DE202005016382U1

DE202005016382U1 - Drahtverlegevorrichtung zur Herstellung einer Antenne

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Publication number: DE202005016382U1
Application number: DE200520016382
Authority: DE
Original assignee: Muehlbauer GmbH and Co KG
Current assignee: Muehlbauer GmbH and Co KG
Priority date: 2005-10-19
Filing date: 2005-10-19
Publication date: 2006-02-02
Anticipated expiration: 2015-10-20

Abstract

Drahtverlegevorrichtung zur Herstellung von einem mindestens eine Antenne umfassenden Transponder auf einer Oberfläche (1a) eines Substrates (1) mit mindestens einer Ultraschallsonotrode (13, 18), einer darin integrierten Drahtführungseinrichtung (14) zur Zuführung von Antennendraht (15) auf die Oberfläche (1a) des Substrates (1) und einer Erwärmungseinrichtung (19) zum Verbinden des Antennendrahtes (15) mit der Oberfläche (1a) des Substrates (1), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Ultraschallsonotrode (18) und der dazu benachbarten Erwärmungseinrichtung (19) ein schließbares Klemmelement (20) zur Fixierung der Ausrichtung eines freien Endes (15c) des Antennendrahtes (15) gegenüber der Erwärmungseinrichtung (19) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Drahtverlegevorrichtung zur Herstellung von einem mindestens eine Antenne umfassenden Transponder auf eine Oberfläche eines Substrates mit mindestens einer Ultraschallsonotrode, einer darin integrierten Drahtführungseinrichtung zur Zuführung von Antennendraht auf die Oberfläche des Substrates und einer Erwärmungseinrichtung zum Verbinden des Antennendrahtes mit der Oberfläche des Substrates gemäß dem Oberbegriff des Schutzanspruches 1.
Herkömmlicherweise setzen sich kontaktlose Transponder, die auf beziehungsweise in Kunststoffkarten, wie Chipkarten, oder Folien oder dergleichen angebracht sind, im Wesentlichen aus spulenförmig auf der Oberfläche derartiger Substrate verlegte Antennendrähte, die eine Antenne bilden, und mindestens einem Chipmodul zusammen, welches über seine Anschlussstellen mit Endabschnitten des Antennendrahtes in elektrischen Kontakt stehen. Dies wird beispielsweise in DE 199 15 765 A1 beschrieben.
Häufig werden derartige Antennen dadurch gebildet, dass der Antennendraht mittels einer Ultraschallsonotrode, welche mit einer Drahtführungseinrichtung kombiniert ist, auf beziehungsweise in Substraten verlegt und eingebettet wird, indem die Ultraschallsonotrode gemeinsam mit der Drahtführungseinrichtung zum Zuführen des Drahtes auf die Oberfläche des Substrates parallel zu der Oberfläche entlang des geplanten Verlaufs des Antennendrahtes verschoben wird. Die hierbei verwendeten Ultraschallsonotroden sind typischerweise stabförmig mit in ihrem Verlauf unterschiedlichen Durchmessern ausgebildet, wie sie bei spielsweise in DE 689 26 959 T2 oder DE 203 07 648 U1 gezeigt werden.
Im Anschluss an einen derartigen Antennendraht-Verlegeprozess findet zum Beispiel mittels eines Thermokompressionsschweißverfahrens ein Verbindungsprozess zwischen dem bereits verlegten Antennendraht und der Oberfläche des Substrates statt. Hierfür wird eine unabhängig von der Ultraschallsonotrode angeordnete und funktionierende Thermokompressionsschweißeinrichtung als Erwärmungseinrichtung verwendet, welche häufig einen derartigen Schweißvorgang gleich im Anschluss an die zuvor erfolgte Verlegung des Antennendrahtes durchführt. Hierbei wird sowohl die Erwärmungseinrichtung als auch die Ultraschallsonotrode gemeinsam mit der darin integrierten Antennendrahtführungseinrichtung innerhalb einer gemeinsamen Drahtverlegevorrichtung angeordnet und gemeinsam entlang des Antennendrahtverlaufes auf der Oberfläche des Substrates in paralleler Richtung dazu verschoben.
Bekannt sind auch Drahtverlegevorrichtungen mit einer Ultraschallkopfeinheit, die aus zwei sich gegenüber angeordneten Ultraschallsonotroden, also einer Sonotrode oberhalb und einer Sonotrode unterhalb des Substrates, sowie zwei sich gegenüber angeordneten Ambosselementen bestehen. Demzufolge ist – wie in 1 dargestellt – oberhalb einer oberseitigen Oberfläche 1a eines Substrates 1 das erste Ambosselement 2 mit einer ringförmig darum angeordneten ersten Ultraschallsonotrode 4 und unterhalb des Substrates 1 das zweite Ambosselement 3 mit der ringförmig darum angeordneten weiteren Ultraschallsonotrode 5 vorhanden. Innerhalb des ersten Ambosselementes 2 ist ein Antennendraht 6 innerhalb einer Drahtführungseinrichtung 7 angeordnet und wird während des Verschiebens der gesamten Drahtverlegeeinrichtung entlang des Pfeiles 8 auf der Oberfläche 1a des Substrates 1 verlegt.
Aus DE 196 202 42 C2 ist ebenso eine Drahtverlegevorrichtung mit einer Ultraschalleinrichtung bekannt. In dieser Vorrichtung umfasst ein Schwingungsstempel der Ultraschalleinrichtung zumindest teilweise einen Abschnitt des zu verlegenden Antennendrahtes bezüglich seines Drahtquerschnittes und wird mittels eines Ultraschalloszilators quer zur Längsachse des vom Schwingungsstempel geführten Antennendrahtes schwingungsbeaufschlagt.
Aus DE 196 19 771 A1 ist ebenso eine Drahtverlegeeinrichtung bekannt, welche – wie in 2 gezeigt – aus einem unterseitigen Drahtführerelement 9, einem oberseitig angeordneten Ultraschallgeber 10 und einem Drahtführungskanal 11 mit darin enthaltenem Draht 12 besteht. Das Drahtführerelement wird in seiner Längsachsenrichtung ultraschallbeaufschlagt.
Sämtliche oben genannten Drahtverlegevorrichtungen mit Ultraschalleinrichtungen weisen die Gemeinsamkeit auf, dass ein freihängendes Ende des unterseitig aus dem Ambosselement oder der Ultraschallsonotrode herausschauenden Antennendrahtes, wie es beispielsweise nach einem Abtrennvorgang bei Beendigung einer Antennendrahtverlegung auf einem ersten Transponder vorhanden ist, als ungeführtes Ende für einen danach folgenden zweiten Transponder und/oder Antennenherstellungsvorgang vorliegt. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn der Antennendraht während des vorangegangenen Verlegevorganges auf Zug beansprucht wird und insofern über seine Abkantung an der Unterseite des Ausganges der Ultraschallsonotrode beziehungsweise der Antennendrahtführungseinrichtung eine Dehnung erfährt, die zu einem unkontrolliertem Verhalten und Ausrichten des Antennendrahtes führt, sobald er ohne weitere Zugbeanspruchung nach dessen Abtrennvorgang freihängend vorliegt.
Ein derart unkontrolliertes Ausrichten des Antennendrahtes führt dazu, dass er bei einem sich anschließenden zweiten Antennenherstellungsvorgang nicht mehr unterhalb der Erwärmungseinrichtung, als Schweißeinheit beziehungsweise Thermodeneinheit ausgebildet, angeordnet ist. Dies verhindert ein anfängliches Erstverbinden des Antennendrahtes mit dem Substrat für die Herstellung der zweiten Antennen. Hierdurch ergibt sich ein ungewollt hoher Ausschuss an produzierten Antennen, deren anfänglicher Verbindungspunkt mit dem Substrat nicht an der gewünschten Stelle liegt und wofür eine ungewollt große Menge an verbrauchtem Antennendraht benötigt wird.
Demzufolge liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Drahtverlegevorrichtung zur Herstellung von einem mindestens eine Antenne umfassenden Transponder auf einer Oberfläche eines Substrates mit mindestens einer Ultraschallsonotrode, einer Drahtführungseinrichtung und einer Erwärmungseinrichtung zur Verfügung zu stellen, mit der eine große Anzahl an fehlerfrei verlegten Antennen mit gewünschter anfänglicher Ausrichtung des Antennendrahtes herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Schutzanspruches 1 gelöst.
Ein wesentlicher Punkt der Erfindung liegt darin, dass bei einer Drahtverlegevorrichtung zur Herstellung von einem mindestens eine Antenne umfassenden Transponder auf einer Ober fläche eines Substrates mit mindestens einer Ultraschallsonotrode, einer darin integrierten Drahtführungseinrichtung zur Zuführung von Antennendraht auf die Oberfläche des Substrates und einer Erwärmungseinrichtung zum Verbinden des Antennendrahtes mit der Oberfläche des Substrates zwischen der Ultraschallsonotrode und der dazu benachbarten Erwärmungseinrichtung ein schließbares Klemmelement zur Fixierung der Ausrichtung eines freien Endes des Antennendrahtes gegenüber der Erwärmungseinrichtung angeordnet ist. Auf diese Weise wird mittels des Klemmelementes ermöglicht, dass nach Durchführung eines Abtrennvorganges bei Beendigung einer Drahtverlegung zur Herstellung einer ersten Antenne das Ende des Drahtes in seiner Ausrichtung festgehalten wird, während die gesamte Drahtverlegevorrichtung von dem ersten Substrat mit der ersten Antenne zu dem zweiten Substrat verschoben wird, um dort mit einem Anfangsschweißpunkt auf dem Substrat mittels der Erwärmungseinrichtung fixiert zu werden.
Erst anschließend kann das Klemmelement wieder geöffnet werden und die gesamte Drahtverlegevorrichtung einschließlich der Ultrasonotrode und der als Thermodeneinrichtung ausgebildeten Erwärmungseinrichtung entlang des geplanten Drahtverlaufes der zukünftigen zweiten Antenne verschoben werden. Hierdurch wird nicht nur eine Ersparnis des Antennendrahtes durch ein zwingend überstehendes Ende des Antennendrahtes aufgrund dessen anderer Ausrichtung und dessen fehlender Positionierung unterhalb der Erwärmungseinrichtung erreicht, sondern auch die Anzahl der fehlerhaft hergestellten Antennen aufgrund der anfänglich falschen Ausrichtung des Drahtendes minimiert. Zudem ermöglicht eine derartige Klemmelementanordnung eine hundertprozentige Automatisierung des gesamten Antennendrahtverlegevorganges.
Das Klemmelement ist vorzugsweise aus zwei den Antennendraht links- und rechtsseitig oder ober- und unterseitig umfassende Klemmbacken zusammengesetzt, die an der Drahtverlegevorrichtung an sich unabhängig von der Positionierung und Ausrichtung der Erwärmungseinrichtung und der Ultraschallsonotrode verschwenkbar und/oder verschiebbar angeordnet sind. Hierdurch wird eine genaue Positionierung der Klemmbacken mit ihren vorderen Enden zwischen der Ultraschallsonotrode und der Erwärmungseinrichtung, die auf einer gemeinsamen Seite des Substrates direkt nebeneinander angeordnet sind, erzielt. Dies ermöglicht, dass der anfänglich von der Antennendrahtführungseinrichtung verlegte und von der Ultraschallsonotrode in das Substratmaterial eingebettete Antennendraht in einem Abschnitt festgehalten werden kann, in welchem er noch nicht endgültig durch die nachfolgende Erwärmungseinrichtung mit dem Substrat verschweißt ist.
Das Klemmelement ist mit seinen Klemmbacken vorzugsweise zangenartig ausgebildet und kann den Antennendraht derart fixieren, dass das freie Ende des Antennendrahtes nach dessen Abtrennvorgang zwischen der Erwärmungseinrichtung und dem Substrat positioniert ist. Hierfür wird ein Abtrennvorgang am Ende der Herstellung einer ersten Antenne derart durchgeführt, dass der verlegte Antennendrahtanteil von dem in der Drahtführungseinrichtung angeordneten Antennendrahtanteil abgetrennt wird.
Zusätzlich kann das Klemmelement an der Drahtverlegevorrichtung höhenverstellbar angeordnet sein, um eine genaue gewünschte Positionierung des Drahtendes unterhalb der Erwärmungseinrichtung zu erhalten.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Vorteile und Zweckmäßigkeiten sind der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung zu entnehmen. Hierbei zeigen:
1 in einem Querschnitt eine Drahtverlegevorrichtung gemäß dem Stand der Technik;
2 in einer Seitenansicht eine weitere Drahtverlegevorrichtung gemäß dem Stand der Technik;
3 in einer schematischen Darstellung das beim Verlegen von Antennendraht zugrundeliegende Problem der ungewünschten Ausrichtung des Antennendrahtes;
4 in einer perspektivischen Darstellung eine Drahtverlegevorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
5 in einer schematischen perspektivischen Darstellung ein Ausschnitt der Drahtverlegevorrichtung gemäß 4;
6 in einer schematischen Darstellung das Klemmelement für eine Drahtverlegevorrichtung gemäß der Ausführungsform der Erfindung mit geöffneten Klemmbacken, und
7 in einer perspektivischen Darstellung das in 6 gezeigte Klemmelement mit geschlossenen Klemmbacken.
In 1 ist eine bereits in der Beschreibungseinleitung beschriebene Drahtverlegevorrichtung gemäß dem Stand der Technik dargestellt.
Ebenso ist in 2 eine bereits in der Beschreibungseinleitung beschriebene weitere Drahtverlegevorrichtung gemäß dem Stand der Technik wiedergegeben.
In 3 ist in einer schematischen Darstellung das Grundproblem bei der Verlegung von Antennendraht auf Substraten wiedergegeben. In der linken Hälfte der in 3 dargestellten ausschnittsweisen Drahtführungseinrichtung mit gegebenenfalls vorliegender Ultraschallsonotrode wird die Positionierung des Antennendrahtes während des Verlegevorganges gezeigt. Auf der rechten Seite der in 3 dargestellten Drahtführungseinrichtung wird die ungewollte Ausrichtung eines Antennendrahtendes nach einem erfolgten Abtrennvorgang wiedergegeben.
Innerhalb eines Ambosselementes oder einer Ultraschallsonotrode 13 ist eine Drahtführungseinrichtung 14 in vertikaler Richtung angeordnet, in welcher ein Antennendraht 15 von oben nach unten zugeführt verläuft.
Der in der Drahtführungseinrichtung 14 enthaltene Antennendrahtanteil 15a geht in einen mit dem Substrat noch nicht fest verschweißten Antennendrahtanteil 15c und ein auf dem Substrat angeschweißten Antennendrahtabschnitt 15b über.
Die Antennendrahtführungseinrichtung 14 wird in Verlegerichtung 16 bewegt und bewirkt dadurch eine auf den Antennendraht sich auswirkende Zugspannung.
Sobald – wie in der rechten Hälfte der Darstellung gemäß 3 wiedergegeben – ein Abtrennvorgang bei Beendigung einer Antennenherstellung stattfindet, hängt das freie Ende 15c des Antennendrahtes 15 frei aus der Drahtführungseinrichtung 14 heraus und wird aufgrund der zuvor auf ihn ausgeübten Zugspannung eine ungewollte andere Ausrichtung einnehmen, wie es durch dessen Ausrichtung in Verlegerichtung 16 wiedergegeben ist. Dies führt dazu, dass ein erneuter Schweißvorgang durch eine hier nicht näher dargestellte Erwärmungseinrichtung, die in Verlegerichtung 16 betrachtet hinter der Drahtführungseinrichtung 14 angeordnet ist, nicht möglich ist, da das freie Ende 15c des Antennendrahtes 15 in eine andere Richtung weist.
In 4 und 5 wird eine Drahtverlegevorrichtung 17 zusammen mit einem Ausschnitt derjenigen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Die Drahtverlegevorrichtung 17 weist neben zahlreicher weiterer Bauteile eine Ultraschallsonotrode 18, die auf- und abwärts bewegt werden kann, eine Enwärmungseinrichtung beziehungsweise Thermodeneinrichtung 19 zum Verschweißen des verlegten Antennendrahtes mit einer Oberfläche eines Substrates und ein dazwischen angeordnetes Klemmelement 20 auf.
Sobald die Ultraschallsonotrode 18 mit einer darin angeordneten Drahtführungseinrichtung, deren Einlass 18a angedeutet ist, sich in Verlegerichtung 21 bewegt, wie es durch das Verschieben der gesamten Drahtverlegevorrichtung 17 geschieht, wird ein Antennendraht unterseitig auf das hier nicht näher dargestellte Substrat abgelegt und eingebettet, um anschließend von der Erwärmungseinrichtung 19 mit der Oberfläche des Substrates verschweißt zu werden.
Das Klemmelement 20 ist bezüglich seiner Höhe im Vergleich zu den beiden Bauteilen 18, 19 mittels der schwenkbaren und ausfahrbaren Bauteile 23, 24 höhenverstellbar und um vertikal verlaufende Achsen 25 in seinen Einzelelementen schwenkbar aufgehängt.
In 6 wird in einer perspektivischen Darstellung das Klemmelement für die Drahtverlegevorrichtung gemäß der Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Das Klemmelement weist in 6 einen geöffneten Zustand auf.
Gemäß der in 6 wiedergegebenen Darstellung weist das Klemmelement 20 zwei Klemmbacken 20a und 20b auf, die links- und rechtsseitig an den hier nicht näher dargestellten schräg oder nahezu horizontal verlaufenden Antennendraht mit ihren vorderen Enden 22a und 22b anlegbar sind. Hierfür weisen die vorderen Enden 22a und 22b entsprechend der Form des Antennendrahtes Ausnehmungen oder flexibel ausgestaltete Oberflächen auf.
In 7 wird in einer perspektivischen Darstellung das in 6 dargestellte Klemmelement 20 im geschlossenen Zustand wiedergegeben. Der Darstellung ist deutlich zu entnehmen, dass die Klemmbacken im geschlossenen Zustand um die vertikal ausgerichteten Achsen 25 verschwenkt worden sind, um den hier nicht näher dargestellten Antennendraht an ihren Enden 22a und 22b festzuklemmen beziehungsweise unterhalb der hier in dieser Darstellung nicht wiedergegebenen Erwärmungseinrichtung 19 zu positionieren.
Sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.

1: Substrat
1a: Oberfläche des Substrates
2, 3: Ambosselemente
4, 5: ringförmige Ultraschallsonotroden
6: Antennendraht
7: Antennendrahtführungseinrichtung
8: Verlegerichtung
9: Drahtführereinrichtung
10: Ultraschallgeber
11: Drahtführungseinrichtung
12: Antennendraht
13: Ultraschallsonotrode
14: Drahtführungseinrichtung
15: Antennendraht
15a: in der Drahtführungseinrichtung angeordneter Antennendrahtabschnitt
15b: bereits mit dem Substrat verschweißter Antennendrahtabschnitt
15c: freies Ende des Antennedrahtes
16: Verlegerichtung
17: Drahtverlegevorrichtung
18: Ultraschallsonotrode
18a: Einlass für den Antennendraht in die Drahtführungseinrichtung
19: Erwärmungseinrichtung
20: Klemmelement
20a, 20b: Klemmbacken
21: Verlegerichtung
22a, 22b: vordere Enden der Klemmbacken
23: verschwenkbares Bauteil
24: ausfahrbares Bauteil
25: Schwenkachse

Claims

Drahtverlegevorrichtung zur Herstellung von einem mindestens eine Antenne umfassenden Transponder auf einer Oberfläche (1a) eines Substrates (1) mit mindestens einer Ultraschallsonotrode (13, 18), einer darin integrierten Drahtführungseinrichtung (14) zur Zuführung von Antennendraht (15) auf die Oberfläche (1a) des Substrates (1) und einer Erwärmungseinrichtung (19) zum Verbinden des Antennendrahtes (15) mit der Oberfläche (1a) des Substrates (1), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Ultraschallsonotrode (18) und der dazu benachbarten Erwärmungseinrichtung (19) ein schließbares Klemmelement (20) zur Fixierung der Ausrichtung eines freien Endes (15c) des Antennendrahtes (15) gegenüber der Erwärmungseinrichtung (19) angeordnet ist.
Drahtverlegevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Klemmelement (20) zwei den Antennendraht (15) links- und rechtsseitig oder ober- und unterseitig umfassende Klemmbacken (20a, 20b) umfasst.
Drahtverlegevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmbacken (20a, 20b) an der Drahtverlegevorrichtung (17) verschwenkbar (25) und/oder verschiebbar angeordnet sind.
Drahtverlegevorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass das Klemmelement (20) zangenartig (22a, 22b) ausgebildet ist.
Drahtverlegevorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass das Klemmelement (20) vor einem Abtrennvorgang zum Abtrennen des verlegten Antennendrahtanteils (15b) von dem in der Drahtführungseinrichtung (14) angeordneten Antennendrahtanteil (15a) selbsttätig schließbar ist.
Drahtverlegevorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Klemmelement (20) nach einer anfänglichen Neuverbindung des freien Endes (15c) des in der Drahtzuführeinrichtung (14) zumindest teilweise angeordneten Antennendrahtanteils (15a) mit dem Substrat (1) selbsttätig zu öffnen ist.
Drahtverlegevorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Klemmelement (20) das freie Ende (15c) des Antennendrahtes (15) derartig fixiert, dass es zwischen der Erwärmungseinrichtung (19) und dem Substrat (1) positioniert ist.
Drahtverlegevorrichtung nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Klemmelement (20) höhenverstellbar (23, 24) ausgestaltet ist.