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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren für eine Vorrichtung zur Herstellung
einer Vielzahl von Chipkarten, die jeweils aus einem Kartengrundkörper, einer
darauf angeordneten Antenne und einem in einer Kavität des Kartengrundkörpers angeordneten
Chipmodul zusammengesetzt werden und in einer Ebene auf mindestens
einer gemeinsamen Platte angeordnet sind, wobei die Chipmodule einzeln
oder gruppenweise nacheinander in die Kavitäten eingesetzt werden, gemäß den Oberbegriffen
der Patentansprüche
1 und 8.
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Chipkarten
werden in herkömmlichen
Vorrichtungen zur Herstellung von Chipkarten in einer großen Anzahl
beispielsweise derart produziert, dass eine größere Zahl an Kartengrundkörpern innerhalb eines
gemeinsamen Sheets eingebettet auf eine Platte gelegt werden, die
wiederum auf einem verschiebbaren Tisch angeordnet ist, und dieses
Sheet mittels Vakuumbeaufschlagung auf der Oberfläche der
Platte festgehalten wird. Jeder Kartengrundkörper weist eine Kavität zur Aufnahme
eines Chipmoduls auf.
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Die
Kavitäten
werden nacheinander oder zeitgleich mit einem Klebstoff, zur dauerhaften
Verankerung des Chipmoduls in der Kavität des Kartengrundkörpers, befüllt. Unter
anderem werden hierbei Heissklebstoffkomponenten verwendet, bei
welchen die Parameter Druck, Temperatur und Zeit ausschlaggebend
für die
Beständigkeit
der Klebung sind. Problematisch ist hierbei, dass die Chipmodule
eine kurzzeitige Temperaturerhöhung
für ungefähr eine Sekunde
auf ca. 180°C
erfahren. Falls dieser Heissklebevorgang zu lange dauert, führt dies
zur thermischen Zerstörung
des Chipmoduls. In jedem Fall bringt die kurzzeitige Temperaturerhöhung eine künstliche
Alterung des Chips, welcher in dem Chipmodul integriert ist, mit
sich.
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Häufig sind
derartige Heissklebstoffe mit verflüchtigenden Eigenschaften ausgestattet,
die gesundheitsschädliche
Ausdünstungen
der Chipkarten zur Folge haben.
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Zudem
werden Chipkarten, in deren Kavitäten derartige Heissklebstoffe
seit längerer
Zeit angeordnet sind, an dieser Stelle porös in ihrem Material, so dass
die Gefahr des Herausbrechens des Chipmoduls aus der Kavität besteht.
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Die
Materialien derartiger Heissklebstoffe sind relativ kostenintensiv.
Weiterhin ist das Aufbringverfahren dieser Klebstoffe mit einem
hohen technischen Aufwand verbunden, da die Klebstoffe dosiert werden
müssen
und somit eine laufend durchzuführende
Reinigung von Dosierdüsen
stattzufinden hat. Häufiger
treten auch Wechselwirkungen zwischen einer nachträglich aufzutragenden
Laminierfolie und dem Klebstoffmaterial auf.
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Nach
Einbettung bzw. Einsetzen der Chipmodule in die Kavitäten der
Kartengrundkörper,
die innerhalb der Sheets in Form von großen Kunststoffbögen zusammengefasst
sind, finden nachfolgende Bearbeitungsschritte, wie das Verlegen
der Antenne und/oder das Kontaktieren von Antennendrahtenden mit
Anschlussflächen
des Chipmoduls, wie die bonding oder wire bonding statt.
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Die
deutsche Offenlegungsschrift
DE 197 16 912 stellt ein typisches Beispiel
für die
oben beschriebenen Verfahren zur Fixierung eines Chipmoduls in einer
Chipkarte mittels Klebstoff dar. Das in diesem Dokument vorgeschlagene
Verfahren erlaubt insbesondere die Herstellung einer Chipkarte mit
einer eben ausgebildeten Kartenoberfläche, in dem das verwendete
Klebematerial zum einen in dosierter Menge in die Kavität eines
Kartenbasiskörpers
eingebracht wird und zum anderen das Klebematerial hinsichtlich
seiner Aushärteeigenschaften
so eingestellt ist, dass es bei Beendi gung des Laminiervorgangs
ausgehärtet
ist. Dies erlaubt beispielsweise die oben genannten negativen Wechselwirkungen zwischen
dem Klebstoff und der nachträglich
aufzutragenden Laminierfolie zu vermeiden. Jedoch vermag dieses
Verfahren nicht die oben geschilderten, grundlegenden Probleme der
auf der Verwendung von Klebstoff basierenden Verfahren zur Fixierung von
Chipmodulen auf Chipkarten zu vermeiden.
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
bzw. eine Vorrichtung zur Herstellung einer Vielzahl von Chipkarten
zur Verfügung
zu stellen, bei dem bzw. bei der die Fixierung von Chipmodulen in
Kavitäten
von Grundkartenkörpern
ohne die Zuhilfenahme von Klebstoffmaterial erfolgen kann, wobei
während
der Herstellung der anstelle einer Klebeverbindung gewählten Befestigungsart
zwischen dem Chipmodul und dem Kartengrundkörper eine präzise Relativlage
zwischen Chipmodul und dem Kartengrundkörper sichergestellt wird, und
wobei sowohl die temporäre
als auch die dauerhafte Befestigung dieser beiden Teile mittels des
erfindungsgemäßen Verfahrens
bzw. der entsprechenden Vorrichtung auf einfache, schnelle, und ohne
dauerhafte Beschädigung
des Kartengrundkörpers
bzw. des Chipmoduls erfolgende Art und Weise realisiert wird.
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Diese
Aufgabe wird verfahrensgemäß durch die
Merkmale des Patentanspruches 1 und vorrichtungsseitig durch die
Merkmale des Patentanspruches 8 gelöst.
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Ein
wesentlicher Punkt der Erfindung liegt darin, dass bei einem Verfahren
zur Herstellung einer Vielzahl von Chipkarten, die jeweils aus einem
Kartengrundkörper,
einer darauf angeordneten Antenne und einem in einer Kavität des Kartengrundkörpers angeordneten
Chip modul zusammengesetzt werden, und in einer Ebene auf mindestens
einer gemeinsamen Platte angeordnet sind, wobei die Chipmodule einzeln
oder gruppenweise nacheinander in die Kavitäten eingesetzt werden, in einem
ersten Schritt die Kartengrundkörper
mittels einer durch erste Löcher in
der Platte hindurch angewendeten ersten Vakuumbeaufschlagung auf
der Platte angesaugt werden und in einem zweiten Schritt die Chipmodule
während
und nach ihrem Einsetzen in die Kavitäten mittels einer durch zweite
Löcher
in der Platte und dritte Löcher
in den Kavitäten
hindurch angewendeten zweiten Vakuumbeaufschlagung in den Kavitäten angesaugt
werden. Die Chipmodule werden in den Kavitäten so lange angesaugt, bis
eine klebstofffreie Fixierung der Chipmodule durch einen Schritt
der Verbindung von Anschlussflächen
der Chipmodule mit Drähten
der Antennen stattgefunden hat. Auf diese Weise kann erreicht werden,
dass ohne Zuhilfenahme eines Klebstoffes, wie eines Heissklebstoffes,
die Chipmodule innerhalb der Kavitäten festgehalten werden, nämlich mittels
der zweiten Vakuumbeaufschlagung, während eine nachfolgende Bearbeitung der
Chipkarten, wie beispielsweise das Bonden von Antennendrahtenden
mit Anschlussflächen
der Chipmodule sowie das Verlegen des restlichen Antennendrahtes
oder/und das Laminieren des Kartengrundkörpers in eine ober- und unterseitige
jeweils aufgebrachte Laminatfolie stattfindet. Eine präzise Ausrichtung
des Chipmoduls relativ zum Kartengrundkörper ist dadurch auf einfache
und effektive Art und Weise sichergestellt.
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Nach
dem Einlaminierungsvorgang und dem Verbindungsvorgang der Anschlussflächen der
Chipmodule mit den Drähten
der Antenne besteht eine in sich stabile Fixierung der Chipmodule
innerhalb der Kavitäten,
ohne dass die Zuhilfenahme von Klebstoffen notwendig ist. Hierdurch
ergibt sich nicht nur die Vermeidung von porösen Anteilen des Chipkartengrundkörpers, sondern
auch eine schnelle, einfache und kostengünstige Fixierung der Chipmodule
innerhalb der Kavitäten,
da keine Dosierung von Klebstoffteilen als Zwischenarbeitsschritt
notwendig ist. Vielmehr ist lediglich jede Kavität unterseitig mit einem dritten
Loch zu versehen, um hierdurch die zweite Vakuumbeaufschlagung auf
die Kavität
und somit auf das darin einzusetzende Chipmodul einwirken zu lassen.
Zudem sind die Platten mit den zusätzlichen zweiten Löchern zu
versehen, die idealerweise unmittelbar unterhalb der dritten Löcher der
Kavität
liegen, um hierdurch eine direkte zweite Vakuumbeaufschlagung durchführen zu
können.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform wird
der zweite Schritt der zweiten Vakuumbeaufschlagung in eine Mehrzahl
an zweiten Unterschritten derart aufgeteilt, dass zeitgleich mit dem
nacheinander stattfindenden Einsetzen der Chipmodule in die Kavitäten diese
Kavitäten
nacheinander vakuumbeaufschlagt werden. Hierdurch ist es nicht notwendig,
sämtliche
Kavi täten
zur gleichen Zeit mit einer Vakuumbeaufschlagung zu versehen, so
dass sich eine unnötige
Vakuumerzeugung und somit eine erhöhte Leistung einer darauf gerichteten
Vakuumeinrichtung erübrigt.
Somit werden sämtliche
Kavitäten und
damit dritten Löcher
einzeln nacheinander vakuumbeaufschlagt, so dass immer mindestens
eine Kavität
an der zweiten Vakuumbeaufschlagung angeschlossen ist.
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Jede
Kavität
ist vorzugsweise bereits vor dem Einsetzen des Chipmoduls vakuumbeaufschlagt,
so dass ein erleichtertes Einsetzen des Chipmoduls sichergestellt
ist.
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Die
klebstofffreie Fixierung des Chipmoduls beinhaltet eine Verlegung
der Drähte
der Antenne auf oder in dem Kartengrundkörper und über die Chipmodule hinweg,
so dass die Chipmodule von den Drähten in den Kavitäten gehalten
werden. Selbstverständlich
können
die Antennendrähte
bereits vor Einsetzen der Chipmodule auf den Kartengrundkörper verlegt
worden sein und nach Einsetzen der Chipmodule lediglich eine elektrische
Kontaktierung von Drahtenden der Antenne mit den Anschlussflächen der
Chipmodule durchgeführt
werden.
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Die
Schritte der Verlegung der Drähte und/oder
der elektrischen Kontaktierung der Drähte mit den Anschlussflächen können nach
Einsetzen sämtlicher
Chipmodule in die Kavitäten
in sämtliche auf
der gemeinsamen Platte angeordnete Chipkarten durchgeführt werden.
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Um
ein Verschieben der Chipmodule während
des Verbindungsvorganges zwischen den Anschlussflächen der
Chipmodule und der Antennendrähte
sicher zu vermeiden, können
die Chipmodule während
dieses Schrittes mittels eines Niederhalterelementes in den Kavitäten von
oben druckbeaufschlagt werden.
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In
einer Vorrichtung zur Herstellung einer Vielzahl derartiger Chipkarten
wird vorteilhaft eine erste Vakuumeinrichtung zur Erzeugung eines
ersten Vakuums für
das Ansaugen der Kartengrundkörper auf
der Platte mittels erster Löcher
in der Platte und eine zweite Vakuumeinrichtung zur Erzeugung eines zweiten
Vakuums für
das Ansaugen der Chipmodule in die Kavitäten während und nach ihrem Einsetzen in
die Kartengrundkörper
mittels zweiter Löcher
in der Platte und dritter Löcher
in den Kavitäten
verwendet.
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Die
zweite Vakuumeinrichtung kann aus einem innerhalb eines Zylinderraums
angeordneten Zylinder und eine Vielzahl an in den Zylinderraum einmündenden
Vakuumkanälen,
die jeweils mit einem der dritten Löcher verbunden sind und in
Zylinderverschieberichtung reihenartig in mindestens einer Reihe
angeordnet sind, bestehen. Auf diese Weise wird ermöglicht,
dass die dritten Löcher
und somit die Vakuumkanäle
nacheinander, also sukzessive mit dem zweiten Vakuum beaufschlagt
werden, so dass nicht zeitgleich sämtliche Kavitäten mit
dem Vakuum beaufschlagt sind. Dies ermöglicht vorteilhaft eine Reduzierung
des erforderlichen Vakuumvolumens und somit eine Kostenreduzierung.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform weist
die Vorrichtung zwei Platten, die jeweils auf einem in Horizontalrichtung
verschiebbaren Tisch angeordnet sind, und ein dazwischen angeordnetes, verschiebbares
Shuttle, welches mit den Chipmodulen bestückbar ist, auf. Auf diese Weise
können durch
Verschieben der Platten die darauf angeordneten Sheets bzw. Kunststoffbögen leicht
aufgelegt und wieder entnommen werden und zudem verschiedene Bearbeitungsschritte
der Chipkarten und der Kartengrundkörper einfach und schnell durchgeführt werden.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Vorteile
und Zweckmäßigkeiten
sind der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung
zu entnehmen. Hierbei zeigen:
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1 in
einer Ausschnittsdarstellung einen Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
vor der Anwendung einer zweiten Vakuumbeaufschlagung;
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2 in
einer perspektivischen Ausschnittsdarstellung einen Teil einer Platte
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
vor dem Einsetzen der Chipmodule;
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3 in
einer perspektivischen Ausschnittsdarstellung ein Niederhalterelement
der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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4 in
einer schematischen Draufsicht eine Chipkarte mit einem in erfindungsgemäßen Verfahren
eingesetzten Chipmodul, und
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5a und 5b eine
zweite Vakuumeinrichtung zur Erzeugung einer zweiten Vakuum beaufschlagung
zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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In 1 wird
in einer ausschnittsweisen Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
der Zustand von zwei, entlang einer Verschieberichtung 4 verschiebbaren
Tischen 2, 3 während
ihrer Bestückung
mit Kunststoffbögen 7 bzw.
Sheets auf Platten 5, 6 der Tische 2, 3 dargestellt.
Die Platten 5, 6 weisen zur Ansaugung der Kunststoffbögen 7,
die eine Vielzahl an Kartengrundkörpern enthalten, an den Plattenoberflächen der
Platten 5, 6 eine Vielzahl an ersten Löchern 8 auf.
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Zudem
sind zweite Löcher 9 derart
angeordnet, dass bei richtiger Positionierung der Kunststoffbögen 7 diese
direkt unterhalb von hier nicht näher dargestellten Kavitäten der
Kartengrundkörper
liegen.
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Zwischen
den beiden Tischen 2, 3 ist ein Shuttle 10 angeordnet,
welches entlang einer Verschieberichtung 12 auf einer Verschiebebahn 11 verschoben
werden kann und mit einer Vielzahl an Chipmodulen oberseitig bestückt ist.
Durch die durchzuführende
Verschiebebewegung des Shuttles 10 können die einzelnen Kartengrundkörper auf
kürzestem Wege
mit diesen Chipmodulen in ihren Kavitäten bestückt werden.
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In 2 ist
ausschnittsweise ein Teil der Platte 5 eines Tisches mit
einem darauf angeordneten Kunststoffbogen 7, der eine Mehrzahl
an Kartengrundkörpern 13 aufweist,
in perspektivischer Darstellung wiedergegeben. Jeder Kartengrundkörper 13 weist
jeweils eine Kavität 14 auf,
die unterseitig ein drittes Loch 15 aufweist, welches in
direktem Kontakt mit dem zweiten Loch 9, welches innerhalb der
Platte 5 angeordnet ist, steht.
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Das
zweite Loch 9 ist mit einem sich anschließenden Hohlraum 16 und
zwei sich anschließenden
Vakuumkanälen 17, 18 verbunden,
wobei der Hohlraum 16 einen breiteren Durchmesser als das
zweite Loch 9 für
eine wirkungsvolle Vakuumerzeugung aufweist.
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Das
durch das zweite Loch 9 und die Vakuumkanäle 17, 18 hindurch
erzeugte zweite Vakuum wird vor dem Einsetzen eines Chipmoduls in
die Kavität 14 erzeugt,
wohingegen ein ers tes Vakuum durch die ersten Löcher 8 hindurch dauerhaft
aufrechterhalten wird, um die Kunststoffbögen auf der Platte 8 zu
fixieren.
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Sobald
das Chipmodul 22 in die Kavität eingesetzt wird, findet ein
automatisches Festhalten des Chipmoduls innerhalb der Kavität 14 durch
das erzeugte zweite Vakuum statt. Sobald sämtliche Chipmodule auf die
Kavitäten
aufgeteilt sind, werden weitere Bearbeitungsschritte, wie beispielsweise
das Verlegen eines Antennendrahtes (wire embedding), oder das Chipmodulanschlussflächen-Verbinden
mit Antennendrahtenden (module bonding) durchgeführt.
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In 3 ist
in einer vergrößerten Ausschnittsdarstellung
ein Niederhalterelement 19 zum Ausüben einer Druckbeaufschlagung
von oben, wie es durch den Pfeil 20 dargestellt wird, auf
ein eingesetztes Chipmodul während
der nachfolgenden Bearbeitungsprozesse dargestellt. Ein derartiger
nachfolgender Bearbeitungsprozess, während dem das zweite Vakuum
aufrechterhalten wird, kann das Verlegen des Antennendrahtes sein,
während
dem der Antennendraht mit den Anschlussflächen des Chipmoduls als erster
Schritt verbunden wird. Um hierbei während dieses Bearbeitungsschrittes
sicherzustellen, dass das Chipmodul nicht verkippen kann, wird es
durch das Niederhalterelement in seiner Kavität 14 gehalten.
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In 14 ist in einer Draufsicht ein Chipkartengrundkörper 13 mit
eingesetztem Chipmodul 22 nach dem Einsetzschritt und dem
Schritt des Verlegens des Drahtes zur klebstofffreien Fixierung
des Chipmoduls innerhalb der Kavität 14 dargestellt. Durch
ein derartiges Verlegen eines Antennendrahtes 21, dessen
Antennendrahtenden 21a, 21b mit den Anschlussflächen des
Chipmoduls 22 verbunden und elektrisch kontaktiert werden,
wird das Chipmodul 22 dauerhaft innerhalb der Kavität 14 gehalten, selbst
wenn anschließend
das zweite Vakuum abgeschalten wird. Sobald der Antennendrahtverlegeschritt
beendet ist und gegebenenfalls weitere Bearbeitungsschritte, wie
das Auflaminieren von Laminatfolien auf die Ober- und auf die Unterseite
des Kartengrundkörpers
durchgeführt
worden sind, wird der Tisch 2, 3 aus der Bearbeitungsvorrichtung
herausgefahren. Nun wird das erste Vakuum ebenso abgeschaltet, um
den Kunststoffbogen bzw. das Sheet von der Platte 5, 6 des
Tisches 2, 3 abnehmen zu können. Dieser Kunststoffbogen
enthält
nun die fertig bearbeiteten oder zumindest teilweise fertig bearbeiteten
Chipkarten mit eingesetzten Chipmodulen ohne Zuhilfenahme von Klebstoff
oder Klebstoffteilen.
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Nun
kann der Tisch einen weiteren Kunststoffbogen mit noch nicht bearbeiteten
Kartengrundkörpern
zu einem erneuten Durchführen
der ersten und zweiten Vakuumbeaufschlagung, des Einsetzens der
Chipmodule und des Verlegens des Antennendrahtes aufnehmen.
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In
den 5a und 5b ist
in einer perspektivischen und seitlichen Darstellung eine zweite Vakuumeinrichtung
zum Erzeugen des zweiten Vakuums für die Durchführung der
zweiten Vakuumbeaufschlagung dargestellt, wobei diese Vakuumeinrichtung
vorteilhaft ermöglicht,
dass nicht sämtliche
zweiten Löcher,
die mit den dritten Löchern
der Kavitäten verbunden
sind, in Kontakt stehen, gleichzeitig mit dem zweiten Vakuum beaufschlagt
werden, sondern nacheinander.
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Hierfür weist
die zweite Vakuumeinrichtung ein Zylindergehäuse 25 mit einem Zylinder 23,
der mittels einer zahnradartigen Schiene 23a schrittweise
verschoben werden kann, wie es durch den Doppelpfeil 24 dargestellt
wird, auf.
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Zudem
sind reihenartig in drei übereinander liegenden
Reihen die Vakuumkanäle 18,
welche in Verbindung mit den zweiten Löchern der Platten 5, 6 stehen,
entlang der Zylinderverschieberichtung 24 in dem Gehäuse 25 angeordnet.
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Durch
die Verwendung einer derartigen Vakuumeinrichtung mit einer Vielzahl
an reihenartig angeschlossenen Vakuumkanälen wird ermöglicht, dass
die einzelnen Kavitäten
nacheinander vakuumisiert werden können und die Verwendung einer
Vielzahl an Zylindern vermieden werden kann.
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Durch
eine derartige Anordnung der Vakuumkanäle 18 an dem Gehäuse 25 wird
beim Herausziehen der Schiene 23a aus dem Gehäuse 25,
wie es durch den Pfeil 26 dargestellt wird, schrittweise
ein vakuumisierter Raum 23b geschaffen, der immer nur einem
Vakuumkanal 18 nach dem anderen das Vakuum zugänglich macht.
Hierdurch wird mit einem geringen technischen und konstruktiven
Aufwand erreicht, dass die zweiten Löcher, also die Kavitäten nacheinander
schrittweise vakuumisiert werden können.
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Sämtliche
in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich
beansprucht, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem
Stand der Technik neu sind.
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- 1
- Vorrichtung
zur Herstellung von Chipkarten
- 2,
3
- Tische
- 4,
12
- Verschieberichtung
- 5,
6
- Platten
- 7
- Kunststoffbögen
- 8
- Erste
Löcher
- 9
- Zweite
Löcher
- 10
- Shuttle
- 11
- Shuttleverschiebebahn
- 13
- Kartengrundkörper
- 14
- Kavitäten
- 15
- Dritte
Löcher
- 16
- Vakuumraum
- 17,
18
- Vakuumkanäle
- 19
- Niederhalterelement
- 20
- Druckbeaufschlagungsrichtung
- 21
- Antennendraht
- 21a,
21b
- Antennendrahtenden
- 22
- Chipmodul
- 23
- Zylinder
- 23a
- Zahnstange
des Zylinders
- 23b
- Vakuumisierter
Raum
- 24,
26
- Verschieberichtungen
des Zylinders
- 25
- Zylindergehäuse