DE102022115459A1

DE102022115459A1 - Verfahren zum Absaugen von Partikeln, insbesondere beim Heraustrennen von einzelnen Leiterplatten aus einem Leiterkartennutzen, Absaugeinrichtung, Absaugsystem und Trennmaschine

Info

Publication number: DE102022115459A1
Application number: DE102022115459.9A
Authority: DE
Inventors: Markus Ganter; Tobias Kühne
Original assignee: Schunk Electronic Solutions GmbH
Current assignee: Schunk Electronic Solutions GmbH
Priority date: 2022-06-21
Filing date: 2022-06-21
Publication date: 2023-12-21
Also published as: WO2023247084A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Absaugen von Partikeln (40) beim Heraustrennen von Werkstücken (11) aus einem Plattenmaterial, und insbesondere beim Heraustrennen von einzelnen Leiterplatten (12) aus einem Leiterkartennutzen (14), sowie eine Absaugeinrichtung (28), ein Absaugsystem (20) und eine Trennmaschine (10), wobei beim Heraustrennen des Werkstücks (11) und beim Absaugen der beim Heraustrennen entstehenden Partikel (40) ein mit einer Pulsfrequenz pulsierenden Druckluftstrom (46a, 46b, 46c) auf das Werkstück gerichtet wird, derart, dass am Werkstück (11) anhaftende Partikel (40) abgelöst werden und/oder dass das Werkstück (11) aufgrund des auftreffenden pulsierender Druckluftstroms (46a, 46b, 46c) in Schwingung versetzt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Absaugen von Partikeln beim Heraustrennen von Werkstücken aus einem Plattenmaterial, und insbesondere beim Heraustrennen von einzelnen Leiterplatten aus einem Leiterkartennutzen (Leiterkartenpaneel). Weiter betrifft die Erfindung eine Absaugeinrichtung, ein Absaugsystem mit einer solchen Absaugeinrichtung und eine Trennmaschine zum Heraustrennen von Werkstücken aus Plattenmaterial mit einem solchen Absaugsystem und/oder einer solchen Absaugeinrichtung.
Bei der Anwendung von Industrie-Automatisierungssystemen ist der Einsatz von hocheffizienter und präziser Fertigungstechnik eine Grundvoraussetzung. Ein wichtiger Verfahrensschritt bei der Fertigung elektronischer Baugruppen ist die Trennung von Leiterkartennutzen in Einzelbaugruppen, also in einzelne Leiterplatten, und zwar nach dem Bestücken mit Bauteilen und anschließendem Verlöten. Bei der heutigen Komplexität von Baugruppen und Schaltungsaufbauten sind Verschmutzungen und Kontaminationen von Baugruppen und Leiterplatten durch dabei entstehende Partikel und Staub äußerst kritisch. Dadurch werden nicht nur die Produktionsausbeuten in der Elektronikfertigung geringer; unerkannte Fehler in Baugruppen können weitreichende Folgen für die Produktsicherheit haben. Daher ist insbesondere die möglichst vollständige Erfassung und Abscheidung von Partikeln und Stäuben bei der Bearbeitung von Leiterkartennutzen und Leiterplatten wichtig.
Es ist bekannt entstehende Partikel über eine Absaugung direkt am Fräskopf bzw. Trennkopf beim Bearbeiten abzusaugen. Dennoch können sich gerade sehr kleine Partikel an den Werkstücken festsetzen und werden vom Unterdruck der Absaugung nicht erfasst und entfernt. Durch diese Ablagerungen können unter anderem ungewollte Kurzschlüsse zwischen den Anschlüssen der elektronischen Bauteile der Einzelbaugruppen hervorgerufen werden.
Unter Umweltaspekten ist eine minimale Schadstofffreisetzung in die Raumluft ebenfalls von Bedeutung. Die entstehenden Partikel können die Gesundheit der Bedienperson eines Nutzentrenners bzw. Trennmaschine beeinträchtigen, wenn sie eingeatmet werden. Schädigung der Atemwege, sowie die Aufnahme von Giftstoffen in den Körper können die Folge sein.
Bei Untersuchungen wurde zudem festgestellt, dass entstehende Fräspartikel sehr stark abrasiv sind und zu einer starken Abnutzung von Bauteilen in der Trennmaschine führt. Werden die Staubpartikel nur unzureichend entfernt, können sie sich nicht nur auf den Werkstücken absetzen, sondern auch in der gesamten Trennmaschine. Dies führt wiederum zu Ausfällen und höheren Kosten durch Verschleiß und Wartung der Trennmaschine. Ausfälle und abweichende Toleranzen sind die Folge. Chargen der bearbeiteten Werkstücke können qualitativ mangelhaft sein und können nicht weiter für Endprodukte genutzt werden.
Aus der DE 101 52 401 A1 ist eine Fräsmaschine mit einem Spanabsauggehäuse am Fräser bekannt.
Aus der DE102018211278A1 ist eine Absaugeinrichtung für eine Bearbeitungsvorrichtung, insbesondere eine spanend arbeitende Bearbeitungsvorrichtung bekannt, welche einen Druckluftkanal aufweist, der zum Ausbilden eines Druckluftstrahls in Richtung des zu reinigenden Bereichs eingerichtet ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Prozesssicherheit beim Trennen von Werkstücken, und insbesondere beim Heraustrennen von einzelnen Leiterplatten aus einem Leiterkartennutzen, zu steigern.
Die Aufgabe wird insbesondere durch ein Verfahren zum Absaugen von Partikeln beim Heraustrennen von Werkstücken aus einem Plattenmaterial, und insbesondere beim Heraustrennen von einzelnen Leiterplatten aus einem Leiterkartennutzen, gemäß Anspruch 1 gelöst. Insbesondere ist also vorgesehen, dass beim Heraustrennen des Werkstücks und beim Absaugen der beim Heraustrennen entstehenden Partikel ein mit einer Pulsfrequenz pulsierender Druckluftstrom auf das Werkstück derart gerichtet wird, dass am Werkstück anhaftende Partikel abgelöst werden und/oder dass das Werkstück aufgrund des auftreffenden pulsierenden Druckluftstroms in Schwingung versetzt wird.
Dies hat den Vorteil, dass zum einen Partikel direkt durch den pulsierenden Druckluftstrom von der Leiterplatte abgelöst werden können und dass zum anderen die Leiterplatte durch den pulsierenden Druckluftstrom in Schwingung versetzt werden kann, wobei anhaftende Partikel, insbesondere Staub und/oder Späne, vom Werkstück gelöst werden. Durch das Schwingen des Werkstücks wird auch das Absetzen von noch nicht abgesaugten Partikeln auf dem Werkstück reduziert. Dadurch sorgt das Absaugen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren für ein wenigstens weitgehend und idealerweise vollständig partikel- bzw. staubfreies Endprodukt, wodurch die Prozesssicherheit gesteigert wird.
Insbesondere sehr kleine Partikel werden von bisherigen bekannten Absaugungen aus dem Stand der Technik nicht erfasst, da die Saugleistung, also der mögliche erzeugbare Unterdruck oder der Volumenstrom, nicht ausreicht und nicht unbegrenzt erhöht werden kann. Bei Partikeln mit einer Partikelgröße im Bereich von 40 bis 80 um, insbesondere kleiner 40 um, wie sie beim Trennen von Einzelbaugruppen aus Leiterkartennutzen entstehen, überwiegt die Adhäsion am Werkstück. Die Adhäsion dieser Partikel wird insbesondere durch elektrostatische Aufladung der Partikel verursacht, wodurch Adhäsionskräfte zwischen den Partikeln und der Leiterplatte und/oder den Bauteilen wirken. Diese Partikel können mit herkömmlichen Verfahren nur mechanisch von den elektrischen Baugruppen entfernt werden, wie beispielsweise durch sich bewegende Bürsten. Dies birgt die Gefahr, dass die oft kleinen und empfindlichen auf den Leiterplatten aufgebrachten und verlöteten Bauteile beschädigt oder abgerissen werden. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird das Entfernen der Kleinstpartikel von der Oberfläche der Leiterplatten im Absaugvorgang mit den Partikeln größer als 80 µm prozesssicher ermöglicht und die Ablagerung der Partikel durch das Schwingen der Leiterplatte wird vermindert. Außerdem sinkt die Partikelbelastung im Inneren der Trennmaschine, insbesondere im Bearbeitungsbereich und am Trennwerkzeug, was zu einer längeren Standzeit, größeren Reinigungs- und Wartungsintervallen führt und somit die Kosten des Herstellungsprozesses senkt.
Als Vorteilhaft hat sich gezeigt, wenn die Pulsfrequenz im Bereich von 1 - 60 Hz, insbesondere von 20 - 40 Hz, und weiter insbesondere von 30 Hz, liegt. Durch diese Frequenzen können Partikel von Werkzeug und Leiterplatte entfernt werden und die Leiterplatte optimal durch den Druckluftstrom zum Schwingen angeregt werden, ohne dass die darauf befindlichen Bauteile beschädigt oder durch die Schwingungen abgelöst werden.
Es ist denkbar, dass die Pulsfrequenz vorgegeben oder einstellbar ist und dass die Pulsfrequenz in Abhängigkeit von Werkstückparametern verstellbar ist. Zur Vereinfachung des Verfahrens kann die Pulsfrequenz vorgegeben sein und in einem gewissen Bereich gesteuert sein. Für andere Anwendungsfälle, wenn beispielsweise verschiedene Leiterplatten hintereinander getrennt werden, kann die Pulsfrequenz einstellbar sein. Vorteilhafterweise und zur weiteren Steigerung der Prozesssicherheit kann die Pulsfrequenz in Abhängigkeit von Werkstückparametern verstellt werden, dies kann beispielsweise manuell geschehen oder mithilfe einer Datenbank, in der Werkstückparameter hinterlegt sind.
Weiterhin ist vorteilhaft, wenn während des Absaugvorgangs eine Schwingfrequenz des Werkstückes gemessen wird und wenn in Abhängigkeit der Schwingfrequenz die Pulsfrequenz geregelt wird. Dies ist eine vorteilhafte Weiterentwicklung vom vorherigen Aspekt, denn durch eine Regelung der Pulsfrequenz des Druckluftstroms kann die Schwingfrequenz des Werkstücks immer in einem für die Ablösung der Partikel sicheren Bereich bleiben. Dadurch kann die Prozesssicherheit weiter gesteigert werden.
Weiter ist denkbar, dass die Schwingfrequenz des Werkstückes mittels einer optischen Kamera oder eines Schwingungssensors gemessen wird. Eine Kamera ist oftmals schon zur Erkennung der zu trennenden Leiterkartennutzen in einer Trennmaschine vorhanden. Das erzeugte Bildmaterial kann zusätzlich zur Bestimmung der Schwingfrequenz genutzt werden. Falls die Schwingungsamplitude des schwingenden Leiterkartennutzens zu gering ist und nicht von der Kamera detektiert werden kann, ist es vorteilhaft einen Schwingungssensor zur zuverlässigen Messung der Schwingungsgrößen vorzusehen.
Zudem ist vorteilhaft, wenn die den Druckluftstrom bildende Druckluft ionisiert ist. Elektrostatische Potenziale werden durch die Reibung des Trennwerkzeugs, insbesondere des Fräsers oder einer Säge, beim Trennvorgang aufgebaut. Durch das elektrostatische Potenzial haften die Partikel stärker am Leiterkartennutzen. Um dies zu vermeiden muss das elektrostatische Potenzial der Partikel abgebaut werden. Mit ionisierten Molekülen in der Druckluft können elektrostatische Potenziale, insbesondere der Partikel, abgebaut bzw. ausgeglichen werden und die Partikel lösen sich besser vom Leiterkartennutzen, den Leiterplatten und den Komponenten des Trennkopfes.
Es kann ferner vorgesehen sein, wenn der Druckluftstrom von wenigstens einer und vorzugsweise drei Druckluftdüsen innerhalb einer um eine Mittelachse verlaufenden Absaugöffnung erzeugt wird und einen Wirbel um die Mittelachse bildet. Durch die Bildung eines Wirbels wird der Ablöseeffekt der Partikel weiter gesteigert.
Es hat sich weiter als vorteilhaft gezeigt, wenn der abgesaugte Luft-Volumenstrom samt Partikel größer ist als der eingeblasene Druckluftstrom. Dadurch kann sichergestellt werden, dass ein Unterdruck, der zu Absaugung der Partikel führt, prozesssicher aufgebracht werden kann.
Die eingangs genannte Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch eine Absaugeinrichtung zur Absaugung von Partikeln beim Heraustrennen von Werkstücken aus einem Plattenmaterial, und insbesondere beim Heraustrennen von einzelnen Leiterplatten aus einem Leiterkartennutzen, und weiter insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Absaugeinrichtung sieht eine um eine Mittelachse verlaufende Absaugöffnung und wenigstens eine zur Erzeugung eines entlang einer Hauptluftstromrichtung gerichteten Druckluftstroms vorgesehen Druckluftdüse vor. Die Druckluftdüse ist insbesondere innerhalb der Absaugöffnung derart angeordnet, dass die Hauptluftstromrichtung auf das zu trennende Werkstück gerichtet ist. Weiter ist eine Druckluftleitung zur Versorgung der Druckluftdüse mit Druckluft vorgesehen. Eine Ventileinheit ist innerhalb der Druckluftleitung vorgesehen, die zur Erzeugung eines mit einer Pulsfrequenz pulsierenden Druckluftstroms derart eingerichtet ist, dass am Werkstück anhaftende Partikel abgelöst werden und/oder dass das Werkstück aufgrund des auftreffenden pulsierender Druckluftstroms in Schwingung versetzt wird. Dadurch kann die Prozesssicherheit weiter erhöht werden.
Es kann weiter vorgesehen sein, dass die Ventileinheit als elektrisch angesteuertes Schaltventil ausgebildet und dass eine Steuereinheit zur Ansteuerung des Schaltventils zur Erzeugung der Pulsfrequenz vorgesehen sind. Dies hat den Vorteil, dass eine einfache Ansteuerung des Schaltventils und Integration des erfindungsgemäßen Verfahrens in eine handelsübliche Steuerung bzw. in eine Maschinensteuerung ermöglicht wird.
Es hat sich weiter als vorteilhaft herausgestellt, wenn das Schaltventil von der Steuereinheit so angesteuert wird, dass die Pulsfrequenz im Bereich von 1 - 60 Hz, insbesondere von 20 - 40 Hz, und weiter insbesondere von 30 Hz, liegt. Vorteilhafterweise überträgt sich die Pulsfrequenz des Druckluftstroms auf das Werkstück und das Werkstück schwingt dann um anhaftende Partikel abzulösen.
Es ist ferner denkbar, dass die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, das Schaltventil in Abhängigkeit von Werkstückparametern zu steuern und/oder in Abhängigkeit einer gemessenen Schwingfrequenz zu regeln. Dies ist vorteilhaft, weil dadurch eine noch höhere Prozesssicherheit durch Einhalten von Toleranzen in der Schwingfrequenz gewährleistet wird.
Es kann weiter vorgesehen sein, dass ein Ionisator zur Ionisierung der den Druckluftstrom bildende Druckluft vorgesehen ist. Dadurch kann die ionisierte Druckluft in der Nähe der Trennmaschine erzeugt werden um eine bestmögliche Ionisierung der Luft-Moleküle zu gewährleisten, welche zur Bildung der Druckluft genutzt werden. Deshalb ist es vorteilhaft, wenn die wenigstens eine Druckluftdüse aus einem nichtleitenden Material, insbesondere aus einem nichtleitenden Kunststoff, ist. Mit dem nichtleitenden Kunststoff wird vorteilhafter Weise der ionisierte Zustand der Luft-Moleküle aufrechterhalten und die Ionisation der Luft-Moleküle wird nicht ausgeglichen, bis die Druckluft des Druckluftstroms auf das Werkstück bzw. die zu entfernenden Partikel treffen.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass ein die Absaugöffnung bildender Düsenring vorgesehen ist, an dem die wenigstens eine Druckluftdüse und vorzugsweise drei Druckluftdüsen mit einem Winkelabstand von 120° zueinander angeordnet sind. Mit drei Druckluftdüsen kann eine vorteilhafte Masse an Druckluft durch den Druckluftstrom auf das Werkstück geleitet werden. Durch die Anordnung der Druckluftdüsen an einem Bauteil ist die Montierbarkeit an einer Trennmaschine vorteilhaft gestaltet.
Dabei ist vorteilhaft, wenn die Hauptluftstromrichtung der wenigstens einen Druckluftdüse derart verläuft, dass im Betrieb der Druckluftstrom einen Wirbel um die Mittelachse erzeugt.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass der Düsenring eine runde Außenkontur mit einer Flachstelle aufweist, wobei an der Flachstelle ein oder mehrere Druckluftanschlüsse vorgesehen sind.
Es ist auch vorteilhaft, wenn der Düsenring auf einer der Absaugöffnung zugewandten Oberseite einen die Absaugöffnung umgebenden, umlaufenden Absatz mit einer Absatzkante aufweist und wenn die wenigstens eine Druckluftdüse an der Absatzkante vorgesehen ist. Dies hat den Vorteil, dass die Anordnung der Druckluftdüse an der Absatzkante wenig Störungen in den aus der Druckluftdüse austretenden Druckluftstrom eingebracht werden und sich dieser bestmöglich ausbilden kann.
Der Düsenring kann eine der Absaugöffnung zugewandte Oberseite und eine der Absaugöffnung abgewandte Unterseite aufweisen, wobei die Oberseite und Unterseite parallel zueinander sind.
Es ist weiterhin denkbar, dass der Düsenring eine Sensoraufnahme für einen Werkzeugsensor aufweist, wobei eine auf die Sensoraufnahme gerichtete Sensordüse vorgesehen ist. Der Sensor ist insbesondere dazu eingerichtet eine Abnutzung oder einen Bruch des Trennwerkzeuges zu detektieren. Aufgrund von Ablagerungen der Partikel kann die Funktion des Sensors eingeschränkt sein, da dieser insbesondere ein optischer Sensor sein kann. Die Sensordüse ist vorteilhafterweise dazu eingerichtet, die abgelagerten Partikel am Sensor mit Druckluft abzublasen.
Die eingangs genannte Aufgabe wird auch gelöst durch ein Absaugsystem mit einer Unterdruckquelle, mit Unterdruckleitungen zum Anschluss einer Absaugeinrichtung an die Unterdruckquelle und mit Verstelleinrichtungen zur Verstellung der Unterdruckleitungen an eine verfahrbare Position der Absaugeinrichtung, wobei die Absaugeinrichtung eine erfindungsgemäße Absaugeinrichtung ist und/oder nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird. Vorteilhafterweise ist die Absaugeinrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren so aufeinander angepasst, dass das Absaugen optimal funktioniert und alle Komponenten miteinander zusammenwirken. Dies führt zu einer Steigerung der Prozesssicherheit.
Die eingangs genannte Aufgabe wird auch gelöst durch eine Trennmaschine zum Heraustrennen von Werkstücken aus einem Plattenmaterial, insbesondere von einzelnen Leiterplatten aus einem Leiterkartennutzen, mit einem Trennkopf, mit einer zentralen Steuereinheit, und mit einem Absaugsystem mit einer erfindungsgemäßen Absaugeinrichtung. Diese Absaugeinrichtung wird dabei insbesondere nach einem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben, wobei die Steuereinheit weiter insbesondere dazu eingerichtet ist den Trennkopf und die Ventileinheit der Absaugeinrichtung parallel anzusteuern.
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen, anhand derer Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben und erläutert sind.
Es zeigen:

1: eine Trennmaschine zum Heraustrennen von Leiterplatten aus einem Leiterkartennutzen mit einem Absaugsystem mit einer Absaugeinrichtung;
2: eine schematische Schnittdarstellung der Absaugeinrichtung gemäß 1;
3: einen Düsenring der Absaugeinrichtung gemäß 1;
4: eine Draufsicht des Düsenrings gemäß 3;
5: eine Seitenansicht des Düsenrings gemäß 4; und
6: eine Ansicht der Trennmaschine gemäß 1 von schräg oben in die Absaugöffnung hinein.

In der 1 ist eine Trennmaschine 10 zum Heraustrennen eines Werkstücks 11 aus einem Plattenmaterial, und zwar zum Heraustrennen von Leiterplatten 12 aus einem plattenförmigen Leiterkartennutzen 14 gezeigt.
Die Trennmaschine 10 umfasst einen Trennkopf 16, eine zentralen Steuereinheit 17 (in 2 gezeigt) und ein Absaugsystem 20. Achsantriebe zum Verfahren des Trennkopfes 16, sowie weitere Komponenten der Trennmaschine 10 sind zugunsten der Übersichtlichkeit nicht gezeigt.
Der Trennkopf 16 weist zum Heraustrennen der Leiterplatte 12 aus dem Leiterkartennutzen 14 einen Antrieb 18 und ein Trennwerkzeug 19, wie beispielsweise einen Fräser, auf.
Das Absaugsystem 20 umfasst eine Unterdruckquelle 22 und Unterdruckleitungen 24 mit einem Anschluss 26 an eine Absaugeinrichtung 28, welche am Trennkopf 16 angeordnet ist.
Weiterhin ist eine Verstelleinrichtung 30 zur Anpassung der Unterdruckleitungen 24 an die Position der Absaugeinrichtung 28 gezeigt, um der variablen Position des verfahrbaren Trennkopfs 16 folgen zu können. Vorzugsweise sind mehrere Verstelleinrichtungen (nicht dargestellt) vorgesehen, um die Anpassung der Unterdruckleitungen 24 in alle Bewegungsrichtungen des Trennkopfes 16 zu ermöglichen.
Die Absaugeinrichtung 28, die auch in 2 gezeigt ist, umfasst einen ringförmigen Düsenring 32 und einen auf dem Düsenring 32 angeordneten Bürstenring 34. Der Düsenring 32 bildet eine Absaugöffnung 36 um eine Mittelachse 38. 6 zeigt eine Ansicht von schräg oben in die Absaugöffnung 36. Der Bürstenring 34, bzw. dessen Borsten, liegen - wie in 6 zu erkennen ist - beim Heraustrennen der Leiterplatte 12 am Leiterkartennutzen 14 und/oder an der Leiterplatte 12 an.
In der 2 ist die Absaugeinrichtung 28 mit dem Düsenring 32 schematisch vereinfacht als Schnittdarstellung um den Trennkopf 16 gezeigt. Der Antrieb 18 des Trennkopfes 16, der beispielsweise als Elektromotor oder Pneumatikmotor ausgebildet ist, treibt das Trennwerkzeug 19 an. Das Trennwerkzeug 19 bearbeitet den Leiterkartennutzen 14 und trennt dabei einzelne Leiterplatten 26 heraus. Beim Heraustrennen entstehen Partikel 40, wie Staub und/oder Späne. Weiter wird in 2 gezeigt, dass die beim Bearbeiten des Leiterkartennutzen 14 entstehenden Partikel 40 einem abgesaugten Luft-Volumen, angedeutet durch die Pfeile 42, durch die Absaugöffnung 36 aufgrund des Unterdrucks, den die Unterdruckquelle 22 erzeugt, abgesaugt wird.
Der Düsenring 32 weist in Summe drei Druckluftdüsen 44a, 44b und 44c, wie sie in 3 gezeigt sind, auf, wobei in der 2 aufgrund der Schnittdarstellung lediglich zwei Druckluftdüsen 44a und 44b gezeigt sind. Die Druckluftdüsen 44a, 44b und 44c bilden jeweils einen Druckluftstrom 46a, 46b und 46c entlang jeweils einer Hauptluftstromrichtung 48a, 48b und 46c hin zur Leiterplatte 12 und/oder zum Leiterkartennutzen 14 aus.
Weiterhin ist in 2 ein elektrisches Schaltventil 50 schematisch gezeigt, welches zwei Druckluftanschlüsse 52 und 54 aufweist. Der Druckluftanschluss 52 ist mit einer Druckluftquelle 56 und einem Luftionisator 58 verbunden. Der Druckluftanschluss 54 ist an eine Druckluftleitung 60 angeschlossen, welche das Schaltventil 50 mit den Druckluftdüsen 44a, 44b und 44c im Düsenring 32 verbindet.
Das Schaltventil 50 ist als elektrisches Schnellschaltventil ausgebildet und weist eine Schnittstelle 62 auf. Über die Schnittstelle 62 ist das Schaltventil 50 mit der zentralen Steuereinheit 17 der Trennmaschine 10 verbunden. Die Steuereinheit 17 steuert das Schaltventil 50 an, sodass das Schaltventil 50 die Druckluft, welche aus der Druckluftquelle 56 stammt und vorteilhafterweise ionisiert ist, und letztlich die Druckluftströme 46a, 46b und 46c bildet, so beeinflusst, dass die aus den Druckluftdüsen 44a, 44b und 44c austretenden Druckluftströme 46a, 46b und 46c pulsieren. Die Ansteuerung des Schaltventils 50 durch die Steuereinheit 17 erfolgt insbesondere so, dass die Pulsfrequenz im Bereich von 1 - 60 Hz liegt. Die Pulsfrequenz ist vorteilhafterweise variabel auf die Werkstückparameter des Leiterkartennutzens 14 einstellbar.
Durch die pulsierenden Druckluftströme 46a, 46b und 46c wird vorteilhafterweise der Leiterkartennutzen 14 zum Schwingen angeregt und darauf abgelagerte Partikel 40, wie Späne und/oder Staub, werden entfernt bzw. abgeschüttelt, sodass die abgelösten Partikel 40 abgesaugt werden können.
Ein in 2 gezeigter Sensor 64 zur Aufnahme der Schwingfrequenz des Leiterkartennutzens 14 ist mit dem Leiterkartennutzen 14 gekoppelt und mit der Steuereinheit 17 verbunden. Durch die Schwingfrequenz des Leiterkartennutzens 14 als Messgröße wird eine Regelung der Schwingfrequenz der Leiterplatte 12 mittels der Steuereinheit 17 ermöglicht. Weiterhin ist die Steuereinheit 17 insbesondere auch mit dem Antrieb 18 des Trennkopfs 16 verbunden und steuert diesen parallel mit dem Schaltventil 50 während des Trennvorgangs sowie weiteren Maschinenfunktionen der Trennmaschine 10.
Der Bürstenring 34 liegt während des Trennvorgangs am Leiterkartennutzen 14 und/oder der herauszutrennenden Leiterplatte 12 an und dichtet die Absaugöffnung 36 gegen die Umgebung 66 ab, sodass sich der Unterdruck bis zum Leiterkartennutzen 14 erstreckt. Dadurch wird die Erfassung und Absaugung der Partikel 40 besonders gut ermöglicht. Dabei ist es vorteilhaft, wenn der durch die Unterdruckquelle 22 abgesaugte Luft-Volumenstrom, der durch die Pfeile 42 in 2 angedeutet ist, mindestens so groß ist wie das Volumen der erzeugten und gelösten Partikel 40 zusammen mit dem Volumen der eingeblasenen Druckluftströme 46a, 46b und 46c.
In den 3, 4 und 5 ist eine Ausführungsform des Düsenrings 32 aus den 1 und 2 gezeigt. Der Düsenring 32 weist einen ringförmigen Grundkörper auf, welcher die Absaugöffnung 36 um die Mittelachse 38 bildet. Der Absaugöffnung 36 zugewandt liegt eine Oberseite 70 und parallel dazu darunter im Abstand d eine Unterseite 72. Weiterhin weist der Düsenring 32 eine Flachstelle 74 an der Außenkontur 76 auf, an der sich die zwei Druckluftanschlüsse 78 und 80 befinden. Weiterhin weist der Düsenring 32 die drei Druckluftdüsen 44a, 44b und 44c auf, welche mit dem Druckluftanschluss 78 verbunden sind. Der Druckluftanschluss 78 ist im Betrieb mit dem Schaltventil 50 verbunden.
Der Düsenring 32 weist weiterhin auf der Oberseite 70 einen die Absaugöffnung 36 umgebenden, umlaufenden Absatz 82 mit einer Absatzkante 84 auf. Die drei Druckluftdüsen 44a, 44b und 44c sind an der Absatzkannte 84 in einem Winkelabstand α von 120° zueinander angeordnet.
Dabei sind die Druckluftdüsen 44a, 44b und 44c derart ausgebildet, dass sie die aus ihnen austretenden Druckluftströme 46a, 46b und 46c entlang einer jeweiligen Hauptluftstromrichtung 48a, 48b oder 48c leiten, die jeweils als Pfeile angedeutet sind. Die Druckluftströme 46a, 46b und 46c werden so auf den Leiterkartenutzen 14 und/oder Leiterplatte 12 geleitet, dass sich ein Wirbel um die Mittelachse 38 bildet. Die Hauptluftstromrichtungen 48a, 48b und 48c verlaufen dazu nicht parallel zur Mittelachse 38, sondern schräg. Wie aus in 4 ersichtlich ist, schließen die Hauptluftstromrichtungen 48a, 48b und 48c in Draufsicht mit einer jeweiligen, an die Absatzkante 84 angelegten Tangente 49a, 49b und 49c vorzugsweise einen Winkel β im Bereich von 45° bis 90° ein. Die jeweilige Tangente 49a, 49b und 49c liegt dabei am Mittelpunkt der zur Hauptluftstromrichtungen 48a, 48b oder 48c gehörenden Druckluftdüse 44a, 44b und 44c an der Absatzkante 84 an. In vertikaler Richtung, wie sie in 5 gezeigt ist, schließen die Hauptluftstromrichtungen 48a, 48b und 48c in Seitenansicht der jeweiligen Druckluftdüse 44a, 44b und 44c mit der Mittelachse 38 einen Winkel γ im Bereich von 0° bis 30° ein. Zugunsten der Übersichtlichkeit sind in 5 nur die Druckluftdüse 44b, der Druckluftstrom 46b und die Hauptluftstromrichtung 48b gezeigt. Durch die Kombination der Anordnung der Druckluftdüse 44a, 44b und 44c im Winkel α und der Ausbildung der Hauptluftstromrichtungen 48a, 48b und 48c in Richtung der zwei Winkel β und γ bildet sich im Betrieb der Absaugeinrichtung 28 durch die Druckluftströme 46a, 46b und 46c ein Wirbel um die Mittelachse 38.
Weiterhin weist der Düsenring 32 eine Positionierbohrung 86 auf, welche dazu vorgesehen ist, dass die ordnungsgemäße Montageposition bei der Anordnung des Düsenrings 22 an einem Trennkopf 16 bei Austausch und/oder Wartung auf einfache Art und Weise erreicht wird. Die Positionierbohrung 86 gewährleistet, dass die Druckluftdüsen 44a, 44b und 44c im Betrieb in Richtung des Trennwerkzeugs 19 zeigen.
Ferner sind Bohrungen 88 zur Montage des Bürstenrings 34 auf dem Düsenring 32 vorgesehen. In den Bohrungen 88 kann dazu ein Gewinde vorgesehen sein.
Zudem ist eine nicht dargestellte Sensordüse vorgesehen, die mit dem Druckluftanschluss 80 verbunden ist, sowie eine nicht dargestellte Sensoraufnahme für einen nicht dargestellten Werkzeugsensor, dieser Werkzeugsensor kann beispielsweise optisch sein. Mithilfe des optischen Werkzeugsensors, welcher mit der Steuereinheit 17 verbunden ist, kann eine Beschädigung, ein Bruch oder Abnutzung des Trennwerkzeugs 19 im Betrieb der Trennmaschine 10 detektiert werden. Der Zustand des Trennwerkzeuges 19 kann einer Bedienperson signalisiert werden oder weitere automatisierte Vorgänge zur Sicherung der Prozesssicherheit können von der Steuereinheit 17 ausgeführt werden. Die Sensordüse ist dazu vorgesehen eventuell abgelagerte Partikel 40 vom Werkzeugsensor mithilfe von Druckluft abzublasen, um eine ordnungsgemäße Funktion des Sensors zu gewährleisten. Die Druckluft kann dabei auch pulsieren und vom Schaltventil 50 über die Druckluftleitung 60 zugeführt werden.
Der Düsenring 32 ist vorzugsweise aus einem nicht elektrisch leitenden Kunststoff und vorzugsweise additiv gefertigt. Die Druckluft, die vom Ionisator 58 ionisiert wird, bleibt bei Vorsehen des Düsenring 32 aus einem nichtleitenden Kunststoff weiterhin ionisiert. Dadurch kann die Druckluft das Lösen der durch Elektrostatik am Leiterkartennutzen 14 und/oder Leiterplatte 12 oder anderen Maschinenbauteilen anhaftenden Partikel 40 weiter verbessern.
In der 6 ist eine Ansicht der Trennmaschine 10 in die Absaugöffnung 36 der Absaugeinrichtung 28 gezeigt. Das Trennwerkzeug 19 des Trennkopf 16 liegt dabei auf der Mittelachse 38 der Absaugöffnung 36, wobei die Absaugöffnung 36 vom Düsenring 32 umgeben wird. Auf dem Düsenring 32 ist der Bürstenring 34 angeordnet. Der Bürstenring 34 ist dabei höhenverstellbar ausgebildet.
Die Absaugung von Partikeln 40 in der Trennmaschine 10 erfolgt insbesondere wie folgt:

- Luft wird von der Druckluftquelle 56 zu Druckluft komprimiert, vom Ionisator 58 ionisiert und der Druckluftleitung 60 zugeleitet.
- Das elektrische Schaltventil 50 wird so von der Steuereinheit 17 angesteuert, dass die abströmende Druckluft mit einer Pulsfrequenz von insbesondere 1-60Hz pulsiert.
- Die Druckluftdüsen 44a, 44b und 44c im Düsenring 32 formen aus der pulsierenden Druckluft jeweils einen pulsierenden Druckluftstrom 46a, 46b und 46c.
- Die pulsierenden Druckluftströme 46a, 46b und 46c werden entlang einer jeweiligen Hauptluftstromrichtung 48a, 48b und 48c auf die den Leiterkartennutzen 14 und/oder die Leiterplatte 12 geleitet. Dabei wird durch geeignete Wahl der jeweiligen Hauptluftstromrichtung 48a, 48b und 48c ein Wirbel um die Mittelachse 38 der Absaugöffnung 36 gebildet.
- Durch die Pulsation der auf den Leiterkartennutzen 14 und/oder der Leiterplatte 12 auftreffenden Druckluftströme 46a, 46b und 46c werden Partikel 40 von dem Leiterkartennutzen 14 und/oder der Leiterplatte 12 abgelöst. Das Ablösen der Partikel 40 wird von dem gebildeten Wirbel vorteilhaft unterstützt.
- Die Pulsfrequenz der auf den Leiterkartennutzen 14 und/oder die Leiterplatte 12 auftreffenden pulsierenden Druckluftströme 46a, 46b und 46c kann sich auf den Leiterkartennutzen 14 und/oder die Leiterplatte 12 übertragen und den Leiterkartennutzen 14 und/oder die Leiterplatte 12 zum Schwingen anregen. Dadurch werden durch elektrostatische Kräfte anhaftenden Partikel 40 abgelöst, quasi abgeschüttelt. Der ionisierte Zustand der Druckluft sorgt weiter für eine Abnahme der elektrostatischen Kräfte und begünstigt das Ablösen der sehr kleinen anhaftenden Partikel 40.
- Durch einen angelegten Unterdruck 42 werden die gelösten Partikel 40 sowie das Volumen der eigeblasenen Druckluftströme 46a, 46b und 46c abgesaugt.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10152401 A1 [0006]
DE 102018211278 A1 [0007]

Claims

Verfahren zum Absaugen von Partikeln (40) beim Heraustrennen von Werkstücken (11) aus einem Plattenmaterial, und insbesondere beim Heraustrennen von einzelnen Leiterplatten (12) aus einem Leiterkartennutzen (14), dadurch gekennzeichnet, dass beim Heraustrennen des Werkstücks (11) und beim Absaugen der beim Heraustrennen entstehenden Partikeln (40) ein mit einer Pulsfrequenz pulsierender Druckluftstrom (46a, 46b, 46c) auf das Werkstück gerichtet wird, derart, dass am Werkstück (11) anhaftende Partikel (40) abgelöst werden und/oder dass das Werkstück (11) aufgrund des auftreffenden pulsierenden Druckluftstroms (46a, 46b, 46c) in Schwingung versetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsfrequenz im Bereich von 1 - 60 Hz, insbesondere von 20 - 40 Hz, und weiter insbesondere von 30 Hz, liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Pulsfrequenz vorgegeben oder einstellbar ist und wobei die Pulsfrequenz in Abhängigkeit von Werkstückparametern verstellbar ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Absaugvorgangs eine Schwingfrequenz des Werkstückes (11) gemessen wird und dass in Abhängigkeit der Schwingfrequenz die Pulsfrequenz geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingfrequenz des Werkstückes (11) mittels einer optischen Kamera oder eines Schwingungssensors (64) gemessen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die den Druckluftstrom (46a, 46b, 46c) bildende Druckluft ionisiert ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckluftstrom (46a, 46b, 46c) von wenigstens einer und vorzugsweise drei Düsen (44a, 44b, 44c) innerhalb einer um eine Mittelachse (38) verlaufenden Absaugöffnung (36) erzeugt wird und einen Wirbel um die Mittelachse (38) bildet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der abgesaugte Luft-Volumenstrom samt Partikel (40) größer ist als der eingeblasene Druckluft-Volumenstrom (46a, 46b, 46c).
Absaugeinrichtung (28) zur Absaugung von Partikeln (40) beim Heraustrennen von Werkstücken (11) aus einem Plattenmaterial, und insbesondere beim Heraustrennen von einzelnen Leiterplatten (12) aus einem Leiterkartennutzen (14), und weiter insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer um eine Mittelachse (38) verlaufende Absaugöffnung (36), mit wenigstens einer zur Erzeugung eines entlang einer Hauptluftstromrichtung (48a, 48b, 48b) gerichteten Druckluftstroms (46a, 46b, 46c) vorgesehen Druckluftdüse (44a, 44b, 44c), dadurch gekennzeichnet, dass die Druckluftdüse (44a, 44b, 44c) innerhalb der Absaugöffnung (36) derart angeordnet ist, dass die Hauptluftstromrichtung (48a, 48b, 48b) auf das zu trennende Werkstück (11) gerichtet ist, dass eine Druckluftleitung (60) zur Versorgung der Druckluftdüse (48a, 48b, 48b) mit Druckluft vorgesehen ist, und dass innerhalb der Druckluftleitung (60) eine Ventileinheit (50) vorgesehen ist, die zur Erzeugung eines mit einer Pulsfrequenz pulsierenden Druckluftstroms (46a, 46b, 46c) derart eingerichtet ist, dass am Werkstück (11) anhaftende Partikel (40) abgelöst werden und/oder dass das Werkstück (11) aufgrund des auftreffenden pulsierender Druckluftstroms (46a, 46b, 46c) in Schwingung versetzt wird.
Absaugeinrichtung (28) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinheit (50) als elektrisch angesteuertes Schaltventil ausgebildet ist und dass eine Steuereinheit (17) zur Ansteuerung des Schaltventils (50) zur Erzeugung der Pulsfrequenz vorgesehen ist.
Absaugeinrichtung (28) nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltventil (50) von der Steuereinheit (17) so angesteuert wird, dass die Pulsfrequenz im Bereich von 1 - 60 Hz, insbesondere von 20 - 40 Hz, und weiter insbesondere von 30 Hz, liegt.
Absaugeinrichtung (28) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (17) dazu eingerichtet ist das Schaltventil (50) in Abhängigkeit von Werkstückparametern zu steuern und/oder in Abhängigkeit einer gemessenen Schwingfrequenz zu regeln.
Absaugeinrichtung (28) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ionisator (58) zur Ionisierung der den Druckluftstrom (46a, 46b, 46c) bildende Druckluft vorgesehen ist.
Absaugeinrichtung (28) nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Absaugöffnung (36) bildender Düsenring (32) vorgesehen ist, an dem die wenigstens eine Druckluftdüse (44a, 44b, 44c) und vorzugsweise drei Druckluftdüsen (44a, 44b, 44c) mit einem Abstand von 120° zueinander angeordnet sind.
Absaugeinrichtung (28) nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenring (32) auf einer der Absaugöffnung zugewandten Oberseite (70) einen die Absaugöffnung (36) umgebenden, umlaufenden Absatz (82) mit einer Absatzkante (84) aufweist und dass die wenigstens eine Druckluftdüse (44a, 44b, 44c) an der Absatzkante (84) vorgesehen ist.
Absaugeinrichtung (28) nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenring (32) eine Sensoraufnahme für einen Werkzeugsensor aufweist, wobei eine auf die Sensoraufnahme gerichtete Sensordüse vorgesehen ist.
Absaugsystem (20) mit einer Unterdruckquelle (22), mit Unterdruckleitungen (24) zum Anschluss (26) einer Absaugeinrichtung (28) an die Unterdruckquelle (22), mit Verstelleinrichtungen (30) zur Verstellung der Unterdruckleitungen (24) an eine verfahrbare Position der Absaugeinrichtung (28), wobei die Absaugeinrichtung (28) eine Absaugeinrichtung (28) nach einem der Ansprüche 9 bis 16 ist und/oder nach dem Verfahren der Ansprüche 1 bis 9 betrieben wird.
Trennmaschine (10) zum Heraustrennen von Werkstücken (11) aus Plattenmaterial, insbesondere von einzelnen Leiterplatten (12) aus einem Leiterkartennutzen (14), mit einem Trennkopf (16), mit einer zentralen Steuereinheit (17), und mit einem Absaugsystem (20) nach Anspruch 17 und einer Absaugeinrichtung (28) nach einem der Ansprüche 9 bis 16 betrieben nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Steuereinheit (17) dazu eingerichtet ist den Trennkopf (16) und die Ventileinheit (50) der Absaugeinrichtung (28) parallel anzusteuern.