DE3874981T2 - Vakuumvorrichtung zum halten von werkstuecken. - Google Patents
Vakuumvorrichtung zum halten von werkstuecken.Info
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Description
- Die Erfindung bezieht sich auf eine Vakuumvorrichtung zum Festhalten von Werkstücken, mit: einem Sockel, der einen Satz von mit Zwischenräumen angeordneten Trägerelementen trägt, deren freie Endflächen eine stützende Fläche für ein Werkstück definieren, wobei die Zwischenräume zwischen den Trägerelementen zu einem evakuierbaren Vakuumraum gehören, und Dichtungsmitteln, die den Satz Trägerelemente umgeben und eine vakuumdichte Abdichtung mit einem festzuhaltenden Werkstück bilden, wie in den Patentansprüchen definiert.
- US-Patentschrift 4.213.698 (durch Nennung als hierin aufgenommen betrachtet) beschreibt eine Vakuumvorrichtung dieses Typs. Die Vorrichtung ist geeignet, um insbesondere Siliziumscheiben festzuhalten, deren Oberfläche bei der Fertigung von Integrierten Schaltungen photolithographisch strukturiert werden soll. Der Satz Trägerelemente enthält eine Vielzahl von Metallstiften, deren freie Endflächen glatt und plan sind, so daß sie zusammen sehr genau die stützende Fläche für das Werkstück definieren. Das Dichtungsmittel enthält einen Dichtring, der am oberen Rand einer zylindrischen Wand angeordnet ist, die den Umfang des Vakuumraumes bildet. Eine Siliziumscheibe wird auf der Vakuumvorrichtung so plaziert, daß der Rand der Siliziumscheibe etwas über den Dichtring herausragt. Der Dichtring hat eine glatte, ebene Fläche am oberen Rand, die in der stützenden Fläche angeordnet ist. Daher ist die Siliziumscheibe in dem Moment, in dem der Vakuumraum evakuiert wird, sehr genau in einer fixierten stützenden Fläche angeordnet. Beim Evakuieren des Vakuumraumes wird die Siliziumscheibe in der stützenden Fläche fixiert.
- Die bekannte Vorrichtung ist für das Festhalten von Werkstücken, wie z.B. Siliziumscheiben, die eine verhältnismäßig hohe Festigkeit haben, geeignet. Die Vorrichtung ist jedoch weniger für Werkstücke geeignet, die weniger steif oder aus verhältnismäßig dünnem Material hergestellt sind. Es ist schwierig, die Abstände zwischen den Trägerelementen klein zu machen, da dies die Vorrichtung komplizieren würde. Ein weiterer Nachteil der bekannten Vorrichtung liegt darin, daß sie praktisch nur für den Einsatz in Reinräumen geeignet ist, zumindest, wenn ein außerordentlich planes Werkstück gefordert wird. Wenn eine Verunreinigung an der Endfläche eines der Stifte vorliegt, insbesondere wenn es sich bei der Verunreinigung um ein hartes Teilchen, wie z.B. ein Sandkorn oder ähnliches handelt, kann dies zur Folge haben, daß das Werkstück örtlich sehr großen Spannungen ausgesetzt wird. Dies führt zumindest zu einer lokalen Verformung des Werkstückes und kann selbst der Anlaß für Bruch sein. Infolge der hohen Genauigkeit, mit der die freien Endflächen der Trägerelemente und das Dichtungsmittel in der stützenden Fläche angeordnet sein müssen, ist die bekannte Vorrichtung verhältnismäßig teuer, so daß sie ziemlich beschränkte Verwendung findet.
- Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vakuumvorrichtung des eingangs definierten Typs zu verschaffen, die preiswerter, für die Verwendung mit dünnen und/oder zerbrechlichen Werkstücken geeignet und erheblich weniger anfällig für Verunreinigung ist, und die es möglich macht, einen kleinvolumigen Vakuumraum zu verwenden. Hierzu ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Satz aus einer Anzahl von elastischen, aus elastisch verformbarem Material hergestellten Trägerelementen hergestellt ist, und die Dichtungsmittel bewegliche Teile enthalten, die während der Evakuierung des Vakuumraumes eine Bewegung in Richtung der axialen Verformung der elastischen Trägerelemente ausführen, wobei sie eine Zunahme der Querabmessung der elastischen Trägerelemente und gleichzeitig eine Verringerung des Volumens des Vakuumraumes verursachen. Da die elastischen Trägerelemente elastisch vervormbar sind, wirkt sich ein Staubteilchen oder Korn am Ort eines elastischen Trägerelements bedeutend weniger auf die Verformung des Werkstückes aus, so daß die daraus folgenden Verformungsspannungen auch erheblich verringert werden. Dies ist so, well das entsprechende Trägerelement infolge seiner elastischen Verfombarkeit zu einer gewissen lokalen Verformung imstande ist. Dennoch wird eine sehr genau definierte Endposition des Werkstückes erhalten. Die Querabmessungen der elastischen Trägerelemente nehmen zu, so daß Verformungsspannungen abnehmen. Die elastischen Trägerelemente können so dicht nebeneinander angeordnet sein, daß sie einander im Fall der Verformung berühren, was schließlich zu einer durchgehenden - oder zumindest nahezu durchgehenden - stützenden Fläche führt. Jede Ausführungsform hat den Vorteil, daß das Volumen des Vakuumraumes abnimmt, wenn die Verformung der elastischen Trägerelemente zunimmt, so daß das Werkstück bei minimalem Vakuumeinsatz schnell festgehalten wird. Einlassen von Luft in den Vakuumraum, um das Werkstück zu entfernen, kann ebenfalls schnell geschehen. Es hat sich gezeigt, daß dünne galvanisch geformte Nickelschalen mit einem Durchmesser von etwa 30 cm und einer Dicke von ungefähr 100 um von einer erfindungsgemäßen Vakuumvorrichtung festgehalten werden können, wobei die axiale Verformung der Werkstückfläche kleiner als ungefähr 5 um ist. Solche dünnen Nickelschalen werden bei der Vervielfältigung optisch lesbarer Informationsplatten verwendet. Die Nickelschale trägt auf ihrer Oberfläche eine Informationsstruktur, die mit Hilfe eines Strahlungsbündels, wie z.B. eines Laserstrahlenbündels, ausgelesen werden kann, wenn die von der Vakuumvorrichtung festgehaltene Schale gedreht wird.
- Vorzugsweise wird eine Ausführungsform der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Trägerelemente zu einem stützenden Kissen gehören, das einen weitgehend planparallelen Kissenkörper enthält, aus dem die Trägerelemente an einer Seite herausragen. Solch ein elastische Trägerelemente tragender Kissenkörper ist leicht auf dem Sockel der Vakuumvorrichtung anzubringen. Geeigneterweise wird eine Ausführungsform verwendet, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der Kissenkörper und die elastischen Trägerelemente zusammen eine mindestens zum größten Teil aus elastischem Material hergestellte integrale Einheit bilden. Eine weitere Ausführungsform, die in einfacher Weise mit den vorherigen Ausführungsformen kombiniert werden kann, ist dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Trägerelemente aus einem Elastomer hergestellt sind.
- Ein Kissenelement, das sich in der Praxis bewährt hat, ist aus einem Kissenmaterial hergestellt, das an sich als Material für die Beschichtung von Tischtennisschlägern bekannt ist. Ein solches Kissenmaterial ist im Handel zu niedrigen Preisen erhältlich. Das Kissenmaterial enthält ein Textilgewebe, das in ein Elastomer eingebettet ist, aus dem auch die elastischen Trägerelemente hergestellt sind. Diese Elemente nehmen die Form von dicht nebeneinanderliegenden parallelen zylindrischen Stiften an. In vielen Fällen ist die Verwendung eines Elastomers sehr wichtig. Der Grund hierfür ist, daß Elastomere die Eigenschaft haben, daß sich das Volumen eines elastomeren Körpers unter Druck nicht oder nicht wesentlich ändert. Das heißt, daß die elastische Verformung zu einer Änderung der Form der elastischen Trägerelemente führt, aber nicht zu einer Änderung des Volumens. Die Bedeutung dieser Tatsache wird im folgenden bei der Beschreibung anhand der Zeichnungen detailliert erläutert.
- Eine weitere geeignete Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsmittel einen ringförmigen Körper mit einer axial verformbaren elastischen Dichtlippe enthalten. Solche Dichtlippen können aus geeignetem Kunststoff oder Elastomer wirtschaftlich gefertigt werden und bieten genügende Abdichtung.
- Eine weitere Ausführungsform ist besonders vorteilhaft beim Festhalten von in Flüssigkeit getauchten Werkstücken. Bei der Fertigung von Informationsträgern, wie Schallplatten oder optisch lesbare Platten, ist es üblich, Nickelschalen zu verwenden, die in einem Nickelbad galvanisch geformt worden sind und die als Stempel in einem Transfer- oder Spritzpreßprozeß verwendet werden können oder die ein Zwischenprodukt bei der Herstellung eines Stempels bilden. Hierzu wird ein Werkstück in der Form einer eine Informationsstruktur auf ihrer Oberfläche tragenden Scheibe auf einer rotierenden Spindel angeordnet, die anschließend in das Nickelbad getaucht wird. Wenn die erfindungsgemäße Vakuumvorrichtung verwendet wird, ist es nicht unwahrscheinlich, daß Flüssigkeit aus dem Bad herausgezogen wird. In diesem Fall ist es vorteilhaft, eine Ausführungsform der Erfindung zu verwenden, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der Vakuumraum mit einer Evakuiereinrichtung verbunden ist, die eine mit einem Treibmittel arbeitende Ejektorpumpe enthält. Im allgemeinen sind pneumatische Ejektorsysteme für die Evakuierung großer Vakuumräume weniger geeignet, aber für die vorliegende Verwendung kann der Vakuumraum sehr klein sein und braucht im Prinzip nicht viel größer zu sein als die Abstände zwischen den Trägerelementen. Alle aus dem Bad gezogene Flüssigkeit wird zusammen mit dem Treibmittel über den Ejektor abgeführt und kann, falls gewünscht, leicht in einem geeigneten Gefäß aufgefangen werden.
- Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
- Figur 1 einen Grundriß einer erfindungsgemäßen Vakuumvorrichtung, auf der eine dünne Glasplatte angeordnet ist, wobei sich der linke Teil der Figur auf einen Fall bezieht, in dem die Glasplatte nicht durch Saugwirkung festgehalten wird und der rechte Teil auf einen Fall, in dem die Glasplatte durch Saugwirkung an ihrem Platz gehalten wird, wobei die Glasplatte in beiden Hälften der Figur teilweise weggeschnitten ist, um den darunterliegenden Teil der Vakuumvorrichtung sichtbar zu machen,
- Figur 2 einen Querschnitt entlang der Linien II-II in Figur 1,
- Figur 3 den in Figur 2 durch III bezeichneten Teil,
- Figur 4 den in Figur 2 durch IV bezeichneten Teil, und
- Figur 5 schematisch eine in einer Galvanik-Vorrichtung verwendete Ausführungsform der Erfindung.
- Die in der Zeichnung dargestellte Vakuumvorrichtung enthält einen Sockel 1 in Form einer runden Scheibe aus beispielsweise einem Metall oder einem anderen geeigneten Material. Der Sockel trägt eine Vielzahl von mit Zwischenräumen angeordneten Trägerelementen 2, deren freie Endflächen 3 eine stützende Fläche 4 für ein Werkstück 5 definieren, das im vorliegenden Fall eine dünne Glasscheibe ist. Da in der dargestellten Ausführungsform alle Trägerelemente elastisch sind, werden die elastischen Trägerelemente im weiteren einfach als "Trägerelemente" bezeichnet. Die Zwischenräume 6 zwischen den Trägerelementen gehören zu einem evakuierbaren Vakuumraum. Der Satz Trägerelemente ist von Dichtungsmitteln 7 umgeben, die eine vakuumdichte Abdichtung mit dem Werkstück 5 bilden.
- Die Trägerelemente 2 sind aus elastisch verformbarem Material hergestellt und die Dichtungsmittel 7 enthalten eine axial bewegliche Lippe 8, so daß nach Positionierung des Werkstückes 5 und Evakuierung des Vakuumraumes 6 die Lippe 8 unter gleichzeitiger axialer Verformung der Trägerelemente 2 bewegt wird, was eine Zunahme der Querabmessung der elastischen Trägerelemente und eine Verringerung des Volumens des Vakuumraumes verursacht.
- Die elastischen Trägerelemente 2 gehören zu einem stützenden Kissen 9, das einen weitgehend planparallelen Kissenkörper 10 enthält. Der Kissenkörper 10 und die Trägerelemente 2 bilden zusammen eine mindestens zum größeren Teil aus elastischem Material, wie beispielsweise einem Elastomer, hergestellte integrale Einheit. In den dargestellten Ausführungsformen ist das stützende Kissen aus einem im Handel erhältlichen Kissenmaterial geschnitten, das im allgemeinen für die Beschichtung von Tischtennisschlägern verwendet wird. Der Kissenkörper ist mittels eines Textilgewebes 11 verstärkt. Dieses im Handel erhältliche Material hat sich für den vorliegenden Gegenstand als geeignet erwiesen. Die stiftförmigen Trägerelemente 2 haben Höhenunterschiede in der Größenordnung von nur 10 um, wobei die Unterschiede im Durchmesser ebenfalls sehr klein sind.
- Die Dichtungsmittel 7 sind einschließlich der Dichtlippe 8 integral als Ring aus geeignetem Material, wie z.B. Silikonkautschuk, hergestellt, wobei dieser Ring mit dem Sockel 1 in geeigneter Weise, wie z.B. Kleben oder Festklemmen, befestigt ist.
- Zur Evakuierung des Vakuumraumes zwischen dem Werkstück 5 und dem stützenden, am Rand durch die Dichtlippe 8 abgedichteten Kissen 9, ist im Sockel 1 ein Vakuumkanal gebildet. Der Kanal öffnet sich in den Vakuumraum zwischen den Trägerelementen.
- Figur 5 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, in der der Vakuumkanal 12 mit einer Evakuiereinrichtung 13 verbunden ist. Das Werkstück 5 ist in einem Behälter 15 einer Galvanik-Einrichtung in eine Flüssigkeit 14 getaucht. Da die Galvanik-Einrichtung für die vorliegende Erfindung nicht wesentlich ist, ist sie nur schematisch dargestellt und wird nicht detailliert beschrieben. Anzumerken ist, daß die Einrichtung beispielsweise von dem in der europäischen Patentanmeldung 0.058.649 A1 (durch Nennung als hierin aufgenommen betrachtet) beschriebenen Typ sein kann. Oben ist der Behälter 15 mit einem Deckel l6 verschlossen, der mittels eines Scharniers 17 schwenkend geöffnet werden kann. Der Deckel ist mit einem Lager 18 für eine hohle Röhre 20 ausgestattet, die, wie mit 19 angedeutet, drehbar ist und die an ihrem Ende den Sockel 1 der Vakuumvorrichtung trägt. Der Vakuumkanal 12 setzt sich in der Röhre 20 fort, um in der Vakuumvorrichtung 13 zu enden.
- Die schematisch dargestellte Evakuiereinrichtung enthält eine Düse 21 und einen Injektorkörper 22 mit einer inneren Venturidurchführung 23. Die Düse 21 hat eine Abführöffnung 24, durch die Luft in die durch den Pfeil 25 angedeutete Richtung getrieben wird. Der Vakuumkanal 12 endet in der Einschnürung des Venturi 23, so daß die örtliche Druckdifferenz die Luft in dem Vakuumraum und in dem Vakuumkanal veranlaßt, in die durch den Pfeil 26 angedeutete Richtung zu strömen und aus der Evakuiereinrichtung abgeführt zu werden, wie durch den Pfeil 27 angedeutet.
- Ein wichtiger Vorteil der Erfindung ist, daß im evakuierten Zustand (siehe Figur 4) die stützende Fläche 4 wohldefiniert ist und ihre Lage scheinbar unabhängig von möglichen Schwankungen des Vakuums ist. Dies ist so, weil die Trägerelemente 2, ausgehend von einer bestimmten Druckdifferenz, einer solchen Verformung in Querrichtung ausgesetzt sind, das sie einander berühren und somit weitere axiale elastische Verformung einschränken. Die Trägerelemente können selbst noch stärker verformt werden, als in Figur 4 dargestellt, und im Prinzip so weit, daß es zwischen den Trägerelementen keinen freien Raum mehr gibt. In diesem Fall führt eine weitere Evakuierung des Vakuumraumes nicht mehr zu einer weiteren axialen Verformung der Trägerelemente, zumindest, wenn die Trägerelemente aus einem Elastomer hergestellt sind. Dies liegt daran, daß, wie bereits erwähnt, Elastomere nahezu nicht zusammendrückbar sind. Die erfindungsgemaße Vakuumvorrichtung ist daher auch für das Festhalten von Gegenständen in einer sehr genau vordefinierten Ebene geeignet, unabhängig von leichten Schwankungen des Vakuums.
- Obwohl nur eine Ausführungsform der Erfindung beschrieben worden ist, ist eine Vielzahl von anderen Ausführungsformen im Rahmen der Erfindung, so wie in den Patentansprüchen beschrieben, möglich. Die Trägerelemente brauchen keinen kreisförmigen Querschnitt zu haben, sondern können jede andere geeignete Form aufweisen. Sie brauchen nicht aus einem Elastomer hergestellt zu sein, sondern können eventuell aus einem anderen Material sein. Die Vakuumvorrichtung braucht nicht eben zu sein, sondern kann beispielsweise eine gekrümmte Form haben zum Festhalten nichtebener Werkstücke oder von Werkstücken, denen eine nicht ebene Form gegeben werden soll und die darin festgehalten werden sollen. Zusätzlich zu einem Satz von mit Zwischenräumen angeordneten elastischen Trägerelementen kann ein anderer Satz von Trägerelementen vorgesehen sein, beispielsweise mit nicht-verformbaren Abstandselementen, um die stützende Fläche 4 im evakuierten Fall zu definieren.
- Zusätzlich zu den oben genannten Vorteilen der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik können sich viele weitere Vorteile ergeben, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung mit anderen Vakuumvorrichtungen verglichen wird.
Claims (6)
1. Ein Werkstück festhaltende Vakuumvorrichtung, mit:
- einem Sockel (1), der einen Satz von mit Zwischenräumen angeordneten
Trägerelementen (2) trägt, deren freie Endflächen (3) eine stützende Fläche (4) für das
Werkstück (5) definieren, wobei die Zwischenräume (6) zwischen den
Trägerelementen zu einem evakuierbaren Vakuumraum gehören, und
- Dichtungsmitteln (7), die den Satz Trägerelemente (2) umgeben und eine
vakuumdichte Abdichtung mit dem Werkstück (5) bilden, wobei der Rand des Werkstückes
(5) über die Dichtungsmittel (7) herausragt,
dadurch gekennzeichnet, daß
- der genannte Satz aus einer Anzahl von elastischen Trägerelementen hergestellt ist,
die aus elastisch verformbarem Material hergestellt sind, und
- die Dichtungsmittel (7) bewegliche Teile (8) enthalten, die während der Evakuierung
des Vakuumraumes (6) eine Bewegung in Richtung der axialen Verformung der
elastischen Trägerelemente ausführen, wobei sie eine Zunähme der Querabmessung
der elastischen Trägerelemente und gleichzeitig eine Verringerung des Volumens
des Vakuumraumes verursachen.
2. Vakuumvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
elastischen Trägerelemente (2) zu einem stützenden Kissen (9) gehören, das einen
weitgehend planparallelen Kissenkörper (10) enthält, aus dem die Trägerelemente an
einer Seite herausragen.
3. Vakuumvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der
Kissenkörper (10) und die elastischen Trägerelemente (2) zusammen eine mindestens
zum größeren Teil aus elastischem Material hergestellte integrale Einheit bilden.
4. Vakuumvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
elastischen Trägerelemente (2) aus einem Elastomer hergestellt sind.
5. Vakuumvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Dichtungsmittel (7) einen ringförmigen Körper mit einer axial verformbaren elastischen
Dichtlippe (8) enthalten.
6. Vakuumvorrichtung nach Anspruch 1, zum Festhalten von in Flüssigkeit
getauchten Werkstücken, dadurch gekennzeichnet, daß der Vakuumraum mit einer
Evakuiereinrichtung (13) verbunden ist, die eine mit einem Treibmittel arbeitende
Ejektorpumpe enthält.
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