DE2511058A1

DE2511058A1 - Befestigungsanordnung

Info

Publication number: DE2511058A1
Application number: DE19752511058
Authority: DE
Inventors: Jun Steven Butler; Arthur Harley Clawson; Robert Jackie Ward
Original assignee: PR Mallory and Co Inc
Current assignee: Duracell Inc USA
Priority date: 1974-03-13
Filing date: 1975-03-13
Publication date: 1975-09-18
Also published as: CA1038088A; GB1505357A; US3920949A; FR2264456A1; JPS50127567A

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. F.¥eickmann,

Dipl.-Ing. EWeickmann, D1PL.-PHYS. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Hub.;r

8 MÜNCHEN 86, DEN DXIII POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 3921/22

P.R. Mallory & Co. Inc., 3o29 East Washington Street, Indianapolis, Ind., V.St.A.

Befestigungsanordnung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Befestigung von Elementen an einem Substrat.

Anordnungen der erfindungsgemäßen Art eignen sich speziell zur Befestigung von Halbleitersystemen auf Substraten, welche elektrischeKreise und elektrische Anschlüsse aufweisen. In der Halbleitertechnik befindet sich auf Scheiben eine Vielzahl von Halbleitersystemen (beispielsweise Trnasistoren), welche auf das Substrat übertragen und mit elektrischen Anschlüssen verbunden werden. Aufgrund der relativ geringen Größe aufgrund von typischen Halbleitersystemen tragenden Scheiben, wird der Vorgang des Übertragens und Befestigens der Scheibe am Substrat zum größten Teil von Hand durchgeführt, was sehr teuer und zeitaufwendig ist. Darüber hinaus werden

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die Systeme normalerweise mit Hilfe eines geeigneten Haltemediums, wie beispielsweise Wachs, an der Scheibe befestigt. Um das System übertragen zu können, muß das Wachs geschmolzen werden.

Zur Vermeidung dieser Nachteile ist eine Anordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch folgende Merkmale gekennzeichnet:

eine erste geheizte Plattform, welche Basiselemente aufnimmt, auf denen sich jeweils eine Vielzahl der Elemente befindet, eine die erste Plattform in zwei aufeinander senkrecht stehenden Richtungen einstellende Einrichtung, eine zweite geheizte, das Substrat aufnehmende Platteform, eine übertragungseinrichtung, welche wenigstens ein Element von der ersten geheizten Plattform auf die zweite geheizte Plattform überträgt, eine an der übertragungseinrichtung vorgesehene Schweißvorrichtung, und eine auf der zweiten geheizten Platteform vorgesehene Justiervorrichtung zur Justierung der Lage des Elementes relativ zur Schweißvorrichtung zwecks Ausübung eines gleichen Schweißdrucks auf das Element.

In Weiterbildung der Erfindung sind die übertragungseinrichtung und die Schweißvorrichtung vorzugsweise als eine Einheit ausgebildet.

Die Justiervorrichtung weist gemäß einem weiteren Merkmale der Erfindung ein in der zweiten Plattform befindliches Lager auf, in dem eine Kugel angeordnet ist, die teilweise über die Oberseite der zweiten Plattform herausragt. Dadurch wird ein Punktkontakt für die zu bearbeitenden Elemente gewährleistet, so daß die Elemente in bezug auf ein Bearbeitungswerkzeug genau justierbar sind.

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Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Es zeigt:

Fig. 1 eine Vorderansicht einer erfindungsgemäßen Anordnung ;

Fig. 2 eine Aufsicht einer Plattform der erfindungsgemäßen Anordnung;

Fig. 3 einen Querschnitt eines Abnehmers und einer Schweißvorrichtung der erfindungsgemäßen Anordnung;

Fig. 4 eine der Fig. 3 entsprechende Ansicht, in welcher der Abnehmer und die Schweißvorrichtung in einer anderen Arbeitsstellung dargestellt sind; und

Fig. 5 einen vergrößerten Querschnitt nach Fig. 4, aus dem die Kombination aus Abnehmer und Schweißvorrichtung sowie deren relative Lage zu einem Element und einem Substrat, an dem das Element befestigt werden soll, ersichtlich sind.

Die erfindungsgemäße Anordnung umfaßt generell ein Gehäuse aus einer Basis 1o und eine Abdeckung 12. Weiterhin sind Instrumententableaus 14 und 16 vorgesehen, auf denen verschiedene Skalen, Anzeigeinstrumente und Schalter angeordnet sind. Generell besitzt die Anordnung eine erste geheizte Plattform 18, eine zweite geheizte Plattform 2o, eine die erste Platt-form in zwei aufeinander senkrecht stehenden Richtungen einstellende Einrichtung 2o, 24

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eine übertragungseinrichtung 26, eine Schweißvorrichtung 28 sowie eine auf der zweiten geheizten Plattform 2o vorgesehene Justiervorrichtung 3o* Weiterhin ist eine Ausrichtevorrichtung 32 vorgesehen, welche ein durch die Übertragungsvorrichtung 26 zu übertragendes Element richtig ausrichtet, was im folgenden noch genauer beschrieben wird.

Die Plattform 18 sitzt auf einer Nabe 34, wobei Nabeund Plattform drehbar in einer Platte 36 gelagert sind. Die Platte 36 ist durch Lager 38' und 4ο¹ in Führungsschienen 38 und 4o translatorisch bewegbar.Die Nabe 34 wird von einem Getriebezahnrad 42 getragen. Die Führungsschienen 38 und 4o sitzen auf Halterungen 44 und 46, welche ihrerseits von Basiselementen 48 und 5o getragen werden. Diese Basiselemente 48 und 5o sind durch Lager 52' und 54J in Schienen 52 und 54 translatorisch bewegbar. Daher ist die Plattform 18 durch die Platte 36 und die Einstelleinrichtung 22, 24 in zwei aufeinander senkrecht stehenden Richtungen einstellbar. Der Teil 22 der Einstelleinrichtung umfaßt einen Motor 56 und eine Schnecke 58, während der Teil 24 der Einstelleinrichtung einen Motor 6o und eine Schnecke 62 umfaßt. Die Platte ist durch den Motor 56 und die Schnecke 58 in einer Richtung bewegbar, wobei die Schnecke in geeigneter Weise mit der Platte verbunden ist. Weiterhin ist die Platte 36 durch den Motor 6o und die Schnecke 62, die Halterungen 48 und 5o sowie die Halterungen 44 und 46 auch in einer zu der erstgenannten Richtung senkrechten Richtung bewegbar, wobei die Schnecke 62 in geeigneter Weise an den Halterungen 44 und 46 befestigt ist.

Durch die Ausrichtevorrichtung 32 kann die Plattform weiterhin auch drehbar eingestellt werden. Das Getriebezahn-

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rad 42 der Ausrichtevorrichtung 32 steht mit einer Schnecke 41 in Eingriff, welche durch einen Knopf 43 manuell drehbar ist.

Die Plattform wird durch elektrische Heizspulen 64 aufgeheizt, welche über elektrische Leitungen 66 an eine (Nicht dargestellte) Spannungsquelle angeschlossen sind.

Die geheizte Plattform 8o nimmt eine Vielzahl von Elementen 68 auf, welche von einem Basiselement 7o getragen werden. Bei der dargestellten Ausfuhrungsform wird eine Vielzahl von Halbleitersystemen in einer Wachsmatrix auf einer Glasplatte getragen. Das Basiselement wird durch eine Einrichtung 72 zur Ausübung eines Unterdrucks fest auf der Plattform gehalten. Diese Einrichtung 72 umfaßt eine öffnung 74 in der Plattform 18, auf die ein Unterdruck ausgeübt werden lann, sowie einen Dichtungsring 78, der das Basiselement trägt. Die zweite geheizte Platt-form 2o wird von einem Ständer 8o getragen. Diese Plattform 2o wird durch elektrische Heizspulen 82 aufgeheizt, welche an eine (nicht dargestellte) Spannungsquelle angeschlossen sind.

Die Elemente 68 werden durch die übertragungseinrichtung 26 von der ersten auf die zweite Plattform übertragen. Die übertragungseinrichtung 26 besitzt einen Unterdruckabnehmer 84, welcher durch einen Träger 86 in horizontaler Richtung translatorisch bewegbar ist. Dieser Träger 86 läuft längs Schienen 88 und 9o, wobei die Bewegung durch einen Strömungsmedium-Zylinder 92 (beispielsweise Luftzylinder) und einen Kolben 94 hervorgerufen wird. Die Schweißvorrichtung zur Anschweißung der auf ein Substrat 96 übertragenen Elemente ist mit dem Unterdruckabnehmer 84 als

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eine Einheit ausgebildet, durch die zwei Operationen durchführbar sind. Gemäß den Fig. 1 und 3 bis 5 umfaßt die vollständige Einheit eine Hülse 98, einen in der Hülse bewegbaren Werkzeughalter 1oo, einen vom Werkzeughalter getragenen Heizstab 1o2, eine Einrichtung 1o3 zur Aufheizung des Heizstabes, eine Bohrung 1o4 im Heizstab, eine in der Bohrung bewegbare, federbelastete Hülse 1o6 sowie eine einen in der federbelasteten Hülse wirkenden Unterdruck erzeugende Einrichtung 1o5. Der Werkzeughalter 1oo ist mit einem Kolben 1o8 verbunden, welcher durch einen Luftzylinder 11o betätigt wird, wobei die Luft von einer (nicht dargestellten) Luftquelle über Leitungen 1o7 und 1o9 (Fig. 1) geliefert wird. Die Hülse 1o6 ist durch eine Spiralfeder 112 federbelastet. Die Heizeinrichtung 1o3 ist in Form einer elektrischen Spule 114 ausgbebildet, welche mit einer (nicht dargestellten) Spannungsquelle verbunden ist. Die Einrichtung 1o5 zur Erzeugung eines Unterdrucks für die Hülse 1o6 umfaßt eine Pumpe 116 sowie eine die Pumpe mit einer Rohrleitnng 12o verbindende Leitung 118, wobei die Rohrleitung 12o mit der Bohrung 1o4 kommuniziert.

Das Substrat 96 wird auf der Plattform 2o durch eine Einstelleinrichtung 122 richtig eingestellt. Istbeispielsweise das Substrat eine gedruckte elektrische Schaltung und das am Substrat zu befestigende Element ein Transistor, so muß das Substrat so eingestellt werden, daß die übertragungseinrichtung den Transistor in die richtigen Leitungsverbinden überträgt. Die Einstelleinrichtung 122 umfaßt einen L-förmigen Rahmen 124, eine Schiene 126 sowie ein Paar von Schrauben 128 und 13o, durch die eine Bewegung der Schiene in zwei aufeinander senkrecht stehenden Richtungen durchführbar ist. Der L-fÖrmige Rahmen 124

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•Μ *7 mm

besitzt zwei Schenkel 124' und 124", gegen die das Substrat gedrückt wird. Die Bewegung des L-förmigen Rahmens erfolgt über den mit der Schiene 126 verbundenen Schenkel 124'.

Das Substrat wird durch den L-förmigen 124 auf das Ende des Horizontalweges der übertragungseinrichtung eingestellt. Das Ende des Weges ist so gewählt, daß die Einheit aus Unterdruckabnehmer 84 und Heizstab 1o2 auf die Justiervorrichtung 3o ausgerichtet ist. Wie im einzelnen aus Fig. 5 hervorgeht, umfaßt die Justiervorrichtung 3o ein in der Plattform 2o befindliches Lager 132, in dem eine Kugel 134 angeordnet ist, die ihrerseits mit einem Teil 134¹ aus dem Lager herausragt und mit dem Substrat 96 in Eingriff steht. Durch die Anordnung aus Kugel und Lager wird für das Substrat 96 ein Punktkontakt gebildet, über den zwischen dem Heizstab 1o2 und dem am Substrat anzuschweißenden Element 68 ein Druckausgleich erfolgt.

Zur Wirkungsweise der Anordnung wird speziell auf die Fig. 1 und 2 Bezug genommen. Das Basiselement 7o wird zunächst auf die Plattform18 gebracht. Dabei wirkt auf das Basiselement ein Unterdruck ein, der es gegen den Ring 78 hält. Der Unterdruckabnehmer 84 der übertragungseinrichtung 26 und speziell die Hülse 1o6 (Fig. 5) sind nahe dem Umfang des Basiselementes auf ein Element 68 ausgerichtet. Sodann wird die Plattform durch die Einstelleinrichtung 24 eingestellt, um den Unterdruckabnehmer zu einem zweiten Element am gegenüberliegenden Rand auszurichten. Eine exakte Ausrichtung zwischen dem Unterdruckabnehmer und dem zweiten Seitenelement erfolgt

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dann über die Schnecke 41 und das Antriebszahnrad 42.
Im Bedarfsfall kann durch Wiederholung des Vorganges
mit anderen Elementen eine weitere Prüfung durchgeführt werden.

Der Betrag der gewünschten schrittweisen Einstellung
wird in die Einstelleinrichtung 22, 24 einprogrammiert. Für auf einer Scheibe getragene Halbleitersysteme ist
der Betrag der schrittweisen Einstellung gleich dem Abstand zwischen den Elementen. Dabei werden sowohl die
"X"-Achse (eineEinstellteileinrichtung 24) und die ¹¹Y"-Achse (eine Einstellteileinrichtung 22) in einem definierten Bewegungsbetrag eingestellt. Fenster 136 und 138 zeigendie Größe der in einer bestimmten Richtung durchgeführten Inkremente an. Die Inkremente, um welche die Einstelleinrichtung 22, 24 die Plattform weiter bewegt, werden in einem geeigneten (nicht dargestellten) Zeittaktmechanismus einprogrammiert, welcher die Motoren 56 und 6o
schrittweise erregt. Ein derartiger Zeittaktmechanismus programmiert auch die sequentiellen Operationen der anderen Teile der Anordnung, wie beispielsweise die Erzeugung des Unterdrucks und die Betätigung der übertragungseinrichtung.

Das Substrat, auf welches das Element 68 aufgebracht werden soll, wird mit Hilfe des L-förmigen Rahmens 124 der Einstelleinrichtung 122 richtig eingestellt.

Sodann wird den Heizern und den (nicht dargestellten)
Zeittaktern über einen Schalter 139 Spannung zugeführt. Den Motoren und den Anzeigeinstrumenten auf dem Tableau 14 wird über einen Schalter 14o Spannung zugeführt.
Der Heizstab 1o2 wird übeifdie Spule 114 aufgeheizt.

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Weiterhin werden auch die Plattformen 18 und 2o aufgeheizt.

Die übertragungseinrichtung 26 wird ausgerichtet zum Element 68 über die Plattform 18 gebracht. Eine exakte Ausrichtung zwischen dem ünterdruckabnehmer 84 und einem Element kann durch Drücken eines Knopfes 135 oder 137 erfolgen, um die Plattform 18 in Richtung entweder der X - oder der Y-Achse durch die Motoren 56 und 6o und die entsprechenden Schnecken 58 und 62 einzustellen. Die Richtung dieser Einstellung wird durch die Stellung von Schaltern 142 und 144 festgelegt. Es sei angenommen, daß sich ein erstes zu übertragendes Element auf der linken Seite der Plattform 18 (aus Blickrichtung auf die Anordnung) befindet. Dann wird der Schalter 124 nach links geschaltet, so daß der Motor 16o erregt wird, um die Plattform 18 zum Zwecke der Ausrichtung jedes folgenden Elementes zur rechten Seite nach links zu bewegen. Der Schalter 141 wird auf die X-Achse geschaltet, um den Kreis für den Motor 6o nnd einen Kreis für eine Anzeige 143 zu schließen. Diese Anzeige stellt die Stellung dar des Unterdruckabnehmers 84 in bezug auf die Elemente bei seiner Bewegung über das Basiselement längs der X-Achse. Zum Start eines Zyklus wird ein Starknöpf 146 gedrückt. Die Hülse 1o6 und der Werkzeughalter 1oo werden abgesenkt, um mit dem Element in Eingriff zu treten. Auf das Element wird ein Unterdruck ausgeübt, um es vom Basiselement 7o abzunehmen und es am Ende der Hülse zu halten. Die Hülse 1o6 und der Werkzeughalter 1oo werden hochgezogen und die übertragungseinrichtung 26 in eine Stellung über dem Substrat 96 auf die Plattform 2o bewegt. Der Halter 1oo und die Hilse 1o6 werden erneut abgesenkt, um das übertragungselement auf das Substrat zu bringen. Der Heiz-

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stab 1o2 wird abgesenkt, um das Element durch Einwirkung von Wärme und Druck auf das Substrat zu schweißen. Nach Abschlaltung des auf die Hülse 1o6 wirkenden Unterdrucks werden die Hülse und der Werkzeughalter angehoben. Der Unterdruckabnehmer 84 wird sodann über die Plattform 18 gebracht, wonach der Motor 6o die Plattform über die Schnecke 62 einstellt, um ein Element zu demjenigen Element auszurichten, das vorher mit dem Unterdruckabnehmer übertragen wurde. Nach Aufbringen eines neuen Substrates auf die Plattform 2o wird der Zyklus durch Drücken des Knopfes 146 wiederholt. Wenn alle Elemente in Richtung der X-Achse übertragen sind, so wird der Schalter 141 auf die Y-Achse umgeschaltet, um den elektrischen Kreis des Motors 156 zu schließen.Der Schalter 144 ist vorher zur Einstellung der Plattform 18 längs der Y-Achse in Abhängigkeit davon, welch nächstfolgende Spalte von Elementen übertragen werden soll, umgeschaltet, Ebenso wie im Falle der Einstellung in der X-Achse wird ein elektrischer Kreis für die Anzeige 143 geschlossen, um die Stellung des Unterdruckabnehmers 84 in der Y-Achse anzuzeigen. Ist die Plattform 18 zur Ausrichtung des Unterdruckabnehmers in bezug auf ein Element in der nächsten Spalte durch den Motor 56 und die Schnecke 58 eingestellt, so werden der Schalter 141 auf die X-Achse umgeschaltet und die Zyklen getrennt.

Wird der Schweißvorgang zwischen dem Element und dem Substrat durchgeführt, so ist im oben bereits beschriebenen Sinne ein gleichförmiger Druck zwischen demHeizstab 1o2 und dem Element durch den Punktkontakt des Substrates mit der im Lager 132 befindlichen Kugel 134 gewährleistet.

Ist das von einer Scheibe, welche als Basiselement 7o dient, getragene Element 68 ein Transistor, so werden

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die Transistoren vor der Übertragung auf das Substrat selbst geprüft. r>abei werden schlechte Transistoren gekennzeichnet. Zeigt es sich, daß ein solches Element in einem ablaufenden Zyklus aufgenommen werden soll, so kann eine Bedienungsperson ein solches Element durch Drükken des Knopfes 146 überspringen, um einen getrennten Kreis für den Motor 56 oder 6o zu schließen, um die Plattform 18 so einzustellen, daß der ünterdruckabnehmer auf das nächste Element ausgerichtet wird.

- Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche ;

DjAnordnung zur Befestigung von Elementen an einem Substrat, ^——"'gekennzeichnet durch eine erste geheizte Plattform (18), welche Basiselemente (7o) aufnimmt, auf denen sich jeweils eine Vielzahl der Elemente (68) befindet, eine die erste Plattform (18) in zwei aufeinander senkrecht stehenden Richtungen einstellende Einrichtung (2o, 24), eine zweite geheizte, das Substrat (96) aufnehmende Plattform (2o), eine übertragungseinrichtung (26), welche wenig stens ein Element (68) von der ersten geheizten Plattform (18) auf die zweite geheizte Plattform (2o) überträgt, eine an der übertragungseinrichtung (26) vorgesehene Schweißvorrichtung (28), und durch eine auf der zweiten geheizten Plattform (2o) vorgesehene Justiervorrichtung (3o) zur Justierung der Lage des Elementes (68) relativ zur Schweißvorrichtung (28) zwecks Ausübung eines gleichen Schweißdrucks auf das Element (68).
2) Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Ausrichtevorrichtung (32) auf der ersten geheizten Plattform (18) zur Ausrichtung des Basiselementes (7o) relativ zur übertragungseinrichtung (26).
3) Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste geheizte Plattform (18) durch die Ausrichtevorrichtung (32) manuell drehbar ist.
4) Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Justiervorrichtung (3o) ein in der zweiten Plattform (2o) befindliches Lager (132) aufweist und daß in dem Lager (132) eine Kugel (134) angeordnet ist, die teilweise über die Oberseite der zweiten Platt-

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form (2o) herausragt und dadurch mit dem Element (68) in Eingriff tritt.
5) Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die erste geheizte Plattform (18) eine Einrichtung (72) zur Ausübung eines Unterdrucks auf das Basiselement (7o) aufweist.
6) Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (72) zur Ausübung des Unterdrucks eine öffnung (74) in der ersten Plattform (18) sowie einen von dieser Plattform (18) getragenen und die öffnung (74) umgebenden Dichtungsring (78) umfaßt, der das Basiselement (7o) aufnimmt.
7) Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die übertragungseinrichtung (26) einen Unterdruckabnehmer (84) aufweist.
8) Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der" Unterdruckabnehmer (84) und die Schweißvorrichtung (28) als eine Einheit ausgebildet sind.
9) Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheit aus Unterdr^uckabnehmer (84) und Schweißvorrichtung (28) folgende Elemente umfaßt: eine Hülse (98), einen in der Hülse (98) bewegbaren Werkzeughalter (1oo), einen vom Werkzeughalter (1oo) getragenen Heizstab (To2), eine durch die zentrale Achse des Heizstabes (1o2) verlaufende Bohrung (1o4),eine in der Bohrung (1o4) gleitend angeordnete und unter Federbelastung stehende Hülse (1o6) und eine in der Bohrung und in der federbelasteten Hülse (1o6) einen Unterdruck er-

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- 14 zeugende Einrichtung (1o5).
10) Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichet, daß der Werkzeughalter (1oo) als Stab mit einer langgestreckten Ausnehmung ausgebildet ist, welche den Heizstab (1o2) aufnimmt und in der zwischen ihrem Boden und der federbelasteten Hülse (1o6) eine Spiralfeder (112) angeordnet ist.
11) Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 1o, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizstab (1o2) von einer elektrischen Heizspule (114) umgeben ist.
12) Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstelleinrichtung (22, 24) Motor getriebene Schnecken (58, 62) aufweist, welche an die erste geheizte Plattform (18) angekoppelt sind.

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