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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Werkstückträger mit mindestens einer Aufnahmefläche zur Aufnahme von Werkstücken, insbesondere flächenhaften Werkstücken.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Bearbeitungseinrichtung für Werkstücke.
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Werkstückträger der eingangs genannten Art sind bekannt und weisen den Nachteil auf, dass bei einer spanabhebenden Bearbeitung eines in dem Werkstückträger gehaltenen Werkstücks oder bei einer Trennbearbeitung, bei der Teile des Werkstücks insbesondere durch Beaufschlagung mit Laserlicht oder dergleichen verdampft werden, eine nur unzureichende Abführung der Späne bzw. des verdampften Materials oder sonstiger Partikel möglich ist. Darüberhinaus erfordert die Anfertigung eines herkömmlichen Werkstückträgers einen verhältnismäßig großen Aufwand, weil der betreffende Werkstückträger zumeist individuell an ein zu bearbeitendes Werkstück anzupassen ist.
DE 34 34 329 C1 beschreibt eine Vakuumspannvorrichtung mit untereinander verbundenen, dosenförmigen Vakuumelementen.
US 6 230 876 B1 beschreibt einen Vakuumtisch für Siebdruckanlagen.
DE 602 06 359 T2 beschreibt einen Werkstückträger mit mehreren zueinander benachbarten Stützelementen, welche individuell axial zueinander verschiebbar sind.
JP 2002 -
283 089 A offenbart eine Saugplatte zum Auflegen von Werkstücken mit einem wabenförmigen Grundkörper.
DE 197 37 212 A1 offenbart einen stabelbaren Werkstückträger mit Erhöhungen und Vertiefungen an der Auflagefläche.
DD 225 136 A1 offenbart einen Werkstückträger mit einem wabenförmigen Grundkörper und seitlich angeordneten, den Grundkörper überragenden Laschen als Wärmebrücke und als Absturzsperre.
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Demgemäß ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Werkstückträger der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass eine verbesserte Abführung von Spänen oder anderen unerwünschten Bearbeitungsprodukten bzw. Partikeln sowie insbesondere von verdampftem Material möglich ist, und dass im Verhältnis zu herkömmlichen Werkstückträgern ein verringerter Aufwand zur Herstellung des Werkstückträgers erforderlich und ein flexiblerer Einsatz möglich ist.
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Diese Aufgabe wird bei einem Werkstückträger der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Werkstückträger eine Mehrzahl von untereinander verbundenen und als Hohlzylinder ausgebildeten Elementen aufweist, und dass die Aufnahmefläche durch die Stirnbereiche mehrerer Elemente gebildet ist.
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Eine besonders wirtschaftliche Fertigung des erfindungsgemäßen Werkstückträgers ist dadurch möglich, dass mehrere Gruppen von untereinander über ein entsprechendes Verbindungsblech verbundenen Elementen vorgesehen sind. Bei der Erfindung kann ein bestimmter Werkstückträger modular durch den Einsatz einer vorgebbaren Anzahl derartiger Gruppen aufgebaut werden. Unter Verwendung einiger weniger Grundformen, die durch entsprechende Gruppen von Elementen gebildet sind, ist daher vorteilhaft eine Vielzahl von Geometrien für einen bestimmten Werkstückträger realisierbar. Die Gruppen selbst können vorteilhaft einstückig ausgeführt sein und wiederum mittels eines rapid-prototyping-Verfahrens oder Spritzgießens oder dergleichen erhalten werden.
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Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Werkstückträgers liegt darin, dass die als Hohlzylinder ausgebildeten Elemente einerseits zur Führung eines bei der Bearbeitung des Werkstücks verwendeten Fluids, wie beispielsweise Druckluft oder eines Absaugluftstroms oder dergleichen, verwendet werden können, während die Stirnbereiche der Elemente gleichzeitig die Aufnahmefläche für das Werkstück bilden. Somit müssen bei der Erfindung - im Gegensatz zu herkömmlichen Werkstückträgern - keine separaten Absaugkanäle oder dergleichen vorgesehen werden.
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Insbesondere ist es bei dem erfindungsgemäßen Werkstückträger nicht unbedingt erforderlich, Absaugkanäle oder dergleichen an bestimmten durch das zu bearbeitende Werkstück vorgegebenen Stellen des Werkstückträgers vorzusehen, weil die erfindungsgemäß als Hohlzylinder ausgebildeten Elemente vorzugsweise in einem vorgebbaren Raster oder direkt nebeneinander angeordnet und damit in dem Bereich der gesamten Aufnahmefläche verwendbar sind. D.h., ein erfindungsgemäßer Werkstückträger kann bei geeigneter Wahl des Rasters für die Elemente für eine Vielzahl verschiedener Werkstücke verwendet werden, ohne dass aufwändige Anpassungen erforderlich sind.
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Besonders vorteilhaft sind mindestens zwei Elemente direkt nebeneinander angeordnet, wodurch sich eine gesteigerte mechanische Stabilität des Werkstückträgers ergibt. Eine ganz besonders vorteilhafte Ausbildung des erfindungsgemäßen Werkstückträgers sieht vor, dass mindestens zwei Elemente entlang ihrer Mantelfläche miteinander verbunden sind. Bevorzugt ist es ferner möglich, mindestens zwei Elemente einstückig auszubilden.
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Je nach Fertigungsverfahren kann ferner vorteilhaft vorgesehen sein, dass mindestens ein Element einen kreisförmigen oder auch einen vieleckigen, insbesondere einen sechseckigen Querschnitt, aufweist.
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Besonders bevorzugt werden rapid-prototyping-Verfahren eingesetzt, um den erfindungsgemäßen Werkstückträger zu fertigen. Hierbei werden in an sich bekannter Weise nacheinander Schichten eines geeigneten Werkstoffs, wie beispielsweise eines auszuhärtenden Kunststoffs, übereinander an denjenigen Stellen eines Substrats aufgetragen, an denen die Wandbereiche der als Hohlzylinder ausgebildeten Elemente vorgesehen sind.
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Besonders vorteilhaft sind die als Hohlzylinder ausgebildeten Elemente über die gesamte Aufnahmefläche des Werkstückträgers verteilt und einem vorgebbaren Raster entsprechend angeordnet. Dabei ist es insbesondere auch möglich, den gesamten Werkstückträger durch eine zweidimensionale Nebeneinanderanordnung einer Vielzahl von Elementen auszubilden, wobei sich dementsprechend eine gitter- bzw. wabenartige Struktur ergibt. Alternativ hierzu ist es auch möglich, Teilbereiche der Aufnahmefläche massiv oder mit integrierten Kanälen zur Führung einer Fluidströmung auszubilden, die z.B. mit benachbarten Elementen bzw. deren Innenbereichen verbunden sind.
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Eine vergleichbare Ausbildung des erfindungsgemäßen Werkstückträgers kann auch dadurch erhalten werden, dass eine massive Grundplatte mit einer entsprechenden Anzahl von Bohrungen versehen wird, wodurch sich wiederum nebeneinander angeordnete hohlzylindrisch ausgebildete Elemente ergeben. Aufgrund der wirtschaftlicheren Fertigung und der Möglichkeit, auch komplexere Strukturen in den erfindungsgemäßen Werkstückträger, insbesondere einstückig mit diesem, zu integrieren, sind die vorstehend erwähnten rapid-prototype-Verfahren jedoch bevorzugt anwendbar.
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Einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Werkstückträgers zufolge weisen verschiedene Elemente einen unterschiedlichen Innen- und/oder Außendurchmesser auf. Es ist auch möglich, einen Werkstückträger aus Elementen mit unterschiedlicher Querschnittsform zu bilden. Hierdurch ist der Werkstückträger bezüglich seiner Stabilität und/oder Massenverteilung an besondere Anwendungszwecke anpassbar, wobei insbesondere auch Bereiche unterschiedlicher Stabilität erzeugt werden können, ohne die vorteilhaften Eigenschaften des Werkstückträgers bezüglich der Führung einer Fluidströmung zu beeinträchtigen. Es ist darüberhinaus auch denkbar, hohlzylindrische Elemente mit unterschiedlichen Längen zu verwenden, wobei bevorzugt nur solche kürzeren Elemente zur Führung einer Fluidströmung eingesetzt werden, die nicht zu der Bildung der Aufnahmefläche beitragen.
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Verschiedene Innenquerschnittsformen der Elemente können ferner als Markierungen für prozessüberwachende Bildverarbeitungssysteme oder als mechanische Codierung für darin eingreifende Zuführsysteme oder dergleichen verwendet werden.
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Ganz besonders vorteilhaft weist einer weiteren Erfindungsvariante zufolge mindestens ein als Hohlzylinder ausgebildetes Element Mittel zur Beeinflussung einer durch das Element hindurchtretenden Fluidströmung auf. Dadurch ist es vorteilhaft möglich, bei einer Beaufschlagung eines auf dem Werkstückträger gehaltenen Werkstücks mit Druckluft oder einem Absaugluftstrom oder dergleichen eine entsprechende Strömung des betreffenden Fluids individuell zu steuern.
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Die Mittel zur Beeinflussung der Fluidströmung können insbesondere einen blendenförmigen Abschnitt oder auch einen düsenförmigen Abschnitt aufweisen und z.B. auch in mehreren benachbarten Elementen angeordnet sein.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Werkstückträgers ist vorgesehen, dass mindestens ein Element Haltemittel zur Halterung eines Werkstücks aufweist, wobei die Haltemittel insbesondere in dem Stirnbereich des betreffenden Elements angeordnet sind.
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Ganz besonders vorteilhaft ist das Haltemittel als integraler Bestandteil des Elements ausgebildet, so dass kein zusätzlicher konstruktiver Aufwand erforderlich ist, um eine Anbringung und Fixierung des Werkstücks an dem Werkstückträger zu ermöglichen. Mindestens ein Element kann zur Ausbildung der Haltemittel eine vorzugsweise dornförmige Materialanhäufung aufweisen. Sehr vorteilhaft ist es ferner möglich, mindestens eine Ausnehmung in dem Stirnbereich des Elements bzw. Haltemittels vorzusehen, die mit einem entsprechenden Befestigungsabschnitt eines zu bearbeitenden Werkstücks zusammenwirkt. Ausnehmungen in dem Stirnbereich von Elementen können neben den die Befestigung eines Werkstücks betreffenden Aspekten vorteilhaft insbesondere auch die Führung einer Fluidströmung z.B. von einem Element zu einem benachbarten Element verbessern.
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Der erfindungsgemäße Werkstückträger ist bevorzugt zumindest teilweise aus Kunststoff und/oder Metall ausgebildet, wobei aufgrund der geringen Masse und der einfachen Bearbeitbarkeit insbesondere Aluminium verwendbar ist.
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Eine weitere Stabilisierung des erfindungsgemäßen Werkstückträgers ist dadurch realisierbar, dass mehrere Elemente untereinander durch zusätzliche Verbindungsmittel, insbesondere durch ein Verbindungsblech, verbunden sind. Das Verbindungsblech wird bevorzugt im wesentlichen senkrecht zu der Aufnahmefläche angeordnet, so dass es die Führung einer Fluidströmung durch die als Hohlzylinder ausgebildeten Elemente nicht beeinflusst. Bei dem Einsatz des erfindungsgemäßen Werkstückträgers in Bearbeitungsvorrichtungen, die über Lasertrenneinrichtungen oder sonstige Laserbearbeitungseinrichtungen verfügen, ist das Verbindungsblech im Bereich seiner der Aufnahmefläche zugewandten Kante vorzugsweise so geformt, dass es auftreffendes Laserlicht möglichst gut streut, um zu verhindern, dass ein an dem Verbindungsblech reflektierter Laserstrahl nicht zu bearbeitende Bereiche des Werkstücks bzw. des Werkstückträgers mit hoher Strahlungsdichte beaufschlagt bzw. beschädigt.
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Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäß vorgesehenen Verbindungsblechs besteht darin, dass auch bei einer kreisförmig oder allgemein entlang einer geschlossenen Kurve ausgeführten Lasertrennbearbeitung, bei der unter Umständen Teile der aus Kunststoff ausgebildeten Elemente des Werkstückträgers aus dem umgebenden Werkstückträger herausgetrennt würden, eine sichere Verbindung durch das entsprechende Verbindungsblech gegeben ist.
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Ganz besonders vorteilhaft weist der erfindungsgemäße Werkstückträger einen mehrschichtigen Aufbau auf, wobei eine erste Schicht, welche die Aufnahmefläche für das zu bearbeitende Werkstück aufweist, aus einer ersten Anzahl von als Hohlzylinder ausgebildeten Elementen gebildet ist. Eine zweite Schicht ist dementsprechend aus einer zweiten Anzahl von als Hohlzylinder ausgebildeten Elementen gebildet, und die beiden Schichten sind so zueinander angeordnet, dass sich Stirnbereiche zumindest einiger Elemente der jeweiligen Schicht gegenüberliegen.
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Dieser Schichtaufbau bietet einerseits den Vorteil, dass nur die erste Schicht des Werkstückträgers direkt in der Umgebung des Bearbeitungsbereichs angeordnet ist; dementsprechend unterliegt auch nur die erste Schicht einem gegebenenfalls auftretenden Verschleiß durch Beaufschlagung mit Laserlicht oder dergleichen. Aufgrund der erfindungsgemäß verwendeten hohlzylindrisch ausgebildeten Elemente ist jedoch auch bei dem Schichtaufbau mit zwei Schichten derartiger Elemente nach wie vor die Führung einer Fluidströmung, wie beispielsweise Druckluft oder eines Absaugluftstroms, möglich, wobei die entsprechende Fluidströmung hintereinander durch gegenüberliegende Bereiche bzw. Elemente der jeweiligen Schicht des Werkstückträgers tritt. Zur Vermeidung von Leckagen zwischen den beiden Schichten des Werkstückträgers ist ein entsprechend geringer Abstand zwischen den Schichten zu wählen. Darüberhinaus ist es vorteilhaft, wenn sowohl die erste Schicht als auch die zweite Schicht eine vergleichbare Geometrie, insbesondere Elemente mit ähnlichem Innen- und/oder Außendurchmesser aufweist.
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Bei Verwendung mehrerer Schichten kann z.B. die erste Schicht auch verhältnismäßig weich ausgebildet sein, z.B. aus einem elastischen Kunststoff oder dergleichen, da sie auf mindestens einer weiteren, vorzugsweise härteren bzw. stabileren, Schicht aufliegt und durch diese getragen wird.
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Sofern beide Schichten des Werkstückträgers aus einer Vielzahl von unmittelbar nebeneinander angeordneten Elementen gebildet sind, ist eine exakte Ausrichtung beider Schichten relativ zueinander nicht erforderlich, da bei vergleichbarer Geometrie der Elemente der ersten und zweiten Schicht stets gewährleistet ist, dass eine entsprechende Anzahl von Elementen der ersten Schicht einer entsprechenden Anzahl von Elementen der zweiten Schicht gegenüberliegt und somit eine hinreichende Führung einer Fluidströmung ermöglicht.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Werkstückträgers sind die Elemente der ersten Schicht, die die Aufnahmefläche aufweist bzw. bildet, aus Kunststoff ausgebildet, und die Elemente der zweiten Schicht sind aus Aluminium ausgebildet. Da sich die zweite Schicht nicht direkt in dem Bearbeitungsbereich eines von dem erfindungsgemäßen Werkstückträger gehaltenen Werkstücks befindet, unterliegt sie keinem wesentlichen Verschleiß und kann daher für eine Vielzahl von Bearbeitungsvorgängen verwendet werden. Die erste Schicht unterliegt einem größeren Verschleiß, da sie direkt dem Bearbeitungsbereich ausgesetzt ist und kann daher bei Erreichen einer vorgebbaren Verschleißgrenze durch eine neue Schicht ersetzt und mit der noch vorhandenen zweiten Schicht kombiniert werden.
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Ein weiterer Vorteil bei der Ausbildung der ersten Schicht aus Kunststoff besteht darin, dass individuell an ein aufzunehmendes Werkstück anzupassende Bereiche einfacher und kostengünstiger in die aus Kunststoff ausgebildete erste Schicht des Werkstückträgers integrierbar sind. Hierzu kann einerseits ein entsprechender Bereich beispielsweise bereits bei der Herstellung der ersten Schicht im Wege eines rapid-prototyping-Verfahrens ausgebildet werden. Andererseits können Anpassungen an bestimmte Werkstücke auch nachträglich an der ersten Schicht vorgenommen werden, beispielsweise durch Ausfräsen vorgebbarer Bereiche und dergleichen. Derartige Anpassungen sind insbesondere dann erforderlich, wenn bereits bestückte Leiterplatten von dem Werkstückträger bzw. dessen erster Schicht zu halten sind.
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Eine weitere sehr vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Werkstückträgers sieht einen Grundrahmen zur Aufnahme der Elemente bzw. der Schichten vor.
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Die Ausbildung des erfindungsgemäßen Werkstückträgers mit mehr als zwei Schichten von als Hohlzylinder ausgebildeten Elementen ist ebenfalls denkbar.
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Sehr vorteilhaft ist dem Werkstückträger bei einer weiteren Erfindungsvariante eine Absaugeinrichtung zugeordnet, die im Bereich einer der Aufnahmefläche gegenüberliegenden zweiten Oberfläche des Werkstückträgers bzw. einer Schicht des Werkstückträgers angeordnet ist und den Werkstückträger bzw. ein darin gehaltenes Werkstück mit Unterdruck beaufschlagt. Hierzu weist die Absaugeinrichtung mindestens einen Absaugkanal auf.
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Die Absaugeinrichtung kann ferner mindestens einen Zufuhrkanal zur Beaufschlagung des Werkstückträgers mit einem Fluid, insbesondere Druckluft und/oder Heißluft und/oder Inertgas, aufweisen. Der Absaugkanal ist vorzugsweise konzentrisch zu dem Zufuhrkanal angeordnet. Die konzentrische Anordnung mehrerer Absaugkanäle und/oder Zufuhrkanäle oder eine Kombination hieraus ist ebenfalls denkbar.
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Besonders vorteilhaft ist der Werkstückträger relativ zu der Absaugeinrichtung bewegbar angeordnet, insbesondere entlang zweier Achsen, die eine zu der Aufnahmefläche im wesentlichen parallele Verfahrebene aufspannen.
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Als eine weitere Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Bearbeitungseinrichtung zur Bearbeitung von Werkstücken, mit einer Bearbeitungseinheit zur insbesondere spanabhebenden Bearbeitung und/oder mit einer Lasereinrichtung, insbesondere einer Lasertrenneinrichtung, vorgeschlagen, die mindestens einen erfindungsgemäßen Werkstückträger aufweist.
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Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bearbeitungseinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungseinheit und/oder die Lasereinrichtung und/oder eine/die Absaugvorrichtung stationär und der mindestens eine Werkstückträger relativ zu der Bearbeitungseinheit und/oder der Lasereinrichtung und/oder der Absaugvorrichtung bewegbar angeordnet sind. Aufgrund des erfindungsgemäßen Aufbaus besitzt der Werkstückträger eine verhältnismäßig geringe Masse und ermöglicht somit vorteilhaft eine schnelle und präzise Positionierung durch ein geeignetes Antriebssystem wie z.B. Linearmotoren oder dergleichen, während die oftmals verhältnismäßig schwere und im Falle einer Lasereinrichtung mitunter auch bewegungsempfindliche Bearbeitungseinheit ortsfest ist. Da die hohlzylindrischen Elemente des Werkstückträgers vorteilhaft über die gesamte Aufnahmefläche verteilt sind, zumindest jedoch in den Bereichen, bei denen eine Bearbeitung des Werkstücks erfolgen soll, kann auch eine ggf. vorgesehene Absaugvorrichtung ortsfest angeordnet sein, ohne dass auf den erfindungsgemäßen Vorteil der kontrollierten Führung eines Saugluftstroms oder eines zugeführten Fluids verzichtet werden muss.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind. Dabei können die in den Ansprüchen und der Beschreibung genannten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
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In der Zeichnung zeigt:
- 1 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Werkstückträgers, die nicht die Erfindung zeigt
- 2 perspektivisch ein Detail des Werkstückträgers aus 1,
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und 4 weitere perspektivische Ansichten des Werkstückträgers aus 1,
- 5 eine Seitenansicht des Werkstückträgers aus 1,
- 6 eine perspektivische Darstellung einer dem Werkstückträger zugeordneten Absaugeinrichtung,
- 7 einen teilweisen Querschnitt durch drei benachbarte hohlzylindrische Elemente des Werkstückträgers aus 1,
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und 9 eine schematische Draufsicht auf den Werkstückträger aus 1,
- 10 einen teilweisen Querschnitt durch einen weiteren erfindungsgemäßen Werkstückträger,
- 10a eine schematische Draufsicht auf ein hohlzylindrisches Element mit Ausnehmungen in zwei Seitenwänden,
- 10b eine Seitenansicht des Elements aus 10a,
- 10c eine Seitenansicht von drei benachbarten Elementen des in 10a abgebildeten Typs,
- 11 einen teilweisen Querschnitt einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Werkstückträgers,
- 12a eine Draufsicht auf mehrere Gruppen von über Verbindungsbleche verbundenen Elementen nach der Erfindung, und
- 12b eine Seitenansicht des Verbindungsblechs aus 12a.
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1 zeigt eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsform eines Werkstückträgers 100, der zur Aufnahme von zu bearbeitenden Werkstücken (nicht gezeigt) vorgesehen ist. Insbesondere eignet sich der erfindungsgemäße Werkstückträger 100 zur Aufnahme von flächenhaft ausgebildeten Werkstücken, wie beispielsweise unbestückten oder bereits bestückten Leiterplatten, die z.B. im Wege spanabhebender Bearbeitung oder durch Lasertrennverfahren oder dergleichen zu vereinzeln sind.
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Der Werkstückträger 100 besitzt eine Mehrzahl von untereinander verbundenen und als Hohlzylinder ausgebildeten Elementen 120, die in dem vorliegenden Beispiel alle einen sechseckigen Querschnitt aufweisen.
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Wie aus 1 ersichtlich, sind die Elemente 120 in einer ersten Schicht 101 jeweils direkt nebeneinander angeordnet, so dass ihre Stirnbereiche, insbesondere ihre Stirnflächen, zusammen eine Aufnahmefläche bilden, auf der ein zu bearbeitendes Werkstück angeordnet und ggf. fixiert werden kann. Bei der in 1 abgebildeten Draufsicht auf den Werkstückträger 100 erstreckt sich die Aufnahmefläche 110 in der Zeichenebene. Der Übersichtlichkeit halber ist in 1 nur die rechte Hälfte der Aufnahmefläche bzw. Schicht 101 und ein entsprechender Teil der sie bildenden Elemente 120 abgebildet.
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Je nach Anwendungsfall können die einzelnen Elemente 120 des Werkstückträgers auch weiter als in 1 abgebildet voneinander beabstandet sein, wobei entsprechende Verbindungen der Elemente 120 untereinander vorzugsweise durch angeformte Verbindungselemente oder dergleichen realisiert sind. Bevorzugt sind die Elemente 120 jedoch in der in 1 abgebildeten Konfiguration angeordnet, die vorteilhaft trotz einer verhältnismäßig geringen Masse eine vergleichsweise große mechanische Stabilität bietet.
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Je nach Anwendungsfall können die Elemente 120 auch andere Querschnittsformen, insbesondere einen kreisförmigen Querschnitt und/oder unterschiedliche Innen- bzw. Außendurchmesser bzw. Wandstärken aufweisen.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen hohlzylindrischen Ausbildung der Elemente 120 besteht darin, dass der Werkstückträger 100 neben der großen mechanische Stabilität vorteilhaft gleichzeitig die Möglichkeit bietet, eine Fluidströmung durch die Elemente 120 zu führen.
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Häufig werden Werkstücke während einer spanabhebenden oder Laser(trenn)bearbeitung mit Druckluft oder einem Unterdruck beaufschlagt, um unerwünschte Bearbeitungsprodukte wie z.B. Späne, sonstige Partikel, verdampftes Material usw. von der Bearbeitungsstelle zu entfernen. Die gitterförmige Ausbildung des erfindungsgemäßen Werkstückträgers 100 ermöglicht neben der Aufnahme bzw. Halterung des Werkstücks gleichzeitig die Führung von Fluidströmungen, so dass neben dem Werkstückträger 100 selbst keine weiteren Vorrichtungen bzw. Komponenten erforderlich sind, und das Werkstück dennoch sicher gehalten und Fluidströmungen auf das Werkstück bzw. die Bearbeitungsstelle hingeleitet oder hiervon abgeleitet werden können.
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Durch die erfindungsgemäße rasterartige Anordnung der Elemente 120 besteht ferner vorteilhaft nicht die Notwendigkeit, Mittel zur Führung einer Fluidströmung gezielt an einer Bestimmten Position der Aufnahmefläche anzuordnen. Da sich die Elemente 120 des Werkstückträgers 100 in zwei Raumrichtungen periodisch nebeneinander angeordnet befinden, ist sichergestellt, dass stets mindestens ein Element 120 in dem Bereich der Bearbeitungsstelle liegt, über das eine Fluidströmung geführt werden kann.
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2 zeigt in perspektivischer Darstellung vergrößert einen Bereich des Werkstückträgers 100 bzw. der ersten Schicht 101 von Elementen 120 aus 1. Wie aus 2 ersichtlich, sind die einzelnen Elemente 120 entlang ihrer Mantelflächen 122 miteinander verbunden und vorzugsweise einstückig ausgebildet. D.h., jedes Element 120 ist integraler Bestandteil der durch sie gebildeten gitterförmigen Schicht 101.
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Materialanhäufungen 123 und/oder Ausnehmungen können vorteilhaft ebenfalls direkt in die Elemente 120 integriert sein, beispielsweise um Haltemittel auszubilden, die eine seitliche Verschiebung des Werkstücks in der Ebene der Aufnahmefläche 110 verhindern.
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Um Bereiche Unterschiedlicher mechanischer Stabilität auszubilden, ist es ferner möglich, unterschiedliche Bereiche des Werkstückträgers 100 mit Elementen 120 unterschiedlicher Geometrie, insbesondere Wanddicke bzw. Innendurchmesser zu versehen.
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Die aus den Elementen 120 gebildete gitterförmige Schicht 101, vgl. 1, ist in einem Grundrahmen 150 gehalten, der eine Platzierung des Werkstückträgers 100 auf einem Kreuztisch oder sonstigen Zuführvorrichtungen ermöglicht. Vorzugsweise ist der Werkstückträger 100 bzw. der Grundrahmen 150 so mittels eines L- oder U-förmigen Trägers (nicht gezeigt) an der betreffenden Zuführvorrichtung anbringbar, dass eine der Aufnahmefläche 110 abgewandte zweite Oberfläche zugänglich ist.
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In diesem Fall kann einer weiteren Erfindungsvariante zufolge die in den 1 und 3 abgebildete Absaugvorrichtung 160 vorgesehen sein, die mindestens einen an eine Unterdruckquelle (nicht gezeigt) anschließbaren Absaugkanal 161 zur Beaufschlagung des Werkstückträgers 100 mit Unterdruck aufweist. Der Unterdruck induziert in dem der Absaugvorrichtung 160 gegenüberliegenden Bereich des Werkstückträgers 100 einen Saugluftstrom, der unerwünschte Bearbeitungsprodukte wie z.B. Späne, andere Partikel oder verdampftes Material von der Bearbeitungsstelle und durch das Innere der Elemente 120 hindurch abtransportiert.
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4 zeigt in Vergrößerung eine perspektivische Ansicht der in dem Bereich des Absaugkanals 161 befindlichen hohlzylindrischen Elemente 120 des erfindungsgemäßen Werkstückträgers 100.
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Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist dem Absaugkanal 161 ein Zufuhrkanal 162 zur Beaufschlagung des Werkstückträgers 100 bzw. eines darauf angeordneten Werkstücks mit einem Fluid, insbesondere Druckluft und/oder Heißluft und/oder einem speziellem Inertgas, zugeordnet. Der Zufuhrkanal 162 ist vorzugsweise koaxial zu dem Absaugkanal 161 angeordnet, wie aus den 3 und 6 ersichtlich.
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Durch eine derartige Ausbildung der Absaugeinrichtung 160 lässt sich in Verbindung mit dem aus hohlzylindrischen Elementen 120 ausgebildeten Werkstückträger 100 vorteilhaft eine besonders günstige Führung einer Fluidströmung im Bereich der Bearbeitungsstelle erzielen, mittels der unerwünschte Bearbeitungsprodukte effizient von dem Werkstück abgeleitet werden können. Als verwendetes Fluid kommt vorzugsweise ein Gas, insbesondere Luft und/oder ein spezielles Inertgas in Betracht, die Zu- und Wegleitung von Flüssigkeiten zu dem Werkstück ist jedoch auch denkbar.
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7 stellt die erfindungsgemäße Fluidführung über die eine erste Schicht 101 bildenden hohlzylindrischen Elemente 120 des Werkstückträgers 100 dar, wobei beispielhaft drei nebeneinander angeordnete hohlzylindrische Elemente 120 betrachtet werden.
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In dem Stirnbereich 121 der Elemente 120 sind Materialanhäufungen 124 vorgesehen, mittels derer ein zu bearbeitendes Werkstück 200 auf den Elementen 120 gehalten ist. Die Materialanhäufungen 124 stellen sicher, dass ein ihrer Dicke d entsprechender Spalt zwischen den Stirnbereichen 121 der Elemente 120 und dem Werkstück 200 verbleibt, so dass eine Fluidkommunikation zwischen den Innenbereichen 122, 122', 122'' der drei betrachteten Elemente 120 möglich ist.
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Wie bereits beschrieben erfolgt eine Beaufschlagung der Anordnung mit Unterdruck durch die in 7 unten abgebildete Absaugeinrichtung 160, die hierzu in ihrer Mitte einen entsprechenden Absaugkanal 161 aufweist. In Reaktion auf die Unterdruckbeaufschlagung bildet sich ein Saugluftstrom 161a von der Bearbeitungsstelle 170 in den Absaugkanal 161 aus, der zuvor von dem Werkstück 200 abgetragenes bzw. verdampftes Material von der Bearbeitungsstelle 170 wegführt. Der Saugluftstrom 161a setzt sich dabei aus einer ersten Saugluftstromkomponente 161b und einer zweiten Saugluftstromkomponente 161c zusammen.
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Die erste Saugluftstromkomponente 161b repräsentiert Luft oder ein Gas bzw. ein sonstiges Fluid, das durch eine Öffnung 201 in dem Werkstück 200 von dessen Oberseite durch den Innenraum 122 des in 7 mittleren Elements 120 direkt in den Absaugkanal 161 strömt. Die zweite Saugluftstromkomponente 161c repräsentiert Luft, die aufgrund der durch die Materialanhäufungen 124 vorhandenen Spalte zwischen dem Werkstück 200 und den Elementen 120 aus Bereichen seitlich der Bearbeitungsstelle bzw. Öffnung 201 und unterhalb des Werkstücks 200 angesaugt wird und schließlich ebenfalls durch das Innere 122 des mittleren Elements 120 strömt.
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Insbesondere die Saugluftstromkomponente 161c ermöglicht einen effizienten Abtransport von Spänen, weiteren Partikeln und verdampftem Material auch unterseitig der Öffnung 201, das sich ohne die Saugluftstromkomponente 161c aufgrund der Blendenwirkung der Öffnung 201 und damit einhergehender Verwirbelungen unerwünscht auf der Unterseite des Werkstücks 200 niederschlagen würde, vergleiche insbesondere die mit geschweiften Klammern 202 markierten Bereiche.
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Bei Vorhandensein eines Zufuhrkanals 162, wie er in 7 den Absaugkanal 161 z.B. konzentrisch umgebend abgebildet ist, besteht ferner die Möglichkeit, die Bearbeitungsstelle 170 bzw. die Bereiche 202 aktiv mit Druckluft und/oder Inertgas und oder sonstigen den Bearbeitungsprozess unterstützenden Fluiden zu beaufschlagen. Das zugeführte Fluid ist in 7 entsprechend mit den Pfeilen 162a symbolisiert und durchströmt wie abgebildet zunächst die Innenbereiche 122', 122'' der in 7 seitlich angeordneten Elemente 120, sowie die Bereiche 202, bevor es sich mit der ersten Saugluftstromkomponente 161b vereinigt und in den Absaugkanal 161 strömt.
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8 zeigt schematisch eine Draufsicht auf den erfindungsgemäßen Werkstückträger 100, aus der die Strömungsrichtungen eines Fluids wie z.B. Umgebungsluft bzw. Druckluft ersichtlich sind, wie sie sich bei der vorstehend beschriebenen Beaufschlagung mit Unterdruck durch die Absaugeinrichtung 160 (7) ergeben. Ein in 8 zentral angeordnetes und nicht näher bezeichnetes erstes Element wird wie beschrieben durch den Absaugkanal 161 ( 7) mit Unterdruck beaufschlagt, was vorliegend durch ein Minuszeichen symbolisiert ist. Die um das erste Element angeordneten benachbarten Elemente weisen wie beschrieben Saugluftstromkomponenten 161c (7) auf, die die Innenbereiche 122', 122" zumindest teilweise durchströmen, anschließend an den Bereichen 202 vorbeiströmen und sich schließlich mit der Saugluftstromkomponente 161b (7) vereinigen. Die Saugluftstromkomponenten 161c sind dementsprechend in 8 durch ein Pluszeichen in den benachbarten Elementen symbolisiert.
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Bei der Vorgabe eines größeren Durchmessers für den Absaugkanal 161 ist es beispielsweise auch möglich, mehrere benachbarte Elemente 120 des Werkstückträgers 100 gleichzeitig zur Führung eines von der Bearbeitungsstelle 170 wegdeutenden Saugluftstroms 161a zu nutzen. Ebenso kann bei entsprechender Ausbildung des Zufuhrkanals 162 eine größere Zahl von Elementen zur Fluidzufuhr verwendet werden.
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Generell ist die Ausbildung der Absaugeinrichtung 160 nicht begrenzt auf konzentrisch angeordnete Absaugkanäle 161 bzw. Zufuhrkanäle; die Form und/oder Anzahl der Kanäle 161, 162 kann vielmehr an vorgebbare Fluidströmungen angepasst werden, die für den jeweiligen Anwendungszweck geeignet sind. In jedem Fall ermöglicht der erfindungsgemäße Aufbau des aus hohlzylindrischen Elementen 120 bestehenden Werkstückträgers 100 eine zuverlässige Führung des/der Fluids zu und von der Bearbeitungsstelle 170.
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Besondere Fluidströmungen bzw. Verläufe hiervon können vorteilhaft durch den Einsatz mehrerer Zufuhrkanäle und/oder mehrerer Absaugkanäle erzielt werden, die jeweils auch mit unterschiedlichem Druck bzw. Unterdruck beaufschlagbar sind.
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Die bereits unter Bezugnahme auf die 7 beschriebenen Materialanhäufungen 124 sind schematisch auch aus der Draufsicht auf den Werkstückträger 100 gemäß 8 ersichtlich. Ihre Dicke d (7) wird vorteilhaft so gewählt, dass sich der beschriebene Saugluftstrom 161c ( 7) einstellen kann.
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Alternativ zu den Materialanhäufungen 124 (9) können in dem der Aufnahmefläche 110 zugewandten Stirnbereich 121 der Elemente 120 auch Ausnehmungen 124' vorgesehen werden, vgl.
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10. In diesem Fall wird die Aufnahmefläche 110 durch das verbleibende Material der Stirnbereiche 121 der Elemente 120 gebildet, während die Ausnehmungen 124' die Ausbildung der wichtigen Saugluftstromkomponenten 161c aus benachbarten Elementen 120 zulassen.
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Eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes hohlzylindrisches Element 120 mit Ausnehmungen 124' ist in 10a gegeben. Das verbleibende Material 124" der Stirnbereiche 121, vgl. auch die Seitenansicht der 10b, bildet zusammen mit den entsprechenden Bereichen 124" benachbarter Elemente 120 die Aufnahmefläche 110 (Seitenansicht der 10c) zur Aufnahme des Werkstücks 200 (7).
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Die Ausnehmungen 124' können vorteilhaft auch noch nach der Herstellung des Werkstückträgers 100 z.B. mittels Fräsen je nach Bedarf hergestellt werden. Einige der verbleibenden, die Ausnehmungen 124' begrenzenden Bereiche 124" können vorteilhaft auch so, z.B. dornförmig, geformt sein, dass sie in entsprechende Löcher eines Werkstücks 200 eingreifen und dieses gegen Verschieben in einer zur Aufnahmefläche 110 parallelen Ebene sichern.
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Prinzipiell ist es auch denkbar, dass der Werkstückträger 100 hohlzylindrische Elemente aufweist, deren Längsachse nicht exakt senkrecht zu der Aufnahmefläche 110 (7) verläuft, wodurch ein mittels einer Absaugeinrichtung 160 vorgesehener Unterdruck beispielsweise auf eine größere oder kleinere Fläche als die Querschnittsfläche des entsprechenden Absaugkanals 161 (7) verteilt werden kann.
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Die Integration horizontaler oder beliebig verlaufender Kanäle in den erfindungsgemäßen Werkstückträger 100 ist ebenfalls denkbar und bietet weitere Freiheitsgrade bei der Fluidführung in dem Bereich des Werkstückträgers 100. Entsprechende Bereiche des Werkstückträgers 100 können zur Ausbildung derartiger Kanäle - ebenso wie der restliche Werkstückträger 100 - bevorzugt mittels an sich bekannter rapid-prototyping-Verfahren hergestellt werden.
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Generell können auch Teilbereiche des erfindungsgemäßen Werkstückträgers 100, insbesondere Randbereiche, massiv, d.h. ohne Kanäle bzw. hohlzylindrische Elemente 120 ausgeführt werden, was sich positiv auf dessen mechanische Stabilität auswirkt.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der Werkstückträger 100 einen mehrschichtigen Aufbau aufweist, wobei eine erste Schicht 101, welche die Aufnahmefläche 110 aufweist bzw. bildet, aus einer ersten Anzahl von als Hohlzylinder ausgebildeten Elementen 120 gebildet ist, und wobei eine zweite Schicht 102 aus einer zweiten Anzahl von als Hohlzylinder ausgebildeten Elementen 120 gebildet ist. Eine derartige Konfiguration ist aus dem teilweisen Querschnitt der 11 ersichtlich.
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Die beiden Schichten 101, 102 sind so zueinander angeordnet, dass sich die Stirnbereiche zumindest einiger Elemente 120 der jeweiligen Schicht 101, 102 gegenüberliegen, wodurch auch durch beide Schichten 101, 102 hindurch die vorteilhafte Fluidführung möglich ist.
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Bei dem in 11 abgebildeten Ausführungsbeispiel ist die erste Schicht 101 aus Kunststoff ausgebildet. Die zweite, aus Aluminium ausgebildete Schicht 102 ist gemäß 11 unterhalb der ersten Schicht 101 angeordnet, und ihre Elemente setzen die durch die Innenbereiche 122, 122', 122'' gebildeten Strömungskanäle fort, so dass das Werkstück 200 wie bei den unter Bezugnahme auf die 7 und 10 beschriebenen Ausführungsbeispielen durch die in 11 unten abgebildete Absaugeinrichtung 160 über beide Schichten 101, 102 von Elementen 120 mit Druckluft bzw. Unterdruck beaufschlagbar ist.
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Der zweischichtige Aufbau unter Verwendung der unterschiedlichen Materialien Kunststoff und Aluminium ist besonders zweckmäßig, weil die dem Werkstück 200 bzw. der Bearbeitungsstelle zugewandte erste Schicht 101 größerem Verschleiß unterliegt und häufiger ersetzt werden muss als die zweite Schicht 102, die im wesentlichen als Trägerschicht für die erste Schicht und als Fortsetzung der Strömungskanäle 122, 122', 122" dient.
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Darüberhinaus ermöglicht der erfindungsgemäße zweischichtige Aufbau eine individuelle Anpassung der ersten Schicht 101 hinsichtlich Formgebung und Größe an ein aufzunehmendes Werkstück 200, während die zweite Schicht 102 lediglich hinsichtlich der Geometrie ihrer Elemente 120 an die erste Schicht anzupassen ist und ansonsten in Kombination mit einer Vielzahl verschiedener erster Schichten 101 zur Aufnahme entsprechend unterschiedlicher Werkstücke 200 einsetzbar ist.
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Auch die Materialanhäufungen 124 (7, 9) und die Ausnehmungen 124" (10, 10a, 10b, 10c) sowie ggf. weitere Haltemittel zur Fixierung des Werkstücks 200 auf dem Werkstückträger 100 müssen solchenfalls nur in der ersten Schicht 101 vorgesehen werden.
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Die Anwendung von mehr als zwei Schichten 101, 102 ist ebenfalls denkbar, wobei aneinandergrenzende Schichten 101, 102 bzw. deren Elemente 120 nicht zu unterschiedliche Geometrien aufweisen sollten, um den Übergang einer Fluidströmung von Schicht zu Schicht nicht zu beeinträchtigen.
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Jede Schicht 101, 102 ist vorzugsweise direkt über geeignete Haltemittel mit dem Grundträger 150 (1, 5) verbindbar. Die Seitenansicht aus 5 zeigt den Grundträger 150 und die direkt darüber befindliche zweite Schicht 102 aus Aluminium und darüber schließlich die erste, aus Kunststoff ausgebildete Schicht 101.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der Werkstückträger 100 relativ zu der Absaugeinrichtung 160 bewegbar angeordnet ist, insbesondere entlang zweier Achsen, die eine zu der Aufnahmefläche 110 (10c) im wesentlichen parallele Verfahrebene aufspannen. Der Antrieb kann z.B. durch Linearmotoren, einen Kreuztisch oder sonstige Antriebsmittel erfolgen.
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Um eine derartige Relativbewegung zwischen der Absaugeinrichtung 160 und dem Werkstückträger 100 bzw. dessen Elementen 120 zu ermöglichen, ist ein geringer Spalt zwischen der Absaugeinrichtung 160 und der ihr zugeordneten Oberfläche bzw. Schicht 101, 102 des Werkstückträgers 100 vorzusehen, der jedoch möglichst klein auszubilden ist, um Leckageeffekte zwischen der Absaugeinrichtung 160 und dem Werkstückträger 100 zu vermeiden. Die Verwendung geeigneter Dichtmittel zur Abdichtung des Spalts wie z.B. einer Bürstendichtung oder dergleichen ist ebenfalls denkbar. In diesem Fall ist die der Absaugeinrichtung 160 zugewandte Oberfläche des Werkstückträgers 100 vorteilhaft so auszubilden, dass ein Verschleiß der Bürstendichtung minimal ist.
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Bei der Erfindung ist vorgesehen, dass der Werkstückträger 100 bzw. eine Schicht 101, 102 von hohlzylindrischen Elementen 120 aus mehreren Gruppen 125a, 125b von vorzugsweise einstückig miteinander verbundenen Elementen 120 gebildet ist, wie dies schematisch in 12a abgebildet ist. Die Gruppen 125a, 125b werden hierbei durch geeignete Verbindungsmittel, insbesondere ein Verbindungsblech 130, miteinander verbunden.
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Das Verbindungsblech 130 wird bevorzugt im Wesentlichen senkrecht zu der Aufnahmefläche 110 (10c) angeordnet, so dass es die Führung einer Fluidströmung durch die als Hohlzylinder ausgebildeten Elemente 120 nicht beeinflusst. Bei dem Einsatz des erfindungsgemäßen Werkstückträgers 100 in Bearbeitungseinrichtungen, die über Lasertrenneinrichtungen oder sonstige Laserbearbeitungseinrichtungen verfügen, ist das Verbindungsblech 130 im Bereich seiner der Aufnahmefläche zugewandten Kante 130' (vgl. die Seitenansicht aus 12b) vorzugsweise geschliffen oder generell so geformt, dass es auftreffendes Laserlicht möglichst gut streut, um zu verhindern, dass ein an dem Verbindungsblech 130 reflektierter Laserstrahl nicht zu bearbeitende Bereiche des Werkstücks 200 bzw. den Werkstückträgers 100 mit hoher Strahlungsdichte beaufschlagt bzw. beschädigt.
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Unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verbindungsblechs 130 werden zwei Gruppen 125a, 125b von Elementen 120 so voneinander beabstandet, dass sich zwischen ihnen ein Freiraum vorgebbarer Breite ergibt, wie er sich bei der Ausführungsform gemäß 12a entlang der gestrichelten Linie L erstreckt. Ein über diesem Freiraum angeordneter Bereich eines Werkstücks (nicht gezeigt) kann vorteilhaft einer Lasertrennbearbeitung unterzogen werden, ohne dass dabei durch das Werkstück bzw. sich ergebende Öffnungen hindurchtretendes Laserlicht auf Elemente 120 fällt und diese u.U. beschädigt. Vorteilhaft werden derartige Freiräume bevorzugt unter besonders intensiv zu bearbeitenden Bereichen eines Werkstücks vorgesehen.
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Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgeschlagen, dass mindestens ein Element 120 Mittel zur Beeinflussung einer durch das Element 120 hindurchtretenden Fluidströmung, insbesondere einen blendenförmigen und/oder düsenförmigen Abschnitt aufweist. Ein derartiger Abschnitt bietet einen weiteren Freiheitsgrad zur Beeinflussung einer z.B. durch die Absaugeinrichtung 160 angeregten Fluidströmung und kann vorteilhaft gleichzeitig auch zur mechanischen Stabilisierung der betreffenden Elemente 120 eingesetzt werden.
