgußverfahren hergestellt werden, wobei der
Bauträger mit Haftkontakt an Teilen der seitlichen Flächen hergestellt wird.
Bei der Verwendung von Grundplattenmagazinen werden diese zum
Zusammenfügen der Mikrobauteile gegeneinandergedrückt. Vorzugsweise
werden die zusammengefügten Mikrobauteile in eine Fixiermasse eingebettet
und anschließend wird die Grundplatte eines der beiden Grundplattenmagazine
entfernt. Als Fixiermasse wird eine beispielsweise chemisch oder thermisch
auflösbare Masse, wie z. B. Wachs, verwendet. Vorzugsweise wird die
Grundplatte abgefräst, abgedreht oder abgeschliffen.
Wenn damit der Fügeprozeß beendet ist, wird auch die Grundplatte des
Basismagazins entfernt und die Fixiermasse bildet ein Gruppenmagazin
vorzugsweise in Form eines Folienmagazins, das zum Transport der aus zwei
oder mehreren Mikrobauteilen gefertigten Bauteilgruppen dient.
Wenn der Fügeprozeß fortgesetzt werden soll, wird die Fixiermasse, nicht
jedoch die Grundplatte des Basismagazins entfernt, so daß die Bauteilgruppen
freiliegen und weitere Mikrobauteile aufnehmen können, die in weiteren
Fügeschritten aus Folien- oder Grundplattenmagazinen heraus montiert werden.
Die so fertiggestellten Bauteilgruppen oder Bauteileinheiten können insgesamt
in eine Fixiermasse eingegossen werden, die in diesem Fall das
Gruppenmagazin bildet.
Bei einigen Bauteileinheiten, wie z. B. Mikrogetrieben, kommt es
beispielsweise für eine automatisierte Montage darauf an, daß mindestens ein
Teil der Mikrobauteile gegen Verdrehen gesichert ist. Dies ist beispielsweise
bei Zahnrädern von Bedeutung, die in einem weiteren Fügeschritt mit weiteren
Zahnrädern gefügt werden müssen.
Vorzugsweise werden die Mikrobauteile mittels auf der Grundplatte des
Basismagazins befindlicher Fixierstrukturen und/oder mittels Fixierstrukturen
einer Montagevorrichtung gesichert.
Die Mikrobauteile werden vorzugsweise bis zur Fertigstellung der
Bauteilgruppen oder Bauteileinheiten oder des Gruppenmagazins
verdrehgesichert gehalten.
Die erfindungsgemäße Montagevorrichtung für die Montage von magazinierten
Mikrobauteilen mehrerer Mikrobauteilsorten zu Bauteilgruppen oder
Bauteileinheiten, insbesondere zu Mikrogetrieben, ist gekennzeichnet durch ein
Unterwerkzeug mit einer Montageplatte, die zur Aufnahme eines
Grundplattenmagazins ausgebildet ist, wobei in der Montageplatte
Montagestifte angeordnet sind, die senkrecht zur Plattenfläche beweglich sind.
Ferner besitzt die Montagevorrichtung ein bewegliches Oberwerkzeug mit
Haltemitteln für ein Grundplattenmagazin oder ein Folienmagazin.
Vorzugsweise weisen die Montagestifte mindestens in ihrem freien Endbereich
Fixierstrukturen auf.
Das Oberwerkzeug weist vorzugsweise Ausstoßelemente auf. Dies ist dann von
Bedeutung, wenn das Oberwerkzeug ein Folienmagazin trägt.
Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand
der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1-7 die Verfahrensschritte zur Vormontage eines Mikrogetriebes
gemäß einer ersten Ausführungsform,
Fig. 8-15 die Verfahrensschritte zur Vormontage eines Mikrogetriebes
gemäß einer zweiten Ausführungsform,
Fig. 16-21 die Verfahrensschritte zur Endmontage eines vormontierten
Mikrogetriebes gemäß der Fig. 1-7 bzw. 8-15,
Fig. 22-29 die Verfahrensschritte bis zur Vereinzelung oder zur
Magazinierung der Mikrogetriebe,
Fig. 30-32 die Verfahrensschritte unter Berücksichtigung einer
Verdrehsicherung,
Fig. 33-36 die Verfahrensschritte zur Montage von einzelnen
Getriebehülsen unter Berücksichtigung einer Verdrehsicherung
gemäß einer ersten Ausführungsform, und
Fig. 37-40 die Verfahrensschritte zur Montage von magazinierten
Getriebehülsen unter Berücksichtigung einer Verdrehsicherung.
In der Fig. 1 sind ein erstes und ein zweites Folienmagazin 10, 20 sowie ein
erstes Grundplattenmagazin 30 dargestellt, wobei jedes Magazin eine Sorte
Mikrobauteile aufweist. Im ersten Folienmagazin 10 sind Mikrobauteile 11
erster Art in der Form von Stegoberteilen angeordnet. Im zweiten
Folienmagazin 20 sind Mikrobauteile 21 zweiter Art in Form von
Planetenrädern angeordnet und das Grundplattenmagazin 30 weist als
Bauteilträger eine Grundplatte mit Positionierlöchern 32 und Mikrobauteilen 31
dritter Art in Form von Stegunterteilen auf.
Diese drei Magazine 10, 20 und 30 werden in den nachfolgenden
Fügeprozessen miteinander derart kombiniert, daß die Mikrobauteile nach dem
Zusammenfügen ein Planetenradgetriebe bilden.
Zuvor werden jedoch die Bauteilkerne 22, die sich in den Zahnrädern 21
befinden, entfernt (s. Fig. 2). Hierzu ist eine Lochplatte 70 vorgesehen, die
Öffnungen 71 aufweist, durch die die Bauteilkerne 22 mittels eines
Ausdrückstiftes 72 herausgedrückt werden. Es ist auch möglich, ein
kombiniertes Werkzeug mit mehreren Ausdrückstiften 72 vorzusehen.
In der Fig. 3 ist das Unterteil 80 einer Montagevorrichtung dargestellt, die
eine Basisplatte 81 und darauf angeordnete Montagestifte 82 aufweist. Ferner
ist eine Montageplatte 83 vorgesehen, auf der das erste Grundplattenmagazin
30 angeordnet ist, das die Funktion des Basismagazins übernimmt. Die
Montageplatte 83 kann bezüglich der Montagestifte 82 in vertikaler Richtung
beweglich angeordnet sein. Es besteht aber auch die Möglichkeit, die
Montageplatte 83 ortsfest anzuordnen und die Basisplatte mit den
Montagestiften 82 in vertikaler Richtung verschieblich vorzusehen. Die
Montagestifte 82 greifen in die Positionierlöcher 32 des ersten
Grundplattenmagazins 30.
Wie in der Fig. 4 gezeigt wird, wird von oben mittels des Oberteils 90 der
Montagevorrichtung das zweite Folienmagazin 20 herangeführt. Das Oberteil
90 weist eine Basisplatte 91 und an der Unterseite angeordnete
Ausstoßelemente 92 auf, die an den Zahnrädern 21 angreifen und diese halten.
Bezüglich der Abmessungen sind die Ausstoßelemente an die Größe der
Zahnräder 21 angepaßt. Das Folienmagazin 20 wird so über dem ersten
Grundplattenmagazin 30 positioniert, daß sich die Zahnräder 21 über den
zugeordneten Achsen der Stegunterteile 31 befinden.
Anschließend wird das Oberteil 90 abgesenkt, wie dies in der Fig. 5 dargestellt
ist, so daß sich die im Magazinverbund befindlichen Zahnräder 21 auf die
Achsen 35 der Stegunterteile 31 aufschieben.
Nachdem dieser Fügeprozeß beendet ist, werden die Montagestifte 82 gemäß
Fig. 6 nach oben geschoben, wodurch der Bauteilträger des Folienmagazins 20
von den Zahnrädern 21 getrennt wird. Mittels der Basisplatte 91 wird der von
den Zahnrädern 21 befreite Bauteilträger des Folienmagazins 20 entfernt, wie
dies in der Fig. 7 dargestellt ist. Diese aus Stegunterteil 31 und Planetenrädern
21 bestehenden vormontierten Bauteilgruppen werden gemäß der in den Fig.
16-21 gezeigten Verfahrensschritte zu einer Stegbaugruppe eines
Planetengetriebes und gemäß Fig. 33-36 und Fig. 37-40 zu einem
Planetengetriebe vervollständigt.
In der Fig. 8 sind die Magazine 10, 30, 40 gemäß einer weiteren
Ausführungsform dargestellt. Die Stegoberteile 11 sind ebenfalls in einem
ersten Folienmagazin 10 und die Stegunterteile in einem ersten
Grundplattenmagazin 30 angeordnet. Im Gegensatz zur Fig. 1 sind die
Mikrobauteile 21, d. h. die Zahnräder 21, auf einem zweiten
Grundplattenmagazin 40 angeordnet. Die Verwendung von zwei
Grundplattenmagazinen und einem Folienmagazin bedingt im Nachfolgenden
unterschiedliche Fügeschritte.
In der Fig. 9 ist dargestellt, wie das erste Grundplattenmagazin 30 auf der
Montageplatte 83 des Unterteils der Montagemaschine 80 positoniert ist. Es
sind zwei Montagestifte 85 in der Basisplatte 81 angeordnet, die in der hier
gezeigten Ausführungsform deutlich nach oben gegenüber dem ersten
Grundplattenmagazin 30 vorstehen.
Das zweite Grundplattenmagazin 40 wird - wie in der Fig. 10 dargestellt
wird - mit den Mikrobauteilen 21 nach unten weisend von oben aufgesetzt,
wobei die Positionierstifte 85 auch das zweite Grundplattenmagazin 40
positionieren.
Das zweite Grundplattenmagazin 40 wird anschließend, wie in der Fig. 11
gezeigt wird, auf das erste Grundplattenmagazin 30 gedrückt, wodurch die
Zahnräder 21 auf die Achsen 35 der Stegunterteile 31 aufgeschoben werden.
Anschließend wird die Basisplatte 81 mit den Montagestiften 85 nach unten
abgesenkt, so daß die Grundplattenmagazine 30 und 40 von den Montagestiften
85 befreit sind (s. Fig. 12).
In einem weiteren Schritt, der in der Fig. 13 gezeigt ist, werden die beiden
Magazine 30 und 40 in eine Fixiermasse 100 eingegossen. Dieses Eingießen ist
erforderlich, damit in einem weiteren Schritt, der in der Fig. 14 gezeigt ist,
die Grundplatte 40 des Grundplattenmagazins entfernt werden kann. Dies
erfolgt mechanisch mittels einer Fräse 95. Anschließend wird eine Fixierplatte
96 aufgesetzt, wie in der Fig. 15 gezeigt wird.
Nachdem diese Vormontage stattgefunden hat, erfolgt die Endmontage, d. h.
die Montage der Stegoberteile 11, die sich noch in dem ersten Folienmagazin
10 befinden. Ausgehend von der Fig. 6 bzw. ausgehend von der Fig. 15 und
dem Entfernen der Fixiermasse 100 erhält man die in der Fig. 16 dargestellte
Anordnung des Grundplattenmagazins 30 mit den Stegunterteilen 31 und den
bereits montierten Zahnrädern 21.
Das Grundplattenmagazin 30 wird gemäß Fig. 17 im Unterteil 80 der
Montagevorrichtung auf der Montageplatte 83 positioniert und mittels der
Montagestifte 82 fixiert. Von oben wird mittels des Oberteils 90 der
Montagevorrichtung das erste Folienmagazin 10 herangebracht und über dem
Grundplattenmagazin 30 positioniert. Dieses Oberteil 90 besteht aus einer
Basisplatte 93 mit an der Unterseite angeordneten Ausstoßelementen 94.
Das Folienmagazin 10 wird soweit abgesenkt, bis es auf den Montagestiften 82
aufliegt (s. Fig. 18). Anschließend wird die Basisplatte 93 weiter abgesenkt,
so daß die Ausstoßelemente 94 die im Magazinverbund befindlichen
Stegoberteile 11 aus dem Bauteilträger des Folienmagazins 10 teilweise lösen.
Wie in der Fig. 19 dargestellt ist, werden anschließend die noch im
Magazinverbund befindlichen Mikrobauteile 11 zusammen mit dem
Folienmagazin 20 abgesenkt, bis die Mikrobauteile vollständig montiert sind.
Dieser Vorgang wird in den Fig. 18-20 dargestellt.
Nachdem die Stegoberteile 11 montiert worden sind, wird mittels der
Montagestifte 82 der Bauteilträger des Folienmagazins 10 nach oben gedrückt
und von den Stegoberteilen 11 gelöst und mittels des Oberteils 90 der
Montagevorrichtung entfernt (s. Fig. 20). Gleichzeitig werden die
Montagestifte 82 soweit nach unten bewegt, daß sie noch das
Grundplattenmagazin 30 fixieren (Fig. 21).
In der Fig. 22 erfolgt das Verbinden, beispielsweise Verschweißen, von
Stegoberteil 11 und Stegunterteil 31, wodurch die Bauteileinheiten 51, d. h. die
Mikrogetriebe, fertiggestellt werden. Danach wird das Grundplattenmagazin 30
von der Montageplatte 83 entfernt (s. Fig. 23).
Nachfolgend werden die Vorteile der beiden Montagekonzepte
gegenübergestellt, wobei das Montagekonzept I die Fig. 1-7 und Fig. 16-21
und das Montagekonzept II die Fig. 8-15 und Fig. 16-21 betreffen.
Bei dem Montagekonzept I (Tabelle 1) werden nur die Planetenräder und die
Stegoberteile in Folienmagazinen fixiert, wogegen die Stegunterteile in Form
von Grundplattenmagazinen verwendet werden. Die Stegunterteile müssen vor
dem Fügen nicht mehr aus einem Folienmagazin herausgedrückt und
zwischengelagert werden, wodurch keine Aufnahmevorrichtung mehr
notwendig ist. Außerdem reduziert sich mit der Anzahl der Folienmagazine
auch die Anzahl der Sätze teilspezifischer Ausdrückwerkzeuge auf zwei.
Vor dem Fügen müssen jetzt nur noch die Planetenradkerne entfernt werden.
Nach den beiden, unmittelbar hintereinander ausgeführten Montageschritten
und dem Schweißen, wird die Angußplatte der Stegunterteile durch die
Prozeßschritte "Einbetten in Wachs (Fixiermasse)", "Mechanische
Bearbeitung" und "Reinigen" entfernt.
Folglich wird eine der fünf Flächen erst nach der Montage bearbeitet, d. h. die
strikte Abfolge "erst mechanische Bearbeitung, dann Montage" wird
aufgehoben. Es ist vorteilhaft, daß lediglich die mechanische Bearbeitung von
fünf Flächen erforderlich ist.
Bei dem Montagekonzept II (Tabelle 2) werden nur noch die Stegoberteile in
Folienmagazinen fixiert. Damit sinkt die Anzahl der mechanisch zu
bearbeitenden Flächen auf insgesamt vier, wodurch sich die Zeit für die
mechanische Bearbeitung weiter reduziert. Nach der Montage der
Planetenräder mit den Stegunterteilen wird dieser Verbund beispielsweise in
Wachs eingebettet, die Angußplatte oder Grundplatte der Planetenräder
mechanisch entfernt und von der Fixiermasse befreit ("Reinigen"). Während
der nachfolgenden Montage der Stegoberteile werden diese aus dem
Folienmagazin gedrückt. Hierzu wird nur ein einziger Satz Ausdrückwerkzeuge
benötigt. Nach dem zweiten Montageschritt wird geschweißt und abschließend
die Grundplatte der Stegunterteile entfernt. Das Einbetten in Wachs und die
mechanische Entfernung der Angußplatte wird somit zwischen und nach den
beiden Montageschritten durchgeführt.
In den Fig. 24-29 werden die Verfahrensschritte bis zum Vereinzeln der
Bauteileinheiten 51 dargestellt.
Wie in der Fig. 24 gezeigt wird, wird das Grundplattenmagazin 30 gedreht, so
daß die Bauteilgruppen 51 nach unten weisen. Diese werden in die
Stecköffnungen 52 eines Gruppenhalters 53 eingesteckt und anschließend
werden - wie in der Fig. 25 gezeigt wird - sowohl das Grundplattenmagazin 30
als auch die Bauteilgruppen 51 mittels der Fixiermasse 100 eingegossen.
Dieser Schritt ist erforderlich, um in einem weiteren Schritt, der in der Fig. 26
gezeigt wird, mittels der Fräse 95 die Grundplatte des Magazins 30 zu
entfernen. Die Fixiermasse 100 kann nunmehr als Gruppenmagazin 50 dienen,
wie dies in der Fig. 27 dargestellt ist. Es besteht aber auch die Möglichkeit,
anschließend die Fixiermasse 100 zu entfernen und die Bauteilgruppen 51
mittels der Ausstoßstifte 87 aus dem Gruppenhalter 53 zu entfernen (s. Fig.
29).
In der Fig. 30 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, bei der die
Zahnräder 21 gegen Verdrehen gesichert sind. Die Fig. 30 ist mit der Fig. 25
vergleichbar, mit dem Unterschied, daß das Grundplattenmagazin 30 zusätzlich
Fixierstifte 33 aufweist, die sich zwischen den Bauteilgruppen 51 befinden und
eine sternförmige Kontur aufweisen, so daß sie in die Planetenräder 21
eingreifen können und diese somit gegen Verdrehen sichern. Diese Fixierstifte
33 können Einlegeteile sein oder sie können bei der Herstellung des
Grundplattenmagazins und der Stegunterteile 31 mitgeformt werden. Auch die
Grundplatte 81 weist Fixierstifte 88 auf, die an ihrem freien Ende 89 ebenfalls
eine sternförmige Struktur zum Eingreifen in die Zahnräder 21 aufweisen, um
so die Sicherung gegen Verdrehen zu unterstützen.
In dem Verfahrensschritt gemäß der Fig. 31 wird nach dem Einbetten in die
Fixiermasse 100 mittels der Fräse 95 die Grundplatte des Magazins 30
entfernt. Die Reste der Fixierstifte 33 fallen hierbei aus der Fixiermasse 100
heraus bzw. diese können durch Hochschieben der Fixierstifte 88 entfernt
werden. In einem weiteren Schritt, der in der Fig. 32 gezeigt ist, ist die
Fixiermasse 100 entfernt und die Basisplatte 81 mit den Fixierstiften 88 und
den darauf angeordneten Bauteilgruppen 51 bildet somit ein weiteres Magazin,
nämlich das Gruppenmagazin 50'.
In den Fig. 33-36 wird eine weitere Ausführungsform dargestellt, bei der im
folgenden die Hülsen 61, die eine Innenverzahnung 62 aufweisen, auf den
Bauteilgruppen 51 montiert werden sollen. Die Fig. 33 entspricht der Fig. 21
mit dem Unterschied, daß die Fixierstifte 88 an ihrem freien Ende 89
Fixierstrukturen aufweisen und in die Verzahnung der Zahnräder 21 eingreifen
und diese somit gegen Verdrehen fixieren. Es ist dadurch möglich, die
Zahnräder 21 in einer vorgegebenen Position zu fixieren, so daß in einem
weiteren Verfahrensschritt gemäß Fig. 34 problemlos die Hülsen 61 montiert
werden können. Hierzu überdecken die Stifte 88 nicht die volle Breite der
Zahnräder 21, so daß die Hülsen 61 von oben aufgesetzt und die Fixierstifte 88
abgesenkt werden können. Nachdem die Montage der Hülsen 61 durchgeführt
worden ist, wird mittels der Fixiermasse 100 eine Einbettung vorgenommen,
die es erlaubt, in dem Schritt, der in Fig. 36 gezeigt ist, die Grundplatte des
Magazins 30 mittels der Fräse 95 zu entfernen. Die Fixiermasse 100 bildet
somit ein weiteres Folienmagazin, d. h. das Gruppenmagazin 50".
In den Fig. 37-40 wird eine weitere Ausführungsform gezeigt, wobei die
Hülsen 61 auf einem Magazin 60 angeordnet sind und das Magazin 30
Fixierstifte 33 aufweist, die die Planetenräder 21 in einer vorgegebenen
Position halten. In der Fig. 38 wird die Montage der Hülsen 61 gezeigt, was
dem Vorgang gemäß der Fig. 34 entspricht. Es erfolgt gemäß der Fig. 39 die
Einbettung in das Fixiermaterial 100 und das Abfräsen der Grundplatte des
Magazins 30, wozu der gesamte Verbund gedreht wurde, so daß nunmehr der
Bauteilträger des Magazins 60 unten liegt. Wenn noch weitere Fügeschritte
folgen, wird die Fixiermasse 100 entfernt und das Magazin 60 bildet hierfür
das Basismagazin.
Die Reste 34 der Fixierstifte 33 befinden sich in der Fixiermasse 100, die das
Gruppenmagazin 50" bildet.
Claims (17)
1. Verfahren zur Montage von magazinierten Mikrobauteilen mehrerer
Bauteilsorten zu Bauteilgruppen oder zu Bauteileinheiten, insbesondere
zu Mikrogetrieben, dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens zwei, Bauteilträger aufweisende Magazine mit jeweils mindestens einer Bauteilsorte und mit jeweils aufeinander abgestimmten Bauteilpositionen verwendet werden, wovon mindestens ein Magazin ein Grundplattenmagazin ist, bei dem die Mikrobauteile auf einer Grundplatte als Bauteilträger angeordnet sind,
daß mindestens ein Fügeschritt durchgeführt wird, bei dem jeweils zwei Magazine gegenüberliegend angeordnet und jeweils mehrere Mikrobauteile der beiden Magazine im Magazinverbund gleichzeitig zu Bauteilgruppen oder zu Bauteileinheiten zusammengefügt werden, und
daß anschließend die Bauteilträger der Magazine entfernt werden.
daß mindestens zwei, Bauteilträger aufweisende Magazine mit jeweils mindestens einer Bauteilsorte und mit jeweils aufeinander abgestimmten Bauteilpositionen verwendet werden, wovon mindestens ein Magazin ein Grundplattenmagazin ist, bei dem die Mikrobauteile auf einer Grundplatte als Bauteilträger angeordnet sind,
daß mindestens ein Fügeschritt durchgeführt wird, bei dem jeweils zwei Magazine gegenüberliegend angeordnet und jeweils mehrere Mikrobauteile der beiden Magazine im Magazinverbund gleichzeitig zu Bauteilgruppen oder zu Bauteileinheiten zusammengefügt werden, und
daß anschließend die Bauteilträger der Magazine entfernt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das mindestens eine Grundplattenmagazin als Basismagazin verwendet wird und
daß dessen Grundplatte erst nach Abschluß der vorgesehenen Montageschritte entfernt wird.
daß das mindestens eine Grundplattenmagazin als Basismagazin verwendet wird und
daß dessen Grundplatte erst nach Abschluß der vorgesehenen Montageschritte entfernt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens ein Folienmagazin verwendet wird, bei dem das die
Mikrobauteile tragende Magazinmaterial den Bauteilträger bildet.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem
Anordnen des Folienmagazins Bauteilkerne aus den Mikrobauteilen
entfernt werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Mikrobauteile des Folienmagazins im
Magazinverbund auf die Mikrobauteile des gegenüberliegenden
Magazins gedrückt werden und daß anschließend der Bauteilträger des
Folienmagazins von den Mikrobauteilen gelöst wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Grundplattenmagazinen diese
zum Zusammenfügen der Mikrobauteile gegeneinandergedrückt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die
zusammengefügten Mikrobauteile in eine Fixiermasse eingebettet werden
und daß anschließend die Grundplatte eines der beiden
Grundplattenmagazine entfernt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die
Grundplatte abgefräst, abgedreht oder abgeschliffen wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch
gekennzeichnet, daß die Fixiermasse entfernt wird und weitere
Mikrobauteile aus weiteren Magazinen auf den auf der Grundplatte des
Basismagazins befindlichen Bauteilgruppen montiert werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß die auf der Grundplatte des Basismagazins
befindlichen Bauteilgruppen unter Ausbildung eines Gruppenmagazins
in eine Fixiermasse eingegossen werden und die Grundplatte des Basismagazins
entfernt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das
Gruppenmagazin ein Folienmagazin ist.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der montierten Mikrobauteile
verdrehgesichert gehalten wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die
Mikrobauteile mittels auf der Grundplatte des Basismagazins
befindlicher Fixierstrukturen und/oder mittels Fixierstrukturen einer
Montagevorrichtung gesichert werden.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch
gekennzeichnet, daß die Mikrobauteile bis zur Fertigstellung der
Bauteilgruppen oder Bauteileinheiten oder des Gruppenmagazins
verdrehgesichert gehalten werden.
15. Montagevorrichtung für die Montage von magazinierten Mikrobauteilen
mehrerer Bauteilsorten zu Bauteilgruppen oder Bauteileinheiten,
insbesondere zu Mikrogetrieben, gekennzeichnet durch
- - ein Unterteil (80) mit einer Montageplatte (83), die zur Aufnahme eines Grundplattenmagazins (30, 40) ausgebildet ist, wobei in der Montageplatte (83) Montagestifte (82, 85) angeordnet sind, die senkrecht zur Plattenfläche beweglich sind und
- - ein bewegliches Oberteil (90) mit Haltemitteln für ein Grundplattenmagazin (30, 40) oder ein Folienmagazin (10, 20).
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die
Montagestifte (82, 85) mindestens in ihren Endbereichen
Fixierstrukturen (89) aufweisen.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch
gekennzeichnet, daß das Oberteil (90) Ausstoßelemente (92, 94)
aufweist.
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