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Die
Erfindung betrifft eine Druckschablone nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1, einen Spannrahmen zum Einspannen einer solchen Druckschablone
sowie eine Vorrichtung zum Umbiegen der äußeren Ränder eines Edelstahlblechs,
insbesondere einer Druckschablone nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
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Druckschablonen
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 werden beispielsweise für den Auftrag von
Lotpaste auf elektronische Leiterplatten mittels eines Siebdruckverfahrens
eingesetzt. Hierbei wird die Lotpaste auf die Leiterplatten aufgetragen,
indem diese durch die Öffnungen
der Druckschablone, welche das Druckmuster bilden, hindurch auf
die Leiterplatte gedrückt
wird, so dass dort Lotpads entstehen, in welche schließlich die
elektronischen Bauteile in bekannter Weise eingesetzt werden können. Derartige
Druckschablonen können
jedoch ganz allgemein bei Siebdruckverfahren verwendet werden, in
denen pastöse
Druckmassen auf einen Träger
aufgebracht werden, indem die Druckmasse durch ein Druckmuster,
welches üblicherweise
im Zentrum der Schablone angeordnet ist, gedrückt wird.
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Druckschablonen
der eingangs genannten Art sowie Spannrahmen zum Einspannen solcher Druckschablonen
für den
Siebdruckvorgang sind aus dem Stand der Technik bekannt und beispielsweise in
der
EP 1 308 275 B1 und
der WO 03/093012 A1 beschrieben. Aus der
EP 1 308 275 B1 ist eine Druckschablone
mit an den Rändern
angeordneten, mit der Schablonenfolie fest verbundenen und im wesentlichen
aus zwei Schenkeln bestehenden Profilleisten bekannt, deren Schenkel
in Richtung zur Schablonenmitte hinweisen, wobei die Öffnungen der
im wesentlichen U-förmigen
oder spitzwinkeligen Querschnitte der Schenkel der Schablonenmitte
zugewandt sind. Um diese Schablone weitgehend plan in einer Ebene
gespannt zu halten, ist ein Spannrahmen mit zwei gegenüber liegenden,
elastische Spannmittel tragenden Rahmenprofilen vorgesehen, wobei
die Spannmittel mittels Eingriffsmitteln unter Spannung in die Profilleisten
der Schablone eingreifen und die Spannmittel in Richtung zu den
Rahmenprofilen hin vorspannbar sind.
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In
der WO 03/093012 A1 sind Druckschablonen beschrieben, welche an
zumindest zwei gegenüberliegenden
Seiten Einspannelemente aufweisen, in die Eingriffselemente eines
Zwischenrahmens eingreifen können.
Der Zwischenrahmen wiederum weist Eingriffsflächen auf, in die Eingriffsmittel
eines Spannrahmens eingreifen können,
um den Zwischenrahmen und die darin befestigte Druckschablone zu
spannen. Die Einspannelemente an der Schablone sind in einem Ausführungsbeispiel
durch umgebogene Zinken gebildet, welche am Schablonenrand ausgeschnitten
sind. In einem anderen Ausführungsbeispiel
ist der äußere Rand
der Druckschablone zur Bildung der Einspannelemente um einen spitzen
Winkel umgebogen, wobei zur Erleichterung des Umbiegens der äußeren Ränder im
Bereich der Biegelinie Einschnitte in Form von kreisrunden Öffnungen
nach Art einer Perforation aufweist. In einem weiteren Ausführungsbeispiel
ist der Zwischenrahmen am äußeren Rand
der Druckschablone durch Kleben oder Vulkanisieren befestigt.
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Die
bekannten Druckschablonen sind in der Herstellung aufwendig und
teuer, weil die Einspannelemente, in welche die Eingriffsmittel
des Spannrahmens eingreifen sollen, in mehreren Einzelschritten und
unter Verwendung zusätzlicher
Bestandteile, beispielsweise eines Zwischenrahmens wie in der WO
03/093012 A1 oder von Profilleisten wie in der
EP 1 308 275 B1 beschrieben,
hergestellt werden müssen.
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Hiervon
ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Druckschablone
der eingangs genannten Art bereit zu stellen, welche ohne die Verwendung
zusätzlicher
Bestandteile zum Einspannen in einen Spannrahmen konfektioniert
werden kann, ohne dass hierfür
in den Randbereich der Druckschablone Einschnitte, beispielsweise
in der Form von Löchern,
eingebracht werden müssen.
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Gelöst wird
diese Aufgabe mit einer Druckschablone mit den Merkmalen des Anspruchs
1 sowie mit einer Vorrichtung zum Umbiegen der äußeren Ränder der Druckschablone mit
den Merkmalen des Anspruchs 9. Bevorzugte Ausgestaltungen der Druckschablone
sind den Unteransprüchen
2 bis 8 zu entnehmen. Die abhängigen
Ansprüche
9 bis 19 betreffen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Vorrichtung
zum Umbiegen der äußeren Ränder der
Druckschablone. Die Ansprüche
20 bis 25 zeigen eine Spannvorrichtung zum Einspannen einer Druckschablone
auf.
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Die
Erfindung geht von dem Gedanken aus, dass eine Druckschablone der
eingangs genannten Art zum Einspannen in einen Spannrahmen wesentlich
einfacher und günstiger
als nach dem Stand der Technik konfektioniert werden kann, wenn
die äußeren Ränder der
Druckschablone an zumindest zwei gegenüberliegenden Seiten umgebogen
werden, damit die Eingriffsmittel des Spannrahmens unmittelbar, also
insbesondere ohne einen Zwischenrahmen oder ohne die Verwendung
von Profilleisten, welche auf der Schablone befestigt werden müssen, eingreifen können.
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Die
bekannten Druckschablonen zur Verwendung in Siebdruckverfahren werden üblicherweise
aus relativ sprödem
Edelstahlblech mit einer hohen Zugfestigkeit und hoher Härte hergestellt.
Aufgrund dieser Materialeigenschaften der Schablone war es allerdings
bislang nicht möglich,
die äußeren Ränder der
Schablone einfach umzubiegen. Um ein Umbiegen der äußeren Ränder überhaupt
zu ermöglichen
wurde bereits im Stand der Technik, beispielsweise der
EP 0 643 902 B1 und der
GB 2 364 961-A, vorgeschlagen, Perforationslöcher oder längliche Schlitze in den Randbereich
der Schablone einzuschneiden, damit dieser Randbereich biegbar wird. Die
Erfindung stellt nunmehr eine Vorrichtung und ein Verfahren zur
Verfügung,
die es ermöglichen,
die äußeren Ränder eines
Edelstahlblechs umzubiegen ohne vorher Einschnitte, beispielsweise
in der Form von Löchern
oder Öffnungen,
einzubringen oder die Dicke der Schablone im Randbereich, beispielsweise durch Ätzen, zu
verringern. Die Vorrichtung zum Umbiegen der äußeren Ränder eines Edelstahlblechs weist
hierzu ein Gesenk und einen relativ zum Gesenk bewegbaren Oberstempel
sowie einen Auflagetisch auf, wobei der Auflagetisch schwenkbar
am Gesenk abgelenkt ist. Zum Umbiegen des äußeren Randes wird das Edelstahlblech
zunächst
auf den Auflagetisch gelegt und ausgerichtet und anschließend wird
der Oberstempel in Richtung des Gesenks abgesenkt und gleichzeitig
der Auflagetisch in Richtung des Oberstempels geschwenkt. Durch
dieses Vorgehen wird vermieden, dass sich das Edelstahlblech während des
Absenkens des Oberstempels auf die Oberfläche des Edelstahlblechs verwindet,
wodurch eine unsaubere Biegelinie entstehen würde und in der Folge ein Verwinden
des Edelstahlblechs im zentralen Bereich.
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Mit
der beschriebenen Biegevorrichtung können die äußeren Ränder einer Edelstahl-Druckschablone an
zumindest zwei gegenüberliegenden
Seiten, jedoch auch an allen vier Seiten einer rechteckigen Druckschablone,
im wesentlichen einschnittfrei umgebogen werden. Um zu verhindern,
dass sich die Schablone in ihrem zentralen Bereich verwindet, werden
vor dem Umbiegen der Ränder
in etwa mittig an den gegenüberliegenden
Seiten, welche anschließend
umgebogen werden sollen, Einschnitte, beispielsweise in Form eines
V, eingebracht und die mit den Einschnitten versehenen Ränder der
Druckschablone anschließend
umgebogen. In die so umgebogenen Ränder der Druckschablone können die
Eingriffsmittel eines Spannrahmens eingreifen, um die Schablone
weitgehend plan in einer Ebene zu spannen.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme
auf die begleitenden Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen:
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1a: Perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäß an den
Rändern
umgebogenen Druckschablone im Bereich einer Ecke;
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1b: Seitenansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäß an den Rändern umgebogenen
Druckschablone, ebenfalls im Bereich einer Ecke;
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1c: Perspektivische Darstellung einer Druckschablone
mit an den Rändern
eingeschnittenen V-förmigen
Einschnitten;
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2:
Seitenansicht einer Vorrichtung zum Umbiegen der äußeren Ränder eines
Edelstahlblechs;
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3:
Schematische Darstellung einer Spannvorrichtung zum Einspannen einer
Druckschablone;
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4:
Detailansicht der Spannvorrichtung von 4 im Bereich
der Spannklauen.
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In 1a ist
eine im Wesentlichen rechteckige Druckschablone 20 perspektivisch
im Bereich einer Ecke dargestellt. Die Druckschablone 20 ist
aus einem rechteckigen Edelstahlblech mit einer Zugfestigkeit von
etwa 1300 bis 1500 N/mm2 und einer Härte von
etwa 40 bis 50 RC hergestellt. Hierzu werden beispielsweise Edelstahlbleche
mit einer Zusammensetzung von 0,055 % C, 1,7 % MN, 0,18 % CO, 0,002 %
S, 0,28 % SI, 0,45 % CU, 8,02 % NI, 18,31 % CR, 0,053 % N, 0,034
% P, 0,46 % MO und REM % FE oder mit 0,082 % C, 0,96 % MN, 0,12
% CO, 0,003 % S, 0,52 % SI, 0,18 % CU, 7,11 % NI, 17,28 % CR, 0,04
% N, 0,023 % P, 0,23 % MO und BAL % FE verwendet. Die Größe des rechteckigen
Edelstahlblechs liegt beispielsweise bei 532 mm im Quadrat. Die
Dicke des Edelstahlblechs liegt in der Regel oberhalb von 100 μm und kann
bis zu 1000 μm
betragen. Typischerweise liegt die Dicke oberhalb von 100 μm bis zu
500 μm und
in den meisten Fällen
zwischen 100 und 200 μm.
Vor dem Umbiegen der äußeren Ränder 23 des
rechteckigen Edelstahlblechs werden zunächst die Ecken ausgestanzt
oder ausgeschnitten, wie aus 1a ersichtlich
und es werden wenigstens an den Seiten der Druckschablone, deren
Randbereiche anschließend
umgebogen werden sollen V-förmige
Einschnitte 25 eingebracht, wie in 1c gezeigt.
Hierzu können
herkömmliche
Stanz- oder Schneidwerkzeuge, einschl. Laser, verwendet werden.
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Zum
anschließenden
Umbiegen der äußeren Ränder 23 entweder
an zwei gegenüberliegenden Seiten
des rechteckigen Edelstahlblechs oder an allen vier Seiten wird
die unter Bezugnahme auf 2 nachfolgend beschriebene Biegevorrichtung
verwendet. Diese Biegevorrichtung weist ein Gesenk 1, einen
relativ zum Gesenk bewegbaren Oberstempel 2 sowie einen
Auflagetisch 3 auf. Der Auflagetisch 3 ist um
eine Achse A schwenkbar am Gesenk 1 angelenkt. Der Oberstempel 2 ist
plattenförmig
ausgebildet und erstreckt sich in der Ebene, die senkrecht zur Papierebene
der 2 verläuft, über eine
Länge,
die etwas größer als
die Abmessungen des zu biegenden Edelstahlblechs sind. An der Unterseite
des Oberstempels 2, welche dem Gesenk 1 zugewandt ist,
ist die Kante des plattenförmigen
Oberstempels 2 zur Bildung einer Biegekante 4 angespitzt.
An der Oberseite 9 des Gesenks 1 ist eine rechteckige
Nut 5 eingeschnitten, welche der Biegekante 4 in
der Ausgangsstellung der Biegevorrichtung, wie sie in 2 gezeigt
ist, gegenüber
liegt. Die Nut 5 verläuft
somit unterhalb und parallel zur Biegekante 4 des Oberstempels 2.
An der Oberseite des Gesenks 1 ist ferner im Abstand von
der Nut 5 eine Anschlagkante 6 vorgesehen, welche
von der parallel zur Nut 5 verlaufenden Seitenfläche eines
Anschlagelements 7 gebildet ist.
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Der
Auflagetisch 3 weist eine Auflagefläche 8 auf, welche
mit der Oberseite 9 des Gesenks 1 fluchtet. An
der Unterseite des Auflagetischs 3 ist an seinem vorderen,
dem Gesenk 1 zugewandten Ende ein L-förmiger Schwenkarm 10 befestigt.
Das Ende des Schwenkarms 10 ist in einer Lagerung im Gesenk 1 um
die Schwenkachse A schwenkbar gelagert. Die Schwenkachse A liegt
damit unterhalb des Grunds der Nut 5 und auch unterhalb
der Auflagefläche 8 des Auflagetisches 3.
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Das
Gesenk 1 ist auf einer Grundplatte 11 befestigt.
Zum Verschwenken des Auflagetisches 3 ist ein Schwenkantrieb 12 vorgesehen.
Dieser wird von einem Hydraulik-Zylinder gebildet, dessen Enden
an dem Schwenkhebel 10 und der Grundplatte 11 abgelenkt
sind. Der Schwenkantrieb 12 kann alternativ auch von einem
elektrischen Antrieb gebildet sein. Zum Heben und Senken des Oberstempels 2 ist ein
Stempelantrieb 13 vorgesehen. Dieser kann ebenfalls durch
einen hydraulischen Hubzylinder oder auch durch einen Motor, beispielsweise
einen Elektromotor, gebildet sein.
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Der
Stempelantrieb 13 und der Schwenkantrieb 12 sind über eine
Steuerung 14 so miteinander gekoppelt, dass der Auflagetisch 3 in
Richtung des Oberstempels geschwenkt wird, sobald der Oberstempel 2 auf
das Gesenk 1 abgesenkt wird. Die Absenkbewegung des Oberstempels 13 und
die Hochschwenkbewegung des Auflagetisches 3 erfolgen dadurch
synchron.
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Zum
Umbiegen des äußeren Rands
eines Edelstahlblechs wird dieses zunächst auf die Auflagefläche 8 des
Auflagetisches 3 gelegt und in Richtung des Anschlagelements 7 geschoben,
um bündig an
der Anschlagkante 6 anzuliegen. Anschließend wird
der Oberstempel 2 in Richtung des Gesenks 1 abgesenkt
und gleichzeitig der Auflagetisch 3 in Richtung des Oberstempels 2 hochgeschwenkt.
Der Oberstempel 2 senkt sich zunächst so weit ab, bis er die
Oberfläche
des darunter liegenden Blechs berührt. Bei weiterem Absenken
des Oberstempels 2 drückt
dieser das Blech in die Nut 5, wodurch entlang der Biegekante 4 des
Oberstempels 2 im Blech eine Biegelinie definiert wird.
Die zur Biegelinie benachbarten Bereiche der Blechunterseite liegen
an den Oberkanten der Nut 5 auf. Bei weiterem Absenken des
Oberstempels 2 wird das Blech im Bereich der Biegelinie
weiter in die Nut 5 hineingedrückt, wodurch der freie Randbereich
des Blechs, dessen Kante an der Anschlagkante 6 anliegt
wie auch der zentrale Bereich des Blechs angehoben werden. Um Verwindungen
des Blechs zu vermeiden wird der zentrale Bereich des Blechs durch
das Hochschwenken des Auflagetisches 3 gestützt. Die
Geschwindigkeiten der Absenkbewegung des Oberstempels und der Hochschwenkbewegung
des Auflagetisches 3 sind hierbei so aufeinander abgestimmt,
dass zumindest der zentrale Bereich des Blechs während des Biegevorgangs ständig in
Kontakt mit der Auflagefläche 8 des Auflagetisches 3 ist.
Der Biegetisch wird danach weiter hochgeschwenkt, bis der äußere Rand
des Blechs um den gewünschten
Biegewinkel (zzgl. zu berücksichtigender
Rückbiegewinkel)
umgebogen ist.
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Dieser
Biegevorgang kann dann an der gegenüberliegenden Seite oder auch
an den übrigen drei
Seiten des rechteckigen Edelstahlblechs in der vorbeschriebenen
Weise wiederholt werden, um die äußeren Ränder des
Blechs entweder an zwei gegenüberliegenden
Seiten oder an allen vier Seiten umzubiegen.
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Zum
Einspannen der so gebogenen Druckschablone 20 in Einspannrahmen
haben sich Biegewinkel α (2)
von 40° bis
80°, insbesondere
von etwa 75° ± 5° als vorteilhaft
erwiesen, wobei die umgebogenen Schenkel spitzwinklig in die Schablonenmitte
weisen. Die umgebogenen Ränder 23 der Druckschablone 20 können entweder,
wie in der Darstellung der 1b gezeigt,
gerade oder auch, wie aus der Darstellung der 1a ersichtlich,
gebogen sein, insbesondere kreissegmentförmig oder parabelförmig. Die
Form der umgebogenen Ränder 23, welche
Einspannelemente zum Eingreifen von Eingriffsmitteln des Spannrahmens
bilden, kann der Form der Eingriffsmittel angepasst werden, damit
ein möglichst
guter Sitz der Eingriffsmittel in den Einspannelementen 23 der
Druckschablone 20 gewährleistet
wird. Zur Formung der umgebogenen Ränder können an der Biegevorrichtung
hier nicht zeichnerisch dargestellte Umformelemente, beispielsweise Pressstangen,
vorgesehen sein.
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Vor
oder nach dem Umbiegen der äußeren Ränder der
Druckschablone 20 wird im zentralen Schablonenbereich 21 das
Druckmuster in Form von Öffnungen
bzw. Einschnitten mit bekannten Verfahren, beispielsweise Laserschneiden
oder Ätzen,
eingebracht. Die derart konfektionierte Schablone kann dann bestimmungsgemäß im Siebdruckverfahren verwendet
werden, indem sie in eine Spannvorrichtung eingespannt wird. Die
Spannvorrichtung weist hierzu Spannmittel mit Eingriffsmitteln auf.
Die Eingriffsmittel können
in die durch die umgebogenen Ränder
der Druckschablone 20 gebildeten Einspannelemente 23 unmittelbar
eingreifen, ohne dass ein Zwischenrahmen oder sonstige weitere Elemente, wie
z. B. Profilleisten, benötigt
werden. Die erfindungsgemäß konfektionierte
Druckschablone 20 kann auf diese Weise in die gängigen Einspannrahmen
eingespannt werden. Um einen möglichst
guten Sitz der Eingriffsmittel der Spannvorrichtung zu gewährleisten,
kann die Form der umgebogenen Ränder
der Druckschablone beim Biegeverfahren der Form der Eingriffsmittel
angepasst werden.
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In 3 ist
eine Spannvorrichtung 30 zum Einspannen der Druckschablone 20 dargestellt.
Der Übersichtlichkeit
halber ist die Druckschablone 20 in der Darstellung der 3 nicht
gezeigt. Die Spannvorrichtung 30 dient dazu, die Druckschablone 20 möglichst
eben einzuspannen um das Siebdruckverfahren durchführen zu
können.
Die Spannvorrichtung 30 umfasst einen rechteckigen Spannrahmen 31,
an dem Spannmittel angeordnet sind. Diese Spannmittel weisen Eingriffsmittel 32 auf,
die in ihrer Spannposition unmittelbar in die Einspannelemente 23 der Druckschablone 20 eingreifen,
um diese möglichst plan
in einer Ebene zu spannen. Die Spannmittel weisen darüber hinaus
feder- oder druckbelastete Spannelemente auf, welche die Eingriffsmittel 32 von
einer Ruhelage in ihre Spannlage bringen. Die Spannelemente können entweder
manuell oder maschinell betätigt
werden. Bei den Eingriffsmitteln 32 handelt es sich bevorzugt
um Spannklauen 32, welche in den Detaildarstellungen der 5 dargestellt sind. Diese Spannklauen 32 sind
um eine Achse 32a schwenkbar gelagert und können – manuell
oder maschinell betätigt – von einer
Ruheposition in eine Spannposition verschwenkt werden. In der Spannposition
greift das Ende jeder Spannklaue 32 in die Einspannelemente 23,
also in den umgebogenen Rand der Druckschablone 20, ein – wie aus
den 4a und 4b ersichtlich – und drückt den
umgebogenen Rand 23 der Druckschablone 20 nach
außen.
Da bevorzugt an jeder Seite des Spannrahmens 31 derartige
Spannklauen 32 angeordnet sind, wird die Druckschablone 20 auf
diese Weise an allen vier Seiten nach außen gedrückt und auf diese Weise allseitig
vorgespannt.
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Um
zu verhindern, dass der umgebogene Rand 23 der Druckschablone
in der Spannposition aus der Spannklaue 32 herausrutscht,
ist ein Halterahmen 33 vorgesehen, der auf den Spannrahmen 31 absenkbar
ist, um die Druckschablone 20 gegen die Eingriffsmittel 32,
also gegen die Spannklauen, zu drücken. Der Halterahmen 33 kann
entweder manuell oder mittels einer Heb- und Senkpneumatik auf den
Spannrahmen 31 abgesenkt bzw. von diesem wieder abgehoben
werden. Der Halterahmen 33 ist aus vier, rechteckig zusammengesetzten
L-förmigen Profilen 33a–33d gebildet.
Bei abgesenktem Halterahmen 33 übergreifen diese L-förmigen Profile 33a–33d den
Spannrahmen 31 zumindest teilweise. Die Unterseite des
horizontalen Schenkels jedes L-förmigen
Profils 33a–33d drückt bei
abgesenktem Halterahmen 33 den Randbereich der Druckschablone 20 auf
die Spannklaue 32 und verhindert dadurch, dass die Einspannelemente
der Druckschablone 20, also deren umgebogenen Ränder 23,
beim Umlegen der Spannklauen 32 in die Spannposition aufgebogen
werden.
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Um
die Oberseite der Druckschablone 20 beim Absenken des Halterahmens 33 nicht
zu beschädigen,
ist an der Unterseite des Halterahmens 33 in dem Bereich,
der beim Absenken auf der Oberseite der Druckschablone 20 zur
Anlage kommt, ein um das Rahmenprofil umlaufender Streifen 34 aus
einem weichen Material, beispielsweise aus Moosgummi, Leder oder
Stoff, angebracht. Dieser umlaufende Streifen 34 ist in 4b zeichnerisch dargestellt. Um den Halterahmen 33 manuell
auf den Spannrahmen 31 absenken zu können, ist an dem Halterahmen 33 bevorzugt
ein Griff 35 vorgesehen (3).