-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Federplatinen
mit Federzungen, bei welchem die Zungen durch einen in das Platinenmaterial eingestanzten
U-Schlitz hergestellt werden.
-
Für
bestimmte Anwendungszwecke ist ein genau bemessener Spalt zwischen
der Stirnseite der Zunge und der Restplatine zum Beispiel in der
Größenordnung von 50 μm bei einem Toleranzbereich von
+/–5 um notwendig.
-
Die
Erzeugung des Spaltes kann grundsätzlich mit Laserverfahren
erfolgen. Diese Verfahren sind jedoch relativ kostenintensiv, erfordern
vergleichsweise lange Bearbeitungszeiten und führen nicht
zu der erforderlichen Genauigkeit. Außerdem ist wegen des
bei diesem Verfahren entstehenden Grates eine aufwändige
Nachbearbeitung erforderlich.
-
Ferner
geeignet sind grundsätzlich Ätzverfahren, deren
Anwendung jedoch durch die Materialstärke begrenzt ist.
Bei stärkeren Platinen ist die Herstellung von eng tolerierten
Spalten mit einer Breite von 50 μm praktisch nicht erreichbar.
-
Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zur Herstellung von Federplatinen mit ausgestanzten Federzungen
zu schaffen, bei welchem in wirtschaftlicher Weise Platinen mit
exakt bemessener und eng tolerierter Spaltbreite und vergleichsweise
dicken Materialstärken, bei welchen z. B. das Material
bis zu 10-mal stärker als die Spaltbreite ist, herstellbar
sind und bei welchem die oben erläuterten Nachteile vermieden
werden.
-
Gelöst
wird diese Aufgabe nach dem Grundgedanken der Erfindung durch eine
neuartige Anwendung und Modifizierung des an sich bekannten Gleitschleifverfahrens.
-
Das
Gleitschleifen dient üblicherweise dem Verrunden und Entgraten
von Kanten sowie der Oberflächenbearbeitung von Werkstücken.
Bei diesem Verfahren werden die zu bearbeitenden Werkstücke
zusammen mit Schleifkörpern, sogenannten Chips, und einem
Zusatzmittel in wässriger Lösung, auch Compound
genannt, als Schüttgut in einen Arbeitsbehälter
gegeben. Durch eine oszillierende oder rotierende Bewegung des Arbeitsbehälters
entsteht eine Relativbewegung zwischen Werkstück und Schleifkörpern,
die zu einem Materialabtrag des Werkstückes führt.
-
-
Mit
dem Gleitschleifverfahren können zwar die Oberflächen
und auch die Kanten von Werkstücken bearbeitet werden.
Dagegen ist es nicht möglich, benachbarte Kanten mit engem
Abstand, die sich in der Ebene des Werkstücks befinden,
z. B. parallele Schlitze, zu bearbeiten, weil in diesem Fall kein
Abtrag durch die Schleifkörper erfolgt.
-
Um
das an sich bekannte Gleitschleifverfahren für eine derartige
Bearbeitung, nämlich die Kantenbearbeitung von aus Federplatinen
ausgestanzten Federzungen zur gezielten Erzeugung eng tolerierter
Spalte, verfügbar zu machen, wird ein Verfahren vorgeschlagen,
das folgende Schritte vorsieht:
- 1. Aus dem
Federplatinenmaterial wird eine Zunge ausgestanzt.
- 2. Die Zunge wird aus der Ebene des Platinenmaterials aufgestellt.
- 3. In dieser Position wird die Zunge arretiert.
- 4. Federplatinen mit aufgestellten und arretierten Zungen werden
nach dem bekannten Gleitschleifverfahren als Schüttgut
zusammen mit Schleifkörpern und einem flüssigen
Zusatzmittel in einen Arbeitsbehälter gegeben, welcher
zur Erzeugung einer Strömung im Behälterinnern
in Drehung oder Schwingung versetzt wird.
- 5. Nach einer definierten Bearbeitungszeit, vorzugsweise bei
Kontrolle der Spaltbreite, werden die Federplatinen dem Behälter
entnommen.
- 6. Die Zungen werden in ihre Ausgangslage zurückgeführt.
-
Bei
dieser Verfahrensweise wird vor allem das Material an den Stirnflächen
der aufgestellten Zungen abgetragen, so dass sich eine genau dosierbare
Spaltbreite zwischen der Zungenstirnfläche und der Restplatine
ergibt.
-
Um
dies sicherzustellen, ist es vorteilhaft, wenn die maximale Aufstellhöhe
der Zungen, also der senkrechte Abstand der Zungenstirnflächen
von der Restplatine, der mittleren Stärke der Gleitschleifkörper
entspricht. Bei bekannten Gleitschleifverfahren können
die Schleifkörper sehr unterschiedliche Formen und Stärken
zwischen 1 und 80 mm haben. Für das erfindungsgemäße
Verfahren eignen sich Schleifkörper mit einer mittleren
Stärke von 2 bis 12 mm.
-
Mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich weitgehend
unabhängig von der Platinenstärke Spaltbreiten
in der Größenordnung von 50 μm bei einem
Toleranzbereich von +/–5 μm herstellen.
-
Die
Arretierung der aufgestellten Zungen kann in unterschiedlicher Weise
erfolgen.
-
Nach
einem weiteren Vorschlag wird in den Zwischenraum zwischen der aufgestellten
Zunge und der Restplatine ein Steg eingebracht, der ein Drahtbügel
oder ein Blechstreifen sein kann, welcher beidseitig der Zunge Abköpfungen
aufweist, welche zur Lagefixierung in diesen entsprechende, in der Restplatine
vorgesehene Aufnahmen eingreifen.
-
Zur
Herstellung der elastisch federnden Zunge wird gemäß Anspruch
5 vorgeschlagen, die Federplatine in einer Stanzfolge mit zwei Freischnitten und
einem die Freischnittenden verbindenden abfalllos gestanzten Schlitz
zu versehen.
-
Vorzugsweise
ist dieser Schlitz U-förmig, wobei die Freischnitte parallel
zueinander verlaufen.
-
Andere
Gestaltungsformen sind Gegenstand weiterer Ansprüche.
-
Nach
einem weiteren Vorschlag lässt sich eine besonders vorteilhafte
Arretierung der aufgestellten Zungen realisieren. Hiernach werden
in Teilbereichen der Freischnitte abfalllose Scherschnitte erzeugt,
mit deren Scherflächen die aufgestellte Zunge während
des Gleitschleifens arretiert wird. Nach Entnahme der Federplatine
aus dem Arbeitsbehälter wird der Arretierbereich mit den
Scherflächen zur Erzeugung eines durchgehenden Freischnitts
durch Stanzen, Lasern oder dergleichen Verfahren entfernt.
-
Das
Gleitschleifverfahren bedingt, dass nicht nur an den senkrechten
Schnittflächen der Zungen beziehungsweise der Restplatine,
sondern auch an den Kanten ein Materialabtrag erfolgt, so dass eine gewisse
Verrundung eintritt. Falls dies vermieden werden soll, wird vorgeschlagen,
die Federplatinen im Bereich der Stanzschnitte, insbesondere im
Bereich der Zungenenden, zur Erzeugung scharfer Kanten vor dem Gleitschleifprozess
partiell abzudecken. Diese Abdeckung ist selbstverständlich
nach Beendigung des Bearbeitungsverfahrens zu entfernen.
-
Zur
Durchführung des Verfahrens eignen sich Vorrichtungen nach
der aus
DE 10
2005 047 303 A1 bekannten Art mit einer rotierenden Trommel,
in welcher durch die Rotation der Trommel oder des Trommelbodens
eine Zirkulationsströmung im Trommelinnern erzeugt wird,
die zu dem gezielten Materialabtrag an den Zungenenden der Federplatine
führt.
-
Anhand
von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen ist
das erfindungsgemäße Verfahren nachstehend im
Einzelnen erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
-
1 Aufsicht
auf eine Federplatine mit ausgestanzter Zunge,
-
2 Schnitt
längs der Linie II. in 1,
-
3 Schnitt
entsprechend 2 mit aufgestellter Zunge und
Schleifkörpern,
-
4 bis 9 Aufsicht
verschiedener Federplatinen,
-
10 Aufsicht
gemäß 9 mit eingebrachtem Stift zum
Aufweiten des Spaltes,
-
11 Teilaufsicht
einer Federplatine mit montiertem Drahtbügel zwischen Zunge
und Platine,
-
12 Schnitt
längs der Linie XII-XII in 11,
-
13 Schnitt
längs der Linie XIII-XIII in 11,
-
14 Teilaufsicht
einer Platine mit eingebrachtem Blechstreifen zum Aufstellen der
Federzunge,
-
15 Schnitt
längs der Linie XV-XV in 14,
-
16 Teilaufsicht
einer Platine mit ausgestanzter Zunge nach einem weiteren Ausführungsbeispiel,
-
17 Aufsicht
gemäß 16 nach
Bearbeitung,
-
18 vergrößerter
Schnitt längs der Linie XVIII-XVIII in 16,
-
19 vergrößerter
Teilschnitt längs der Linie XIX-XIX in 16 bei
aufgestellter Zunge,
-
20 Untenansicht
einer Platine mit ausgestanzter Zunge und Abdeckung,
-
21 Schnitt
längs der Linie XXI-XXI in 20 mit
aufgestellter Zunge und Gleitschleifkörpern,
-
22 Schnitt
entsprechend 21 nach Beendigung des Bearbeitungsverfahrens
und
-
23 vergrößertes
Detail A in 22.
-
Anhand
der 1 bis 3 ist die Grundidee des erfindungsgemäßen
Verfahrens veranschaulicht.
-
Zur
Erzeugung einer Federzunge 11 werden in eine Federplatine 10 ein
hier U-förmiger Scherschnitt 12 und an seine Enden
anschließend abfallbehaftete Freischnitte 13 eingebracht.
Im Bereich des Scherschnittes 12 entsteht zwischen den
benachbarten Rändern 10a von Platine 10 und 11a der Zunge
ein eng bemessener Spalt, wobei die Freischnitte 13 für
die notwendige Flexibilität der elastisch federnden Zunge 11 im
Bereich der Zungenwurzel 11b sorgen.
-
Zur
erfindungsgemäßen Bearbeitung der Federplatine 10 ist
die Zunge 11 aus der in 2 dargestellten
Ausgangsposition in die in 3 veranschaulichte
aufgestellte Position zu bringen. Federplatinen 10 mit
aufgestellten Federzungen 11 werden zusammen mit Schleifkörpern
K und nicht dargestellten wässrigen Zusatzmitteln in einen
Arbeitsbehälter eingebracht, der in Rotation beziehungsweise
Vibration versetzt wird. Infolge der hierdurch entstehenden Relativbewegung
zwischen den Federpla tinen und den Schleifkörpern wird
vor allem an der exponierten Zunge 11, nämlich
der im Spaltbereich gelegenen Stirnfläche 11a,
ein verstärkter Materialabtrag bewirkt, der je nach Bearbeitungsdauer
zu einer Vergrößerung des zwischen Zunge 12 und
Restplatine 10 gebildeten Spalten sowie einer Verrundung
beziehungsweise Einebnung der Kanten führt.
-
Versuche
haben ergeben, dass nur dann ein ausreichender Materialabtrag erreicht
wird, wenn die verwendeten Gleitschleifkörper K durch den
zwischen der ausgestellten Zunge 11 und der Restplatine 10 gebildeten
Zwischenraum hindurchlaufen können, wenn also der Abstand
des Endes der aufgestellten Zunge 11 von der Restplatine 10 mindestens der
Schleifkörperstärke entspricht. Wird diese Bedingung
nicht erfüllt, nimmt die Abtragswirkung in erheblichem
Maße ab, wobei bei angelegter Zunge, wie die in 2 dargestellt
ist, nahezu kein Materialabtrag stattfindet.
-
Da
der Abstand der Zunge 11 von der Platinenebene in Richtung
auf die Zungenwurzel 11b und damit der Querschnitt der
Durchtrittsöffnung kontinuierlich abnimmt, können
in diesem Bereich keine Schleifkörper K hindurchtreten,
was dazu führt, dass der Materialabtrag an den Zungenseiten
kontinuierlich abnimmt.
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zur Bearbeitung
von unterschiedlich gestalteten Federplatinen, wie diese beispielhaft
mit den 4 bis 10 veranschaulicht
sind.
-
Die
Federplatine gemäß 4 entspricht
der in den 1 bis 3 dargestellten.
Bei der Federplatine gemäß 5 schließt
sich an die Freischnitte 23 zur Bildung der Federzunge 21 anstelle
eines U-förmigen Scherschnittes ein kreisbogen-förmiger Scherschnitt
an.
-
Bei
der Federplatine 30 in 6 ist zur
Bildung der Federzunge 31 ein etwa V-förmiger
Scherschnitt 32 gestanzt, an welchen sich hier unter einem Winkel
von 90 Grad zueinander verlaufende Freischnitte 33 anschließen.
-
Bei
dem Ausführungsbeispiel gemäß 7 ist
der Scherschnitt zur Bildung der Federzunge 41 in zwei
Teilschnitte 42a und 42b aufgeteilt, die jeweils
in den Freischnitten 43 enden.
-
In
seiner einfachsten, in 8 veranschaulichten Form kann
in eine Federplatine 50 nur ein Scherschnitt 52,
der in einen Freischnitt 53 mündet, zur Bildung
von zwei Federzungen 51a und 51b eingebracht werden.
-
Auch
eine lineare Anordnung von Scherschnitten 62 und Freischnitten 63 in
einer Platine 60 ist, wie 9 zeigt,
denkbar. Hierbei bilden die durch die Scherschnitte 62 getrennten
Bereiche Federzungenelemente 61a und 61b. Um deren
benachbarte Stirnflächen eines Gleitschleifbearbeitung
unterwerfen zu können, werden die Federzungenbereiche 61a, 61b mittels
eines Schwertstiftes 65 geringfügig aufgeweitet.
-
Mit
den 11 bis 19 sind
verschiedene Vorrichtungen beziehungsweise Maßnahmen zum Aufstellen
der Federzungen 11 für die Ausführungsbeispiele
nach den 4 bis 8 veranschaulicht.
-
Bei
dem Ausführungsbeispiel gemäß 11 bis 13 ist
ein Drahtbügel 70 vorgesehen, der quer zur Längsrichtung
der Federzunge 11 etwa in der Mitte der Freischnitte 13 eingelegt
wird. Seine abgebogenen Enden 71 greifen hierbei in Aufnahmen 14 der
Federplatine 10 ein, wodurch der Bügel 70 während
des Bearbeitungsprozesses festgelegt ist.
-
Anstelle
eines Drahtbügels ist als weiteres Ausführungsbeispiel
gemäß 14 und 15 ein Blechstreifen 80 vorgesehen,
der in gleicher Weise wie der Bügel 70 anzubringen
ist. Anstelle von abgebogenen Enden 71 weist dieser durch
Einprägungen 82 erzeugte Noppen auf, welche zur
Lagesicherung in die Aufnahmen 14 eintauchen.
-
Ein
Nachteil dieser Zungenarretierungen ist, dass der Bügel 70 beziehungsweise
der Blechstreifen 80 Bereiche der Platine 10 abdecken,
welche keinem Materialabtrag unterworfen sind. Dieser Nachteil wird
mit der anhand der 16 bis 19 erläuterten
Verfahrensweise vermieden.
-
Wie
mit 16 angedeutet ist, werden anstelle durchgehender
Freischnitte nur die Bereiche 93 und 94 freigeschnitten,
wobei zwischen diesen Bereichen zunächst nur ein abfallloser
Scherschnitt 95 erzeugt wird. Hierdurch verbleibt zwischen
den Bereichen 93 und 94 ein Materialrest 96.
Nach Auslenken der Federzunge 91 aus der Ebene der Federplatine 90 stützt
sich diese an den durch das Scherschneiden entstandenen, unebenen
Bruchflächen 90b, 91b beziehungsweise
den Stanzeinzügen mit Glattschnittbereich 90a, 91a ab,
so dass die Federzunge 91 in aufgestellter Position arretiert
ist.
-
Nach
Beendigung des Gleitschleifens und Herausnahme der Platine aus dem
Arbeitsbehälter sind die Restmaterialien 96 zum
Beispiel durch Stanzen oder Lasern zu entfernen, so dass die Zunge 91 ungehindert
ausgelenkt werden kann.
-
Wie
bereits eingangs erwähnt, führt das erfindungsgemäß angewandte
und modifizierte Gleitschleifen nicht nur zu einem Materialabtrag
an den exponierten Stellen der Federzunge beziehungsweise der Federplatine
sondern auch zu einer Kantenverrundung.
-
Dies
kann, wie mit den 20 bis 23 veranschaulicht,
dadurch vermieden werden, dass zum Beispiel im Bereich des Scherschnittes 12 eine Maske 11 an
der Platine 10 angebracht wird. Diese Maske verhindert,
dass die der Maske benachbarte Kante 10b verrundet wird,
also scharfkantig ausgebildet bleibt. Solche Masken können
an beliebigen Schnittbereichen angebracht werden.
-
Nach
Beendigung des Gleitschleifens sind die Masken ähnlich
wie die die Zungen 11 arretierenden Drahtbügel 70 bzw.
Blechstreifen 80 zu entfernen.
-
Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sieht
vor, dass statt des Gleitschleifens ein Ätzverfahren eingesetzt
wird, um die Federzungen nachzubearbeiten. Dieses Verfahren sieht
dann folgende Schritte vor:
- 1. Aus dem Federplatinenmaterial
wird eine Zunge ausgestanzt.
- 2. Die Zunge wird aus der Ebene des Platinenmaterials aufgestellt.
- 3. In dieser Position wird die Zunge arretiert.
- 4. Federplatinen mit aufgestellten und arretierten Zungen werden
zum Zwecke der Nachbearbeitung in eine Ätzlösung
gegeben.
- 5. Nach einer definierten Bearbeitungszeit bei einer definierten
Temperatur, vorzugsweise bei Kontrolle der Spalt breite, werden die
Federplatinen der Ätzlösung entnommen, mit Wasser
gespült und getrocknet.
- 6. Anschließend werden die Zungen in ihre Ausgangslage
zurückgeführt.
-
Das Ätzen
bedingt, dass nicht nur an den senkrechten Schnittflächen
der Zungen bzw. der Restplatine, sondern auch an den Kanten ein
Materialabtrag erfolgt, so dass eine gewisse Verrundung eintritt.
Falls dies vermieden werden soll, wird vorgeschlagen, die Federplatinen
vor dem Stanzen mit einer Fotolackschicht zu beschichten. Diese
Abdeckung ist selbstverständlich nach Beendigung des Bearbeitungsverfahrens
zu entfernen.
-
Ist
eine Beschichtung mit Fotolack vorgesehen, muss berücksichtigt
werden, dass die Kanten der ersten Struktur nicht gerade und senkrecht
anfallen, sondern eine Unterätzung der Fotolackschicht stattfindet,
wodurch gegebenenfalls eine nachträgliche Behandlung der
Platine erforderlich wird.
-
Je
nachdem welches Material für die Federplatinen eingesetzt
wird, werden unterschiedliche Ätzverfahren eingesetzt.
So wird bei Stahlwerkstoffen ein konventionelles nasschemisches Ätzen durchgeführt,
während bei rostfreien Materialien der Materialabtrag elektrochemisch
erfolgt.
-
Neben
dem oben geschilderten Badprozess kann ein Besprühen mit Ätzmittel
erfolgen oder das Ätzmittel kann auch in Dampfform aufgetragen
werden.
-
Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sieht vor,
dass die gesamte Federplatine vor dem Stanzen mit Fotolack beschichtet wird,
der dann nach der Bearbeitung wieder entfernt wird.
-
- 10
- Federplatine
- 10a
- Ränder
- 10b
- Kante
- 11
- Federzunge
- 11a
- Ränder
- 11b
- Zungenwurzel
- 12
- Scherschnitt
- 13
- Freischnitt
- 14
- Aufnahme
- 20
- Federplatine
- 21
- Federzunge
- 22
- Scherschnitt
- 23
- Freischnitt
- 30
- Platine
- 31
- Federzunge
- 32
- Scherschnitt
- 33
- Freischnitt
- 40
- Federplatine
- 41
- Federzunge
- 42a
- Scherschnitt
- 42b
- Scherschnitt
- 43
- Freischnitt
- 50
- Federplatine
- 51a
- Federzunge
- 51b
- Federzunge
- 52
- Scherschnitt
- 53
- Freischnitt
- 60
- Federplatine
- 61a
- Zungenbereich
- 61b
- Zungenbereich
- 62
- Scherschnitt
- 63
- Freischnitt
- 64
- Durchbruch
- 65
- Schwertstift
- 70
- Drahtbügel
- 71
- Abkröpfung
- 80
- Blechstreifen
- 81
- Noppen
- 82
- Einprägung
- 90
- Federplatine
- 90a
- Stanzeinzug
mit Glattschnittbereich
- 90b
- Bruchfläche
- 91
- Federzunge
- 91a
- Stanzeinzug
mit Glattschnittbereich
- 91b
- Bruchfläche
- 92
- Scherschnitt
- 93
- Freischnitt
- 94
- Freischnitt
- 95
- Scherschnitt
- 96
- Restmaterial
- 100
- Abdeckungsmaske
- K
- Schleifkorn
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102005047303
A1 [0008, 0021]