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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Plattenmagazin zur Halterung von gestapelten, plattenförmigen Gegenständen, die insbesondere sprödes oder bruchgefährdetes Material aufweisen. Plattenförmige Gegenstände dieser Art finden sich in vielen Bereichen der Technik wie zum Beispiel in der Halbleiterindustrie. Dort werden bruchgefährdete, siliziumbasierte Wafer oder Solarzellen automatisiert hergestellt. Danach werden die Wafer oder Solarzellen zur Weiterverarbeitung meist in Magazinen gestapelt gelagert.
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In der Druckschrift
EP 2 256 796 A1 ist ein Wafermagazin beschrieben, welches an gegenüberliegenden Seiten jeweils zwei seitliche Führungen aufweist.
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Bei den Führungen kann es sich um vertikal orientierte Führungsplatten und/oder vertikal orientierte Führungsstangen handeln. Die Längen der Führungsstangen sind unterschiedlich, wodurch sich seitliche und rückseitige Führungen für die Wafer ergeben, die eine Zentrierung der Wafer begünstigen und ein seitliches bzw. rückseitiges Verschieben verhindern.
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Zur Weiterbearbeitung der Wafer müssen die Waferstapel vereinzelt werden. Hierfür werden oftmals Greifsysteme eingesetzt die auf dem Bernoulliprinzip basieren oder mit Vakuum arbeiten. Aufgrund von Haftkräften zwischen den Wafern kann der Waferstapel nicht ohne eine Verminderung dieser Haftkräfte von einem Greifer aufgenommen werden. Diese Verminderung der Haftkräfte wird durch die Vorseparierung der gestapelten Wafer mittels Druckluft erreicht. Diese Vorseparierung sowie der Aufnahmeprozess mit einem Greifer weisen jedoch mehrere Gefahrenquellen auf, die zur Beschädigung der Wafer führen können. Während der Vorseparierung schwingen die Wafer horizontal zwischen den harten Seitenwänden des Wafermagazins und stoßen stets ungebremst gegen diese. Während des Aufnahmeprozesses durch einen Greifer wird der in die Höhe gezogene Wafer an den Seitenwänden entlang gezogen und mechanischer Krafteinwirkung durch Reibung an den Kanten ausgesetzt. Hierdurch kann es im Bereich der Waferkanten zu sogenannten Muschelbrüchen kommen. Der in die Höhe gezogene Wafer verursacht einen Sogeffekt, wodurch darunterliegende Wafer mit in die Höhe gezogen werden. Diese unkontrolliert in die Höhe gezogenen Wafer schlagen beim wieder Hinunterfallen auf die Seitenränder auf oder bleiben auf ihnen liegen. Zusätzlich bergen die meist sehr unflexiblen Seitenwände des Wafermagazins die Gefahr, dass sich die Wafer bei der Beladung des Magazins mit einem neuen Waferstapel verklemmen.
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Im Patent
DE 10 2005 033 859 B3 wird ein Wafermagazin beschrieben, bei dem die zur Grundfläche senkrecht stehenden seitlichen Begrenzungsstrukturen an der Innenseite mit Führungsbändern ausgerüstet sind, die am oberen Ende der Begrenzungsstruktur über eine obere Umlenkrolle laufen. Bewegt sich die Grundplatte mit dem Waferstapel entlang der Verfahrrichtung nach oben, führen die Führungsbänder ebenfalls eine im Wesentlichen entlang der Verfahrrichtung orientierte und im Wesentlichen gleich schnelle Bewegung aus. Weiterhin sind die Führungsbänder quer zur Verfahrrichtung flexibel ausgebildet. Auf diese Weise sollen die mechanischen Belastungen der Kantenbereiche von Wafern im Wafermagazin bei einer Bewegung der Grundplatte reduziert werden.
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Eine Erweiterung der seitlichen Begrenzungsstrukturen mit Führungsmitteln ist in der Druckschrift
DE 10 2008 030 629 A1 beschrieben. Die Flexibilität der Führungsbänder quer zur Verfahrrichtung hat sich als nachteilig erwiesen, da sich die Wafer unter den oberen Umlenkrollen verklemmen können. Für die Reduzierung der Gefahr von Kantenbrüchen bei den Wafern wird deshalb jede Führungseinheit mit mindestens einer starr am Grundkörper befestigten, aufrechten Führungsstange erweitert, an der das Führungsband anliegt. Ferner haben die Führungsstangen und die oberen Umlenkrollen den gleichen seitlichen Abstand zum Waferstapel, wodurch ein Verklemmen der Wafer unter der oberen Umlenkrolle vermieden wird.
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Als kritischer Punkt des Wafermagazins mit Führungsmitteln ist der ständige Kontakt der Waferkanten mit den Führungsmitteln anzusehen. Die Führungsmittel bewegen sich stets synchron mit der Grundplattenbewegung, doch trotzdem erfahren die Wafer, besonders die fragilen Waferkanten, eine Krafteinwirkung durch die seitlichen Begrenzungsstrukturen. Weiterhin müssen die Wafer für eine Vorseparierung mittels Druckluft frei beweglich sein, was durch die eng anliegenden Führungsmittel erschwert wird. Des Weiteren ist der hohe Aufwand als nachteilig anzusehen, der für die Einrichtung notwendig ist, um eine sehr präzise und feinfühlige Waferhandhabung zu ermöglichen. Die zusätzlichen Koordinations- und Steuerungsmechanismen sind erhöht störungsanfällig und stellen somit ein zusätzliches Schädigungspotential für die Wafer dar.
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Die oben beschriebenen Probleme sind nicht auf Magazine für Wafer oder Solarzellen beschränkt, sondern stellen allgemein eine Beschädigungsgefahr für bruchgefährdete, plattenförmige Gegenstände bei der Halterung in Magazinen dar.
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In
DE 10 2008 023 456 A1 wird ein Träger zur Aufnahme von Halbleiterscheiben beschrieben, wobei der Träger zwei Seitenwände und mehrere Streben oder eine Halbschale aufweist, die die Seitenwände verbinden, wobei die Streben oder die Halbschale derart angeordnet sind, dass sie eine in den Träger gestellte Halbleiterscheibe an mehreren Stellen im Bereich der Kante der Halbleiterscheibe halten. Die Streben oder die Halbschale weisen einen Belag aus einem nachgebendem Material auf, der die Halbleiterschale gegen Verkippen zur Seite stützt.
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Die
US 2009/0 095 650 A1 offenbart einen Wafer-Behälter, der eine Basis und eine Abdeckung umfasst, welche ineinander stecken. Die Basis beinhaltet eine versetzte Wandstruktur, welche aus inneren und äußeren Wänden gebildet wird. Die versetzte Wandstruktur ist derart ausgebildet, dass Kräfte von Seitenstößen durch äußere Wandsegmente absorbiert werden. Eine Rippe auf der Abdeckung verhindert ein Durchbiegen über den inneren Wanddurchmesser hinaus. Referenzpunkte auf der Basis vereinfachen eine Ausrichtung der Basis an der Abdeckung.
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In
US 6 286 684 B1 wird ein Behälter für Wafer beschrieben, der Wafer vor mechanischen Erschütterungen und elektrischer Ladung. Die Wafers werden mechanisch durch obere und untere sowie Seitenkissen geschützt, welche mit Schaum gefüllt sind.
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In der
DE 10 2004 041 647 A1 wird, um das sichere Abheben eines einzelnen Substrats von einem Stapel durch einen Substratgreifer zu ermöglichen, erfindungsgemäß ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abheben von scheibenförmigen, ein Innenloch aufweisenden Substraten, insbesondere Substrate für optische Datenträger, von einem Stapel durch einen Substratgreifer vorgesehen, bei dem bzw. bei der vor und/oder während des Abhebens des obersten Substrats durch den Substratgreifer vom Innenloch der Substrate her ein Gasstrom zwischen die beiden obersten Substrate des Stapels geleitet wird. Ausgehend vom Stand der Technik ist es daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein möglichst einfaches aber wirkungsvolles Plattenmagazin zur Halterung von gestapelten, plattenförmigen Gegenständen zur Verfügung zu stellen, bei dem Beschädigungen der plattenförmigen Gegenstände, insbesondere Bruchschäden an den Kanten, insbesondere während der Befüllung und Entnahme, vermieden werden.
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Diese Aufgabe wird durch das Plattenmagazin nach Anspruch 1 und die Vorrichtung zum Abseparieren von plattenförmigen Gegenständen nach Anspruch 17 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Plattenmagazins werden in den abhängigen Ansprüchen gegeben.
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Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird erreicht, dass die plattenförmigen Gegenstände mittels herkömmlicher Geräte und Arbeitsschritte in das Plattenmagazin eingebracht bzw. aus dem Plattenmagazin entnommen werden können, ohne dass dabei die bruchgefährdeten plattenförmigen Gegenstände beschädigt werden. So haben zum Beispiel die plattenförmigen Gegenstände ausreichendes Spiel zu den Begrenzungsstrukturen, um wirkungsvoll mittels Druckluft vorsepariert zu werden. Weitere erfindungsgemäße Maßnahmen sorgen für eine Einweisung des plattenförmigen Gegenstandes beim Befüllen des Plattenmagazins durch eine Greifvorrichtung oder für ein Zurückrutschen auf den Stapel, nachdem ein plattenförmiger Gegenstand während des Greifens eines benachbarten plattenförmigen Gegenstandes durch Sogkräfte mitgezogen und anschließend wieder hinabgefallen ist. Ferner handelt es sich bei den erfindungsgemäßen Maßnahmen um passive Mittel, die nicht störanfällig sind und somit keine Fehlfunktionen aufweisen können, wodurch die plattenförmigen Gegenstände beschädigt werden könnten.
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Erfindungsgemäß weist das Plattenmagazin einen Grundkörper auf sowie eine Mehrzahl von Begrenzungsstrukturen, die im Wesentlichen senkrecht zu einer Grundfläche des Grundkörpers angeordnet sind. Dabei begrenzen die Begrenzungsstrukturen einen Stapelbereich. Ferner weisen die Begrenzungsstrukturen biegefederartige oder blattfederartige Dämpfungselemente auf. Diese Dämpfungselemente sind an einem festen Ende befestigt, während ein dem festen Ende gegenüberliegendes, freies Ende durch die gestapelten, plattenförmigen Gegenstände auslenkbar ist. Unter biegefederartigen und blattfederartigen Dämpfungselementen werden dabei Bauelemente verstanden, die nach Auslenkung durch Rückstellkräfte in ihren ursprünglichen Zustand zurückkehren und dabei Schwingungsbewegungen um ihr festes Ende ausführen. Diese Bauelemente können zwischen ihrem festen und ihrem auslenkbaren Ende länglich ausgebildet sein.
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Die Dämpfungselemente weisen eine oder mehrere einzelne Borsten oder eine oder mehrere Reihen von Borsten, vorzugsweise Borstenkämme, auf. Dies ermöglicht eine gute Belüftung des Plattenmagazins, die einen zu starken Unterdruck verhindert, der normalerweise zwischen einem durch mittels einer Greifvorrichtung angehobenen plattenförmigen Gegenstand und dem benachbarten plattenförmigen Gegenstand entsteht. Außerdem wird eine eventuelle seitliche Druckluftzufuhr durch die Borsten zum Vorseparieren ermöglicht. Der Durchmesser eines Querschnitts senkrecht zur Hauptausdehnungsrichtung einer Borste beträgt vorzugsweise zwischen 0,5 mm und 5 mm.
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Die Borsten können verschiedene Querschnittsformen aufweisen, wie z. B. kreisförmig, rechteckig, quadratisch, oval oder dreieckig.
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Die Dämpfungselemente können vorzugsweise eine Länge von ≥ 10 mm, vorzugsweise ≥ 80 mm, besonders bevorzugt ≥ 100 mm und/oder ≤ 300 mm, besonders bevorzugt ≤ 150 mm, besonders bevorzugt von 300 mm aufweisen.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die auslenkbaren, freien Enden der Dämpfungselemente vom Stapelbereich weggebogen, sodass der Winkel zwischen ihrem freien und dem festen Ende auf der Außenseite, die vom Stapelbereich abgewandt ist, zwischen 90 Grad und 180 Grad, vorzugsweise 135 Grad, beträgt. Die derart geformten Dämpfungselemente bilden eine Trichterform, die nicht korrekt über dem Plattenmagazin positionierte plattenförmige Gegenstände auf den Stapel führt oder auf das Plattenmagazin zurückfallende plattenförmige Gegenstände wieder auf den Stapel zurückgleiten lässt.
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Die Begrenzungsstrukturen können seitlich am Grundkörper oder auf der Grundfläche des Grundkörpers angeordnet sein. Die Anzahl der Begrenzungsstrukturen kann beliebig sein, jedoch muss eine Mindestanzahl von Begrenzungsstrukturen vorhanden sein, die nötig ist um die gestapelten, plattenförmigen Gegenstände in einer zur Grundfläche parallelen Ebene zu fixieren. Eine möglichst geringe Anzahl von Begrenzungsstrukturen verbessert die Belüftung des Stapels, sodass beim Anheben eines plattenförmigen Gegenstandes im Stapel kein Unterdruck zwischen diesem und dem benachbarten plattenförmigen Gegenstand entstehen kann, und verbessert eine eventuelle Vorseparierung durch eine seitliche Druckluftzufuhr. Es ist auch denkbar, dass die Begrenzungsstrukturen eine geschlossene seitliche Umrandung bilden, wobei jedoch vorzugsweise zumindest eine Öffnung für eine eventuelle seitliche Druckluftzufuhr vorhanden ist.
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Weiterhin kann das Plattenmagazin durch eine am Grundkörper innerhalb des Stapelbereichs angeordnete Grundplatte weitergebildet werden. In diesem Fall werden die plattenförmigen Gegenstände auf der Grundplatte anstelle der dem Stapelbereich zugewandten Oberfläche des Grundkörpers gestapelt. Die Grundplatte ist senkrecht zur Grundfläche beweglich, wodurch der Stapel je nach Füllstand nach oben, also vom Grundkörper weg, oder nach unten, also zum Grundkörper hin, bewegt werden und somit der oberste, also einer Greifvorrichtung am nächsten gelegene, plattenartige Gegenstand leichter von einer Greifvorrichtung entnommen werden kann.
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Die Begrenzungsstrukturen können Aufnahmevorrichtungen aufweisen, die am Grundkörper angeordnet sind und die Dämpfungselemente aufnehmen. Hierzu können Löcher oder Klemmvorrichtungen in den Aufnahmevorrichtungen vorhanden sein, in welche die Dämpfungselemente eingesteckt sind. Eine weitere Möglichkeit ist, dass die Dämpfungselemente von Haltelementen gehalten werden, die wiederum mittels eines Schiebe- oder Click-Mechanismus jeweils an den Aufnahmevorrichtungen befestigt sind. Der Schiebe-Mechanismus sieht dabei Führungen und Zapfen vor, die passend jeweils an den Halteelementen und Aufnahmevorrichtungen angebracht sind, sodass diese aufeinander aufgeschoben werden können. In jedem Fall ist es vorteilhaft, wenn die Aufnahmevorrichtungen bündig mit der Oberfläche des Grundkörpers oder darunter bzw. mit der Grundplatte abschließen, damit ein seitlicher Kontakt der plattenförmigen Gegenstände vermieden wird. Dies verringert wiederum die Beschädigungsgefahr der Kante des plattenförmigen Gegenstands.
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Weiter ist es vorteilhaft, wenn die plattenförmigen Gegenstände ein Spiel vorzugsweise von ≤ 3 mm, vorzugsweise von 2 mm oder weniger, innerhalb der Dämpfungselemente bzw. eine, vorzugsweise um 2 mm oder weniger, kleinere lichte Weite als der Stapelbereich aufweisen, wodurch ein eventuelles Vorseparieren mittels einer seitlichen Druckluftzufuhr verbessert wird.
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Die Form der Grundfläche des Grundkörpers richtet sich im Wesentlichen nach der Form der plattenförmigen Gegenstände, wodurch das erfindungsgemäße Plattenmagazin universal in den unterschiedlichsten Bereichen Anwendung finden kann. Vorzugsweise ist die Grundfläche quadratisch, rechteckig oder kreisförmig ausgebildet.
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In einer alternativen, jedoch nicht erfindungsgemäßen, Ausführungsform zur Borstenstruktur der Dämpfungselemente können die Dämpfungselemente auch eine netzartige Struktur aufweisen oder Öffnungen enthalten, sodass in Fällen, in denen die Borstenstruktur nachteilig wäre, eine zusammenhängende Struktur des Dämpfungselements bei vergleichbar guter Belüftung des Stapels erreicht wird.
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Als Material für die Dämpfungselemente eignet sich flexibles, stoßabsorbierendes Material, das vorzugsweise Kunststoff, glasfaserverstärkte Kunststoffe, nanopartikelverstärkte Kunststoffe, Polyamid, Polyamid 6, Polyamid 66, Polybutylenterephthalat (PTB), Metall oder Quarz enthalten kann.
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Das Plattenmagazin wird vorzugsweise in einer Anordnung zum Abseparieren von plattenförmigen Gegenständen aus dem im Plattenmagazin gehaltenen Stapel genutzt. Diese Anordnung umfasst eine zwischen die plattenförmigen Gegenstände gerichtete Druckluftzufuhr zum Vorseparieren der plattenförmigen Gegenstände, eine Greifvorrichtung zum Greifen der vorseparierten plattenförmigen Gegenstände sowie ein Plattenmagazin wie vorstehend beschrieben.
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Im Folgenden werden einige Beispiele eines erfindungsgemäßen Plattenmagazins gegeben. Die gezeigten Merkmale können dabei auch unabhängig vom konkreten Beispiel realisiert sein. Es zeigen
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1 ein erfindungsgemäßes Plattenmagazin mit gestapelten plattenförmigen Gegenständen in einer Perspektivansicht.
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2 ein erfindungsgemäßes Plattenmagazin in einer Schnittansicht.
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3 ein erfindungsgemäßes Plattenmagazin in einer Draufsicht.
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4 eine formschlüssige Verbindung mit Schiebemechanismus in einer Begrenzungsstruktur in einer Perspektivansicht.
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5 eine formschlüssige Verbindung mit Click-Mechanismus in einer Begrenzungsstruktur in einer Perspektivansicht.
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6 ein Dämpfungselement in einer Draufsicht.
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7 ein Dämpfungselement in einer Seitenansicht.
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In der nachfolgenden Beschreibung der Figuren bezeichnen gleiche oder ähnliche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Elemente.
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1 zeigt eine Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen Plattenmagazins, das eine quadratische Grundfläche 14 eines plattenförmigen Grundkörpers 1 aufweist. An jeder der vier Seiten des Grundkörpers 1 sind senkrecht zur Grundfläche 14 zwei Begrenzungsstrukturen 18 seitlich symmetrisch angeordnet. Ferner befindet sich auf dem Grundkörper 1 zwischen den Begrenzungsstrukturen eine Grundplatte 3 mit einer quadratischen Oberfläche 15. Die Oberfläche 15 und die Begrenzungsstrukturen 18 grenzen einen nach oben offenen Stapelbereich ein, in dem plattenförmige Gegenstände 7 stapelbar sind. Jede Begrenzungsstruktur 18 weist an ihrem oberen Ende ein Dämpfungselement 17 mit in einer Reihe parallel zum angrenzenden Rand der Grundfläche 14 angeordneten Borsten 5 mit vom Stapelbereich in einem festen Winkel weggebogenen freien Enden 6 auf, sodass die Begrenzungsstrukturen 18 eine Trichterform bilden. Die Borsten 5 sind dabei in Löcher 4 eingesteckt, die sich in Aufnahmevorrichtungen 2 befinden. Die Aufnahmevorrichtungen 2 bilden das untere Ende der Begrenzungsstrukturen 18 und befestigen somit die Dämpfungselemente 17 am Grundkörper 1. Die Grundplatte 3 ist in einer vertikalen Verfahrrichtung R beweglich und kann somit den Stapel plattenartiger Gegenstände 7 innerhalb des Stapelbereichs nach oben oder nach unten bewegen.
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2 zeigt das oben beschriebene Plattenmagazin ohne Stapel plattenartiger Gegenstände 7 in einer Schnittansicht. Zu erkennen ist insbesondere, dass die Löcher 4 in den Aufnahmevorrichtungen 2 zwischen der Grundplatte 3 und einem Bereich des Aufnahmeelementes 2 ausgebildet sind, die auf einer der Grundplatte 3 abgewandten Seite der Borsten 5 nach oben mit der Oberfläche 15 der Grundplatte 3 abschließen. Die Borsten 5 werden hier also gegen die Grundplatte 3 geklemmt.
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3 zeigt eine Draufsicht des oben beschriebenen Plattenmagazins ohne Stapel plattenartiger Gegenstände. Es ist die quadratische Oberfläche 15 der Grundplatte 3 zu sehen, die von den weggebogenen freien Enden 6 der Borsten 5 eingegrenzt wird, welche das obere Ende der seitlich am Grundkörper 1 angeordneten Begrenzungsstrukturen 18 bilden.
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4 und 5 zeigen formschlüssige Verbindungen zwischen Halteelementen 9 und Aufnahmevorrichtungen 2 in den Begrenzungsstrukturen 18 in einer Perspektivansicht. In 4 ist ein Schiebemechanismus dargestellt während 5 einen Click-Mechanismus zeigt.
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In beiden Fällen sind die in einer Reihe angeordneten Borsten 5 anstatt in der Aufnahmevorrichtung 2 an einem Halteelement 10 befestigt. Beim Schiebemechanismus in 4 ist das Halteelement 10 an der der Aufnahmevorrichtung 2 zugewandten Unterseite mit einem Zapfen 9 ausgebildet, während die Aufnahmevorrichtung 2 eine entsprechende Führung 8 auf ihrer dem Halteelement 10 zugewandten Oberseite aufweist, sodass das Halteelement 10 auf die Aufnahmevorrichtung 2 aufschiebbar ist.
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Beim Click-Mechanismus in 5 ist das Halteelement 10 auf der Unterseite außen, also auf der Seite, die nach Anbau der Begrenzungsstruktur 18 an das Plattenmagazin dem Stapelbereich abgewandt ist, mit einem Hinterschnitt 19 ausgebildet. Auf seiner Unterseite weist das Halteelement 10 innen, also der Seite, die dem Stapelbereich nach Anbau an das Plattenmagazin zugewandt ist, zwei parallel zum angrenzenden Rand der Grundfläche 14 angeordnete Zentrierstifte 12 auf. Die Aufnahmevorrichtung 2 weist außen an der Oberseite ebenfalls einen Hinterschnitt 11 auf sowie innen auf der Oberseite zwei parallel zu den Stiften 12 angeordnete Zentrierbohrungen 13, sodass bei der Verbindung die Zentrierstifte 12 des Halteelements 10 in die Zentrierbohrungen 13 der Aufnahmevorrichtung 2 und der Hinterschnitt 19 des Halteelements 10 unter den Hinterschnitt 11 der Aufnahmevorrichtung 2 greifen.
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In einer Beispielkonfiguration für ein Dämpfungselement mit zwei Borstenreihen beträgt der Durchmesser des Querschnitts einer Borste 1,2 mm, der Abstand zwischen den Borsten 0,2 mm, der Abstand zwischen den Borstenreihen 2,2 mm, der Abstand der Borsten zum dem Stapelbereich abgewandten Rand 0,2 mm und der Abstand der Borsten zum einer anderen Begrenzungsstruktur zugewandten Rand 0,2 mm.
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6 zeigt eine solche Belegungsvariante für ein Halteelement 10. Die Borsten 5 haben hier einen Querschnittsdurchmesser von 1,2 mm. Die Borstenreihen sind innen, also dem gedachten Stapelbereich zugewandt, auf dem Halteelement 10 parallel zum angrenzenden Rand der Grundfläche 14 nebeneinander angeordnet, wobei die dem Stapelbereich zugewandte innerste Reihe einen Abstand von 0,2 mm zu den angrenzenden Rändern und zu einer zweiten Borstenreihe hat, die zur innersten Borstenreihe parallel ist.
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7 zeigt eine Seitenansicht einer Ausführungsform für ein Dämpfungselement 17 vom gedachten Stapelbereich weggebogenem freien Ende 6. Dieses Dämpfungselement hat hier eine Höhe von 40 mm und eine Tiefe bzw. Stärke von 1 mm. Das freie Ende 6 ist um einen Winkel von beispielsweise 135° gemessen auf der Außenseite zwischen festem und freiem Ende 6 gebogen.
