DE102013103125A1

DE102013103125A1 - Portalsystem und Verfahren zur Herstellung eines Portalsystems zur Positionierung von wenigstens einem Bestückkopf in einer SMT-Bestückmaschine

Info

Publication number: DE102013103125A1
Application number: DE102013103125.0A
Authority: DE
Inventors: Harald Stanzl
Original assignee: ASM Assembly Systems GmbH and Co KG
Current assignee: ASMPT GmbH and Co KG
Priority date: 2013-03-27
Filing date: 2013-03-27
Publication date: 2014-10-02
Anticipated expiration: 2033-03-28
Also published as: JP6096699B2; CN104080326A; JP2014192526A; DE102013103125B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Portalsystem (20) zur Positionierung von wenigstens einem Bestückkopf (30) in einer SMT-Bestückmaschine, aufweisend einen Portalrahmen (23) und wenigstens einen am Portalrahmen (23) bewegbar gelagerten Portalarm (1), an dem wenigstens ein Bestückkopf (30) beweglich lagerbar ist, wobei der wenigstens eine Portalarm (1) ein erstes Bauteil (2) und ein zweites Bauteil (3) aufweist, wobei das erste Bauteil (2) aus einem Faserverbundmaterial und das zweite Bauteil (3) aus Leichtmetall ausgebildet sind, und wobei das zweite Bauteil (3) das erste Bauteil (2) verdrehsicher und zumindest abschnittsweise kontaktierend umgibt. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Portalsystems (20).

Description

Die Erfindung betrifft ein Portalsystem zur Positionierung von wenigstens einem Bestückkopf in einer SMT-Bestückmaschine. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Portalsystems zur Positionierung von wenigstens einem Bestückkopf in einer SMT-Bestückmaschine.
STAND DER TECHNIK
Zur Positionierung von Bestückköpfen werden in SMT-Bestückmaschinen Portalsysteme eingesetzt, die die Positionierung in zwei Koordinatenrichtungen vornehmen. Da die Positionierung des Bestückkopfes mit hoher Dynamik erfolgen muss, sind wesentliche Anforderungen:

1) eine hohe Biegesteifigkeit/Torsionssteifigkeit, um ein exaktes Positionieren zu gewährleisten,
2) eine geringe Masse, um die benötigte Motorkraft und das Gewicht des Antriebes gering zu halten,
3) eine hohe lokale Steifigkeit des Portalsystems, um etwaige Magnetkräfte durch Linearmotorantriebe aufzunehmen,
4) eine gute Montagefähigkeit von Elementen, wie Linearführungen und Maßstäben, sowie
5) niedrige Herstellkosten.

Heute werden Portalsysteme aus Stahl, Aluminium oder Kohlenstofffasern in SMT-Bestückmaschinen eingesetzt. Mit Materialien wie Kohlenstofffasern können die ersten drei Anforderungen sehr gut gelöst werden. Allerdings ist die Montagefähigkeit von Zusatzelementen nur mit großem Aufwand zu realisieren, was dem Ziel der niedrigen Herstellkosten entgegenwirkt. Derzeitige Portalsysteme aus Kohlenstofffasern erfüllen die ersten drei Anforderungen sehr gut, die Gesamtkosten derartiger Kohlenstofffaserportalsysteme sind jedoch zu hoch.
Stahl und Aluminium weisen bei den ersten drei Anforderungen deutlich schlechtere physikalische Eigenschaften als Kohlefasern auf. Jedoch sind die Bearbeitbarkeit und damit die Anbindung an Zusatzstrukturen deutlich einfacher zu realisieren.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile bei Portalsystemen für SMT-Bestückmaschinen zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Portalsystem für SMT-Bestückmaschinen bereitzustellen, welches eine hohe Biegesteifigkeit/Torsionssteifigkeit, eine geringe Masse und eine hohe lokale Steifigkeit aufweist und gleichzeitig bei niedrigen Herstellkosten eine einfache und sichere Montagefähigkeit für zusätzliche Elemente gewährleistet.
Die voranstehende Aufgabe wird durch ein Portalsystem für SMT-Bestückmaschinen mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zur Herstellung eines Portalsystems mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Portalsystem beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird, beziehungsweise werden kann.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Portalsystem zur Positionierung von wenigstens einem Bestückkopf in einer SMT-Bestückmaschine, aufweisend wenigstens einen bewegbar gelagerten Portalarm, an dem wenigstens ein Bestückkopf beweglich lagerbar ist, gelöst. Das Portalsystem ist dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Portalarm ein erstes Bauteil und ein zweites Bauteil aufweist, wobei das erste Bauteil aus einem Faserverbundmaterial und das zweite Bauteil aus Leichtmetall ausgebildet ist und wobei das zweite Bauteil das erste Bauteil verdrehsicher und zumindest abschnittsweise kontaktierend umgibt.
Ein derartiges Portalsystem weist eine hohe Biegesteifigkeit beziehungsweise Torsionssteifigkeit, eine geringe Masse und eine hohe lokale Steifigkeit auf. Ferner gewährleistet ein derartiges Portalsystem eine gute Montagefähigkeit von Elementen wie Linearführungen und Maßstäben und ist durch die Verwendung von Leichtmetall kostengünstiger herzustellen als Portalsysteme, die nur aus Kohlenstofffasern hergestellt sind.
Das heißt, durch die Kombination der zwei Materialien, nämlich Faserverbundmaterial und Leichtmetall, können die positiven Eigenschaften beider Materialien genutzt werden. Ausgangsbasis des Portalsystems ist, dass wenigstens ein Portalarm ein erstes Bauteil aus einem Faserverbundmaterial ausweist, welches von einem zweiten Bauteil aus Leichtmetall umgeben ist. Das zweite Bauteil ist dabei derart um das erste Bauteil angeordnet, dass es verdrehsicher an dem ersten Bauteil sitzt. Dabei kontaktiert das zweite Bauteil das erste Bauteil zumindest abschnittsweise. Bevorzugt kontaktiert das zweite Bauteil das erste Bauteil vollständig. Der Portalarm aus dieser Bauteilkombination ist aufgrund des inneren ersten Bauteils aus einem Faserverbundmaterial sehr biege- beziehungsweise torsionssteif, ist leicht und weist hohe lokale Steifigkeiten auf. Hierdurch kann ein Portalarm etwaige Magnetkräfte durch Linearmotorantriebe gut aufnehmen. Aufgrund des äußeren zweiten Bauteils aus Leichtmetall können weitere Bauteile wie Linearführungen und Maßstäbe einfach an dem Portalarm befestigt werden. Das heißt, durch die Verwendung von Leichtmetall lässt sich der Portalarm an seiner Außenseite leicht bearbeiten. Gleichzeitig kann durch die Verwendung von Leichtmetall der Portalarm des Portalsystems kostengünstig hergestellt werden.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann bei einem Portalsystem vorgesehen sein, dass das erste Bauteil und das zweite Bauteil eines Portalarms kraftschlüssig miteinander verbunden sind. Durch eine kraftschlüssige Verbindung sind die beiden Bauteile verdrehsicher aneinander befestigt. Beispielsweise können die beiden Bauteile durch Klemmverbindungen fest miteinander verbunden sein. In einer anderen Ausführungsform des Portalsystems können die beiden Bauteile alternativ oder zusätzlich durch eine formschlüssige Verbindung verdrehsicher aneinander befestigt sein. Ferner kann alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein, dass die beiden Bauteile durch eine Klebverbindung verdrehsicher aneinander befestigt sind.
Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterentwicklung kann bei einem Portalsystem vorgesehen sein, dass das erste Bauteil und das zweite Bauteil durch eine Pressverbindung miteinander verbunden sind. Hierdurch ist eine besonders einfache und feste, das heißt verdrehsichere, Verbindung zwischen beiden Bauteilen gewährleistet. Der Portalarm entsteht durch thermisches Aufpressen. Das erste Bauteil aus einem Faserverbundmaterial wird mit einem definierten Außendurchmesser hergestellt. Das zweite Bauteil aus Leichtmetall weist einen Innendurchmesser auf, der um ein bis zwei Zehntel kleiner ist als der des ersten Bauteils. Wird das zweite Bauteil erhitzt, so kann der Durchmesser durch den großen Ausdehnungskoeffizienten des Leichtmetalls sehr leicht um einige 1/100 mm bzw. 1/10 mm erhöht werden. Das erste Bauteil kann nach dem Erhitzen des zweiten Bauteils in das erste Bauteil geschoben werden. Nach dem Abkühlen des zweiten Bauteils entsteht eine unlösbare Pressverbindung zwischen beiden Bauteilen. Ein derartiger Portalarm eines Portalsystems weist sämtliche Vorteile, wie zuvor beschrieben, auf.
Ferner kann bei einem bevorzugten Portalsystem vorgesehen sein, dass das erste Bauteil als Hohlprofil, insbesondere mit einem kreisrunden Querschnitt, ausgebildet ist. Ein derartiges Hohlprofil aus Faserverbundmaterial ist kostengünstig und einfach herzustellen und gewährleistet gleichzeitig eine hohe Biege- beziehungsweise Torsionssteifigkeit, ist leicht und weist hohe lokale Steifigkeiten auf. Insbesondere ein Hohlprofil mit einem kreisrunden Querschnitt kann einfach und kostengünstig hergestellt werden. Gleichzeitig kann bei einem derartig ausgebildeten ersten Bauteil leicht ein Pressverbund mit einem zweiten Bauteil aus Leichtmetall hergestellt werden. Das erste Bauteil und das zweite Bauteil können neben einem kreisrunden Außenquerschnitt beziehungsweise kreisrunden Innenquerschnitt auch andere Querschnitte, wie mehreckige oder ovale Querschnitte, aufweisen.
Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einem Portalsystem vorgesehen sein, dass das Faserverbundmaterial des ersten Bauteils Kohlenstofffasern aufweist. Ein erstes Bauteil aus Kohlenstofffasern erfüllt die Anforderungen einer sehr guten Biege- beziehungsweise Torsionssteifigkeit sowie einer hohen lokalen Steifigkeit und ist leicht und kostengünstig herstellbar. Ferner kann das zweite Bauteil vorzugsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung ausgebildet sein. Ein zweites Bauteil eines Portalarms aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung kann leicht außenseitig bearbeitet werden, ist kostengünstig herzustellen und gleichzeitig leicht.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einem Portalsystem vorgesehen sein, dass das zweite Bauteil an wenigstens einer Außenseite Halteelemente zum Fixieren einer Magnetschiene des Portalsystems, an der ein magnetisches Element angeordnet werden kann, aufweist. Die Magnetschiene kann als Teil eines Linearmotors dienen. Das magnetische Element kann ein Permanentmagnet eines Linearmotors sein. An dem Permanentmagneten kann ein Spulenteil verfahrbar angeordnet sein. Die Halteelemente fixieren die Magnetschiene fest an der Außenseite des zweiten Bauteils des Portalarms. Bevorzugt weist das zweite Bauteil gerade Außenflächen, das heißt gerade äußere Mantelflächen auf. Besonders bevorzugt weist das zweite Bauteil einen rechteckigen äußeren Querschnitt auf. Dies ermöglicht es, dass an der Außenseite des zweiten Bauteils Elemente wie Maßstäbe, Linearführungen und insbesondere Magnetschienen leicht angeordnet werden können.
Besonders bevorzugt kann bei einem Portalsystem vorgesehen sein, dass jedes Halteelement eine Anschlagschulter aufweist, die so ausgebildet ist, dass sie die Magnetschiene auf deren dem zweiten Bauteil abgewandten Oberseite übergreift, wobei die Anschlagschulter in einer definierten Höhe über dem zweiten Bauteil angeordnet ist und wobei der Abstand zwischen der Außenseite des zweiten Bauteils und jeder Anschlagschulter größer als die Dicke der Magnetschiene ist. Durch die Anschlagschultern wird eine definierte Anlage für die Magnetschiene auf ihrer Oberseite geschaffen, so dass der Abstand zu einem Spulenteil eines Linearmotors unabhängig von der Ebenheit des zweiten Bauteils und der Dicke der Magnetschiene ist. Die elektromagnetischen Wechselbeziehungen zwischen dem Spulenteil eines Linearmotors und der Magnetschiene werden nicht durch unterschiedliche Abstände beeinträchtigt. Es genügt, die Magnetschiene mit geringer Vorspannung an den Anschlagschultern anliegen zu lassen, so dass unterschiedliche Wärmedehnungen zwischen der Magnetschiene und dem zweiten Bauteil dadurch kompensiert werden können, dass sich die Magnetschiene in ihrer Längsrichtung ohne die Gefahr des Verspannens mit dem zweiten Bauteil ausdehnen kann. Da die Magnetschiene nicht mehr unmittelbar am zweiten Bauteil aufliegt, wird ein großflächiger Wärmekontakt vermieden, so dass eine einseitige Erwärmung des zweiten Bauteils entlang der Magnetschiene weitgehend vermieden werden kann.
Daher kann gemäß einer besonders bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung bei einem Portalsystem vorgesehen sein, dass die Magnetschiene, insbesondere unter einer elastischen Vorspannung, schwimmend an der Außenseite des zweiten Bauteils gelagert ist. Hierdurch ist sichergestellt, dass die Magnetschiene nicht die Außenseite des zweiten Bauteils kontaktiert. Insbesondere vorteilhaft ist es, wenn die Magnetschiene mit einer bestimmten Vorspannungskraft gegen die Anschlagschultern der Halteelemente gedrückt wird. So können zwischen der Magnetschiene und der Außenseite des zweiten Bauteils Federelemente, Distanzbuchsen oder eine Schnur vorgesehen sein. Hierdurch kann ein definierter Abstand eingestellt werden, der ein einheitliches Höhenniveau der Anschlagschultern sichert. Die Halteelemente sind vorzugsweise zu beiden Längsseiten an die Magnetschiene ansetzbar und die Anschlagschultern sind vorzugsweise als an die Magnetschiene übergreifende Vorsprünge ausgebildet. Hierdurch liegen die Verankerungspunkte mit dem zweiten Bauteil außerhalb der Magnetschiene, was die Wärmekopplung zwischen der Magnetschiene und dem zweiten Bauteil niedrig hält.
Um Wärmebeanspruchungen aufgrund der beiden unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten des Portalarms und der Magnetschiene zu vermeiden, ist die Magnetschiene vorteilhafterweise mechanisch an nur einer Stelle an dem Portalarm fixiert. Um die Magnetschiene, die als Eisenplatte ausgebildet sein kann, in der korrekten Position zu halten, können Schnüre oder Bänder verwendet werden. So können zwei Schnüre beziehungsweise Bänder nahe an den Ecken der Magnetschiene vorgesehen sein, die die Magnetschiene an die Anschlagschultern pressen. Die Anschlagschultern sind vorzugsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung ausgebildet. Um Wärmeausdehnungen aufgrund von unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten des Portalsystems beziehungsweise des Portalarms und der Magnetschiene zu kompensieren, weisen die Portalarme des Portalsystems vorzugsweise eine symmetrische Struktur auf.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einem Portalsystem vorgesehen sein, dass an einer Außenseite des zweiten Bauteils Führungsschienen aus Stahl und an der gegenüberliegenden Außenseite des zweiten Bauteils Schienen beziehungsweise Temperaturausgleichselemente aus einem Faserverbundmaterial, insbesondere aus einem Kohlenstofffaserverbund, befestigt sind. Die Führungsschienen aus Stahl sind bevorzugt an der Seite des zweiten Bauteils vorgesehen, an dem die Magnetschiene angeordnet ist. Die Schienen beziehungsweise Temperaturausgleichselemente aus einem Faserverbundmaterial, insbesondere aus einem Kohlenstofffaserverbund, an der gegenüberliegenden Seite des zweiten Bauteils können Verdrehungen oder Biegungen, die durch Temperaturschwankungen an den Führungsschienen aus Stahl verursacht werden, kompensieren.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines Portalsystems zur Positionierung von wenigstens einem Bestückkopf in einer SMT-Bestückmaschine gelöst, wobei das Verfahren durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet ist:

a) Bereitstellen eines ersten Bauteils, das aus einem Faserverbundmaterial ausgebildet ist,
b) Anordnen eines zweiten Bauteils, das aus einem Leichtmetall ausgebildet ist, derart um das erste Bauteil, dass das zweite Bauteil verdrehsicher zum ersten Bauteil angeordnet ist und dieses zumindest abschnittsweise kontaktiert.

Sämtliche Vorteile, wie sie ausführlich zu der Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgeführt worden sind, gelten ebenso für das Verfahren.
Insbesondere bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem das zweite Bauteil auf das erste Bauteil zur Bildung einer Pressverbindung aufgeschrumpft wird. Das insbesondere als Kohlenstofffaserrohr ausgebildete erste Bauteil wird mit einem definierten Außendurchmesser hergestellt. Das insbesondere als Aluminiumprofil ausgebildete zweite Bauteil weist einen Innendurchmesser auf, der um ein bis zwei Zehntel kleiner ist als der des ersten Bauteils. Das zweite Bauteil wird erhitzt, so dass sich der Durchmesser durch den großen Ausdehnungskoeffizienten des Leichtmetalls sehr leicht um einige 1/100 mm bzw. 1/10 mm erhöht. Das erste Bauteil wird nach dem Erhitzen des zweiten Bauteils in das zweite Bauteil geschoben. Nach dem Abkühlen des zweiten Bauteils entsteht eine unlösbare Pressverbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil. Ein derartig hergestellter Portalarm eines Portalsystems zur Positionierung von wenigstens einem Bestückkopf in einer SMT-Bestückmaschine weist eine hohe Biegesteifigkeit und Torsionssteifigkeit, eine geringe Masse und eine hohe lokale Steifigkeit auf. Ferner gewährleistet ein derartig hergestelltes Portalsystem eine gute Montagefähigkeit von zusätzlichen Elementen wie Linearführungen und Maßstäben und ist kostengünstig herzustellen.
Besonders bevorzugt ist ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass durch das Verfahren ein Portalsystem gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, das heißt mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 12, hergestellt wird.
Weitere Vorteile, Merkmale, und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen jeweils schematisch:
1 einen Querschnitt durch ein zweites Bauteil eines Portalarms eines Portalsystems, welches gemäß dem erfindungsgemäßen Konstruktionsprinzip ausgebildet ist,
2 einen Querschnitt durch ein erstes Bauteil eines Portalarms eines Portalsystems, welches gemäß dem erfindungsgemäßen Konstruktionsprinzip ausgebildet ist,
3 einen Querschnitt durch einen Portalarm eines Portalsystems, welches gemäß dem erfindungsgemäßen Konstruktionsprinzip ausgebildet ist,
4 einen Querschnitt durch eine Ecke eines Portalarms des Portalsystems gemäß 3
5 eine Frontansicht auf ein erstes Portalsystem aufweisend einen Portalrahmen und wenigstens einen am Portalrahmen beweglich gelagerten Portalarm,
6 eine Seitenansicht auf das erste Portalsystem gemäß 5,
7 eine Frontansicht auf ein zweites Portalsystem aufweisend einen Portalrahmen und wenigstens einen am Portalrahmen beweglich gelagerten Portalarm und
8 eine Seitenansicht auf das zweite Portalsystem gemäß 7.
Elemente mit gleichen Funktion und Wirkungsweise sind in den 1 bis 8 mit denselben Bezugszeichen versehen.
1 zeigt schematisch einen Querschnitt durch ein zweites Bauteil 3 eines Portalarms 1 eines Portalsystems, welches gemäß dem erfindungsgemäßen Konstruktionsprinzip ausgebildet ist. 2 zeigt schematisch einen Querschnitt durch ein erstes Bauteil 2 eines Portalarms 1 eines Portalsystems, welches gemäß dem erfindungsgemäßen Konstruktionsprinzip ausgebildet ist. Das erste Bauteil 2 ist als kreisrundes Hohlprofil, das heißt als rundes Rohr, ausgebildet. Dabei ist das erste Bauteil 2 aus einem Faserverbundmaterial, insbesondere aus Kohlenstofffasern, ausgebildet. Ein derartiges kreisrundes Hohlprofil 2 kann leicht und preiswert hergestellt werden und lässt sich einfach bearbeiten. Das erste Bauteil 2 bildet den inneren Teil des Portalarms 1 eines Portalsystems. Der äußere Teil des Portalarms 1 wird durch das in 1 dargestellte zweite Bauteil 3 gebildet. Das erste Bauteil 2 und das zweite Bauteil 3 sind derart ausgebildet, dass das zweite Bauteil 3 das erste Bauteil 2 verdrehsicher und zumindest abschnittsweise kontaktierend umgeben kann. Das zweite Bauteil 3 ist aus Leichtmetall, insbesondere aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung ausgebildet. Besonders bevorzugt ist der Innendurchmesser DI des zweiten Bauteils 3 etwas kleiner als der Außendurchmesser DA des ersten Bauteils 2, so dass die Bauteile 2, 3 durch einen Schrumpfprozess unter Ausbildung einer Pressverbindung fest miteinander verbunden werden können.
Das zweite Bauteil 3 weist an einer Außenseite 4 Halteelemente 5 zum Fixieren einer Magnetschiene 6 des Portalsystems 1, an der ein magnetisches Element angeordnet werden kann, auf. Die Außenseiten 4 weisen zumindest Bereiche auf, die gerade, insbesondere eben, ausgebildet sind. Das zweite Bauteil 3 weist einen rechteckigen beziehungsweise annähernd rechteckigen äußeren Querschnitt auf. Dies ermöglicht es in Verbindung mit den Halteelementen 5, dass an der Außenseite 4 des zweiten Bauteils 3 Elemente wie Maßstäbe, Linearführungen und insbesondere Magnetschienen 6 leicht angeordnet werden können.
An den äußeren Seiten einer Außenseite 4 des zweiten Bauteils 3 weisen die Halteelemente 5 jeweils eine Anschlagschulter 8 auf. Diese Anschlagschultern 8 sind ausgebildet, um eine Magnetschiene 5 auf deren dem zweiten Bauteil 3 abgewandten Oberseite zu übergreifen, wobei die Anschlagschultern 8 in einer definierten Höhe über dem zweiten Bauteil 3 angeordnet sind und wobei der Abstand zwischen der Außenseite 4 des zweiten Bauteils 3 und jeder Anschlagschulter 8 größer als die Dicke einer zu haltenden Magnetschiene 6 ist. Die Halteelemente 5 sind einstückig, vorzugsweise monolithisch, mit dem zweiten Bauteil 3 ausgebildet.
3 zeigt schematisch einen Querschnitt durch einen Portalarm 1 eines Portalsystems, welches gemäß dem erfindungsgemäßen Konstruktionsprinzip ausgebildet ist. Das Portalsystem kann mehrere derartige Portalarme 1 aufweisen. Die Portalarme 1 können aneinander befestigt sein. An einem Portalarm 1 kann ein Bestückkopf verfahrbar gehalten werden. Das zweite Bauteil 3 aus Leichtmetall ist in einem thermischen Prozess auf das erste Bauteil 2 aufgeschrumpft worden, um eine verdrehsichere Pressverbindung herzustellen. Das aus einem Faserverbundmaterial ausgebildete erste Bauteil 2 ist mit einem definierten Außendurchmesser DA hergestellt worden. Das insbesondere als Aluminiumprofil ausgebildete zweite Bauteil 3 weist einen Innendurchmesser DI auf, der um ein paar 1/100 mm oder ein bis zwei Zehntel kleiner ist als der Außendurchmesser DA des ersten Bauteils 2. Das zweite Bauteil 3 ist erhitzt worden, so dass sich der Innendurchmesser DI durch den großen Ausdehnungskoeffizienten des Leichtmetalls leicht um einige 1/100 mm oder 1/10 mm erhöht hat. Das erste Bauteil 2 ist nach dem Erhitzen und der damit verbundenen Ausdehnung des Innendurchmessers DI des zweiten Bauteils 3 in das zweite Bauteil 2 geschoben worden. Nach dem Abkühlen des zweiten Bauteils 3 ist eine unlösbare Pressverbindung zwischen dem ersten 2 und dem zweiten Bauteil 3 entstanden. Ein derartig hergestellter Portalarm 1 eines Portalsystems zur Positionierung von wenigstens einem Bestückkopf in einer SMT-Bestückmaschine weist eine hohe Biegesteifigkeit und Torsionssteifigkeit, eine geringe Masse und eine hohe lokale Steifigkeit auf. Ferner gewährleistet ein derartig hergestellter Portalarm 1 eines Portalsystems eine gute Montagefähigkeit von zusätzlichen Elementen wie Linearführungen und Maßstäben an dem Portalarm 1 und ist kostengünstig herzustellen.
In 4 ist schematisch ein Querschnitt durch eine Ecke eines Portalarms 1 des Portalsystems gemäß 3 dargestellt. Zwischen der in den 3 und 4 rechten Außenseite 4 des zweiten Bauteils 3 ist eine Magnetschiene 6 schwimmend angeordnet. Das heißt, die Magnetschiene 6 ist auf der einen Seite durch die Anschlagschultern 8 der Halteelemente 5 gehalten. Zwischen der Magnetschiene 6 und der Außenseite 4 des zweiten Bauteils 3 sind Federelemente oder Dichtungen 9 angeordnet. Durch die Federelemente beziehungsweise Dichtungen 9 ist sichergestellt, dass die Magnetschiene 6 nicht die Außenseite 4 des zweiten Bauteils 3 kontaktiert. Die Federelemente beziehungsweise Dichtungen 9 gewährleisten, dass die Magnetschiene 6 mit einer bestimmten Vorspannungskraft gegen die Anschlagschultern 8 der Halteelemente 5 gedrückt wird. Die an beiden Längsseiten angeordneten Halteelemente 5 übergreifen die Magnetschiene 6, so dass diese fest an den Anschlagschultern 8 sitzt. Hierdurch liegen die Verankerungspunkte mit dem zweiten Bauteil 3 außen an der Magnetschiene 6, was die Wärmekopplung zwischen der Magnetschiene 6 und dem zweiten Bauteil 3 niedrig hält.
An der Magnetschiene 6 ist ein magnetisches Element 7, insbesondere in Form eines Permanentmagneten, angeordnet. An dem magnetischen Element 7 kann ein nicht dargestelltes Spulenteil eines Linearmotors entlanglaufen. Durch die Anschlagschultern 8 ist eine definierte Anlage für die Magnetschiene 6 auf ihrer Oberseite geschaffen, so dass der Abstand zu dem Spulenteil eines Linearmotors unabhängig von der Ebenheit des zweiten Bauteils 3 und der Dicke der Magnetschiene 6 ist. Die elektromagnetischen Wechselbeziehungen zwischen dem Spulenteil eines Linearmotors und der Magnetschiene 6 werden nicht durch unterschiedliche Abstände beeinträchtigt. Da die Magnetschiene 6 nicht unmittelbar am zweiten Bauteil 3 aufliegt, wird ein direkter Wärmekontakt vermieden, so dass eine einseitige Erwärmung des zweiten Bauteils 3 entlang der Magnetschiene 6 weitgehend vermieden werden kann.
An der Außenseite 4 des zweiten Bauteils 3, an der die Magnetschiene 6 angeordnet ist, sind zusätzlich Führungsschienen 10 aus Stahl angeordnet. An der gegenüberliegenden Außenseite 4 des zweiten Bauteils 3 sind Schienen beziehungsweise Temperaturausgleichselemente 11 aus einem Faserverbundmaterial, insbesondere aus einem Kohlenstofffaserverbund, befestigt. Die Führungsschienen 11 aus Faserverbundmaterial können Verdrehungen oder Biegungen, die durch Temperaturschwankungen an den Führungsschienen aus Stahl verursacht werden, kompensieren.
5 zeigt schematisch in einer Frontansicht ein erstes Portalsystem 20 aufweisend einen Portalrahmen 23 und wenigstens einen am Portalrahmen 23 beweglich gelagerten Portalarm 1. In 6 ist das erste Portalsystem gemäß 5 schematisch in einer Seitenansicht dargestellt. Das Portalsystem 20 ist als hängendes Portalsystem 20 mit zentraler Krafteinleitung ausgebildet. Der Portalarm 1 ist über eine Portalanbindung 21 an dem Portalrahmen 23 bewegbar gelagert. Das Portalsystem 20 ist an einem Rahmenelement 22 befestigt. Die Portalanbindung 21 ermöglicht das Verfahren des Portalarms 1 und damit des an dem Portalarm 1 bewegbar gelagerten Bestückkopfes 30 in einer ersten Richtung. Die Portalanbindung 21 weist einen Linearantrieb 26 und wenigstens einen, hier zwei Führungswagen 27 auf. An dem Portalrahmen 23 sind zur Führung des Portalarms 1 ein Magnet 24 und Führungsschienen 25 vorgesehen, an denen die Führungswagen 27 der Portalanbindung 21 entlanglaufen. Über den Linearantrieb 26 und die Magneten 24 kann der Portalarm 1 entlang der ersten Richtung bewegt werden.
An dem Portalarm 1 ist ein Bestückkopf 30 beweglich gelagert. Der Bestückkopf 30 ist über eine Montageplatte 31 entlang einer zur ersten Richtung senkrechten zweiten Richtung an dem Portalarm 1 beweglich gelagert. Das heißt, an der Montageplatte 31 sind ein Linearantrieb 32 und wenigstens ein, hier zwei Führungswagen 33 vorgesehen. Die Führungswagen 33 laufen entlang den Führungsschienen 10 des Portalarms 1 entlang. Der Portalarm 1 weist einen Magneten 7 auf. Über den Linearantrieb 32 ist der Bestückkopf 30 entlang des Magneten 7 des Portalarms 1 entlang der zweiten Richtung verfahrbar.
7 zeigt schematisch in einer Frontansicht ein zweites Portalsystem 20 aufweisend einen Portalrahmen 23 und wenigstens einen am Portalrahmen 23 beweglich gelagerten Portalarm 1. In 8 ist das zweite Portalsystem gemäß 7 schematisch in einer Seitenansicht dargestellt. Das Portalsystem 20 ist als hängendes Portalsystem 20 mit seitlicher Krafteinleitung ausgebildet. Der Portalarm 1 ist auf dem Rahmenelement 23 des Portalsystems 20 entlang einer ersten Richtung verfahrbar. An dem Rahmenelement 23 sind Führungsschienen 25 und ein Magnet 24 angeordnet. Der Portalarm 1 ist an seinen Enden 12 beweglich an dem Rahmenelement 23 gelagert. An den Enden 12 des Portalarms 1 sind wenigstens ein Linearanrieb 26 und zwei Führungswagen 27 vorgesehen, die zur Verschiebung des Portalarms 1 entlang des Rahmenelementes 23 mit den Magneten 24 und den Führungsschienen 25 des Rahmenelementes 23 zusammenwirken. Der Portalarm 1 weist Anschlagschultern 8 auf, an denen eine Magnetschiene 6 des Portalarms 1, wie in den 3 und 4 dargestellt, befestigt ist. An der Magnetschiene 6 ist ein Magnet 7 angeordnet, der mit dem Linearantrieb 32 des Bestückkopfes 30 zusammenwirkt, um den Bestückkopf 30 entlang einer zweiten Richtung, die senkrecht zur ersten Richtung verläuft, zu verfahren. Dabei verfahren Führungswagen 33 des Bestückkopfes 30 entlang den Führungsschienen 10 des Portalarms 1.
Die Portalsysteme 20, die in den 5 bis 8 dargestellt sind, ermöglichen ein zweidimensionales Verfahren des Bestückkopfes 30. Der Bestückkopf 30 kann selbst in einer dritten Richtung, die senkrecht zu den ersten beiden Richtungen verläuft, verfahren werden.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele, -varianten, -alternativen und Abwandlungen beschrieben und in den 1 bis 8 veranschaulicht. Diese Beschreibungen und Darstellungen sind rein schematisch und schränken den Schutzumfang der Ansprüche nicht ein, sondern dienen nur deren beispielhafter Veranschaulichung. Es versteht sich, dass die Erfindung auf vielfältige Weise ausgeführt und abgewandelt werden kann, ohne den Schutzumfang der Patentansprüche zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Portalarm
2: erstes Bauteil
3: zweites Bauteil
4: Außenseite zweites Bauteil
5: Halteelement
6: Magnetschiene
7: magnetisches Element
8: Anschlagschulter
9: Federelemente / Distanzbuchsen / Schnur
10: Führungsschiene
11: Führungsschiene
12: Enden des Portalarms
DI: Innendurchmesser zweites Bauteil
DA: Innendurchmesser erstes Bauteil
20: Portalsystem
21: Portalanbindung
22: Rahmenelement
23: Portalrahmen
24: Magnet
25: Führungsschiene
26: Linearantrieb
27: Führungswagen
30: Bestückkopf
31: Montageplatte Bestückkopf
32: Linearantrieb
33: Führungswagen

Claims

Portalsystem (20) zur Positionierung von wenigstens einem Bestückkopf (30) in einer SMT-Bestückmaschine, aufweisend einen Portalrahmen (23) und wenigstens einen am Portalrahmen (23) bewegbar gelagerten Portalarm (1), an dem wenigstens ein Bestückkopf (30) beweglich lagerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Portalarm (1) ein erstes Bauteil (2) und ein zweites Bauteil (3) aufweist, wobei das erste Bauteil (2) aus einem Faserverbundmaterial und das zweite Bauteil (3) aus Leichtmetall ausgebildet sind, und wobei das zweite Bauteil (3) das erste Bauteil (2) verdrehsicher und zumindest abschnittsweise einander kontaktierend umgibt.
Portalsystem (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauteil (2) und das zweite Bauteil (3) kraftschlüssig miteinander verbunden sind.
Portalsystem (20) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauteil (2) und das zweite Bauteil (3) durch eine Pressverbindung miteinander verbunden sind.
Portalsystem (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauteil (2) als Hohlprofil, insbesondere mit einem kreisrunden Querschnitt, ausgebildet ist.
Portalsystem (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Faserverbundmaterial des ersten Bauteils (2) Kohlenstofffasern aufweist.
Portalsystem (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Bauteil (3) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung ausgebildet ist.
Portalsystem (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Bauteil (3) an wenigstens einer Außenseite (4) Halteelemente (5) zum Fixieren einer Magnetschiene (6) des Portalsystems (20), an der ein magnetisches Element (7) angeordnet werden kann, aufweist.
Portalsystem (20) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Halteelement (5) eine Anschlagschulter (8) aufweist, die so ausgebildet ist, dass sie die Magnetschiene (6) auf deren dem zweiten Bauteil (3) abgewandten Oberseite übergreift, wobei die Anschlagschulter (8) in einer definierten Höhe über dem zweiten Bauteil (3) angeordnet ist und wobei der Abstand zwischen der Außenseite (4) des zweiten Bauteils (3) und jeder Anschlagschulter (8) größer als die Dicke der Magnetschiene (6) ist.
Portalsystem (20) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetschiene (6), insbesondere unter einer elastischen Vorspannung, schwimmend an der Außenseite (4) des zweiten Bauteils (3) gelagert ist.
Portalsystem (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Magnetschiene (6) und der Außenseite (4) des zweiten Bauteils (3) Federelemente, Distanzbuchsen oder eine Schnur (9) vorgesehen sind.
Portalsystem (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Außenseite (4) des zweiten Bauteils (3) Führungsschienen (10) aus Stahl und an der gegenüberliegenden Außenseite (4) des zweiten Bauteils (3) Schienen (11) aus einem Faserverbundmaterial, insbesondere aus einem Kohlenstofffaserverbund, befestigt sind.
Verfahren zur Herstellung eines Portalsystems (20) zur Positionierung von wenigstens einem Bestückkopf (30) in einer SMT-Bestückmaschine, wobei das Verfahren durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet ist: a) Bereitstellen eines ersten Bauteils (2), das aus einem Faserverbundmaterial ausgebildet ist, b) Anordnen eines zweiten Bauteils (3), das aus einem Leichtmetall ausgebildet ist, derart um das erste Bauteil (2), dass das zweite Bauteil (3) verdrehsicher zum ersten Bauteil (2) angeordnet ist und dieses zumindest abschnittsweise kontaktiert.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Bauteil (3) auf das erste Bauteil (2) zur Bildung einer Pressverbindung aufgeschrumpft wird.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Verfahren ein Portalsystem (20) mit den Merkmalen eines der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 11 hergestellt wird.