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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein mehrschichtiges Teil und ein
Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Teils mit einer
relativ starren oberen und unteren Schicht und einer viskoelastischen
Zwischenschicht. In einer besonderen Ausführungsform betrifft sie ein
Verfahren zum Stanzen eines flachen Teils mit gleichmäßigen Kanten
aus einem mehrschichtigen Streifen mit einer viskoelastischen Zwischenschicht
auf Massenproduktionsbasis.
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Für das Stanzen
oder Ausschneiden von Teilen aus Bahnen oder Streifen eines Materials
verwendet man normalerweise verschiedene allgemein bekannte Techniken.
In der Regel wird das Teil aus dem Streifen geschert oder geschnitten,
indem der Streifen an gewünschten
Stellen Scherbelastungen ausgesetzt wird. Eine übliche Stanzmaschine enthält einen
Stempel und eine Matrize oder ähnliche
Stanzpressenwerkzeuge. Stempel und Matrize sind entsprechend einer
gewünschten
Form des Endteils gestaltet und können daher eine Anzahl verschiedener
Formen annehmen, beispielsweise kreisförmig, rechteckig usw. Allgemein
ausgedrückt,
wird der Materialstreifen zwischen den Stempel und die Matrize gelegt,
und der Stempel wird in Richtung der Matrize angetrieben. Während dieses
Vorgangs wird das Teil entlang Bruchlinien, die durch den Stempel
und die Matrize verursacht werden, aus dem Streifen geschert. Zu
weiteren ähnlichen
Schertechniken gehören
Abstanzen, Feinstanzen, Stanzformen usw.
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Zwar
sind Ausschneidoperationen mittels einer herkömmlichen Stanzpresse oder einer ähnlichen Technik
weit verbreitet, doch inhärente
Beschränkungen
dieser Schertechniken tragen normalerweise gewisse Mängel in
das resultierende Teil ein. So ist beispielsweise bei dem üblichen
Stempel-Matrize-Konzept der Abstand zwischen dem Stempel und der
Matrize ein Ausschlaggebender Faktor bei der Bestimmung der Form und
der Qualität
der gescherten Kante des Teils. Während des Schervorgangs beginnt
das eigentliche Scheren mit der Entstehung von Brüchen oder
Rissen an den Grenzflächen
zwischen dem Teil und dem Stempel und dem Teil und der Matrize.
Diese Brüche
definieren Verformungszonen und treffen schließlich aufeinander, was zu einer
vollständigen
Trennung führt.
Wenn man sich dies vor Augen hält,
ist klar, dass die gescherte Kante des Teils in der Regel weder
glatt ist noch senkrecht zu einer Ebene des Streifens verläuft. Insbesondere
wird bei zunehmendem Abstand die Kante des Teils umso rauer, je
größer die
Verformungszone entlang der Kante des Teils wird. Material wird
in den Abstandsbereich gezogen, und die Kante des gescherten Teils
wird zunehmend abgerundet. Außerdem
entstehen normalerweise Grate an der Unterseite des Teils. Die Bruchbildung lässt sich
möglicherweise
besser steuern, wenn man den Stempel mit einer Schneidkante versieht.
Doch selbst bei relativ dünnem
Streifenmaterial kommt es immer noch zu unkontrollierten Brüchen entlang
der gescherten Kante des Teils.
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Je
nach dem Endverwendungszweck des Teils sind die oben beschriebenen
Defekte möglicherweise nicht
weiter von Belang. Beispielsweise werden Edelstahlunterlegscheiben
in der Regel durch einen Stanzvorgang hergestellt. Für die meisten
Verwendungszwecke ist es nicht erforderlich, dass die Unterlegscheibe
extrem flach ist oder gleichmäßige Kanten
am Innen- und Außenumfang
hat. Des Weiteren können
dort, wo Flachheit und Kantengleich mäßigkeit von größerer Bedeutung
sind, bestimmte zusätzliche
Prozesssteuerungen implementiert werden. Es kann beispielsweise
ein Feinstanzverfahren verwendet werden, bei dem ein V-förmiger Niederhalter
oder ein Aufprallring die Materialschicht oder den Materialstreifen
fest am Platz hält, so
dass die Gratbildung minimiert und eine gleichmäßigere Scherung unterstützt wird.
Alternativ können
zusätzliche
Fertigungsschritte wie beispielsweise Walzen, Ebenbrennen, Schaben,
Entgraten usw. verwendet werden.
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Ein
konkretes Produkt, das normalerweise mittels eines Stanzvorgangs
hergestellt wird, ist das Scheibenträgermaterial für einen
drehbaren Speichergegenstand wie beispielsweise eine Computerfestplatte. Scheibenträger, die
in Computerfestplattenlaufwerken verwendet werden, werden in der
Regel durch Ausschneiden eines entsprechend geformten Teils aus
einem Aluminiumflachmaterial massenproduziert. Anschließend werden
weitere Materialien auf gegenüberliegende
Flächen
der Scheibe aufgebracht, wie beispielsweise plattiertes Nickel und
gesputtertes magnetisches Material. Der Scheibenträger selbst
wird jedoch mit einer Stempel-Matrize-Vorrichtung hergestellt. Pro
Jahr werden schätzungsweise
eine Milliarde Computerfestplatten hergestellt. Es versteht sich
von selbst, dass der Scheibenträger
flach sein muss. In dieser Hinsicht verlangen die momentanen Industriestandards
eine Flachheit von weniger als 8 μm
je 96 mm (ein typischer Festplattenträgerdurchmesser) oder 5 μm je 84 mm
(ein weiterer typischer Plattendurchmesser). Um diese strenge Normvorgabe
zu erfüllen,
wird in der Regel eine Niederhaltertechnik verwendet, um die Gratbildung zu
minimieren. Des Weiteren wird der Scheibenträger nach dem Ausschneid- oder
Stanzvorgang in der Regel ebengebrannt.
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Die
oben beschriebenen Techniken erreichen die verlangte Scheibenträgerflachheit
aufgrund der monolithischen Natur des Flachmaterials. Das monolithische
Aluminiummaterial unterstützt
ein erfolgreiches Ebenbrennen, weil die während des Stanzens eingetragenen
Defekte relativ gleichmäßig über die
Scheibendicke verteilt sind. Für
die meisten Endverwendungszwecke ist ein monolithischer oder einschichtiger
Aluminiumscheibenträger
mehr als ausreichend. Im Zuge der Weiterentwicklung der Computerfestplattenlaufwerkstechnologie
werden jedoch an die Computerfestplatte zunehmend höhere Ansprüche gestellt.
Beispielsweise sind Anstrengungen unternommen worden, die Drehzahl
der Festplatte zu erhöhen.
Festplattenlaufwerke drehen sich normalerweise mit konstanter Drehzahl.
Die Drehzahlen reichen in der Regel von 3600 bis 7200 Umdrehungen
in der Minute (U/min). Die jüngsten
Verbesserungen bei den Festplattenkonstruktionen haben zu Drehzahlen
von weit über
10000 U/min geführt.
Bei diesen Drehzahlen beginnt die Platte in Reaktion auf den Luftwiderstand
und/oder innere Festplattenoberschwingungen zu flattern oder zu
vibrieren. Die Auswirkungen einer sinusförmigen Bewegung werden bei
höheren
Drehzahlen enorm verstärkt.
Weil der übliche
Computerfestplattenträger
monolithisch ist, werden Resonanzschwingungen, die an einer Unterseite
des Scheibenträgers
entstehen, zur Oberseite (und umgekehrt) übertragen oder ausgebreitet,
was zu Lese- und/oder
Schreibfehlern führen
kann.
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Um
die Resonanzschwingungsprobleme zu überwinden, hat man sich bei
den jüngsten
Scheibenträgerkonstruktionen
auf den Einbau eines internen Dämpfungsmechanismus' konzentriert. Dieser
interne Dämpfungsmechanismus
dient dem Absorbieren oder Dämpfen
von Resonanzschwingungen, wodurch die Schwingungsausbreitung und
daraus resultierende Lese- und/oder Schreibfehler vermieden werden.
Ein solcher Computerfestplattenträger (oder ein ähnlicher
rotierender Speichergegenstand) ist in US-Patent Nr. 5,538,774 an
die Minnesota Mining and Manufacturing Company aus St. Paul, Minnesota,
beschrieben. Der beschriebene Scheibenträger enthält wenigstens eine Schicht,
die aus einem viskoelastischen Material besteht. Die viskoelastische
Schicht dient dem Dämpfen
von Resonanzschwingungen, die während
des Betriebes erzeugt werden.
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Das
Einbauen eines viskoelastischen Materials in einen Computerfestplattenträger ist
eine überaus sinnvolle
Lösung
des Resonanzschwingungsproblems. Jedoch können bestimmte Fertigungsbedenken
während
der Massenproduktion auftauchen. Eine Technik zur Herstellung eines
mehrschichtigen Scheibenträgers oder
eines beliebigen anderen Produkts, das relativ starre äußere Schichten
und eine viskoelastische Zwischenschicht enthält, besteht darin, jede der
drei oder mehr Schichten voneinander unabhängig herzustellen. Nach dem
Schneiden auf die richtige Form und Größe werden die drei oder mehr
Schichten aneinander angehaftet. Im Hinblick auf die Massenproduktion
mag diese Technik relativ zeitaufwändig sein. Des Weiteren kann es
beim korrekten Ausrichten der Schichten aufeinander zu Schwierigkeiten
kommen. Umgekehrt können
die drei oder mehr Schichten zu einem kontinuierlichen Streifen
ausgebildet werden. Dann wird ein einzelner Computerfestplattenträger oder
eine andere Komponente entsprechend den zuvor beschriebene Stanzverfahren aus
dem Streifen ausgestanzt.
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Bei
herkömmlichen
Stanztechniken schneidet die obere starre Schicht praktisch wenigstens
einen Abschnitt der unteren starren Schicht. Im Gegensatz zu einem
monolithische Teil ist es jedoch über die Maßen schwierig, durch das Stanzen
verursachte Defekte in einem mehrschichtigen Teil zu korrigieren,
das eine viskoelastische Zwischenschicht enthält. Weil die viskoelastische
Zwischenschicht weich und verformbar ist, verformt sich das Material
der starren äußeren Schicht
leicht an der Grenzfläche
zu dem viskoelastischen Material. Diese interne Verformung oder
Verbiegung ist entlang der Umfangskanten des Teils noch ausgeprägter. weil
sich die viskoelastische Grenzfläche
im Inneren befindet, erscheint es als extrem schwierig, Kantenverbiegungen über eine
externe Kompressionskraft und/oder Ebenbrennen zu korrigieren. Es
kann sich somit als schwierig erweisen, die Flachheitsvorgaben von
weniger als 8 μm
je 96 mm auf Massenproduktionsbasis zu erfüllen. Die herkömmlichen
Stanztechniken führen
im Endeffekt zu einer uneben gescherten Kantenfläche und inakzeptablen Flachheitsabweichungen.
Genau die gleichen Probleme zeigen sich nicht nur bei Computerfestplattenträgern, sondern
ebenso bei allen sonstigen mehrschichtigen gestanzten Teilen.
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Die
Implementierung einer viskoelastischen Materialschicht zwischen
relativ starren Materialschichten bringt wesentliche Verbesserungen
für viele
derzeit erhältliche
Produkte mit sich. Jedoch kann die Herstellung dieser Produkte mit
bekannten Stanztechniken inakzeptable Flachheitsabweichungen verursachen.
Daher besteht ein großer
Bedarf an einem Verfahren zum Stanzen eines gleichmäßigen flachen
Teils aus einem mehrschichtigen Streifen.
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Ein
Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stanzen
eines Teils aus einem länglichen
Streifen eines mehrschichtigen Materials, wobei das mehrschichtige
Material eine obere Schicht, eine Zwischenschicht und eine untere
Schicht enthält.
Die Zwischenschicht ist viskoelastisch. Die obere und die untere
Schicht sind im Vergleich zur Zwischenschicht relativ starr. Das
Verfahren beinhaltet das Bereitstellen einer Stanzvorrichtung, die
einen Ober- und einen Unterstempel aufweist, die symmetrisch aufeinander
ausgerichtet sind. Sowohl der Ober- als auch der Unterstempel enthält eine
Materialverdrängungskante,
die einer gewünschten
Form des Teils entspricht. Zu diesem Zweck ist jede der Materialverdrängungskanten
durch eine Freifläche
und eine Teilkontaktfläche
definiert. Die Freifläche
und die Teilkontaktfläche
kombinieren sich zu einem positiven Freiwinkel. Der Streifen wird
so zwischen dem Oberstempel und dem Unterstempel positioniert, dass
sich die Materialverdrängungskante
des Oberstempels benachbart zu der oberen Schicht befindet und die
Materialverdrängungskante
des Unterstempels sich benachbart zu der unteren Schicht befindet.
Dann werden Abschnitte der oberen und der unteren Schicht durch
den Oberstempel bzw. den Unterstempel geschert. Genauer gesagt,
durchdringt die Materialverdrängungskante
des Oberstempels einen Abschnitt der oberen Schicht, so dass ein
Nutmuster in der oberen Schicht entsteht. in ähnlicher Weise durchdringt
die Materialverdrängungskante
des Unterstempels einen Abschnitt der unteren Schicht, so dass ein
Nutmuster in der unteren Schicht entsteht. Sowohl das Nutmuster
in der oberen Schicht als auch das Nutmuster in der unteren Schicht definiert
einen Umfang des Teils. Schließlich
wird das Teil aus dem Streifen herausgelöst. Das so hergestellte Teil
hat eine im Wesentlichen gleichmäßige Umfangskante
und ist im Wesentlichen flach.
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Ein
weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Stanzen eines Teils aus einem länglichen Streifen eines mehrschichtigen
Materials. Das mehrschichtige Material enthält eine obere Schicht, eine
Zwischenschicht und eine untere Schicht. Die Zwischenschicht ist
viskoelastisch. Die obere und die untere Schicht sind im Vergleich
zur Zwischenschicht relativ starr. Das Verfahren beinhaltet das
Ausbilden einer ersten Nut in der oberen Schicht, wobei die erste
Nut einen Umfang des Teils definiert und eine Tiefe aufweist, die
geringer ist als eine Dicke der oberen Schicht. Eine zweite Nut
wird in der unteren Schicht ausgebildet. Die zweite Nut ist zu der
ersten Nut symmetrisch und hat eine Tiefe, die geringer ist als
eine Dicke der unteren Schicht. In dieser Hinsicht werden die erste
Nut und die zweite Nut im Wesentlichen gleichzeitig ausgebildet.
Schließlich
wird das Teil aus dem Streifen herausgelöst. Das auf diese Weise hergestellte
Teil hat eine im Wesentlichen gleichmäßige Umfangskante und ist im
Wesentlichen flach.
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Des
Weiteren wird eine Vorrichtung zum teilweisen Stanzen eines Teils
aus einem länglichen
Streifen eines mehrschichtigen Materials offenbart. Das mehrschichtige
Material enthält
eine obere Schicht, eine Zwischenschicht und eine untere Schicht.
Die Zwischenschicht ist viskoelastisch. Die obere Schicht und die
untere Schicht sind im Vergleich zur Zwischenschicht relativ starr.
Die Vorrichtung weist einen ersten Stempel, einen zweiten Stempel,
einen Antriebsmechanismus und einen Endanschlag auf. Der erste Stempel
enthält
eine Materialverdrängungskante,
die einer gewünschten
Form des Teils entspricht. Des Weiteren ist die Materialverdrängungskante
durch eine Freifläche
und eine Teilkontaktfläche
definiert. Die Freifläche
und die Teilkontaktfläche
kombinieren sich zu einem Freiwinkel. Der zweite Stempel enthält eine
Materialverdrängungskante,
die mit der Materialverdrängungskante
des ersten Stempels im Wesentlichen identisch ist. Der erste Stempel
und der zweite Stempel sind vertikal so angeordnet, dass die Materialverdrängungskanten
symmetrisch aufeinander ausgerichtet sind. Der Antriebsmechanismus
ist dafür
konfiguriert, den ersten Stempel während eines Stanzvorgangs in
Richtung des zweiten Stempels zu drängen. Und schließlich ist
der Endanschlag dafür
konfiguriert, den Abstand zwischen den Materialverdrängungskanten
während
eines Stanzvorgangs zu steuern. Genauer gesagt, steuert der Endanschlag
den Stanzvorgang derart, dass ein vertikaler Abstand zwischen den Materialverdrängungskanten
vorzugsweise größer ist
als eine Dicke der Zwischenschicht.
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Des
Weiteren wird ein Teil offenbart, das mittels einem der oben beschriebenen
Verfahren hergestellt wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform
ist das Teil ein drehbarer Speichergegenstand wie beispielsweise
ein Computerfestplattenträger.
Ein weiterer verwandter Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt
einen Scheibenträger
zur Verwendung als eine Basiskomponente eines drehbaren Speichergegenstandes
bereit. Der Scheibenträger
ist durch eine Außenumfangskante
und eine Innenumfangskante definiert. Die Scheibe enthält eine
obere Schicht, eine untere Schicht und eine Zwischenschicht. Die
Zwischenschicht ist zwischen der oberen Schicht und der unteren
Schicht angeordnet und ist viskoelastisch. Die obere und die untere Schicht
sind im Vergleich zur Zwischenschicht relativ starr. Des Weiteren
sind die obere Schicht, die untere Schicht und die Zwischenschicht
so konfiguriert, dass sie im Wesentlichen planar und von der äußeren Umfangskante
zur inneren Umfangskante im Wesentlichen parallel zueinander sind.
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Im
Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben.
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1A ist
eine teilweise Draufsicht auf einen mehrschichtigen Materialstreifen,
aus dem ein Teil herausgestanzt wird, gemäß der vorliegenden Erfindung.
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1B ist
eine Querschnittsansicht des Materialstreifens von 1A entlang
der Linie 1B-1B.
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2 ist
eine Draufsicht auf den Streifen von 1A, der
so bearbeitet wurde, dass er Führungslöcher und
ein Reliefmuster enthält.
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3 ist
eine schematische Querschnittsansicht einer Vorrichtung zum teilweisen
Stanzen, die den Streifen von 2 enthält.
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4 ist
eine Querschnittsansicht der Anordnung von 3 in einem
teilweisen Stanzvorgang.
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5A ist
eine Querschnittsansicht des Streifen von 2 nach einem
teilweisen Stanzvorgang.
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5B ist
eine Draufsicht auf den Streifen von 5A.
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6 ist
eine schematische Veranschaulichung eines Stanzvorgangs.
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7A ist
eine Draufsicht auf den Materialstreifen von 5A nach
dem Stanzvorgang.
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7B ist
eine Draufsicht auf ein Teil, das aus dem Streifen von 7A geschert
wurde; und
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7C ist
eine Querschnittsansicht des Teils von 7B.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stanzen von Teilen
aus einem Materialstreifen, wie beispielsweise einem Streifen 10,
wie in 1A gezeigt ist. Der Streifen 10 ist
vorzugsweise länglich,
um die Massenproduktion von Teilen zu unterstützen. Zu diesem Zweck enthält der in 1A gezeigte
Streifen 10 ein Teilmuster 12 (mit Strichlinien
dargestellt). Das Teilmuster 12 steht für ein Teil, das aus einem Streifen 10 gestanzt
werden soll, und kann eine breite Vielfalt an Konfigurationen und
Formen annehmen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform jedoch bezieht sich
das Teilmuster 12 auf einen Computerfestplattenträger wie beispielsweise
jene, die zur Herstellung drehbarer Speichergegenstände verwendet
werden, und zeigt daher einen Ring mit einem Loch in der Mitte.
Zu diesem Zweck definiert das Teilmuster 12 einen äußeren Umfang ÄU und einen
inneren Umfang IU. Es versteht sich, dass das Teilmuster 12 in 1A nur
zu Veranschaulichungszwecken gezeigt ist. Vor der Bearbeitung gemäß der vorliegenden
Erfindung ist der Streifen 10 vorzugsweise kontinuierlich
und enthält
nicht das Teilmuster 12.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
ist der Streifen 10 mehrschichtig. Beispielsweise besteht
der Streifen 10, wie in 1B gezeigt,
aus einer oberen Schicht 14, einer Zwischenschicht 16 und
einer unteren Schicht 18. Die Zwischenschicht 16 ist
viskoelastisch.
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Die
obere Schicht 14 und die untere Schicht 18 sind
vorzugsweise im Vergleich zur Zwischenschicht 16 relativ
starr. Beispielsweise können
die obere Schicht 14 und die untere Schicht 18 aus
eine metallischen Material wie beispielsweise Aluminium bestehen.
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Die
Zwischenschicht 16 basiert vorzugsweise auf einem Polymer
oder einem ähnlichen
Material, das viskos und daher in der Lage ist, Energie zu dissipieren,
und trotzdem bestimmte elastische Eigenschaften aufweist und daher
in der Lage ist, Energie zu speichern. Das heißt, ein viskoelastisches Material
ist ein elastomeres Material, das in der Regel langkettige Moleküle enthält, die
mechanische Energie in Wärme
umwandeln können,
wenn sie verformt werden. Zu geeigneten viskoelastischen Materialien
gehören
Fluorpolymere, Urethankautschukarten, Silikonkautschukarten, Butylkautschukarten,
Poly(meth)acrylate, Polyester, Polyurethane und Polyamide, um nur
einige zu nennen. Des Weiteren kann eine effektive Menge eines fasrigen
und/oder teilchenförmigen
Materials mit dem viskoelastischen Material kombiniert werden. Bei
dieser Konfiguration dient die Zwischenschicht 16 als eine
Dämpfungsschicht
relativ zu der oberen Schicht 14 und der unteren Schicht 18.
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Ein
Teil (nicht gezeigt), das aus dem Streifen 10 gestanzt
wurde, kann hervorragend für
zahlreiche Anwendungszwecke geeignet sein, beispielsweise als Computerfestplattenträger (durch
das Teilmuster 12 in 1A
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dargestellt),
der zur Herstellung eines drehbaren Speichergegenstandes benutzt
werden kann. Beispiele für
akzeptable Materialien für
die Zwischenschicht 16 finden sich im US-Patent Nr. 5,538,774,
dessen Lehren hiermit durch Bezugnahme in den vorliegenden Text
aufgenommen werden.
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Es
versteht sich, dass, obgleich die obere Schicht 14 und
die untere Schicht 18 als äußere Flächen des Streifen 10 dargestellt
sind, auch weitere Materialien oder Schichten, wie beispielsweise
Informationsspeicherschichten oder Schutzüberzugsschichten, auf die obere
Schicht 14 und/oder die untere Schicht 18 aufbeschichtet
oder anderweitig aufgebracht werden können. In ähnlicher Weise können eine
oder mehrere weitere Materialschichten und/oder Klebstoffe zwischen
der oberen Schicht 14 und der Zwischenschicht 16 und/oder zwischen
der Zwischenschicht 16 und der unteren Schicht 18 angeordnet
werden.
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Wie
in 1B gezeigt, haben die obere Schicht 14 und
die untere Schicht 18 vorzugsweise eine identische Dicke.
Des Weiteren hat die Zwischenschicht 16 eine Dicke, die
geringer ist als eine Dicke der oberen Schicht 14 und der
unteren Schicht 18. Alternativ können auch andere Dicken und
Dickenbeziehungen für
die obere Schicht 14, die Zwischenschicht 16 und/oder
die untere Schicht 18 Verwendung finden.
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Wenn
man die oben beschriebenen Merkmale des Streifens 10 berücksichtigt,
beginnt die Herstellung eines Teils (das beispielsweise durch das
Teilmuster 12 in 1A dargestellt
ist) gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung mit einem vorläufigen Stanzvorgang, bei dem
Führungslöcher 20,
ein inneres Reliefmuster 22 und ein äußeres Reliefmuster 24,
die allgemein in 2 gezeigt sind, ausgebildet.
Wir erinnern uns, dass das Teilmuster 12, obgleich es nicht
tatsächlich
in dem Streifen 10 ausgebildet ist, für eine gewünschte Form eines Teils steht.
Stanz- oder Stempeloperationen, die an dem Streifen 10 ausgeführt werden,
dürfen
daher kein Material in dem Teilmuster 12 behindern oder
anderweitig beschädigen,
da aus diesem Material das fertige Teil bestehen wird. Daher sind
die Führungslöcher 20,
das innere Reliefmuster 22 und das äußere Reliefmuster 24 von
dem Innenumfang IU bzw. dem äußeren Umfang ÄU des Teilmuster 12 entfernt
angeordnet.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
sind vier der Führungslöcher 20 vorhanden,
obgleich auch jede andere Anzahl akzeptabel ist. Die Führungslöcher 20 können mit
einer Reihe verschiedener Fertigungstechniken hergestellt werden,
einschließlich
beispielsweise einem Stanzvorgang. Die Führungslöcher 20 sind vorzugsweise
vorhanden, um eine Bewegung des Streifen 10 von einer Bearbeitungsvorrichtung
zu einer anderen zu unterstützen
und an der korrekten Ausrichtung des Streifens 10 relativ
zu einer bestimmten Bearbeitungsvorrichtung mitzuwirken.
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Das
innere Reliefmuster 22 und das äußere Reliefmuster 24 sind
neben dem inneren Umfang IU bzw. dem äußeren Umfang ÄU des Teilmusters 12 ausgebildet.
Vor allem sind das innere Reliefmuster 22 und das äußere Reliefmuster 24 so
konfiguriert, dass sie sich nicht in Material des Streifens 10 innerhalb
des Teilmusters 12 hinein erstrecken oder es anderweitig
beschädigen.
Oder anders ausgedrückt:
Das innere Reliefmuster 22 ist ein wenig von dem inneren
Umfang IU beabstandet, wohingegen das äußere Reliefmuster 24 ein
wenig von dem äußeren Umfang ÄU beabstandet
ist.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform,
wo das Teil (beispielsweise durch das Teilmuster 12 dargestellt)
ein Scheibenträger
zur Verwendung als eine Basiskomponente einer Computerfestplatte
ist, ist das innere Reliefmuster 22 ein Loch, das innerhalb
des inneren Umfang IU ausgebildet ist. Alternativ kann das innere Reliefmuster 22 ein
Schlitz sein. Es ist zu beachten, dass bestimmte Teile (außer beispielsweise
einem Ring) die aus dem Streifen 10 hergestellt werden,
kontinuierlich sein können.
Bei diesem Design braucht nur der äußere Umfang ÄU ausgebildet
zu werden, und der innere Umfang IU entfällt. Beim Stanzen eines in
dieser Weise konfigurierten Teils braucht kein inneres Reliefmuster 22 ausgebildet
zu werden.
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Das äußere Reliefmuster 24 ist
in 2 so dargestellt, dass es eine Reihe von Schlitzen 26a–26d aufweist.
Bei der Ausbildung der Schlitze 26a–26d entstehen vorzugsweise
mehrere Stege 28a–28d.
Die Stege 28a–28d dienen
zum Verbinden von Material innerhalb des äußeren Reliefmusters 24 mit
dem Rest des Streifens 10. Oder anders ausgedrückt: Die
Stege 28a–28d verhindern,
dass das Material innerhalb des äußeren Reliefmusters 24 vom
Rest des Streifens 10 abfällt. Obgleich vier der Stege 28a–28d in 2 gezeigt
sind, ist auch jede andere Anzahl – größer oder kleiner – akzeptabel.
Um die weitere Bearbeitung, die unten beschrieben ist, zu unterstützen, hat
jeder der Stege 28a–28d eine
relativ schmale Breite von ungefähr
einer Dicke des Streifens 10. Bei einer Dicke eines Streifen 10 von
0,81 mm (0,032 Inch) beispielsweise hat jeder der mehreren Stege 28a–28d eine
Breite von weniger als etwa 1 mm (0,04 Inch), obgleich auch andere
Abmessungen akzeptabel sind.
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Das äußere Reliefmuster 24 ist
so angeordnet, dass jeder der Schlitze 26a–26d sich
neben dem äußeren Umfang ÄU des Teilmuster 12,
aber ein wenig von diesem beabstandet, befindet. Wie weiter unten
noch näher
beschrieben wird, hat das äußere Reliefmuster 24 den
Zweck, das Fortdrängen
von Material von dem Teilmuster 12 während der anschließenden Bearbeitung
zu erleichtern. Zu diesem Zweck sind die Schlitze 26a–26d vorzugsweise
von dem Teilmuster 12 um eine Entfernung beabstandet, die
ungefähr
gleich der Dicke des Streifens 10 ist.
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Das
innere Reliefmuster 22 und das äußere Reliefmuster 24 können auf
vielfältige
Weise ausgebildet werden, wie beispielsweise mittels einer Stanzpresse,
einer Vorlageschneidemaschine usw. Des Weiteren können die
Führungslöcher 20,
das innere Reliefmuster 22 und das äußere Reliefmuster 24 gleichzeitig
oder an separaten Bearbeitungsstationen ausgebildet werden. Beispielsweise
können
zuerst die Führungslöcher 20 und
das innere Reliefmuster 22 ausgebildet werden, anschließend die
Schlitze 26a und 26c, gefolgt von den Schlitzen 26b 26d.
Unabhängig
von der konkreten Reihenfolge kann der Streifen 10 nach
dem vorläufigen Stanzvorgang
mittels der Führungslöcher 20 zu
anschließenden
Bearbeitungsstationen geführt
und in diesen Bearbeitungsstationen ausgerichtet werden. Des Weiteren
erleichtern das innere Reliefmuster 22 und das äußere Reliefmuster 24 die
Verdrängung
von Material vom Teilmuster 12 weg.
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Nach
dem vorläufigen
Stanzvorgang wird der Streifen 10 durch eine Vorrichtung
zum teilweisen Stanzen, wie beispielsweise die in 3 gezeigte
Vorrichtung 40 zum teilweisen Stanzen, bearbeitet. Allgemein ausgedrückt, enthält die Vorrichtung 40 zum
teilweisen Stanzen einen Oberstempel 42 und einen Unterstempel 44.
Der Oberstempel 42 enthält
eine Innenumfangssektion 46 und eine Außenumfangssektion 48.
In ähnlicher
Weise enthält
der Unterstempel 44 eine Innenumfangssektion 50 und
eine Außenumfangssektion 52. Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
sind der Oberstempel 42 und der Unterstempel 44 jeweils
mit einer oberen Grundplatte 53 einstückig ausgebildet und verbunden.
Die obere Grundplatte 53 wiederum ist mit einem Stößel 54 verbunden.
Der Stößel 54 wird
vertikal über
einen (nicht gezeigten) Antriebsmechanismus wie beispielsweise eine
Verdrängungsmotor
angetrieben. Ein Endanschlagblock 56 erstreckt sich vom
Stößel 54 und
ist dafür
konfiguriert, die vertikale Bewegung des Stößels 54 und daher
des Oberstempels 42 relativ zu dem Streifen 10 zu
begrenzen. Was den Unterstempel 44 anbelangt, sind die
Innenumfangssektion 50 und die Außenumfangssektion 52 mit
einer unteren Grundplatte 57 verbunden. Die untere Grundplatte 57 ist
an einer Basis 58 befestigt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Basis 58 stationär. Des Weiteren erstreckt sich
ein Endanschlagblock 60 von der Basis 58 und ist
dafür konfiguriert,
die vertikale Bewegung des Streifens 10 relativ zum Unterstempel 44 zu
begrenzen.
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Der
Oberstempel 42 ist dafür
konfiguriert, ein Schnitt- oder
Nutmuster in dem Streifen 10 zu erzeugen, das einer gewünschten
Form des fertigen Teils (nicht gezeigt) entspricht. Wenn also das
Teil (beispielsweise durch das Teilmuster 12 von 2 dargestellt)
ein Ring zur Verwendung als ein Computerfestplattenträger ist, so
ist die Innenumfangssektion 46 entsprechend dem inneren
Umfang IU (2) bemessen, während die
Außenumfangssektion 48 entsprechend
dem äußeren Umfang ÄU (2)
bemessen ist. Zu diesem Zweck enthält die Innenumfangssektion 46 eine
Freifläche 62 und
eine Teilkontaktfläche 64,
die sich zu einer Materialverdrängungskante 66 kombinieren.
In ähnlicher
Weise enthält
die Außenumfangssektion 48 eine
Freifläche 68 und
eine Teilkontaktfläche 70,
die sich zu einer Materialverdrängungskante 72 kombinieren.
Wie in 3 gezeigt, sind die Teilkontaktflächen 64, 70 im
Wesentlichen vertikal, so dass sie senkrecht zu einer Ebene des Streifens 10 verlaufen.
Umgekehrt erstreckt sich die Freifläche 62, 68 in
einem Winkel von der jeweiligen Teilkontaktfläche 70, so dass ein
positiver Freiwinkel A, B definiert wird. Der Freiwinkel A, B liegt
vorzugsweise im Bereich von etwa 20°–70°, besonders bevorzugt etwa 40°–50° und ganz
besonders bevorzugt etwa 45°.
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Wie
weiter unten noch näher
beschrieben wird, sind die Materialverdrängungskanten 66, 72 jeweils dafür konfiguriert,
einen Abschnitt des Streifens 10 so zu scheren, dass ein
Umfang des Teils (beispielsweise durch das Teilmuster 12 von 2 dargestellt)
definiert wird. Wenn also das Teil ein Ring ist, so sind die Materialverdrängungskanten 66, 72 der
Innenumfangssektion 46 bzw. der Außenumfangssektion 48 kreisförmig. In
dieser Hinsicht definiert die Materialverdrängungskante 72 der
Außenumfangssektion 48 einen
Durchmesser, der größer ist
als der Durchmesser der Innenumfangssektion 46. Alternativ
können
die Materialverdrängungskanten 66, 72 auch
eine beliebige andere Form gemäß einer
gewünschten
Gestalt des fertigen Teils annehmen.
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So
können
die Materialverdrängungskanten 66, 72 ein
Quadrat, ein Rechteck, eine Kurvenlinienform usw. bilden. Es ist
zu beachten, dass, wie oben beschrieben, die Innenumfangssektion 46 entfällt, wenn
das Teil kein Loch in der Mitte enthält.
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Die
Komponenten der Innenumfangssektion 46 und der Außenumfangssektion 48,
einschließlich
der Freiflächen 62, 68,
der Teilkontaktflächen 64, 70 und
der Materialverdrängungskanten 66, 72,
sind als vorzugsweise identisch beschrieben worden. Es versteht
sich jedoch, dass die Innenumfangssektion 46 und die Außenumfangssektion 48 ein
voneinander verschiedenes Design haben können. Beispielsweise kann sich
der Freiwinkel A, der zu der Innenumfangssektion 46 gehört, von
dem Freiwinkel B, der zu der Außenumfangssektion 48 gehört, unterscheiden.
Des Weiteren können
die Materialverdrängungskanten 66, 72 verschiedene Formen
aufweisen.
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Die
Freiflächen 62, 68 sind
so konfiguriert, dass sie während
des Gebrauchs Material, das durch die Materialverdrängungskanten 66 und 72 verdrängt wird,
von den Teilkontaktflächen 64 bzw. 70 fort
lenken. In dieser Hinsicht können
die Freiflächen 62, 68 – obgleich
sie linear dargestellt sind – auch
eine oder mehrere zusätzliche
Winkel oder Kurvenkonfigurationen beinhalten. Die Teilkontaktflächen 64, 70 sind
andererseits vorzugsweise vertikal (relativ zu dem Streifen 10),
so dass ein im Wesentlichen gerader, im Wesentlichen gleichmäßiger Umfang
des Teils (nicht gezeigt) definiert wird.
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Der
Unterstempel 44 ist vorzugsweise mit dem Oberstempel 42 identisch.
So enthält
die Innenumfangssektion 50 eine Freifläche 62' und eine Teilkontakt fläche 64', die sich zu
einer Materialverdrängungskante 66' kombinieren.
Die Materialverdrängungskante 66' bildet einen
positiven Freiwinkel A',
der mit dem Freiwinkel A identisch ist. In ähnlicher Weise enthält die Außenumfangssektion 52 eine
Freifläche 68' und eine Teilkontaktfläche 70', die sich zu
einer Materialverdrängungskante 72' kombinieren.
Die Materialverdrängungskante 72' bildet einen
positiven Freiwinkel B',
der mit dem Freiwinkel B identisch ist. Wie in 3 gezeigt,
ist der Unterstempel 44 vertikal unter dem Oberstempel 42 ausgerichtet.
Bei dieser Konfiguration sind der Oberstempel 42 und der
Unterstempel 44 symmetrisch. Genauer gesagt, sind die Materialverdrängungskanten 66, 66', die zu den
Innenumfangssektionen 46, 50 gehören, symmetrisch
aufeinander ausgerichtet, und die Materialverdrängungskanten 72, 72' der Außenumfangssektionen 48, 52 sind
symmetrisch aufeinander ausgerichtet.
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Der
Oberstempel 42 und der Unterstempel 44 bestehen
aus einem gehärteten
Material wie beispielsweise CPM-Werkzeugstahl (Crucible Particle
Metallurgy) von der Crucible Materials Corp. aus Camillus, New York,
oder einem Material, das nach anderen herkömmlichen Stahlherstellungsverfahren
hergestellt ist. Alternativ kommen auch andere gehärtete Materialien
in Frage, die üblicherweise
in Verbindung mit Flachmaterialstanzwerkzeugen verwendet werden.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
enthält
die Vorrichtung 40 zum teilweisen Stanzen des Weiteren
eine Haltevorrichtung (nicht gezeigt) zum Halten des Streifens 10 relativ
zu den Stempeln 42, 44 während des teilweisen Stanzvorgangs.
Beispielsweise kann die Haltevorrichtung einen Metallabstreifblock
und einen Gummiblock enthalten, die den Stempeln 42, 44 zugeordnet
sind. Genauer gesagt, wird ein Block aus Gummimaterial, wie beispielsweise
Urethangummi, zwischen die Innenumfangssektion 46 und die
Außenumfangssektion 48 des
Oberstempels 42 eingebettet und stößt dabei gegen die obere Grundplatte 53.
Ein Metallabstreifblock ist gleichermaßen zwischen die Innen- und
die Außenumfangssektion 46 bzw. 48 eingebettet
und stößt gegen
den Gummiblock. Vor dem Gebrauch erstreckt sich der Metallabstreifblock
ein wenig über
die Materialverdrängungskanten 66, 72 hinaus.
Eine ähnliche
Gummiblock-Metallabstreifblock-Anordnung ist für den Unterstempel 44 vorgesehen.
Während
des teilweisen Stanzvorgangs (weiter unten näher beschrieben) nehmen die
Metallabstreifblöcke
den Streifen 10 auf gegenüberliegenden Seiten in Eingriff,
während
der Oberstempel 42 und der Unterstempel 44 aufeinander
zu bewegt werden. Die Gummiblöcke
werden ein wenig zusammengedrückt,
so dass die Materialverdrängungskanten 66, 66', 72, 72' den Streifen 10 in
Eingriff nehmen können.
Die Metallabstreifblöcke üben jedoch über die
Gummiblöcke
einen konstanten Druck auf den Streifen 10 aus, um den
Streifen 10 flach zu halten. Alternativ kann ein federbelasteter
Mechanismus oder eine ähnliche
Vorrichtung verwendet werden, um den Streifen 10 während des
teilweisen Stanzens festzuhalten.
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Unter
Berücksichtigung
der obigen Beschreibung der Vorrichtung 40 zum teilweisen
Stanzen wird der Streifen 10 zwischen dem Oberstempel 42 und
dem Unterstempel 44 angeordnet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform
wird der Streifen 10 auf die Materialverdrängungskanten 66', 72' des Unterstempels 44 gelegt. Mit
der Stanzvorrichtung 40 wird dann ein teilweiser Stanzvorgang
aus geführt.
Genauer gesagt, wird die Stanzvorrichtung 40 von einer
Ausgangsposition (in 3 gezeigt), in der ein vertikaler
Abstand zwischen den Materialverdrängungskanten 66, 72 des
Oberstempels 42 und den Materialverdrängungskanten 66', 72' des Unterstempels 44 größer ist
als eine Dicke des Streifens 10, in eine Eingriffnahmeposition
bewegt, in der die Materialverdrängungskanten 66, 66', 72, 72' den Streifen 10 in
Eingriff nehmen. Der Streifen 10 wird praktisch zwischen
dem Oberstempel 42 und dem Unterstempel 44 eingeklemmt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform
beispielsweise wird der Stößel 54 so
betätigt,
dass der Oberstempel 42 in Richtung des Unterstempels 44 bewegt
wird. Alternativ kann der Unterstempel 44 auch mechanisch
in Richtung des Oberstempels 42 bewegt werden. Darüber hinaus
können
sowohl der Oberstempel 42 als auch der Unterstempel 44 eine
Hilfsantriebsvorrichtung enthalten, die den Oberstempel 42 und
den Unterstempel 44 unabhängig aufeinander zu bewegt.
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Während des
teilweisen Stanzvorgangs berühren
und durchdringen die Materialverdrängungskanten 66, 66', 72, 72' vorzugsweise
im Wesentlichen gleichzeitig einen Abschnitt der oberen Schicht 14 bzw.
der unteren Schicht 18, wie in 4 gezeigt.
Bei der bevorzugten Ausführungsform
wird der Oberstempel 42 in Richtung des Unterstempels 44 derart
bewegt, dass die Materialverdrängungskanten 66, 72 die
obere Schicht 14 berühren.
Eine weitere vertikale Bewegung des Oberstempels 42 bewegt
die Materialverdrängungskanten 66, 72 in
die obere Schicht 14 hinein. Außerdem bewirkt die Kraft, die
durch den Oberstempel 42 auf den Streifen 10 ausgeübt wird,
dass sich der Streifen 10 derart abwärts bewegt, dass die Materialverdrängungskanten 66' 72' des Unterstempels 44 einen
Abschnitt der unteren Schicht 18 durchstoßen und
durchdringen. Diese Stanz- oder Scheraktion des Oberstempels 42 und
des Unterstempels 44 in den Streifen 10 hinein
erfolgt gleichzeitig, dergestalt, dass der Streifen 10 durch
den Oberstempel 42 und den Unterstempel 44 eingeklemmt
wird.
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Während des
Stanzvorgangs definieren der Oberstempel 42 und der Unterstempel 44 und
insbesondere die Teilkontaktflächen 64, 64', 70, 70' Umfänge des
fertigen Teils (beispielsweise durch das Teilmuster 12 von 2 dargestellt).
Material des Streifens 10 wird durch die Freiflächen 62, 62', 68, 68', die zu dem
Oberstempel 42 bzw. dem Unterstempel 44 gehören, von
den Teilkontaktflächen 64, 64', 70, 70' fort gelenkt.
Beispielsweise lenkt die Freifläche 68 der
Außenumfangssektion 48 Material
der oberen Schicht 14 von der Teilkontaktfläche 70 fort
in Richtung des äußeren Reliefmuster 24,
wenn sich der Oberstempel 42 nach unten bewegt. In ähnlicher
Weise lenkt die Freifläche 62 der
Innenumfangssektion 46 Material der oberen Schicht 14 von
der Teilkontaktfläche 64 fort
in Richtung des inneren Reliefmusters 22. Die Innen- und
die Außenumfangssektion 50 bzw. 52 des
Unterstempels 44 verformen die untere Schicht 18 in
praktisch identischer Weise. Es ist zu beachten, dass durch das
Vorhandensein des inneren Reliefmusters 22 und des äußeren Reliefmusters 24 der
Widerstand gegen die gewünschte
vertikale Bewegung der Materialverdrängungskanten 66 relativ
zum Streifen 10 deutlich verringert wird, wodurch die Anzahl
der Stanzzyklen erhöht
wird, welche die Materialverdrängungskante 66 durchlaufen
kann, bevor sie geschärft
werden muss. Und weil die Freiflächen 62, 62', 68, 68' Material von
den Teil kontaktflächen 64, 64', 70, 70' fort lenken,
entstehen entlang des Teilumfangs kaum – wenn überhaupt noch – Grate.
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Das
Stanzen der oberen Schicht 14 und der unteren Schicht 18 durch
die Materialverdrängungskanten 66, 66', 72, 72' geht weiter,
bis die Endanschlagblöcke 56, 60 den
Streifen 10 berühren.
Alternativ können
auch andere Endanschlagkonfigurationen vorgesehen werden. Wie in 4 gezeigt,
sind die Materialverdrängungskanten 66, 66', 72, 72' des Oberstempels 42 bzw.
des Unterstempels 44 in der Endanschlagposition vertikal
um eine Distanz voneinander beabstandet, die größer ist als eine Dicke der
Zwischenschicht 16. Das heißt, die Materialverdrängungskanten 66, 66', 72, 72' berühren nicht
die Zwischenschicht 16. Des Weiteren wird wenigstens ein
Abschnitt der oberen Schicht 14 und der unteren Schicht 18 nicht
durch die Materialverdrängungskanten 66, 66', 72, 72' geschert.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
führt der
teilweise Stanzvorgang dazu, dass die Materialverdrängungskanten 66, 66', 72, 72' ungefähr um die
Zwischenschicht 16 herum zentriert sind. Vorzugsweise ragen die
Materialverdrängungskanten 66, 66', 72, 72' in die obere
Schicht 14 bzw. die untere Schicht 18 um eine
Distanz von wenigstens drei Dritteln einer Dicke der oberen Schicht 14 bzw.
der unteren Schicht 18, besonders bevorzugt von vier Fünfteln der
Dicke der oberen Schicht 14 und der unteren Schicht 18,
hinein. Wenn beispielsweise die obere Schicht 14 und die
untere Schicht 18 eine Dicke von 0,40 mm haben, so ragen
die Materialverdrängungskanten 66, 66', 72, 72' jeweils um
eine Distanz von etwa 0,35 mm in die obere Schicht 14 bzw.
die untere Schicht 18 hinein. Weil jede der Frei flächen 62, 62', 68, 68' und die jeweiligen
Teilkontaktflächen 64, 64', 70, 70' einen spitzen
Winkel bilden (im Gegensatz zu einem flachen Stempel), erzeugt der
teilweise Stanzvorgang keinen großen Bruch in dem Streifen 10.
Des Weiteren wird jeder Bruch, der durch eine der Materialverdrängungskanten
(beispielsweise die Materialverdrängungskante 66) verursacht
wird, durch einen ähnlichen
Bruch ausgeglichen, der durch die symmetrisch gegenüberliegende
Materialverdrängungskante (beispielsweise
die Materialverdrängungskante 66') hervorgerufen
wird.
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Nach
dem teilweisen Stanzvorgang wird der Streifen 10 von dem
Oberstempel 42 und dem Unterstempel 44 fortgenommen.
Wie in 5A gezeigt, hat der Streifen 10 ein
Nut- oder Schnittmuster 90, das durch den Oberstempel 42 und
den Unterstempel 44 (4) gebildet
wurde. Die Nuten 90 definieren ein Teil 92, das in
Form und Größe dem Teilmuster 12 entspricht,
das in 2 gezeigt ist. Beispielsweise hat der Streifen 10 eine äußere Nut 90a,
die in der oberen Schicht 14 ausgebildet ist und den äußeren Umfang ÄU des Teils 92 definiert
(allgemein in 5A gezeigt). Eine praktisch
identische äußere Nut 90b ist
in der unteren Schicht 18 ausgebildet und definiert auch
hier den äußeren Umfang ÄU des Teils 92.
Wenn das Teil 92 ein Scheibenträger ist, der als ein Ring geformt
ist, so enthält
der Streifen 10 des Weiteren eine innere Nut 90c,
die in der oberen Schicht 14 ausgebildet ist und den inneren
Umfang IU des Teils 92 definiert. Eine praktisch identische
innere Nut 90d ist in der unteren Schicht 18 ausgebildet
und definiert den inneren Umfang IU des Teils 92.
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Jede
der Nuten 90a–90d wird
durch eine Vorderseite 100 und einer Rückseite 102 definiert.
Die Vorderseite 100 verläuft senkrecht zu einer Ebene
des Streifens 10, während
sich die Rückseite 102 in
einem Winkel von der Vorderseite 100 entsprechend der Ausrichtung
der zuvor beschriebenen Freifläche 62, 62', 68, 68' (3)
erstreckt. Unter Berücksichtigung
dieser Ausrichtung definiert die Vorderseite 100 einen
Umfang des Teils 92. Insbesondere erstrecken sich bei bevorzugten
Ausführungsformen
die Nuten 90a–90d nicht
in die Zwischenschicht 16 hinein. Was die äußeren Nuten 90a–90b anbelangt,
bleibt ein kleiner Haltesteg 104 zwischen den Nuten 90a–90b bestehen.
Der Haltesteg 104 dient dem Verbinden des Teils 92 mit
dem Rest des Streifens 10. Genauer gesagt, wie in 5B am
besten zu sehen, sind die Stege 28a–28d mit dem Haltesteg 104 (5A)
verbunden, der seinerseits mit dem Teil 92 verbunden ist.
Außerdem
ist jeder der Stege 28a–28d mit einem Rest
des Streifens 10 verbunden. So kann nach dem teilweisen
Stanzvorgang der Streifen 10 (beispielsweise mittels der
Führungslöcher 20)
an eine separate Stelle verschoben werden, ohne dass das Teil 92 völlig von
dem Streifen 10 gelöst
wird. Weil die Zwischenschicht 16 vorzugsweise viskoelastisch
ist, enthält
der Haltesteg 104 einen Abschnitt der oberen Schicht 14 und
der unteren Schicht 18, um eine relativ starre Verbindung
zwischen dem Teil 92 und den Stegen 28a–28d herzustellen.
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Der
Streifen 10 wird dann vorzugsweise zu einer Ausstanzstation
bewegt, wo das Teil 92 aus dem Streifen 10 herausgenommen
wird, wie in 6 gezeigt. Bei einer bevorzugten
Ausführungsform
enthält
die Ausstanzstation einen Stempel 110 und eine Matrize 112.
Zu Veranschaulichungszwecken ist nur ein Abschnitt des Stempels 110 und
der Matrize 112 in 6 gezeigte.
Der Stempel 110 ist vorzugsweise ein Flachstempel, während die
Matrize 112 vorzugsweise Scherkanten 114 (von
denen eine in 6 gezeigt ist) enthält, die
entsprechend den zuvor beschriebenen Nuten 90b, 90d (5A)
bemessen sind. Der Streifen 10 wird derart auf die Matrize 112 gelegt,
dass die Scherkanten 114 die Nuten 90b, 90d in
Eingriff nehmen (wobei nur die Nut 90b in 6 gezeigt
ist). Der Stempel 110 wird dann abwärts in Richtung der Matrize 112 bewegt
und nimmt dabei die obere Schicht 14 des Streifens 10 in
Eingriff. Eine weitere Abwärtsbewegung
des Stempel 110 bewirkt, dass die Scherkanten 114 den
Haltesteg 104 entlang von Umfängen (wie beispielsweise des äußeren Umfangs ÄU, der in 6 gezeigt
ist) des Teils 92 scheren. Weil der Haltesteg 104 relativ
dünn ist,
führt die erforderliche
Scherwirkung nicht zur Entstehung von großen Brüchen, die ansonsten die Kantenintegrität des Teils 92 beeinträchtigen
könnten.
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Nach
dem Ausstanzvorgang wird das Teil 92 aus dem Streifen 10 herausgenommen.
Wie in 7A gezeigt, bleibt der Haltesteg 104 mit
dem Streifen 10 über
die Stege 28a–28d verbunden.
Ein Beispiel des Teils 92 ist in 7B gezeigt.
Der oben beschriebene Stanzvorgang führt zu einer überaus gleichmäßigen Umfangskante 116 des
Teils 92, wie in 7C gezeigt.
Es versteht sich, dass 7C die Kante 116 des äußeren Umfang ÄU (7B)
zeigt. Wenn das Teil 92 ein Scheibenträger ist, der als ein Ring zur
Verwendung als eine Basiskomponente einer Computerfestplatte verwendet
wird, so ist die Kante des inneren Umfang IU (7B) in ähnlicher
Weise gleichmäßig geformt.
Die obere Schicht 14, die Zwischenschicht 16 und
die untere Schicht 18 sind im Wesentlichen entlang der
Kante 116 gleichmäßig und enthalten
keine Grate. Dadurch ist das Teil 92 extrem flach. In dieser
Hinsicht, wie in 7C gezeigt, sind die obere Schicht 14,
die Zwischenschicht 16 und die untere Schicht 18 allesamt
im Wesentlichen Planar und erstrecken sich infolge dessen von der
Umfangskante 116 in einer im Wesentlichen parallelen Weise.
Obgleich die Zwischenschicht 16 viskoelastisch ist, beseitigt
das Verfahren der vorliegenden Erfindung praktisch Kantenverbiegungen
in der Zwischenschicht 16. Genauer gesagt, kann die Zwischenschicht 16 des
Teils 92 allgemein durch einen Innenumfangsabschnitt 120, einen
mittigen Abschnitt 122 und einen Außenumfangsabschnitt 124 definiert
werden. Wie in den 7B und 7C zu
sehen ist, erstreckt sich der Innenumfangsabschnitt 120 von
der Innenumfangskante IU zu dem mittigen Abschnitt 122,
während
sich der Außenumfangsabschnitt 124 von
der Außenumfangskante ÄU zu dem mittigen
Abschnitt 122 erstreckt. Bezüglich der Ausrichtung von 7C definiert
der mittige Abschnitt 122 eine im Wesentlichen gleichmäßige horizontale
Ebene. Es kann unvermeidlich zu einer gewissen vertikalen Verbiegung
des Innenumfangsabschnitts 120 und/oder des Außenumfangsabschnitts 124 relativ
zu der Ebene des mittigen Abschnitts 122 kommen. Jedoch
weist das Teil 92, das gemäß der vorliegenden Erfindung
hergestellt wurde, eine Verbiegung des Innenumfangsabschnitts 120 und/oder
des Außenumfangsabschnitts
von weniger als etwa 25 μm
auf, bevorzugt weniger als etwa 15 μm, besonders bevorzugt weniger
als etwa 10 μm,
und ganz besonders bevorzugt weniger als etwa 5 μm.
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Aufgrund
der gleichmäßigen Kanten
(wie beispielsweise die Kante 116) kann das Teil 92 weiterverarbeitet
werden, um einen noch höheren
Flachheitsgrad zu er reichen. Beispielsweise kann das Teil 92 auf
eine Flachheit von weniger als etwa 8 μm je 96 mm ebengebrannt werden.
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Das
Verfahren des Stanzens eines Teils aus einem länglichen Streifen eines mehrschichtigen
Materials gemäß der vorliegenden
Erfindung stellt eine deutliche Verbesserung gegenüber den
früheren
Techniken dar. Im Gegensatz zu einem üblichen Stempel-Matrize- oder
Niederhalterverfahren erbringt das Verfahren der vorliegenden Erfindung
ein Teil mit einer überaus
gleichmäßigen Umfangskante
und verformt nicht die viskoelastische Zwischenschicht. Des Weiteren
kann durch Integrieren einer Vorrichtung, die dafür konfiguriert
ist, gleichzeitig symmetrische Nuten auf gegenüberliegenden Seiten des Streifens
auszubilden, die Gesamtstandzeit der Vorrichtung deutlich verlängert werden.
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Beispiele
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Die
Erfindung wurde anhand verschiedener konkreter und bevorzugter Ausführungsformen
beschrieben und wird nun weiter anhand der folgenden detaillierten
Beispiele beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass es viele Erweiterungen,
Varianten und Modifizierungen an den Grundthemen der vorliegenden
Erfindung über
diejenigen hinaus gibt, die in den Beispielen und der detaillierten
Beschreibung gezeigt sind, die in den Geist und Geltungsbereich
der vorliegenden Erfindung fallen. Um das Verständnis der Beispiele zu vereinfachen,
wird, wo immer möglich,
auf Elemente Bezug genommen, die in den zuvor beschriebenen Figuren
benannt wurden.
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Beschreibung von Probestücken
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Ein
Streifen 10 einer viskoelastischen Zwischenschicht 16 zwischen
zwei relativ starren äußeren Schichten 14, 18 wurde
folgendermaßen
hergestellt:
Die Zwischenschicht 16 aus einem viskoelastischen
Material, genauer gesagt einem Fluorpolymer (bei der Dyneon LLC,
St. Paul, Minnesota unter dem Handelsnamen FLUOREL FT-2481 erhältlich),
wurde von einer Rolle abgewickelt und gleichzeitig mit der unteren
Schicht 18 aus sauberem, vorgewärmtem Aluminium (bei Kobe Precision,
Hayward, Kalifornien, zu beziehen) mit einer Dicke von 0,41 mm (0,016
Inch) und einer Breite von 104,8 mm (4,125 Inch) einer Quetschwalze
so zugeführt,
dass die untere Schicht 18 mit der Zwischenschicht 16 zusammengefügt wurde.
Die obere Schicht 14 aus sauberem, vorgewärmtem Aluminium
mit einer Dicke von 0,41 mm (0,016 Inch) und einer Breite von 104,8
mm (4,125 Inch) wurde auf die exponierte Oberfläche der Zwischenschicht 16 gelegt,
und die drei Schichten 14, 16, 18 wurden
bei einer Druckeinstellung von 0,48 bis 0,55 MPa (70 bis 80 psi)
durch eine zweite Quetschwalze geführt, wodurch der Streifen 10 entstand.
Der Streifen 10 wurde auf einen Kern aufgewickelt und gelagert.
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Der
oben hergestellte Streifen 10 wurde von seinem Kern abgewickelt,
durch einen Metallrichtapparat (unter dem Handelsnamen BENCHMASTER 910 bei
der Benchmaster Manufacturing Co., Gardena, Kalifornien, zu beziehen)
geführt
und in 1,22 Meter (4 Fuß)
lange Abschnitte geschnitten.
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Ein
1,22 Meter langer Abschnitt des Streifens 10 wurde dann
unter einen Stempel geführt,
der mit Endanschlagblöcken
justiert war, um die Führungslöcher 20,
einen Abschnitt des äußeren Reliefmusters 24,
einschließlich zweier
gegenüberliegender,
4,76 mm (3/16 Inch) breiter gekrümmter
Schlitze 26a und 26c, die um 84,985 mm (3,3459
Inch) voneinander beabstandet waren, und das innere Reliefmuster 22 in
Form eines 24 mm (0,9450 Inch) durchmessenden Lochs zu stanzen.
In einer zweiten Stanzstation wurde der übrige Abschnitt des äußeren Reliefmusters 24,
einschließlich
zweier gegenüberliegender,
4,76 mm (3/16 Inch) breiter gekrümmter
Schlitze 26b und 26d, die um 84,985 mm (3,3459
Inch) voneinander beabstandet waren, in den Streifen gestanzt. Es
wurden Stempel aus A-2-Werkzeugstahl benutzt. Der Pressendruck betrug
909 bis 45.455 Kilogramm (10 bis 50 Tonnen).
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Der
Streifen 10 wurde zu der Station für das teilweise Stanzen weitergeleitet,
die aus einem stationären
Unterstempel 44 und einem beweglichen Oberstempel 42 bestand.
Der Oberstempel 42 und der Unterstempel 44 waren
dafür bemessen,
ein scheibenförmiges
Teil mit einem Außendurchmesser
von 84,76 mm (3,337 Inch) und einem mittigen Loch mit einem Durchmesser
von 23,7 mm (0,935 Inch) teilweise zu stanzen. Der Oberstempel 42 und
Unterstempel 44 drangen etwa gleichzeitig in den Streifen
auf eine solche Tiefe ein, dass der Abstand zwischen den Materialverdrängungskanten 72 und 72' und 66 und 66' etwas kleiner
als 20 % der Gesamtdicke des Streifens 10 war (beispielsweise
etwa 0,10 bis 0,15 mm (4 bis 6 mils)). Auf diese Weise wurde der
Streifen 10 teilweise gestanzt, wobei die äußeren Nutmuster 90a, 90b um
den äußeren Umfang ÄU herum
ausgebildet wurden und diesen definierten und die inneren Nutmuster 90c, 90d um
den inneren Umfang IU herum ausgebildet wurden und diesen definierten.
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Der
Streifen 10 wurde dann zu einer Ausstanzstation bewegt,
wo der Stempel 110 und die Matrize 112 dafür benutzt
wurden, das scheibenförmige
Teil (oder den Scheibenträger) 92 von
dem Haltesteg 104 abzustanzen. Der Stempel 110 hatte
einen Außendurchmesser
von 84,76 mm (3,337 Inch) und ein mittiges Loch mit einem Außendurchmesser
von 23,7 mm (0,935 Inch), und die Matrize 112 hatte einen
Außendurchmesser von
85,52 mm (3,367 Inch) und ein mittiges Loch mit einem Außendurchmesser
von 24,5 mm (0,965 Inch).
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Das
oben hergestellte scheibenförmige
Teil 92 (im Weiteren als "Scheibe" bezeichnet) wurde mit Aceton gereinigt
und auf eine Spannvorrichtung gesteckt. Die Spannvorrichtung bestand
aus einer Stahlplatte mit den Abmessungen 254 mm × 254 mm × 25,4 mm
(10 Inch × 10
Inch × 1
Inch), zwei runden Aluminium-Distanzstücken [31,75 mm (1,25 Inch)
dick und 101,6 mm (4 Inch) im Durchmesser mit einem 19,48 mm (0,767 Inch)
durchmessenden mittigen Loch], einem runden Stahl-Distanzstück [25,4
mm (1,0 Inch) dick und 101,6 mm (4 Inch) im Durchmesser mit einem
19,48 mm (0,767 Inch) durchmessenden mittigen Loch] und einer Gewindestahlstange.
Etwa acht bis zwölf
scheibenförmige
Teile wurden auf die Stahlstange gesteckt, mit jeweils einem Aluminium-Distanzstück auf jeder
Seite. Die Stahlstange wurde in die stählerne Bodenplatte hineingeschraubt
und so in ihr verankert. Die Distanzstücke wurden durch die Stahlstange
zusammengezogen, wodurch die Aluminiumscheiben zusammengedrückt wurden,
und auf 11,29 Newtonmeter (100 Inch-Pounds) angezogen. Die Spannung
wurde durch eine Feder, ein Federdistanzstück und eine Mutter aufrecht
erhalten. Der zusammengedrückte
Scheibenstapel wurde für
bis zu 18 Stunden in einen auf 320°C (608°F) eingestellten Umluftofen
eingebracht. Die wärme
wurde abgestellt, und man ließ den
Ofen wenigstens 2 Stunden bei geöffneten
Türen abkühlen. Die
Scheiben wurden dann zum Testen von der Spannvorrichtung heruntergenommen.
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Eine
gemäß dem obigen
Verfahren hergestellte Scheibe wurde mittels einer Testvorrichtung
MESA HORIZONTAL, bei der Zygo Corporation, Middlefield, Connecticut,
erhältlich,
auf Flachheit getestet. Es wurde ein Computerprogramm (MetroProTM, PC-Version OMP-0398C), das für eine Festplatte
modifiziert war, verwendet. Es wurden "Peak-to-Valley"-Messungen (PV-Messungen) an 70.000
Punkten genommen und gemittelt. Die Messungen wurden auf jeder Seite
der Scheibe (beispielsweise Seite A und Seite B) vorgenommen. Die
Flachheit wurde als der durchschnittliche "Peak-to-Valley"-Messwert in Mikrometern angegeben.
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Beispiel 1
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Mittels
des obigen Verfahrens wurden zehn Scheiben hergestellt, wofür ein Fluorpolymer
(unter dem Handelsnamen FLUOREL FT-2481 bei der Dyneon LLC, St.
Paul, Minnesota, zu beziehen) mit einer Abmessung von 0,0127 mm
(0,5 mils) verwendet wurde, und mit der Ausnahme, dass man den Scheibenstapel
zwei Tage lang in dem Ofen abkühlen
ließ.
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Jede
Scheibe wurde gemäß dem oben
beschriebenen Testverfahren auf Flachheit getestet. Die Flachheit
ist in Tabelle 1 unten angegeben. Es waren keine sichtbaren Kantengrate
vorhanden, und der Kantenschnitt verlief ungefähr vertikal.
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Beispiel 2
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Es
wurden acht Scheiben gemäß dem obigen
Verfahren hergestellt, wofür
ein Fluorpolymer (unter dem Handelsnamen FLUOREL FT-2481 bei der
Dyneon LLC, St. Paul, Minnesota, zu beziehen) mit einer Abmessung
von 0,006 mm (0,25 mils) verwendet wurde, und mit der Ausnahme,
dass man den Scheibenstapel aus dem Ofen entnahm und 24 Stunden
abkühlen
ließ.
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Jede
Scheibe wurde gemäß dem oben
beschriebenen Testverfahren auf Flachheit getestet. Die Flachheit
ist in Tabelle 2 unten angegeben. Es waren keine sichtbaren Kantengrate
vorhanden, und der Kantenschnitt verlief ungefähr vertikal.
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Obgleich
die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen
beschrieben wurde, leuchtet dem Fachmann ein, dass Änderungen
in Form und Detail vorgenommen werden können, ohne dass vom Geltungsbereich
der vorliegenden Erfindung, wie er in den Ansprüchen dargelegt ist, abgewichen
wird. Beispielsweise wurde das Verfahren der vorliegenden Erfindung
so beschrieben, dass ein Scheibenträger hergestellt wird, der als
ein Ring geformt ist, um ihn als eine Computerfestplatte zu verwenden.
Aber es sind auch andere drehbare Speichergegenstände wie
beispielsweise DVDs, magnetische, optische, magnetooptische und
mechanische Scheiben möglich.
Des Weiteren ist eine breite Vielfalt anderer Formen und Endverwendungszwecke
denkbar, die nichts mit drehbaren Speichergegenständen zu
tun haben. Unter denselben Prämissen
braucht das resultierende Teil auch kein Loch in der Mitte zu enthalten.
Des Weiteren kann – obgleich das
Verfahren der vorliegenden Erfindung anhand eines dreischichtigen
Materialstreifens beschrieben wurde – auch eine größere Anzahl
von Materialschichten verwendet werden. Jede dieser weiteren Schichten
kann relativ starr oder kann viskoelastisch sein. Außerdem kann – obgleich
bei dem beschriebenen Verfahren separate "Stationen" zum Aus führen des teilweisen Stanzens
und des Ausstanzens verwendet wurden – auch eine einzelne Station
verwendet werden, die dafür
konfiguriert ist, beide Arbeitsgänge
auszuführen.
Des Weiteren kann der Ausstanzvorgang weggelassen werden, so dass
die beschriebenen Ober- und Unterstempel, die zu der Vorrichtung
zum teilweisen Stanzen gehören,
so betrieben werden, dass das Teil in einer einzigen Stanzbewegung
aus dem Streifen aus dem Streifen herausgelöst wird.