DE10316388B3

DE10316388B3 - Verfahren und Vorrichtung zum Verlegen von Heiz-, Antennen- und/oder Dekor-Drähten auf einem zum Einbau in Verbundscheiben vorgesehenen Kunststoffsubstrat

Info

Publication number: DE10316388B3
Application number: DE10316388A
Authority: DE
Inventors: Hans-Jürgen ECKSTEIN
Original assignee: Saint Gobain Sekurit Deutschland GmbH and Co KG; Saint Gobain Sekurit Deutschland GmbH
Current assignee: Saint Gobain Sekurit Deutschland GmbH and Co KG
Priority date: 2003-02-24
Filing date: 2003-04-10
Publication date: 2004-08-26
Anticipated expiration: 2023-04-11
Also published as: CN1754406A; JP2006518912A; CN100571473C; ZA200506236B; JP4705907B2

Abstract

Bei einem Verfahren zum Verlegen von Drähten auf einem Substrat, das auf einem mithilfe eines ersten Antriebs beweglichen, insbesondere trommelförmigen Support fixiert ist, mithilfe mindestens einer zum Ablegen des Drahts auf der Oberfläche des Substrats bestimmten Verlegeeinheit, die mithilfe eines zweiten Antriebs relativ zu dem beweglichen Support und unabhängig von diesem über die Fläche des Substrats beweglich ist, wird erfindungsgemäß als erster Antrieb zum Positionieren des Supports ein reversierbarer Positionierantrieb, vorzugsweise ein elektrischer Direktantrieb, wie z. B. ein Torque-Motor, verwendet, und wird als zweiter Antrieb mindestens ein Linearmotor mit einer Führungseinrichtung für mindestens einen Läufer zum Positionieren der mindestens einen Verlegeeinheit verwendet. Mit diesem Verfahren und der ebenfalls erörterten, zu dessen Durchführung geeigneten Vorrichtung, können z. B. von einer rechtwinkligen Fläche abweichende Belegungsfelder hergestellt werden und/oder Drähte mit unregelmäßigen Wellungen (Längen, Amplituden) verlegt werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und auf eine Vorrichtung zum Verlegen von Bezeichnung einfügen mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1. Sie bezieht sich auch auf eine zum Durchführen des Verfahrens besonders geeignete Vorrichtung.

Es ist seit langem bekannt, in Fahrzeug- oder Gebäude-Verbundfensterscheiben Heizungen, Antennen, Dekore oder auch Strahlungsschirme zu integrieren, die im wesentlichen aus elektrisch leitfähigen Drähten gebildet werden, die auf einer Klebeschicht des Scheibenverbundes nach einem vorgegebenen Muster maschinell abgelegt werden. Zum elektrischen Kontaktieren dieser Drähte nach außen (Zuführen von Heizspannung, Abführen von Antennensignalen) sieht man in der Regel an deren beiden Enden Sammelleiter vor, die mit sämtlichen Drähten elektrisch leitend durch Löten, elektrisch leitfähige Kleber oder dgl. verbunden werden.

US-A-5,891,280 beschreibt ein Verlegeverfahren für dünne Drähte und die zugehörige Vorrichtung, mit der die Drähte auf eine Klebefolie oder dgl. abgelegt werden. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die zu belegenden Folien auf einer rotierbaren Trommel fixiert werden, die zum Positionieren der Folien unter einer Verlegeeinheit dient, welche parallel zu der Achse der rotierbaren Trommel mit hoher Positioniergenauigkeit in der Art eines Plotters hin und her verfahrbar ist. Damit können die Drähte grundsätzlich in beliebigen, insbesondere auch gekrümmten Verläufen abgelegt werden, und ihre gegenseitigen Abstände müssen nicht zwingend konstant bleiben. Die Drehrichtung und -geschwindigkeit der Trommel bleibt allerdings konstant.

Die Verlegeeinheit wird mithilfe eines Langspindelantriebs hin und her verfahren, der eine genaue Positionierung ermöglicht, jedoch prinzipbedingt bei größeren Bewegungen relativ langsam ist. Das Verfahren kann auch dazu genutzt werden, noch auf der Trommel Sammelleiter mit den Drähten zu verbinden und letztere abzuschneiden.

Eine aus DE-A1-42 01 620 bekannte ältere Vorrichtung zum Ablegen dünner Drähte auf einer thermoplastischen Folie umfasst eine oder mehrere Verlegeeinheiten, die wiederum in Richtung der Achse einer die Folie tragenden und drehenden Trommel verschiebbar ist/ sind, wobei jedoch die Drähte im Ergebnis schraubenlinienförmig um die Trommel gewickelt werden. Im fertigen Produkt macht sich dies infolge des sehr geringen Steigungswinkels zwischen den mit sehr kurzen Abständen untereinander verlegten Drähten nicht störend bemerkbar. Dieses Verfahren arbeitet im Ergebnis schneller als die zuvor erwähnte Technik, lässt aber kein konturfolgendes Ablegen der Drähte zu.

Beiden bekannten Vorrichtungstypen ist gemeinsam, dass die Folien durch Druckdifferenz-Beaufschlagung auf den Trommeln fixiert werden; die Mantelflächen der Trommeln sind perforiert, und der Druck im Innenraum der hohlen Trommel wird durch Absaugen von Luft gegenüber dem Atmosphärendruck reduziert.

Es ist auch bekannt, Drähte auf einem ebenen, stationären Support mithilfe einer einem Zeichnungs-Plotter ähnelnden Vorrichtung abzulegen. Diese Vorrichtung kann zwar praktisch beliebige Ablege-Linien erzeugen, ist aber vergleichsweise langsam.

Aus EP-B1-613 769 ist ein Verfahren zum Abtrennen der durchgehend auf Substrate verlegten Heizdrähte bekannt, während EP-B1-656 257 ein Verfahren zum Herstellen der elektrischen Kontaktierung der parallel zueinander verlegten Heizdrähte mit quer zu ihnen verlaufenden Sammelleitern beschreibt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren anzugeben, das die Vorteile der bekannten Vorrichtungen miteinander vereint, insbesondere eine hohe Verlegegeschwindigkeit bei zugleich flexibler Verlaufsverfolgung zulässt, und eine zum Durchführen des Verfahrens besonders geeignete Vorrichtung zu schaffen.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Merkmale des Patentanspruchs 11 geben eine entsprechende Vorrichtung an. Die Merkmale der den unabhängigen Ansprüchen jeweils nachgeordneten Unteransprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen dieser Erfindungen an.

Eine besondere Ausprägung dieses erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass der Support nunmehr reversierbar (mit umkehrbarer Vorschub- oder Drehrichtung) und auch mit steuerbarer Geschwindigkeit angetrieben wird. Hierdurch eröffnen sich ganz erheblich erweiterte Möglichkeiten einerseits zum Ablegen der Drähte auf dem Substrat, andererseits auch zum Einsatz weiterer Werkzeuge. Man wird hierzu einen möglichst massearmen, ebenen oder gewölbten Support verwenden, der mithilfe eines Positionierantriebs, vorzugsweise eines spielfreien Direktantriebs mit sehr kurzen Reaktionszeiten antreibbar und sehr präzise positionierbar ist. Derartige Direktantriebe sind an sich bekannt. Es ist nicht unbedingt erforderlich, dass diese elektrisch aktiviert werden, sondern es können auch hydraulische oder pneumatische Positionierantriebe verwendet werden.

Anstelle des bevorzugten getriebelosen Direktantriebs könnte auch ein Antrieb mit Getriebe und einer geeigneten Kompensation eventuell auftretenden Spiels eingesetzt werden.

Dieser erste erfindungsgemäße Schritt wird ergänzt durch die Verwendung eines schnellen und genauen, vorzugsweise elektrischen Linearantriebs für die Werkzeugbewegungen quer zu der Bewegungsrichtung des Supports. Man benötigt für diesen Linearantrieb mindestens eine Führungsschiene mit den Antriebsmagneten sowie mindestens einen als Werkzeugträger dienenden bzw. gestalteten Läufer.

Es ist sodann möglich, mehrere Läufer auf derselben Führungsschiene anzuordnen und/ oder mehrere Führungsschienen über der Arbeitsfläche verteilt vorzusehen. Ggf. können die Werkzeugfunktionen (Verlegen, elektrisches Verbinden, Schneiden der Drähte und ggf. des Substrats) auf verschiedene Führungsschienen bzw. Linearantriebe aufgeteilt werden.

Abweichend vom vorstehenden Ausführungsfall können als Linearmotoren aber auch fluidisch (pneumatisch oder hydraulisch) angetriebene Stellmotoren zum Einsatz kommen, die mit ihren Stellgliedern jeweils ein Werkzeug oder mehrere Werkzeuge synchron und parallel zueinander positionieren können. Auch hiermit sind hohe Stellgeschwindigkeiten und genaue Positionierung erreichbar.

Die gesamte Steuerung der Maschine ist programmierbar, so dass zum Ändern eines Verlegelayouts nur das aktuell wirksame Steuer-Programm geändert werden muss.

Mit einer solchen Vorgehensweise und Verlegetechnik werden auch kundenspezifische Verlegelayouts möglich, z. B. das Verlegen einer Schar von Drähten in einer insgesamten Keilform, d. h. die Drähte überdecken im Ergebnis eine etwa trapezförmige Fläche, indem sie nicht wie bislang exakt parallel zueinander, sondern unter geringen Winkeln zueinander verlegt werden. Dieser Effekt kann auch dadurch erreicht werden, dass z. B. im Mittelfeld der Fläche die Drähte nach wie vor exakt parallel zueinander verlaufen und Teilmengen der Drähte, in den Randbereichen der zu belegenden nicht-rechteckigen Fläche, mit einem konstanten, variablen oder nach und nach anwachsenden Zwischenwinkel zwischen benachbarten Drähten verlegt werden.

Damit kann man Forderungen von Kunden z. B. in der Automobilindustrie nachkommen, die eine solche Flächenbelegung wünschen, damit bei den in der Abwicklung etwa trapezförmigen Zuschnitten von Windschutz- und Heckscheiben eine vollflächige Beheizung auch dann möglich wird, wenn die Heizdrähte sich zwischen den beiden langen Seiten (in Einbaulage zwischen der Ober- oder Dachkante und der Unterkante) solcher Scheiben erstrecken.

In noch einer weiteren Ausbildung des Verfahrens kann schließlich die Wellungsamplitude von verlegten Drähten variabel gestaltet werden. Es ist zwar an sich bekannt, die Drähte in gewellter Linie zu verlegen, jedoch erzielt man mit den bekannten Mitteln (bei denen die Drähte unmittelbar vor dem Auflegen auf das Substrat zwischen zwei kämmenden Zahnrädern plastisch verformt werden) lediglich eine gleichmäßige, wenn auch optisch sehr unauffällige und die Drähte optisch tarnende Wellung.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hingegen erlauben es die entsprechenden Vorrichtungen, durch geeignete koordinierte Steuerung der Vorschübe von Verlegeeinheiten und Support die Drähte auch in Wellen mit variablen Wellenlängen und/oder Amplituden zu verlegen. Damit kann in sehr weiten Grenzen auch -durch Verlegung mehr oder weniger großer Drahtlängen- Einfluss auf die Widerstände und damit auf die Heizleistung einzelner Drahtspuren genommen werden, ohne dass man Drahtmaterial mit unterschiedlichen Abmessungen / Dicken oder mit unterschiedlichen spezifischen Widerständen verwenden müsste. Insbesondere kann ein Draht, der bei einem vorgegebenen Scheibengrundriss nur eine relativ kurze Distanz zwischen den Sammelleitern zur überbrücken hat, durch eine geeignete Wellung (mit entsprechend größerer effektiver Drahtlänge) einen Wirk-Widerstand erhalten, der gleich mit den Widerständen der elektrisch parallel geschalteten optisch „längeren" Drähte oder jedenfalls diesen zumindest angenähert ist.

Diese Anforderung kann realisiert werden, indem man das mechanische Getriebe der bekannten Verlegeeinheiten z. B. durch Schrittmotoren oder sonstige geeignete Stellantriebe ersetzt. Die Steuerung dieser Antriebe / Schrittmotoren wird natürlich mit der Steuerung des Supports synchronisiert. Man realisiert dadurch ein variables elektronisches Getriebe.

Die Z-Achse der Werkzeugbewegung, d. h. deren mehr oder weniger senkrecht zur Arbeitsfläche bzw. zur Substratfläche verlaufende Komponente, kann translatorisch oder rotatorisch geführt werden. Für die letztere Variante kann z. B. ein elektrischer Hohlwellenantrieb vorgesehen werden, der zunächst entlang einer Geradführung verschiebbar und positionierbar ist, und zum Einwirken des von ihm getragenen Werkzeugs, z. B. eines Schneid- oder Anzeichenwerkzeugs, um diese translatorische Achse oder eine dazu parallele Achse schwenkbar ist.

Schneidwerkzeuge können sowohl zum Ablängen der verlegten Drähte selbst (Zangen, Kurzschluss-Elektroden) als auch zum Zuschneiden des Substrats, z. B. einer thermoplastischen Klebefolie (Messer), in die Vorrichtung integriert und mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gesteuert werden. Denkbar ist es z. B. auch, eine Verlegeeinheit mit einem Schneidwerkzeug zu kombinieren, so dass nach dem Verlegen einer definierten Drahtlänge diese sogleich passend abgeschnitten wird, bevor mit dem Verlegen des nächsten (ggf. benachbarten) Drahtes begonnen wird. Hierbei wäre es im Gegensatz zu den bekannten Verfahren und Vorrichtungen auch möglich, die aufeinander folgend zu verlegenden Drähte in entgegengesetzten Verlegerichtungen zu verlegen.

Wenn gewünscht, kann aber auch ein mäanderförmiger Verlauf der Drähte ohne Unterbrechung und ohne Umbau der Vorrichtung erzeugt werden.

Weitere Einzelheiten und Vorteile des Gegenstands der Erfindung gehen aus der sich anschließenden eingehenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels hervor.

Als Support für die mit dünnen Heiz-, Antennen- oder Dekor-Drähten zu belegenden Substrate wird eine vorzugsweise zylindrische Trommel verwendet. Man kann grundsätzlich auch kegelige Trommeln oder ebene oder gekrümmte Tischflächen vorsehen. Es ist von Vorteil, diesen Support mit möglichst geringer Masse auszuführen. Als Antrieb wird bei Drehantrieben für Trommeln ein Torque-Motor bevorzugt, der spielfrei und ohne Getriebe direkt und reversierbar eine hohe Positioniergenauigkeit bringt, umso schneller, je geringer die Supportmasse ist.
In Nachbarschaft zu der die Substrate tragenden Oberfläche des Supports werden Führungseinrichtungen von elektrischen Linearmotoren angeordnet. Bekanntlich ist es bei elektrischen Linearmotoren möglich, den gesamten Antrieb in den stationären Teil zu verlegen und die beweglichen Teile als rein passive Läufer auszuführen. Letztere können damit sehr geringe Eigenmassen haben, was einem schnellen und genauen Positionieren der von ihnen getragenen Werkzeuge sehr förderlich ist.
Durch eine Programmsteuerung ist es nun möglich, den Support nebst dem Substrat und die jeweils einzusetzenden Werkzeuge mit hoher Geschwindigkeit zueinander zu positionieren und die Werkzeuge ihre Aufgaben ausführen zu lassen. Limitiert wird die Bearbeitung durch die Verlegegeschwindigkeit, mit der zunächst die Drähte auf das Substrat abgelegt werden können. Bei thermoplastischen Folien wird das in bekannter Weise durch geringfügiges lokales Aufschmelzen der Folienoberfläche und darauf folgendes Einbetten der Drähte erreicht („einbügeln"). Je nach der Ausführung und der Steuerung der Maschine und dem Layout des Drahtmusters kann sich an das Verlegen jeweils eines einzelnen oder mehrerer Drahtabschnitte jeweils ein Schneidvorgang anschließen. Natürlich ist es auch nach wie vor möglich, mehrere Drahtabschnitte auf demselben Substrat zeitgleich abzulegen. In diesem Fall wird man vorzugsweise die Verlegeeinheiten mithilfe eines se paraten Linearantriebs verfahren und positionieren, während die anderen Werkzeuge in Funktionstrennung auf einem anderen Linearantrieb angeordnet werden.
Sind die Drähte verlegt, so kann sich ein Schritt des elektrischen Verbindens sämtlicher Drähte oder von Gruppen von Drähten mittels Sammelleitern anschließen, die in bekannter Weise als elektrisch leitfähiges Folienband ausgeführt und über die Drähte nahe deren Enden und nahe dem Zuschnitt-Rand des Substrats gelegt und ggf. durch Aufschmelzen des Substrats fixiert werden. Hierbei kann das Bandmaterial der Sammelleiter den Verlegeeinheiten von Rollen zugeführt und online passend abgelängt werden.
Nun folgt, wenn noch nicht geschehen, durch Positionieren und Anwenden von Schneidewerkzeugen das Ablängen der Drähte. Schließlich kann nun auch mit derselben Maschine das Substrat selbst passend zugeschnitten werden – man könnte grundsätzlich den Support mit dem Substratmaterial direkt von einer Rolle speisen, ohne die einzelnen Substrate vorher zu konfektionieren.
Schließlich können auch noch mithilfe von Schreibwerkzeugen optische Markierungen, z. B. zum Unterstützen des Positionierens des Substrats auf einer starren Scheibe, auf dem Substrat angebracht werden, bevor dieses von dem Support abgenommen und der weiteren Verarbeitung zugeführt wird.

Claims

Verfahren zum Verlegen von Heiz-, Antennen- und/oder Dekor-Drähten auf einem zum Einbau in Verbundscheiben vorgesehenen Kunststoffsubstrat, das auf einem mithilfe eines ersten Antriebs beweglichen, insbesondere trommelförmigen Support fixiert ist, mithilfe mindestens einer zum Ablegen des Drahts auf der Oberfläche des Substrats bestimmten Verlegeeinheit, die mithilfe eines zweiten Antriebes relativ zu dem beweglichen Support und unabhängig von diesem über die Fläche des Substrats beweglich ist, dadurch gekennzeichnet, dass als erster Antrieb zum Positionieren des Supports ein reversierbarer Positionierantrieb verwendet wird, und dass als zweiter Antrieb mindestens ein Linearmotor mit einer Führungseinrichtung für mindestens einen Läufer zum schnellen und genauen Positionieren der mindestens einen Verlegeeinheit verwendet wird, wobei in einer koordinierten Steuerung der Vorschübe von Verlegeeinheiten und Support durch Verlegung mehr oder weniger großer Drahtlängen in einzelnen Drahtspuren deren elektrische Widerstände eingestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Positionierantrieb ein elektrischer Direktantrieb, insbesondere ein Torque-Motor, verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere unabhängig voneinander positionierbare Läufer zum Positionieren wenigstens einer Verlegeeinheit und wenigstens eines weiteren Werkzeugs mithilfe eines oder mehrerer Linearmotoren verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine zweite Führungseinrichtung zum unabhängigen Führen von Werkzeuge tragenden Läufern verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Führungseinrichtung zum Führen von Draht-Verlegeeinheiten und eine zweite Führungseinrichtung zum Führen von anderen Werkzeugen, insbesondere von Schneidewerkzeugen, verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Teilmenge der Drähte mit einer nicht-parallelen Ausrichtung nebeneinander verlegt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Teilmenge von Drahtabschnitten mit variabler Wellung, d. h. variabler Wellenlänge und/oder Amplitude, verlegt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Teilmenge von Drahtabschnitten unmittelbar nach dem Verlegen passend abgelängt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Teilmenge von benachbarten Drahtabschnitten in jeweils wechselnder Richtung nebeneinander abgelegt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Teilmenge von Drahtabschnitten mäanderförmig ohne Durchtrennung verlegt wird.
Vorrichtung zum Verlegen von Heiz-, Antennen- und/oder Dekor-Drähten auf einem zum Einbau in Verbundscheiben vorgesehenen Kunststoffsubstrat, mit einem mithilfe eines ersten Antriebs beweglichen, insbesondere trommelförmigen Support zum Fixieren des Substrats, und mit mindestens einer zum Ablegen eines Drahts auf der Oberfläche des Substrats bestimmten Verlegeeinheit, die mithilfe eines zweiten Antriebs relativ zu dem beweglichen Support und unabhängig von diesem reversierbar über die Fläche des Substrats beweglich und positionierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Support mithilfe eines Positionierantriebs reversierbar bewegbar und positionierbar ist, und dass die mindestens eine Ver legeeinheit mithilfe eines Linearmotors mit einer Führungseinrichtung für mindestens einen die Verlegeeinheit tragenden Läufer positionierbar ist, wobei durch Verlegung mehr oder weniger großer Drahtlängen in einzelnen Drahtspuren deren Widerstand mittels einer koordinierten Steuerung der Vorschübe von Verlegeeinheit und Support einstellbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsachse des Linearmotors im wesentlichen quer, vorzugsweise in einem Winkel von 90° zur Arbeitsrichtung des Supports angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Linearmotor als fluidisch, d. h. pneumatisch oder hydraulisch stellbarer Antrieb ausgeführt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Linearmotor als elektrischer Antrieb ausgeführt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Linearmotor eine Führungseinrichtung für mehrere unabhängig voneinander bewegbare und positionierbare Läufer aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass neben mindestens einer Verlegeeinheit noch weitere Werkzeuge mit anderen Funktionen, insbesondere Heizwerkzeuge, Schneidwerkzeuge, Beschriftungswerkzeuge, mithilfe von Läufern und Linearmotoren über dem Substrat und zur Einwirkung auf dasselbe und auf die Drähte positionierbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Stellen von Werkzeugen in der generellen zur Substratoberfläche senkrechten Arbeitsrichtung Schwenkantriebe, insbesondere Hohlwellenantriebe, vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Läufer sowohl geradlinig entlang einer Führungseinrichtung bewegbar und positionierbar als auch um die Achse dieser Führungseinrichtung schwenkbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionierantrieb ein elektrischer Direktantrieb, insbesondere ein Torque-Motor, ist.