DE3838246A1 - Ritzmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ritzmaschine, insbesondere zur Bearbeitung von Leiterplatten.

Bei der Leiterplattenfertigung erweist es sich aus Handhabungsgründen in vielen Fällen als notwendig, die Leiterplatten insgesamt mit Abmessungen zu fertigen, welche größer sind, als die gewünschten Abmessungen der fertig bestückten und verlöteten Leiterplatten. Das Übermaß ist insbesondere aus Handhabungs- und Fertigungsgründen erforderlich, beispielsweise um die Leiterplatten in Bestückungsmaschinen sicher halten zu können, um sie durch Lötbäder durchführen zu können und um die Bedruckung oder Ätzung der Leiterplatten vorzunehmen. Weiterhin ist es vielfach bei sehr kleinen Schaltungen wünschenswert, auf einer größeren Leiterplatte mehrere dieser Schaltungen zu fertigen und diese anschließend voneinander zu trennen. Auch hierbei ist es erforderlich, daß die Leiterplatte selbst ausreichend groß dimensioniert ist.

Aus dem Stand der Technik sind Ritzmaschinen für gedruckte Schaltungen oder Leiterplatten bekannt, bei welchen mittels Rundmessern Einkerbungen erzeugt werden, entlang derer die Leiterplatten anschließend auseinandergebrochen werden können. Üblicherweise erfolgt die Ritzung mit Hilfe der Rundmesser sowohl an der Ober- als auch an der Unterseite der Leiterplatten, um auf diese Weise eine gezielte Bruchkante ausbilden zu können. Der Nachteil dieser Vorgehensweise liegt darin, daß es nur möglich ist, geradlinige Trennlinien zu erzeugen, das heißt eine Leiterplatte in mehrere rechteckige oder quadratische Einzel-Leiterplatten zu unterteilen.

Weiterhin ist es aus dem Stand der Technik bekannt, Leiterplatten mittels eines Wasserstrahl-Schneideverfahrens zu trennen. Dieses Verfahren gestattet zwar beliebige Schnittverläufe, erfordert jedoch einen erheblichen Zeitaufwand und ist deshalb ausgesprochen kostenintensiv. Weiterhin besteht die Gefahr, daß die elektronischen Bauelemente, welche auf der Leiterplatte angeordnet sind, durch die bei dem Wasserstrahlverfahren verwendeten Fluide beschädigt oder beeinträchtigt werden, beispielsweise durch Oxidationsvorgänge.

Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren erweist es sich somit als nachteilig, daß beliebige Konturen von Leiterplatten entweder überhaupt nicht oder nur mit einem erheblichen Kostenaufwand herstellbar sind. Dies ist um so nachteiliger, als Leiterplatten beliebiger Form in zunehmendem Maße zum Einbau in elektrischen oder elektronischen Geräten verwendet werden, beispielsweise zur Motorsteuerung von Heimwerkergeräten, bei welchen die Leiterplatten an die Maße des Gehäuses angepaßt werden müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ritzmaschine, insbesondere zur Bearbeitung von Leiterplatten zu schaffen, welche bei einfachem Aufbau und betriebssicherer Handhabbarkeit eine Unterteilung von plattenförmigen Werkstücken, insbesondere Leiterplatten entlang beliebiger Kurven ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Ritzmaschine gelöst, welche einen oberen und einen unteren Stichel aufweist, welche zueinander fluchtend angeordnet und jeweils um ihre Längsachse drehbar sind, sowie einen die Stichel tragenden, in einer ersten Bewegungsrichtung verfahrbaren Schlitten und einen mit mit einem plattenförmigen Werkstück zu bestückenden, in einer zweiten Bewegungsrichtung verfahrbaren Tisch.

Die erfindungsgemäße Ritzmaschine zeichnet sich durch eine Reihe erheblicher Vorteile aus. So ist es erfindungsgemäß möglich, durch die unabhängige Verfahrbarkeit sowohl des Schlittens als auch des Tisches die Stichel entlang beliebiger Kurven oder Bahnen zu bewegen, um auf diese Weise eine Nut oder Sollbruchstelle an der Leiterplatte zu erzeugen. Durch den oberen und den unteren Stichel ist es weiterhin möglich, zwei zueinander fluchtende Nuten an den gegenüberliegenden Seiten der Leiterplatte zu erzeugen, so daß eine exakte Trennung der Leiterplatte in einzelne Bestandteile möglich ist. Durch die beliebige Verfahrbarkeit des Schlittens und des Tisches können erfindungsgemäß Trennungen der Leiterplatten nicht nur entlang gerader Linien, sondern auch entlang beliebiger kreisbogenförmiger Trennlinien erfolgen. Dies stellt gegenüber dem Stand der Technik einen erheblichen Fortschritt dar, da es dort, wie beschrieben, lediglich möglich war, die Leiterplatten in rechteckige Einzelteile zu unterteilen. Selbst die Ausbildung abgeschrägter Ecken oder Kanten war mit Hilfe der aus dem Stand der Technik bekannten Rundmesser nicht möglich. Im Vergleich zu den bekannten Wasserstrahl- Schneideverfahren ist es unter Verwendung der erfindungs­ gemäßen Ritzmaschine insbesondere möglich, in sehr kurzen Zeiten und damit ausgesprochen kostengünstig die Trennung der Leiterplatten vorzunehmen.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Stichel senkrecht zu der durch die erste und die zweite Bewegungsrichtung gebildeten Ebenen angeordnet sind. Durch diese Maßnahmen können gleichmäßig ausgebildete Nuten erzeugt werden, welche eine besonders exakte Schnitt- bzw. Bruchkante mit sich bringen.

Bevorzugterweise werden sowohl der Schlitten als auch der Tisch jeweils geradlinig mittels jeweils eines Antriebs bewegt, wobei die Antriebe über eine Steuerung betätigbar sind. Durch übliche Programmiergeräte, wie sie beispielsweise bei CNC-Maschinen üblich sind, ist es somit möglich, beliebige Bewegungsbahnen zu erzeugen. Durch die Steuerung ist es weiterhin möglich, die erfindungsgemäße Ritzmaschine mit einem CAD-System zu kombinieren.

Der Schlitten weist bevorzugterweise einen im wesentlichen U-förmigen Querschnitt auf, wobei die Stichel jeweils am Endbereich des Schenkels des U-förmigen Querschnitts bzw. des Schlittens angeordnet sind. Durch den U-förmigen Querschnitt ist ein ausreichender Freiraum geschaffen, um auch große Leiterplatten ungehindert relativ zu der Ritzmaschine bewegen zu können. Damit ist sichergestellt, daß die Stichel den gesamten Bereich einer Leiterplatte bearbeiten können.

Bevorzugterweise sind die Stichel an ihrem Endbereich jeweils V-förmig ausgebildet und mit einer Querschneide geringer Breite versehen. Die Stichel entsprechen somit von ihrem Grundaufbau her Gravur- oder Fräswerkzeugen.

Weiterhin erweist es sich erfindungsgemäß als günstig, wenn im Bereich der Lagerung des Stichels an dem Schlitten ein Spannsystem für den Stichel und ein Stichel-Antrieb angeordnet sind. Mittels des Spannsystems, welches bevorzugterweise als pneumatisches Spannsystem ausgebildet sein kann, ist es möglich, die Stichel in präziser Weise auszutauschen, ohne daß die Bearbeitungsgenauigkeit dabei beeinträchtigt wird. Durch diese direkte Zuordnung eines Stichelantriebes ist es möglich, den Schlitten einfacher und insbesondere schwingungsstabil auszubilden.

Bevorzugterweise werden die Stichel mit einer Drehge­ schwindigkeit von 15 000 bis 60 000/min^-1 angetrieben.

Erfindungsgemäß erweist es sich weiterhin als günstig, wenn der Tisch unterhalb des Schlittens angeordnet ist und an seinem dem Schlitten abgewandten Ende mit einem Spannbock zur Aufspannung des Werkstücks versehen ist. Die Werkstück- Aufspannung ist somit so angeordnet, daß keine Störung des Arbeitsvorganges der Stichel eintritt. Durch die Anordnung des Tisches unterhalb des Schlittens wird die Möglichkeit geschaffen, den Tisch über einen großen Arbeitsbereich zu verschieben.

Um ein schnelles und präzises Wechseln und Spannen der Werkstücke an dem Tisch sicherzustellen, ist es günstig, wenn an dem Spannbock ein pneumatisches Schnellspannsystem vorgesehen ist. Mittels dieses Systems können die jeweiligen Werkstücke exakt und präzise ausgetauscht werden.

Da bei der oben beschriebenen Ausführungsform das Werkstück nur an einer Seite des Tisches eingespannt ist, ist es besonders günstig, wenn im Bereich des unteren Stichels an dem Schlitten ein tischförmiges Auflager für das Werkstück befestigt ist, auf welchem das Werkstück während der Relativbewegung des Tisches und des Schlittens gleiten kann. Das Auflager sorgt für eine ausreichende Abstützung und stellt sicher, daß Schwingungen des Werkstückes und/oder unerwünschte Deformationen vermieden werden.

Um das Werkstück auf dem Auflager sicher zu halten, kann es sich weiterhin als vorteilhaft erweisen, im Bereich des oberen Stichels an dem Schlitten einen nach unten vorgespannten Niederhalter anzuordnen. Der Niederhalter kann beispielsweise mittels eines Federelementes gegen das Werkstück bzw. das Auflager gedrückt werden.

Zur Absaugung der austretenden Späne oder Partikel des Werkstücks bzw. der Leiterplatte kann es sich als günstig erweisen, im Bereich der Stichel eine Absaugeinrichtung vorzusehen. In einer Weiterbildung der Erfindung kann diese beispielsweise jeweils einstückig mit dem Auflager und dem Niederhalter ausgebildet sein. Dabei kann es sich weiterhin als besonders günstig erweisen, das Auflager und den Niederhalter jeweils als Hohlkörper auszubilden, wobei der Innenraum des jeweiligen Hohlkörpers mit der Absaugeinrichtung verbunden ist. Selbstverständlich müssen sowohl das Auflager als auch der Niederhalter mit einer Ausnehmung zur Durchführung des Stichels versehen sein. Durch den Spalt zwischen dem Stichel und dem Rand der Ausnehmung ist ein ausreichender Freiraum geschaffen, durch welchen die auftretenden Späne abgesaugt werden können.

Erfindungsgemäß ist es möglich, den Tisch und/oder den Schlitten mit einer Vorschubgeschwindigkeit von 0,1 bis 6,0 m/min zu bewegen und es sind somit sehr hohe Vorschub­ geschwindigkeiten realisierbar, welche, im Vergleich zu dem bekannten Stand der Technik, einen erheblichen Fortschritt darstellen.

Mittels der erfindungsgemäßen Ritzmaschine ist es möglich, eine Positioniergenauigkeit von +/- 0,01 min, das heißt eine sehr exakte Zuordnung der durch die Stichel ausgebildeten Nut vorzunehmen. Die Positioniergeschwindigkeit beträgt beispielsweise 12 m/min.

Erfindungsgemäß können als Stichelwerkzeuge Hartmetall- oder Diamantschneiden verwendet werden, wobei die Auswahl der Werkzeuge abhängig ist von dem Material der zu bearbeitenden Werkstücke.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungs­ beispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht, teils im Schnitt, einer erfindungsgemäßen Ritzmaschine,

Fig. 2 eine vergrößerte Detailansicht des Werkzeugbereichs der in Fig. 1 gezeigten Ritzmaschine,

Fig. 3 eine Frontansicht auf die in Fig. 1 rechte Seite der Ritzmaschine, und

Fig. 4 eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Ritzmaschine.

Die in den Fig. 1 bis 4 dargestellte Ritzmaschine weist ein Gestell 18 auf, an welchem eine Führung 19 ausgebildet ist. Die Führung 19 ist in Form einer üblichen Werkzeugmaschinen-Führung ausgebildet, beispielsweise als Schwalbenschwanzführung oder ähnliches und weist Lager 20 auf (s. Fig. 1), welche beispielsweise in Form von Kugelumlauflagerungen ausgebildet sein können. Weiterhin ist an Lagerböcken 22 eine Spindel 21 gelagert, welche mit einem Motor 23 verbunden ist und in dem Schlitten 3 so geführt ist, daß bei einer Drehung der Spindel der Schlitten in Richtung X, daß heißt in einer ersten Bewegungsrichtung verfahrbar ist.

An dem Gestell 18 ist weiterhin ein Tisch 5 gelagert, welcher mittels einer Spindel 24, welche mit einem Motor 25 verbunden ist, in Richtung des Pfeiles Y, daß heißt in einer zweiten Bewegungsrichtung verfahrbar ist. Der Tisch 5 ist an einer Führung 26 gelagert, welche ähnlich der Führung 19 ausgebildet sein kann. Auch die Führung 26 weist Lager 27 auf, die ebenfalls in Form von Kugelumlauflagerungen oder ähnlichem ausgestaltet sein können.

Mittels einer im einzelnen nicht dargestellten Steuerung ist es möglich, durch Betätigung der Motoren 23 und 25 die Spindel 21 und 24 wahlweise zu drehen, um somit den Schlitten 3 und den Tisch 5 jeweils in Richtung X bzw. in Richtung Y zu verfahren. Es ist somit möglich, in der durch die Projektion der Richtungen X und Y gebildeten Ebene jeden beliebigen Punkt auszusteuern.

Der Schlitten 3 ist, wie in Fig. 1 dargestellt, in Form eines U-Profils ausgebildet und weist zwei Schenkel 6, 7 auf, wobei bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel der Schenkel 6 der Lagerung des Schlittens 3 an der Führung 19 dient, während der Schenkel 7 sich frei auskragend erstreckt. An den Enden der Schenkel 6, 7 sind jeweils Lagerböcke 28, 29 angeordnet, welche, wie im einzelnen nicht dargestellt ist, relativ zu den Schenkeln 6, 7 höhenverstellbar sind, um die Lage der nachfolgend zu beschreibenden Werkzeuge einzustellen. An den Lagerböcken 28, 29 ist ein oberer Stichel 1 und ein unterer Stichel 2 gelagert, wobei die Stichel 1, 2 jeweils, wie im einzelnen aus Fig. 2 ersichtlich ist, in üblicher Weise in einer Spindellagrung 30, 31 geführt sind, an welcher jeweils ein Antrieb 8 bzw. 9 vorgesehen ist, mit Hilfe dessen die Stichel 1, 2 in Drehung versetzbar sind. An den Spindellagerungen 30, 31 ist jeweils ein in den Fig. 1 bis 4 im einzelnen nicht dargestelltes pneumatisches Schnellspannsystem vorgesehen, welches in üblicher Weise aufgebaut ist und der exakten und schnellen Montage bzw. Demontage der Stichel 1, 2 dient.

Die Stichel 1, 2, welche in Form von Gravur- oder Fräswerkzeugen ausgebildet sind, sind bezüglich ihrer Drehachsen zueinander fluchtend angeordnet, so daß es möglich ist, ein plattenförmiges Werkstück 4, beispielsweise eine Leiterplatte beidseitig mit einer Nut zu versehen, welche ein nachfolgendes Ausbrechen oder Durchbrechen des Werkstücks 4 ermöglicht.

An dem Tisch 5 ist, wie in Fig. 1 dargestellt, ein Spannbock 10 befestigt, welcher an dem dem Schlitten 3 abgewandten Ende des Tisches 5 angeordnet ist. Der Spannbock 10 ist mit einem Schnellspannsystem 11 versehen, welches in den Figuren nur schematisch dargestellt ist und in Form eines pneumatischen Spannsystems ausgebildet sein kann. Das Werkstück 4 kann somit an dem Spannbock 10 mittels des Schnellspannsystems 11 eingespannt werden, so daß das Werkstück 4 zusammen mit dem Tisch 5 in Richtung Y verfahrbar ist.

Um das freie Ende des Werkstücks 4 abzustützen, ist an dem unteren Schenkel 7 des Schlittens 3 ein Auflager 12 befestigt (Fig. 2), welches mit einer Ausnehmung 17 versehen ist, durch welche der untere Stichel 2 durchführbar ist.

An dem oberen Schenkel 6 bzw. an dem oberen Spannbock 28 ist ein Niederhalter 13 gelagert, welcher mittels eines elastischen Elements in Richtung auf das Auflager 12 vorgespannt ist, so daß das Werkstück 4 zwischen dem Auflager 12 und dem Niederhalter 13 eingespannt werden kann. Auch der Niederhalter 13 ist mit einer Ausnehmung 16 versehen, durch welche der obere Stichel 2 durch den Niederhalter 13 durchführbar ist.

Sowohl das Auflager 12 als auch der Niederhalter 13 sind, wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich ist, als Hohlkörper ausgebildet, deren Innenraum jeweils mit einer Absaugung 14, 15 in Verbindung steht, welche wiederum mit einem nicht dargestellten Absaugsystem verbunden ist. Durch die Absaug­ leitungen 14, 15 ist es möglich, die austretenden Späne direkt im Bereich der Stichel 1, 2 abzusaugen, so daß eine Verschmutzung des Werkstückes 4 verhindert wird.

Das Auflager 12 kann, wie in Fig. 2 dargestellt, im wesentlichen plattenförmig aufgebildet sein, es ist jedoch auch möglich, dieses so auszugestalten, daß ein Anlage des Werkstücks 4 nur im Bereich der Ausnehmung 17 erfolgt, das heißt das Auflager 12 beispielsweise mit einer ringförmigen Auflagefläche versehen ist, so daß bereits bestückte Leiterplatten bearbeitet werden können, ohne daß die Lötfüße oder Leiterbahnen bzw. die Haltleiterelemente eine Verschiebung des Werkstücks 4 relativ zu dem Auflager 12 behindern.

Mittels der erfindungsgemäßen Ritzmaschine ist es somit möglich, die Stichel 1, 2 an jeden beliebigen Ort eines Werkstücks 4 zu verfahren und auf diese Weise nicht nur gerade Nuten oder Bruchkanten auszubilden, sondern beliebige kurvenförmige Bahnen zu erzeugen. Es ist somit beispielsweise möglich, aus einer größeren Leiterplatte einzelne gedruckte Schaltungen auszubrechen, so wie dies beispielsweise in Fig. 4 dargestellt ist, in welcher das Werkstück 4 mit mehreren einzelnen Schaltungen 32 versehen ist.

Die Erfindung ist nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt, vielmehr ergeben sich für den Fachmann vielfältige Abwandlungsmöglichkeiten, insbesondere hinsichtlich der Ausgestaltung des Tisches und des Schlittens und deren Lagerung. Weiterhin ist die Erfindung nicht auf die gezeigte Ausgestaltung der Werkzeuge (Stichel) begrenzt, es ist vielmehr auch möglich, andere Fräs- oder Gravurwerkzeuge oder ähnliches zu verwenden. Weiterhin ist es auch möglich, Werkzeuge vorzusehen, welche nicht um ihre Längsachse drehbar, sondern in eine oszillierende Schwingung versetzbar sind.

Claims (16)

1. Ritzmaschine, insbesondere zur Bearbeitung von Leiter­ platten, gekennzeichnet durch einen oberen (1) und einen unteren (2) Stichel, welche zueinander fluchtend angeordnet und jeweils um ihre Längsachse drehbar sind, einen die Stichel (1, 2) tragenden, in einer ersten Bewegungsrichtung (X) verfahrbaren Schlitten (3) und einen mit einem plattenförmigen Werkstück (4) zu bestückenden, in einer zweiten Bewegungsrichtung (Y) verfahrbaren Tisch (5).

2. Ritzmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stichel (1, 2) senkrecht zu der durch die erste (X) und die zweite (Y) Bewegungsrichtung gebildeten Ebene angeordnet sind.

3. Ritzmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitten (3) und der Tisch (5) jeweils geradlinig mittels jeweils eines Antriebs bewegbar und, daß die Antriebe über eine Steuerung betätigbar sind.

4. Ritzmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitten (3) einen im wesentlichen U-förmigen Querschnitt aufweist, wobei die Stichel (1, 2) jeweils am Endbereich der Schenkel (6, 7) des Schlittens (3) angeordnet sind.

5. Ritzmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stichel (1, 2) an ihrem Endbereich jeweils V-förmig ausgebildet und mit einer Querschneide geringer Breite versehen sind.

6. Ritzmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Lagerung des Stichels (1, 2) an dem Schlitten (3) ein Spannsystem für den Stichel (1, 2) und ein Stichelantrieb (8, 9) angeordnet sind.

7. Ritzmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stichel (1, 2) eine Drehgeschwindigkeit zwischen 15 000 und 60 000 min^-1 aufweisen.

8. Ritzmaschine nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannsystem als pneumatisches Spannsystem ausgebildet ist.

9. Ritzmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Tisch (5) unterhalb des Schlittens (3) angeordnet ist und an der dem Schlitten (3) abgewandten Seite mit einem Spannbock (10) zur Aufspannung des Werkstücks (4) versehen ist.

10. Ritzmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Spannbock (10) ein pneumatisches Schnellspann­ system (11) für das Werkstück (4) vorgesehen ist.

11. Ritzmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des unteren Stichels (2) an dem Schlitten (3) ein tischförmiges Auflager (12) für das Werkstück (4) befestigt ist.

12. Ritzmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des oberen Stichels (1) an dem Schlitten (3) ein nach unten vorgespannter Niederhalter (13) angeordnet ist.

13. Ritzmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Stichels (1, 2) eine Absaugvorrichtung (14, 15) angeordnet ist.

14. Ritzmaschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Absaugeinrichtung (14, 15) jeweils einstückig mit dem Auflager (12) und dem Niederhalter (13) ausgebildet ist.

15. Ritzmaschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Auflager (12) und der Niederhalter (13) jeweils als Hohlkörper mit einer Ausnehmung (16, 17) zur Durchführung des Stichels (1, 2) ausgebildet sind und daß der Innenraum des jeweiligen Hohlkörpers mit der Absaugeinrichtung (14, 15) verbunden ist.

16. Ritzmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Tisch (5) und/oder der Schlitten (3) mit einer Vorschubgeschwindigkeit von 0,1 bis 6,0 m/min bewegbar sind.