DE3330874A1 - Werkstuecktraeger und verfahren zum aufspannen eines werkstueckes - Google Patents
Werkstuecktraeger und verfahren zum aufspannen eines werkstueckesInfo
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Description
Henkel, Pfenning, Feiler, Hänzel & Meinig Patentanwälte
-S- European Patent Attorneys
Zugelassene Vertreter vor dem ; Europäischen Pateritamt
- Dr phii G Henkel München
Dipl-Ing J Pfenning Berlin
Dr rer na; L Feilet München Dip1-Ing W-Hanzei München
Magnetic Peripherals Inc. - tfÜüüi
Minneapolis, Minn., V.St.A. MoNsBaOe37
D-8000 München 80
Tel 089/982085-87 Telex 0529802 hnkld
Telegramme ellipsoid
MPI 727-WG
2& Aug. 1983
Werkstückträger und Verfahren zum Aufspannen eines Werkstückes
τ -G-
Di e Erfindung betrifft einen Werkstückträger zur Halterung eines länglichen Werkstücks mit zwei langgec
streckten, flachen, im wesentlichen parallelen Flächen, von denen die eine mit einer Tragfläche des Werkstückträgers
(durch Verklebung) verbindbar ist, und zum Durchbiegen oder Wölben des Werkstücks, um seiner
zweiten Fläche entsprechend der Leistungs- oder Energieeingabe eine konkave Form zu verleihen. Außerdem
bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Aufspannen eines Werkstückes auf einem solchen Werkstückträger.
Bei bestimmten (maschinellen) Bearbeitungs- oder Zer-15
spanungsvorgängen/ bei denen die Zerspanung mit
Hilfe von an einer Fläche hohen Ebenheitsgrad angebrachten Schleifmittelteilchen oder Zähnen erfolgt,
ist es wünschenswert, das Endprofil der bearbeitenden
Fläche so zu regeln, daß alle Merkmale oder Gebilde 20
(features) einer Reihe solcher Gebilde auf einer die bearbeitende Fläche schneidenden Fläche (in einem
Abstand) innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs zur bearbeitenden Fläche zu liegen kommen. In einem
-_. typischen Fall sind dreizehn derartige Gebilde mit
Jb
.Mittenabständen von 1,58 mm angeordnet, wobei die Oberfläche im Idealfall so bearbeitet werden muß,
daß jedes Gebilde letztlich in einem Abstand von 0,51 - 2,03 mm von der bearbeitenden Fläche angeordnet
ist. Es ist dabei wünschenswert, diese endgültige 30
Konfiguration unabhängig vom Abstand zwischen diesen Gebilden und entweder der zu läppenden oder anderweitig
zu bearbeitenden Fläche oder einer anderen Bezugslinie auszubilden.
Die erwähnte, typische Bearbeitung ergibt sich bei der chargenweisen Herstellung von Dünnschicht-Magnetköpfen
für Plattenspeicher. Die -genannten Gebilde umfassen
dabei einzelne Fluß- oder Luft-Spalte (throats) der Dünnschicht-Magnetköpfe,
die sich an der Seite des Werkle Stücks befinden und relativ zur ursprünglichen Lage
der zu bearbeitenden Fläche so angeordnet sind, daß eine beträchtliche Zerspanung der genannten Fläche
erforderlich ist. Nach Abscnluß des Bearbeitungsvorgangs wird die Platte oder Stange (bar) zur Freilegung
n der einzelnen Wandler- bzw. Magnetköpfe in Querrichtung
gespalten.
Als Folge von Fehlern in der die Ablagerung oder Bedampfung kontrollierenden Maske, Lagenfehlern der
. Maske und Änderungen der Plattengeometrie infolge von
15
externen Kräften und Restspannung können diese Magnetköpfe nicht genau längs einer beliebigen Bezugslinie
abgelagert werden. Dennoch müssen sich alle Magnetkopf-Spalte (throats) innerhalb des vorbestimmten
Toleranzbereichs von 0,51 - 2,03 mm von der Kante 20
befinden, wenn sie brauchbar sein sollen. Offensichtlich ist der Fertigungsvorgang um so wirksamer
und wirtschaftlicher, je weniger Ausschuß-Magnetköpfe
ein vorgegebenes Werkstück liefert. Bisher war es
nicht möglich, einen hohen Prozentsatz solcher Gebilde 25
in jeder Stufe des Bearbeitungsvorgangs gleichzeitig innerhalb des vorgegebenen Toleranzbereichs auszurichten.
Es ist zwar auch möglich, Sensoren bzw. Markierungen in vorbestimmten Positionen am oder im Werkstück
anzuordnen und damit den Fortgang der Bearbeitung zu bestimmen. Tatsächlich liefern die derzeit verwendeten
Sensoren eine ständige und höchst genaue
Anzeige (bis 0,127 mm oder besser) des Abstands der 35
bearbeiteten Fläche von den einzelnen Gebilden. Damit ist es möglich, im Bearbeitungsverlauf die Annäherung
jedes Gebildes an den vorgegebenen Toleranzbereich
zu überwachen.
.. Der nächstliegende Stand der Technik findet sich im
ο
"IBM Technical Disclosure Bulletin (TDB)", Band 24, Nr. 1A, S. 198, Juni 1981, worin für das Läppen von
Dünnschicht-Magnetköpfen ein Werkstückträger beschrieben ist, der "eine automatische Kompensation
von Biegungsfehlern" gewährleisten soll. "IBM TDB", Band 23, Nr. 4, September 1980; Band 13, Nr. 4,
September 1970, und US-PS 3 821 815 beschreiben den Stand der Technik bezüglich der Läpp- oder Bearbeitungsvorgänge bei der chargenweisen Herstellung von Dünns
chi cht-Wandlerköpfen.
Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung einer Vorrichtung zur Halterung eines Werkstücks während
Bearbeitungsvorgängen, speziell einer Vorrichtung
zum Durchbiegen oder -wölben des Werkstücks, während 20
es am Träger aufgespannt ist.
Die Erfindung bezweckt auch die Steuerung oder Einstellung dieser Biegung in der Weise, daß eine Reihe
von teilweise ausgerichteten Gebilden am Werkstück 25
sämtlich in eine Lage innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs gebracht werden bevor sich eines dieser
Gebilde während des BearbeitungsVorgangs in eine Lage außerhalb dieses Toleranzbereichs bewegt.
Damit soll die Ausschußrate der durch (spanabhebende) Bearbeitung des Werkstücks gleichzeitig hergestellten
Gegenstände herabgesetzt werden.
Die genannte Aufgabe wird durch die in den beigefügten 35
Patentansprüchen gekennzeichneten Merkmale gelöst.
Gegenstand der Erfindung ist ein Werkstückträger, mit dein der Prozentsatz der innerhalb des Toleranzbereichs
_ liegenden Gebilde vergrößert werden kann. Zu diesem
ο
Zweck wird vorgeschlagen, das Werkstück während der Bearbeitung so durchzubiegen bzw. zu wölben, daß alle
oder zumindest die meisten Gebilde (Wandler) innerhalb eines Toleranzbereichs einer gewünschten Breite zu
liegen kommen. Dies wird durch Verbindung bzw. Verklebung des Werkstücks mit dem Trägerwerkzeug erreicht.
In bevorzugter Ausführungsform umfaßt der Werkstückträger
einen Querträger, der in seinem Mittelbereich durch einen Schaft auf Abstand von einem vergleichsweise
steifen Sockel gehalten wird, so daß die beiden 15
Enden des Querträgers effektiv vom Schaft auskragen.
Zwei auf gegenüberliegenden Seiten des Schafts vom Sockel getragene Säulen erstrecken sich zu und in Berührung
mit Lastpunkten an den Enden des Querträgers. Diese Säulen besitzen jeweils positive Wärmedehnungskoeffizienten.
Der Querträger und das mit ihm verbundene bzw. verklebte Werkstück können durch Wärmebeaufschlagung
jeder Säule, so daß sich diese ausdehnt und eine Kraft 25
auf den Querträger ausübt, durchgebogen werden. Bevorzugt erfolgt die Wärmebeaufschlagung durch ein
in einer Axialbohrung jeder Säule angeordnetes Widerstands (heiz) element, durch das ein Strom hindurchleit-
bar ist. Beim vorher erwähnten typischen Bearbeitungs-30
Vorgang kann eine Einstellung in der Größenordnung von 10,16 mm in der Relativstellung der vom Werkstück
getragenen Gebilde nötig sein. Im Fall eines typischen Metalls mit einem Wärmedehnungskoeffizienten von etwa
10 Zoll/Zoll/ F kann ersichtlicherweise die not-35
wendige Durchbiegung des Querträgers mit einem Temperaturanstieg von nur einigen Zehntel Grad Fahrenheit
erreicht werden, wenn jede Säule eine Länge von etwa 25,4 mm besitzt und eine ausreichend große massive
Querschnittsfläche aufweist und der Querträger nicht
übermäßig steif ist.
Durch überwachung des Abstands zwischen jedem Wandler
(Gebilde) und dem Toleranzbereich kann ohne weiteres die erforderliche Durchbiegung oder Wölbung des
Querträgers bestimmt werden, bei der die Größe der Zerspanung an den Wandlerstellen, deren Gebilde noch ziemlich
außerhalb des Toleranzbereichs liegen, vergrößert wird.
Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der
Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es b
zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Teildarstellung eines
am erfindungsgemäßen Werkstückträger aufzuspannenden Werkstücks,
Fig. 2 eine graphische Darstellung der Abstände
von einzelnen, an einer Seite des Werkstücks befindlichen Gebilden (features) zu einer
sich im Bearbeitungsverlauf verschiebenden
25
Werkstückkante,
Fig. 3 eine Fig. 2 entsprechende graphische Darstellung,
in welcher die genannten Abstände
im Laufe der Bearbeitung auf etwa 0,76 mm 30
von der Werkstückkante gebracht worden sind,
Fig. 4 eine graphische Darstellung der mit dem
erfindungsgemäßen Werkstückträger erzielten
Ergebnisse bei der im Bearbeitungsverlauf 35
erfolgenden Durchbiegung eines Werkstücks
mit der Kennlinie gemäß Fig. 2 zwecks Änderung
der Relativstellungen der Gebilde gegenüber der bearbeiteten bzw. Werkstückkante,
Fig. 5a eine perspektivische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
mit aufgespanntem Werkstück,
Fig. 5b einen Schnitt durch eines der isolierenden Abstandstücke, welche die Säulen von Stellschrauben
trennen, und
Fig. 6a und 6b Ansichten, die in übertriebener
Darstellung zwei verschiedene Zustände des Werkstückträgers bei bevorzugter Anbringung
des Werkstücks an ihm zeigen.
Das in Fig. 1 dargestellte typische Werkstück 11 weist
eine Anordnung von symbolisch angedeuteten Gebilden auf, welche die Fluß- oder Luft-Spalte (throats)
von Dünnschicht-Magnetwandlern zur Verwendung bei Plattenspeichern bilden können und zwischen denen sog.
Bearbeitungs-Leitmarken oder -Sensoren 14 angeordnet
sind. Da es für die erfolgreiche Realisierung der 25
Erfindung wesentlich ist, daß die Gebilde 15 und die
unmittelbar benachbarten Sensoren 14 relativ zu einer Linie 29 genau voneinander beabstandet sind, sind aus
praktischen Gründen die Bezugnahmen auf ein Gebilde und einen benachbarten Sensor 14 jeweils äquivalent.
Wenn nämlich ein Sensor 14 einen bestimmten Abstand von der Linie 29 mit sehr kleinem Fehler besitzt, so
ist der Abstand zwischen einem benachbarten Gebilde 15 und der Linie 29 mit nahezu derselben Genauigkeit
bekannt. Die Festlegung dieser genauen Lagenbeziehung zwischen den Gebilden 15 und den Sensoren 14 kann auf
die in der USA-Patentanmeldung Serial No ,
beschriebene Weise erfolgen. Bei der typischen
-Λ2~
Ausführungsform gemäß dieser USA-Patentanmeldung weist
das Werkstück 11 vierzehn Bearbeitungs-Sensoren 14 auf,
die - wie in Fig. 5 dargestellt - von links nach rechts mit 1-14 bezeichnet sind.
Bei einem typischen VerarbeitungsVorgang wird die
Fläche 33 des Werkstücks 11 mittels einer Läppscheibe
,Q langsam geläppt, so daß sich die Kante (Linie) 29
langsam zu den Sensoren 14 und durch diese hindurch verschiebt. Obgleich das kritische Merkmal, die Einschnürungs-
bzw. Spalthöhe, jedes Wandlers 15 relativ zu den benachbarten Sensoren 14 im Werkstück ziemlich
p. genau festgelegt ist, bedeuten die vergleichsweise
große Länge des Werkstücks 11 und die unvermeidbaren Fertigungstoleranzen, daß jeder Sensor 14 oder jedes
Gebilde 15 nicht notwendigerweise in gleich großen Abständen von entweder der Anfangslage der Linie 29
on oder Zwischenpositionen derselben zu liegen kommen,
wenn sich die Linie 29 im Bearbeitungsverlauf in Richtung auf die Sensoren oder Leitmarken 14 und
Gebilde bzw. Wandler 15 verschiebt.
„,. Zur Verdeutlichung dieses Umstands veranschaulichen
die graphischen Darstellungen von Fig. 2-4 die Abstände der einzelnen Sensoren 14 (oder Gebilde 15)
von der Linie 29 in stark vergrößertem Maßstab für verschiedene Fälle beim typischen Bearbeitungsvorgang.
In den Fig. 2-4 geben die kurzen Striche auf der
Ordinate den Abstand des jeweiligen Sensors 14 (oder des benachbarten Gebildes 15), dessen Positionszahl
auf der Abszisse erscheint, von der Kante 29 an. Im typischen Fall besteht ein Höhentoleranzbereich
__ für die Wandler von 0,51 - 2,03 mm, entsprechend
ob
den beiden waagerechten Linien, die von den betreffenden
Punkten in Fig. 2-4 ausgehen.
Gemäß Fig. 2 hat sich dabei die Kante 29 aufgrund der anfänglichen Bearbeitung den verschiedenen Sensoren
14 von einem typischen Anfangsabstand in der Größenordnung entsprechend einem Mehrfachen von 0,0254 ram
angenähert. In dieser Bearbeitungsstufe haben beim betreffenden Werkstück 11 die Sensoren 14 mit den
Positionszahlen 4-8 einen Abstand innerhalb des
Toleranzbereichs erreicht, während die Sensoren 14
10
mit den Positionszahlen 1-3 und 9-14 noch nicht innerhalb des Toleranzbereichs liegen. Gemäß Fig. 3
ist die Fläche 33 um etwa 0,76 mm weiter abgetragen worden, so daß die Sensoren 14 nun mehr an der Kante
29 liegen und damit der Sensor 14 mit der Positionszahl
5 nahezu am unteren Ende des Toleranzbereichs liegt, während die Sensoren in den Positionen 12-14 noch
oberhalb der maximalen Toleranzgrenze von 2,03 mm von der Kante 29 entfernt sind.
Ersichtlicherweise unterschreiten die Sensoren 14 in den Positionen 4-8 die untere Toleranzgrenze, wenn
die Bearbeitung fortgesetzt wird, bis die Sensoren 14 in den Positionen 1, 2 und 12-14 innerhalb des
Toleranzbereiches liegen. Der günstigste Bearbeitungs-
endpunkt entspricht daher demjenigen gemäß Fig. 3, da neun von vierzehn vorhandenen Sensoren einen innerhalb
der zulässigen Toleranz liegenden Abstand zur Kante 29 besitzen und daher die größtmögliche Zahl
brauchbarer Wandler 15 erhalten wird. Wenn andererseits
eine stärkere Bearbeitung oder Abtragung im Bereich der mit 1,2 und 12 - 14 bezeichneten Sensoren 14
durchgeführt werden könnte, wären ersichtlicherweise alle am Werkstück 11 vorhandenen Wandler 15 brauchbar.
Der Werkstückträger 10 gemäß Fig. 5 vermag diese Möglichkeit zu bieten. Bei diesem Werkstückträger
ist in einem Mittelbereich eines vergleichsweise
steifen Sockels 23 ein senkrecht von letzterem abgehender
Schaft 21 angeformt. Ein Querträger 12 ist
etwa auf halber Länge, vorzugsweise einstückig bzw. 5
materialeinheitlich, mit dem anderen Ende des Schafts 21 so verbunden, daß er sich etwa parallel zum Sockel
23 erstreckt. Die beiden Enden des Querträgers 12 kragen somit vom Schaft 21 aus und stehen dem Sockel
23 jeweils mit Abstand gegenüber. Das Werkstück 11 wird mit Hilfe eines Klebmittels an Kleblinien 31 an
Flächen 32 angebracht. Zwei Säulen 17a und 17b sind jeweils in einer Bohrung 19 angeordnet. Die Bohrungen
durchsetzen den Sockel 23 vollständig und sind so aus-, gerichtet, daß ihre Achsen Lastpunktbereiche nahe der
beiden Enden des Querträgers 12 schneiden. An dem vom Querträger 12 abgewandten Ende ist jede Bohrung 19
mit einem Gewinde zur Aufnahme einer Stellschraube versehen, die ihrerseits eine konzentrische innere
Bohrung aufweist.
20
20
Wenn der Querträger 12, der Schaft 21 und der Sockel aus einem Werkstoff mit thermischer Leitfähigkeit
und Wärmeausdehnungsvermögen hergestellt sind, müssen die Säulen 17a und 17b thermisch isoliert werden,
um eine Wärmeübertragung auf den restlichen Teil des Werkstückträgers 10 zu verhindern. Aus diesem Grund
ist ein Endstopfen 16 aus einem Werkstoff niedrigen Wärmeleitvermögens auf das dem betreffenden Lastpunktbereich
benachbarte Ende jeder Säule 17a und 17b 3® aufgesetzt. Jeder Stopfen 16 weist vorzugsweise einen
kuppeiförmigen bzw. gewölbten Kopf und einen von diesem abgehenden Schaft auf, der mit enger Passung in eine
Bohrung 22 der Säule 17a oder 17b eingesetzt ist, um die Stopfen 16 ingenauer Ausrichtung zwischen dem
° jeweiligen Lastpunktbereich und der betreffenden Säule 17a oder 17b zu halten. Ein zylindrisches Abstandstück
27 mit einem Innendurchmesser, der geringfügig größer ist als der Außendurchmesser der Säulen 17a
;'. .. : ;. . 333D87A
45-
und 17b, ist oberhalb der betreffenden, in das Gewinde
der Bohrung 19 eingeschraubten Stellschraube 26 in
jede Bohrung 19 eingesetzt. Eine innere Schulter 40 b
(Fig. 5b) verschließt teilweise das Ende des betreffenden Abstand3tücks19 an der Stellschraube 26
und hält dabei das Ende der betreffenden Säule 17a 17b auf Abstand von der zugeordneten Stellschraube
Die Abstandstücke 27 können aus demselben Werkstoff bestehen wie die Stopfen 16. Der Werkstoff dieser
Stopfen 16 und Abstandstücke 27 muß eine beträchtliche mechanische Druckfestigkeit besitzen.
Wie erwähnt, wird jede Säule 17a und 17b über praktisch
15
die Gesamtlänge von einer Bohrung 22 durchsetzt, die
über das Ende des Abstandstücks 27 mit der Bohrung der betreffenden Stellschraube 26 kommuniziert. In
die Bohrungen 22 der Säulen 17a und 17b sind Heizelemente 24a bzw. 24b eingesetzt, die Zuleitungen 25a
ZO
bzw. 25b zur Speisung mit elektrischem Strom aufweisen.
Die Heizelemente 24a und 24b stehen in inniger thermischer Berührung mit den Säulen 17a bzw. 17b.
Die Zuleitungen 25a und 25b verlaufen durch die Bohrungen der Stellschrauben 26 und können damit ohne
5
weiteres mit einer entsprechenden Stromquelle verbunden werden. Die Bohrungen 42 und 41 in Stellschrauben 26
bzw. Abstandstücken 27 (Fig. 5b) sind vorzugsweise so groß, daß sie das Einführen oder Herausziehen des
betreffenden Heizelements 24a und 24b in die bzw. 30
. aus der Säule 17a bzw. 17b zulassen.
Das Werkstück 11 wird bevorzugt an der Tragfläche 32 angeklebt. Rillen bzw. Nuten 13 ermöglichen das
Schneiden oder Spalten des Werkstücks in einzelne 35
Wandleranordnungen, nachdem die Fläche 33 des Werkstücks
11 bis zur richtigen Höhe relativ zu den Sensoren 14 abgetragen worden ist. Der gesamte Werkstückträger kann
vr -
auf einen Werkzeugann aufgespannt werden, um Ihn relativ
zum Zerspanungswerkzeug bzw. zu einer Schleif- oder
Läppscheibe der Maschine führen zu können. 5
Zur Gewährleistung einer einwandfreien Funktion des Werkstückträgers müssen verschiedene Gesichtspunkte
beachtet werden. Zunächst muß der Querträger 12 im Vergleich zum Sockel 23 vergleichsweise flexibel sein.
Dies wird bei der dargestellten Ausführungsform dadurch
erreicht, daß einfach die Dicke (lotrechte. Höhe gemäß Fig. 5a) des Querträgers 12 kleiner gewählt
wird als die des Sockels 23.
*° Die Säulen 17a und 17b müssen aus Werkstoffen hergestellt
sein, die einen ziemlich großen positiven linearen Wärmedehnungskoeffizienten und auch einen
vergleichsweise hohen Elastizitätsmodul besitzen. Eisenlegierungen (insbesondere rostfreier Stahl), be-
^ stimmte Aluminiumlegierungen und Messing besitzen sämtlich vergleichsweise hohe Wärmedehnungskoeffizienten
in der Größenordnung von 0,15 - 0,254 mm/Zoll/°F. Bevorzugt besitzen die Säulen 17a und 17b auch eine
vergleichsweise hohe Wärmeleitfähigkeit, so daß die von den Heizelementen 24a bzw. 24b abgegebene Wärme
sich schnell über die Gesamtmasse jeder Säule 17a und 17b verteilt. Bevorzugt bestehen die Säulen 17a
und 17b aus rostfreiem Stahl. Eine 25,4 mm lange und aus rostfreiem Stahl bestehende Säule 17a oder 17b
°Q dehnt sich pro F um etwa 0,254 mm aus. Eine Temperaturänderung
der Säulen 17a oder 17b von 100F (5,5 0C)
hat somit eine Längendehnung einer solchen Säule von 2,54 mm zur Folge, wenn die Enden der Säule nicht
festgelegt oder eingespannt sind. Um die Einführung von Fehlern durch unterschiedliche Wärmedehnungsgrade
zu vermeiden, werden bevorzugt der Querträger 12, der Schaft 21 und der Sockel 23 sämtlich aus denselben
Werkstoff hergestellt wie die Säulen 17a und 17b. In diesem Fall kann die Durchbiegung in einem Bereich
c entsprechend einem kleinen Mehrfachen von 0,025 mm
gehalten werden.
Im Betrieb wird elektrischer Strom an eine der Zuleitungen 25a oder 25b oder an beide Zuleitungen angelegt,
so daß das betreffende, angeschlossene Heizelement 24a bzw. 24b Wärme abgibt und dabei die es
umschließende Säule 17a bzw. 17b erwärmt. Aufgrund dieser Wärme dehnt sich die betreffende Säule aus und
beaufschlagt damit den Arm des Querträgers 12 am
,_ betreffenden Lastpunkt mit einer Kraft. Infolge dieser
Ib
Kraft biegt sich der Querträger 12 durch, so daß das Werkstück 11 eine leicht konkave Form erhält. Die
Größe der Durchbiegung oder Wölbung hängt nach anjsich bekannten Prinzipien der Strukturanalyse von der
nr. Querschnittsfläche und vom Elastizitätsmodul der
Säulen 17a und 17b sowie von der Steifheit des Querträgers 12 und des Sockels 23 ab. Aus diesem Grund
muß die erforderliche Größe der Auslenkung des Querträgers 12 (im voraus) bestimmt werden, worauf die
__ Säulen 17a und 17b sowie der Querträger 12 so ausgelegt
werden, daß im erzielbaren Temperaturbereich eine für die erforderliche Auslenkung ausreichend
große Kraft erzeugt wird. Eine Regelung des Stromflusses durch die Heizelemente 24 ermöglicht eine
Regelung der Temperatur der Säulen 17a und 17b mit ausreichender Genauigkeit und damit eine Steuerung
der Auslenkung oder Durchbiegung des Querträgers Aus den Fig. 3 und 4 geht hervor, daß bei einer
konkaven Wölbung des Werkstücks 11 um etwa 1,02 mm
__ dieses an seinen Enden stärker abgetragen wird als
co
im Mittelbereich und somit die Sensoren 14 in den Positionen 1, 2 und 12-14 nach weiterer Bearbeitung
innerhalb des Toleranzbereichs zu liegen kommen.
'-' . -;333087A
-η-
Die Stellschrauben 26 müssen ausreichend stark angezogen werden, um die Säulen 17a und 17b unter eine
Vorbelastung zu setzen. Die Größe dieser Vorbelastung hängt von den erwähnten mechanischen Eigenschaften
ab und kann durch entsprechendes Anziehen der Stellschrauben 26 genau eingestellt werden, wenn die
Konfiguration des Querträgers 12, der Säulen 17a und 17b sowie des Sockels 23 endgültig festgelegt worden
ist.
Es kann sich auch als zweckmäßig erweisen, dem Werkstück 11 vor einer Durchbiegung des Querträgers 12
eine anfängliche geringe konvexe Vorwölbung zu erteilen. Dies geschieht vorzugsweise dadurch, daß die
Säulen 17a und 17b vor dem Ankleben des Werkstücks 11 am Querträger 12 erwärmt werden. Hierauf wird das
Werkstück 11 auf die in Fig. 6a gezeigte Weise angeklebt. Wenn sich die Säulen 17a und 17b dann abkühlen,
*® ziehen sie sich zusammen und führen dabei den Querträger
12 in seine unverformte Lage gemäß Fig. 6b zurück. Das Werkstück 11 wird durch das Klebmittel
festgehalten, so daß es die durch die Begradigung des Querträgers 12 hervorgerufene Wölbung annimmt.
Zur Gewährleistung von Genauigkeit und Wiederholbarkeit der Klebebefestigung des Werkstücks 11 am Querträger
12 muß ersteres bei der Klebebefestigung eine geringe anfängliche Restspannung besitzen. Die Erfindung
betrifft daher auch ein Verfahren zur Durchführung dieser Klebebefestigung. Dabei wird zunächst ein
Werkstück 11 unmittelbar auf die nach oben weisenden Flächen 32 aufgelegt. Sodann werden mittels einer
Spritzennadel 34 oder dgl. Tropfen 35 eines flüssigen Klebmittels geringer Viskosität und Oberflächenspannung
in regelmäßigen Abständen an der einen Seite des Werkstücks 11 auf die Flächen 32 aufgebracht. Dieses
Klebmittel muß von der Art sein, die bei Berührung mit Luft schnell aushärtet und sich auf irgendeine Weise
auflösen läßt, wenn das Werkstück 11 vom Werkstückträger 5
10 abgenommen werden soll. Aufgrund von Kapillarwirkung
breitet sich das Klebmittel in den Zwischenräumen zwischen den Flächen 32 und dem Werkstück 11 aus. Bei
der Aushärtung verbindet sodann das Klebmittel das
Werkstück 11 mit den Flächen 12 längs Klebelinien 31.
10
Das Abnehmen des Werkstücks 11 erfolgt durch Eintauchen der Gesamtanordnung in ein zweckmäßiges Lösungsmittel.
Das derzeit bevorzugte Klebmittel ist ein handelsüblicher sogenannter Cyanoacrylat-Schnellkleber. Dieses
Material besitzt eine Viskosität von 1 - 5 cp bei
ο
25 C und eine zweckmäßige Oberflächenspannung. Das ausgehärtete Klebmittel läßt sich in Nitromethan oder
Aceton auflösen. Die Werte der Oberflächenspannung und der Viskosität müssen groß bzw. klein genug sein,
um ein Eintreten des Klebmittels in den Spalt zwischen
den Flächen 32 und dem Werkstück 11 durch Kapillarwirkung zu erlauben. Bei Anwendung dieses druckfreien
Verfahrens zum durch Verklebung erfolgenden Aufspannen des Werkstücks 11 auf dem Querträger 12 ist das Werkstück
11 nahezu oder vollständig frei von Anfangs-
spannung. Außerdem wird bei diesem Verfahren die Notwendigkeit für eine genaue Bearbeitung der mit den
Flächen 32 zu verklebenden Fläche des Werkstücks 11 vermieden. Unregelmäßige Zwischenräume werden dabei
einfach mit dem Klebmittel ausgefüllt. Beim Klebmittel-30
auftrag werden bevorzugt die Enden des Werkstücks 11 zuerst mit dem Querträger 12 verbunden. Sobald die
Enden festgelegt worden sind, wird bevorzugt von Fläche 32 zur Fläche 32 abwechselnd von beiden Seiten
her in Richtung auf die Mitte des Querträgers 12
weitergeklebt.
In'Abwandlung der Erfindung ist es möglich, die Säulen
17a und 17b mit anderen Mitteln als den elektrischen
.. Heizelementen 24a und 24b mit Wärme zu beaufschlagen;
ο
die elektrische Erwärmung läßt sich jedoch ersichtlicherweise am. einfachsten und wirtschaftlichsten steuern.
Eine andere mögliche Abwandlung besteht darin, daß der Querträger 12 nur am einen Ende vom Schaft 21 auskragt
und nur eine einzige Säule 17a vorgesehen ist. In diesem Fall wird bei Stromanlegung zur Erwärmung
• der Säule 17a nur das eine Ende des Querträgers 12 durchgebogen. Derzeit scheint diese Abwandlung jedoch
nicht so günstig zu sein wie die vorstehend beschriebene j
i
Ausführungsform, weil es dabei nicht möglich ist, die j
beiden Enden des Querträgers 12 um unterschiedliche I
Beträge auszulenken. - j
Wenn weiterhin Querträger 12, Schaft 21 und Sockel 23
aus einem feuerfesten Material oder einem anderen j
Werkstoff geringen Wärmeleitvermögens oder mit kleinem ,
Wärmedehnungskoeffizienten hergestellt sind, brauchen ' ;
die Säulen 17a und 17b gegenüber dem Sockel 23 bzw. ;
dem Querträger 12 nicht thermisch isoliert zu werden. 25
Claims (12)
- PatentansprücheWerkstückträger zur Halterung eines länglichen Werkstücks mit zwei langgestreckten, flachen, im wesentlichen parallelen Flächen, von denen die eine mit einer Tragfläche des Werkstückträgers (durch Verklebung) ver-,Q bindbar ist, und zum Durchbiegen oder Wölbung des Werkstücks, um seiner zweiten Fläche entsprechend der Leistungs- oder Energieeingabe eine konkave Form zu verleihen, gekennzeichnet durch einen vergleichsweise steifen Sockel (23),1C durch einen zwei Enden aufweisenden und mit seinem Ioeinen Ende etwa senkrecht zum Sockel (23) an diesem befestigten Schaft (21),durch einen am zweiten Ende des Schafts (21) angebrachten und von diesem in-etwa paralleler Gegenüber-_n stellung zum Sockel (23) auskragenden Querträger (12), der im Vergleich zu Sockel (23) und Schaft (21) verhältnismäßig flexibel bzw. biegsam ist und eine vom Sockel (23) abgewandte und ungefähr der Form der ersten Fläche des Werkstücks (11) angepaßte Tragfläche (32) sowie am (an jedem) auskragenden Ende einen dem Sockel (2 3) zugewandten Lastpunkt aufweist,durch je eine am Sockel (23) mit Abstand vom Schaft (21) angebrachte, sich zum und in Anlage gegen den Lastpunkt des Querträgers (12) erstreckende Säule (17, 17b) mit einem positiven Wärmedehnungskoeffizienten unddurch in inniger thermischer Berührung mit der (betreffenden) Säule stehende, die Energieeingabe auf-gp. nehmende und in Abhängigkeit davon Wärme erzeugende Wärmeerzeugungs- oder Heizelemente (24a, 24b) zum Erwärmen der Säulen (17a, 17b), so daß sich diese ausdehnen und dabei die Lastpunkte zum Durchbiegen ^-—--des Querträgers (12) mit einer Kraft beaufschlagen.
- 2. Werkstückträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der Schaft (21) am Sockel (23) etwa in dessen Mitte befestigt ist, daß der Querträger (12) etwa in seinem Mittelbereich am Schaft angebracht ist und an jedem Ende einen dem Sockel zugewandten Lastpunkt aufweist und daß zwei vom Sockel auf gegenüberliegenden Seiten des Schafts getragene Säulen (17a, 17b) vorgesehen sind, welche sich zu den betreffenden Lastpunkten und in Berührung mit diesen erstrecken.
- 3. Werkstückträger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Sockel (23), Schaft (21) und Querträger (12) aus einem einzigen Metallstück ausgebildet sind.
- 4. Werkstückträger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Energieeingabe in Form elektrischen Stroms erfolgt und daß die Heizelemente (24a, 24b) jeweils ein Widerstands(heiz)element und Mittel (25a,__ 25b) zur Zufuhr des elektrischen Stroms umfassen. 2b
- 5. Werkstückträger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Säule eine das Widerstandselement aufnehmende Längsbohrung (22) aufweist.
- 6. Werkstückträger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Ende jeder Säule (17a, 17b) thermisch isolierende Mittel (16, 27) zur Unterdrückung eines Wärmeflusses von den Säulen zu Querträger (12) und Sockel (23) vorgesehen sind.
- 7. Werkstückträger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Sockel (23) Stellschraubenmittelzur mechanischen Halterung der vom Sockel getragenen Säulenenden und zur Vorbelastung jeder Säule (17a, j. 17b) angeordnet sind.
- 8. Werkstückträger nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Sockel (23) Gewindebohrungen ausgebildet sind, deren Achsen die Lastpunkte schneiden, und daß in jede Gewindebohrung eine am einen Ende einer Säule (17a, 17b) angreifende Stellschraube (26) eingeschraubt ist.
- 9. Werkstückträger nach Anspruch 8, dadurch gekenn-,_ zeichnet, daß die Stellschraubenmittel je eine 15thermisch isolierende Büchse (27) aufweisen, welche die betreffende Säule am Sockel berührt und umschließt, daß Stellschrauben (26) und Büchsen konzentrische Bohrungen (41, 42) aufweisen und daß jede Säule miteiner mit der Bohrung (42) in der zugeordneten Stell-20schraube (26) kommunizierenden Axialbohrung (22) versehen ist.
- 10. Werkstückträger nach Anspruch 1, dadurch gekenn- _c zeichnet, daß der Schaft (21) und die Säulen (17a,17b) aus Werkstoffen mit ähnlichen Wärmedehnungskoeffizienten hergestellt sind.
- 11. Werkstückträger nach Anspruch 1, dadurch gekenn-zeichnet, daß die Tragfläche (32) Bereiche mit 30Querschlitzen in einem vorbestimmten Abstand aufweist .
- 12. Verfahren zum Aufspannen eines Werkstücks auf einem __ Werkstückträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstückträger mit aufwärts weisender Tragfläche angeordnet wird, daß den Wärmeerzeugungs- bzw. Heizelementen einevorbestiinmte Energiemenge während einer vorbestimmtenZeit zugeführt wird,daß das Werkstück auf die Tragfläche aufgelegt wirdund daß das Werkstück mit der Tragfläche verklebtwird.
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Legal Events
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---|---|---|---|
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Representative=s name: HENKEL, G., DR.PHIL. FEILER, L., DR.RER.NAT. HAENZ |
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
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Owner name: SEAGATE TECHNOLOGY INTERNATIONAL, GEORGETOWN, GRAN |
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8128 | New person/name/address of the agent |
Representative=s name: FEILER, L., DR.RER.NAT. HAENZEL, W., DIPL.-ING. KO |
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D2 | Grant after examination | ||
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