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Die vorliegende Erfindung befaßt sich
allgemein mit einer Vorrichtung zur Förderung von losem Material
und insbesondere mit einem Förderer
für lose
Elektronikchip-Bausteine.
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Bei der Herstellung von Leiterplatten
ist es allgemein üblich,
automatische Entnahme- und-Bestückungsmaschinen
zur Positionierung von elektronischen Komponenten auf der Leiterplatte
zu verwenden, bevor die Komponenten verlötet werden. Auch ist es allgemein üblich, die
elektronischen Bausteine auf die eine oder andere von zwei Weisen
zuzuführen,
nämlich:
(1) auf Abspulbändern
oder (2) in Losematerialförderern wie Trichter, Topfförderer und Kassetten.
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Das Fördern von losem Material hat
eine Reihe von Vorteilen gegenüber
Abspulbandförderung.
So sind z. B. lose Komponenten als Einzelteil billiger als Abspulbandkomponenten,
weil die Kosten für
die Befestigung der Komponenten an den Spulenstreifen vermieden
werden. Auch bleibt bei losem Material kein Abfall zurück, nachdem die
Teile verwendet worden sind.
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Allerdings müssen beim Fördern von losen Teilen diese
Teile in einer bestimmten Anordnung ausgerichtet sein, bevor sie
dem Bestückungsroboter präsentiert
werden. Eine typische Vorgehensweise zur Durchführung dieser Aufgabe ist in
der US-Patentschrift Nr. 4,846,345 von Hamuro u. a. offenbart, wo
die losen Komponenten 108 in einer Losematerial-Speisekassette 101 bereitgestellt
werden. Wie die 1–3 bei Hamuro u. a. zeigen, wird die Kassette 101 in
einen Trichter 102 mit einem Aufnahmeraum 117 eingeführt, der
Komponenten 108 aus der nach oben gekippten Kassette 101 aufnimmt.
Die Komponenten gelangen durch Schwerkraft in den untersten Bereich
im Aufnahmeraum 117 des Trichters und können dann eine nach der anderen
durch einen abwärts
geneigten Durchgang 118 gleiten, dessen Abmessungen so
ausgelegt sind, daß sie
nur jeweils eine Komponente auf einmal durchlassen. Dann können die
Komponenten 108 durch eine Röhre 141 nach unten
auf einen Positionierungsständer 142 gleiten,
wo sie dem Bestückungsroboter
präsentiert werden,
wie es die 5 und 6 der
Schrift von Hamuro u. a. zeigen.
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Um zu verhindern, daß die Komponenten 108 den
Einlaß des
Durchganges 118 verstopfen, ist im Boden des Komponentendurchganges 118 ein nach
oben gerichteter Blaskanal 140 ausgebildet, und zwar in
unmittelbarer Nachbarschaft zum obersten Eingangspunkt derselben,
wie 5 nach Hamuro u. a. zeigt. Ein
Luftstrahl oder anderer Gasstrahl wird nun intermittierend durch
diesen Kanal 140 geblasen, um Komponenten 108 loszulösen, die
den Eingang des Komponentendurchganges 118 blockieren könnten.
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Allerdings ruft der Luftstoß bisweilen
Schäden
an den Komponenten hervor, wenn diese im Trichter herumgeblasen
werden. Es ist daher wünschenswert,
eine alternative Art und Weise zur Förderung loser elektronischer
Bausteine zu stellen, bei der ein Luftstoß wie in dem älteren Lösungsansatz vermieden
wird.
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Die vorliegende Erfindung stellt
eine Vorrichtung zur Förderung
von losen elektronischen Komponenten, welche folgendes aufweist:
eine allgemein gerade Röhre
mit einem hochgelegten Ende, einem tieferliegenden Ende, einer Längsachse
und einem allgemein zylindrischen inneren Durchgang durch die Röhre; (2)
einen allgemein geraden Stabmagneten, der unterhalb und in der Nähe der Röhre angeordnet ist,
wobei der Stabmagnet eine Nordpol-Südpol-Achse aufweist, die allgemein
parallel zur Längsachse der
Röhre gerichtet
ist; (3) einen Aufnahmebehälter mit einem ersten und einem
zweiten Ende und einem diesen durchlaufenden sich verjüngenden
Hals, worin der Hals von einem breiten Einlaß, der am ersten Ende ausgebildet
ist, zu einem eingeschnürten
Auslaß reicht,
der am zweiten Ende ausgebildet ist, wobei der Aufnahmebehälter so
angeordnet ist, daß der Einlaß über dem
Auslaß liegt,
wobei das zweite Ende des Aufnahmebehälters in drehendem Gleitkontakt mit
dem hochgelegten Ende der Röhre
liegt, so daß der
eingeschnürte
Ausgang dort mit dem inneren Durchgang durch die Röhre kommuniziert;
und (4) Mittel zum Drehen der Röhre um ihre Längsachse.
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Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung
ist, daß sie
die Magnetkraft und eine sich drehende Förderröhre zur richtigen Ausrichtung
elektronischer Chipkomponenten verwendet, wenn diese Komponenten
einer automatischen Bestückungsmaschine präsentiert
werden sollen.
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Ein weiterer Vorteil ist, daß die vorliegende Erfindung
relativ einfach herstellbar ist und mit verschiedenen Typen existierender
Fördermaschinen und
-Systemen für
loses Material kompatibel ist, z. B. mit Losematerial-Kassetten,
Topfförderern,
Trichtern und ähnlichem.
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Die Erfindung soll nun mit Bezug
auf die beiliegenden Zeichnungen beispielartig näher erläutert werden; dabei zeigen:
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1–2: jeweils eine perspektivische
und eine Seitenansicht einer Fördervorrichtung
für loses Material
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2A ist
eine Schnittansicht der Röhre
und des Magneten entlang der Linie 2A-2A aus 1;
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3A–B sind
je eine seitliche Schnittansicht und eine Draufsicht eines Aufnahmebehälterteiles
nach der vorliegenden Erfindung;
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4A–C sind
perspektivische Ansichten alternativer Versionen einer Zwischenablageplattform gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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5A–C sind
jeweils eine Draufsicht, eine seitlich geschnittene und eine perspektivische
Ansicht einer Zwischenablage der vorliegenden Erfindung, in die
eine zusätzliche
Tasche eingeformt ist;
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6A–B sind
seitlich geschnittene Ansichten zusammengefügter Anordnungen von Röhre und Aufnahmebehälter gemäß der vorliegenden
Erfindung; und
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7 ist
eine Seitenansicht der vorliegenden Erfindung mit einer Tragstruktur
dafür.
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Es sei nun Bezug genommen auf die
Zeichnungen, wo die 1-2 eine Vorrichtung zur Förderung
von losen elektronischen Chipkomponenten 70 gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellen. Das Gerät
weist folgendes auf: (1) eine allgemein gerade Röhre 10 mit
einem hochgelegten Ende 12, einem tieferliegenden Ende 14,
einer Längsachse
L-L und einem allgemein zylindrischen inneren Durchgang 16 durch
die Röhre;
(2) einen allgemein geraden Stabmagneten 20, der
unterhalb und in der Nähe
der Röhre 10 angeordnet
ist, wobei der Magnet eine Nordpol-Südpol-Achse N-S aufweist, die
allgemein parallel zur Längsachse
L-L ausgerichtet ist; (3) einen Aufnahmebehälter 30 mit
einem ersten und einem zweiten Ende 32/34 und einem durch den Behälter verlaufenden
sich verjüngenden
Hals 36, wobei der Hals von einem breiten Einlaß 38,
der am ersten Ende ausgebildet ist, zu einem eingeschnürten Auslaß 39 reicht,
der am zweiten Ende ausgebildet ist, wobei der Aufnahmebehälter 30 so
angeordnet ist, daß der Einlaß 38 über dem
Auslaß 39 liegt,
wobei das zweite Ende 34 des Aufnahmebehälters in
drehendem Gleitkontakt mit dem hochgelegten Ende 12 der
Röhre steht,
so daß der
eingeschnürte
Ausgang 39 dort mit dem Innendurchgang 16 durch
die Röhre
kommuniziert; und (4) Mittel 40 zur Drehung der
Röhre 10 um ihre
Längsachse
L-L.
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Um dem Leser das Verständnis der
vorliegenden Erfindung zu erleichtern, sind alle in dieser Schrift
verwendeten Bezugszahlen in der nachstehenden Tabelle zusammengefaßt, zusammen
mit den Elementen, die sie darstellen:
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- 10
- =
Röhre
- 12
- =
hochgelegtes Ende der Röhre
- 14
- =
tieferliegendes Ende der Röhre
- 16
- =
Innendurchgang durch die Röhre
- 20
- =
Stabmagnet
- 22
- =
Längsmuldenform
an der Oberseite des Magneten
- 30
- =
Aufnahmebehälter
- 32
- =
erstes Ende des Aufnahmebehälters
- 34
- =
zweites Ende des Aufnahmebehälters
- 35
- =
Schlitz im Aufnahmebehälter
zur Aufnahme einer Kassette
- 36
- =
sich verjüngender
Hals des Aufnahmebehälters
- 37
- = Öffnung an
der Oberseite des ersten Endes des Aufnahmebehälters
- 38
- =
verbreiterter Einlaß am
ersten Ende des Aufnahmebehälters
- 39
- =
eingeschnürter
Auslaß am
zweiten Ende des Aufnahmebehälters
- 40
- =
Mittel zur Drehung der Röhre
- 42
- =
Treibrad
- 44
- =
Motor
- 50
- =
Zwischenablage
- 52
- =
Kanal in der Oberfläche
der Zwischenablage
- 54
- =
stromaufwärtiges
Ende des Kanals
- 56
- =
stromabwärtiges
Ende des Kanals
- 57
- =
Anschlag am stromabwärtigen
Ende des Kanals
- 58
- =
um das abwärtige
Ende herum geformte Tasche
- 60
- =
Tragstruktur
- 70
- =
elektronische Chipkomponenten
- 80
- =
Losematerial-Speisekassette
- 85
- =
Rippe an der Kassette, zur Befestigung am Aufnahmebehälter
- α
- =
Winkel zwischen Röhrenachse
und Horizontale
- β
- =
Winkel zwischen Kanal- und Röhrenachse
- A-A
- Längsachse
der Komponente
- L-L
- Längsachse
der Röhre
- N-S
- Nordpol-Südpol-Achse
des Stabmagneten
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Die Förderröhre 10 kann aus einer
Vielzahl von Werkstoffen hergestellt werden, vorzugsweise besteht
sie aber aus durchsichtigem Kunststoff, so daß ein menschlicher Bediener
in die Röhre
schauen und sie überwachen
kann, während
die Maschine arbeitet. Das Baustoff für die Röhre sollte so gewählt sein,
daß der
statische und der dynamische Reibungskoeffizient an der Innenfläche des
Röhrendurchganges
klein genug sind, zu gewährleisten,
daß die
Komponenten ordentlich in einer Reihe in der Röhre bleiben, ohne dabei übermäßig durcheinander zu
rollen. Die Außenfläche der
Röhre ist
im Querschnitt vorzugsweise kreisrund, sie kann alternativ dazu
aber auch andere Formen annehmen (z. B. eine quadratische, sechskantige
oder andere Form). Die Innenfläche
der Röhre
sollte im Querschnitt kreisrund sein (d. h. der Durchgang 16 durch
die Röhre
sollte zylinderförmig
sein), um ein Herumpurzeln der Komponenten darin zu minimieren.
Alternativ dazu kann der Durchgang 16 auch so ausgelegt sein,
daß er sich
von einem größeren Durchmesser
am hochgelegten Ende 12 der Röhre zu einem kleineren Durchmesser
am unteren Ende hin verjüngt.
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Die Röhre 10 ist vorzugsweise
so angeordnet, daß sie
sich um ihre Längsachse
L-L drehen kann, und so daß ein
Ende (d. h. das hochgelegte Ende 12) höher als das andere Ende (d.
h. das tieferliegende Ende 14) gehalten wird. Der Anstellwinkel α der Röhre gegenüber der
Horizontalen beträgt
vorzugsweise zwischen 0 und 45 Grad, wobei 30 Grad besonders bevorzugt
werden.
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Der Stabmagnet 20 kann ein
Permanentmagnet oder ein Elektromagnet sein und sollte vorzugsweise
unterhalb, allgemein parallel zu und in der Nähe der Röhre 10 (d. h. diese
fast berührend
oder effektiv berührend)
angeordnet sein. Der Magnet 20 sollte so ausgerichtet sein,
daß seine
Nord-Südpol-Achse
N-S allgemein parallel zur Längsachse
L-L der Röhre
liegt. Diese Ausrichtung des Magnetfeldes zusammen mit der Drehung
und Neigung der Röhre 10 bewirkt,
daß sich
die elektronischen Komponenten 70 in der Röhre mit
ihrer Längsachse
A-A allgemein parallel zur Magnetachse N-S ausrichten, während die
Komponenten in der Röhre
nach unten wandern. Der Stabmagnet 20 sollte sich über wenigstens 80%
der Gesamtlänge
der Röhre
erstrecken und sollte bevorzugt über
die ganze Länge
der Röhre
reichen. Stabmagnet 20 kann aus einem einzigen Magneten
bestehen oder mehrere Magnete beinhalten, die alle mit ihrer jeweiligen
N-S-Achse allgemein parallel zur Röhrenachse L-L liegen. Gegebenenfalls kann
jeder Magnet 20 auch eine Längsmuldenform 22 aufweisen,
die an seiner Oberseite ausgebildet ist, und in welcher die Röhre liegen
und sich drehen kann, wie es in 2A dargestellt
ist.
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Der Aufnahmebehälter 30 hat ein erstes
und ein zweites Ende 32/34 sowie einen ihn durchlaufenden sich verjüngenden
Hals 36, wie in den 3A–B dargestellt
ist. Der Hals 36 erstreckt sich von einem breiteren Einlaß 38,
der am ersten Ende 32 ausgebildet ist, bis zu einem eingeschnürten Auslaß 39,
der am zweiten Ende ausgebildet ist, wobei der Einlaß 38 höherliegend
als der Auslaß 39 angeordnet
ist. Das erste Ende 32 und/oder der breitere Einlaß 38 können so
gestaltet sein, daß sie
lösbar
an einer Losematerial-Speisekassette 80 befestigbar sind,
wie z. B. die Chipkomponentenkassetten der Firma MURATA ELECTRONICS,
und wie sie bei Hamuro u. a. unter den 6A–B beschrieben
werden, oder sie können
so gestaltet sein, daß sie
lösbar
am Auslaßende eines
(nicht dargestellten) Losematerial-Speisetrichters befestigbar sind.
Wie z. B. die 3A–B zeigen, kann der
Aufnahmebehälter 30 vertikale
Schlitze 35 aufweisen, die in den Innenwänden am
ersten Ende 32 unmittelbar angrenzend an den Einlaß 38 eingeformt
sind und an entsprechende vertikale Rippen 85 an der Außenseite
der Kassette unmittelbar angrenzend an die Öffnung bzw. Klappe der Kassette
angepaßt
sind. Bei dieser Anordnung kann das Öffnungs- bzw. Klappen-Ende
der Kassette 80 durch die Öffnung 37 in der Oberseite
des Aufnahmebehälters
in unmittelbarer Nähe
des Einlasses 38 nach unten in den Aufnahmebehälter 30 eingeführt werden,
so daß die
Rippen 85 der Kassette in ihren entsprechenden Aufnahmeschlitzen 35 liegen.
Alternativ dazu kann der Aufnahmebehälter 30 auch breit
genug ausgelegt werden, um selbst als Komponenteneinfülltrichter
zu dienen, ohne daß dann
eine externe Kassette 80 oder ein Trichter daran angeschlossen
werden müßte. Die
kaminartige Verjüngung
des Halses 36 und die Anordnung des Komponenteneinlasses 38 oberhalb
des Auslasses 39 gewährleistet
einen leichten Komponentenfluß 70 durch
den Aufnahmebehälter 30.
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Das zweite Ende 36 des Aufnahmebehälters sollte
derart in drehendem Gleitkontakt mit dem hochgelegten Ende 12 der
Röhre 10 stehen,
daß der Auslaß 39 des
Aufnahmebehälters
in allgemein dichtem Kontakt in Kommunikation mit dem inneren Durchgang 16 der
Röhre am
oberen Ende 12 derselben steht. Dadurch können die
Komponenten 70 vom Auslaß 39 des Aufnahmebehälters bis
zum erhobenen Ende 12 der Förderröhre 10 wandern, ohne
daß die
Komponenten herausfallen oder es zu einem Stau kommt.
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Die Mittel 40 zur Drehung
der Röhre
um ihre Längsachse
L-L können
ein an einem Motor 44 befestigtes Antriebsrad 42 aufweisen,
wie es die 1-2 zeigen. Das Antriebsrad 42 kann
reibschlüssig
an der Außenfläche der
Röhre zur
Anlage gebracht werden, so daß sich
die Röhre
um ihre L-L-Achse drehen kann. Alternativ dazu können die Drehantriebsmittel 40 auch
Riemengetriebe, Zahnradgetriebe, windmühlenartige Schaufelrad-Flüssigkeitsgetriebe
oder andere bekannte Antriebe zur Drehung der Röhre um ihre Achse beinhalten.
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Die Röhre 10 kann fixiert
werden, so daß ihre Bewegung
nur um ihre Achse zugelassen wird (ohne nennenswerte Translation/Bewegung
entlang dieser Achse), indem die Röhre wie oben beschrieben in
einer Längsmulde 22 im
Magnet 20 angeordnet wird, und/oder indem Führungen,
Drucklager, Umfangslager und ähnliches
um die Röhre
herum vorgesehen werden, die sie in ihrer Bewegung einschränken. So kann
z. B. das hochgelegte Ende 12 der Röhre 10 drehbar am
zweiten Ende/eingeschnürten
Auslaß 34/39
des Aufnahmebehälters 30 gelagert
werden; diese Anordnung würde
eine Drehung der Röhre
um ihre eigene Achse L-L zulassen, das obere Ende 12 jedoch
gegen jede andere Translationsbewegung oder Verschiebung sperren.
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Die Vorrichtung kann weiterhin eine
Zwischenablageplattform 50 aufweisen, wie die 1–2, 4A–C und 5A–C zeigen.
Diese Plattform 50 empfängt
richtig ausgerichtete Komponenten 70 aus der Förderröhre 10 und
bietet eine Zwischenablagefläche
für die
Komponenten, so daß eine
(nicht dargestellte) automatische Bestückungsmaschine eine Komponente 70 zur
Plazierung auf einer Leiterplatte greifen kann. Die Zwischenablage 50 beinhaltet
einen allgemein geraden kurzen Kanal bzw. eine Nut 52 der/die
in der Oberfläche
derselben ausgebildet ist, wobei der Kanal 52 ein "stromaufwärtiges" Ende 54 und
ein "stromabwärtiges" Ende 56 aufweist.
Der Kanal 52 kann über
die ganze Oberfläche
der Zwischenablage 50 verlaufend geschnitten sein, von
einem Ende/einer Kante der Zwischenablage zum/zur anderen, wie in 4A, oder er kann sich nur
bis zu einem Ende der Zwischenablage erstrecken, wie das in 4B und den 5A–C der
Fall ist, oder auch weder bis zum einen noch bis zum anderen Ende
reichen, wie in 4C.
In jedem Falle sollte die Zwischenablage 50 so angeordnet
sein, daß das
stromaufwärtige
Ende 54 des Kanals 52 in der Nähe und unter dem Ausgangsende 14 der
Röhre liegt.
Dies ermöglicht
jeder Komponente 70, die aus der Röhre 10 austritt, in
den Kanal 52 zu fallen bzw. zu gleiten, wo sie dann von
der nächstfolgenden
Komponente 70 im Kanal weitergeschoben wird.
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Die Zwischenablage 50 ist
vorzugsweise so angeordnet, daß die
Längsachse
des Kanals in derselben vertikalen Ebene liegt, wie die Längsachse L-L
der Röhre.
Da die Röhre
um einen Winkel α zur Horizontalen
geneigt ist, kann die Zwischenablage 50 der Längsachse
L-L gegenüber
um einen Winkel β nach
oben geneigt sein, der α allgemein
gleichwertig ist, so daß der
Kanal 52 im wesentlichen eben in bezug auf die Horizontale
ausgerichtet ist.
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Wird eine Zwischenablagengestaltung ähnlich wie
in den 4B oder 4C verwendet, dann wird automatisch
ein Anschlag 57 am stromabwärtigen Ende 56 des
Kanals gestellt, an dem die vordere Komponente zur Anlage kommt,
so daß das
Nachfließen
weiterer Komponenten in den Kanal gestoppt wird. Wenn dann ein Bestückungsautomat
die vorderste Komponente 70 auf der Zwischenablage 50 entnimmt,
rutschen die verbleibenden aufgereihten Komponenten (durch die Drehung
und Neigung der Röhre)
vor, so daß die
nächstfolgende
Komponente der Reihe nun die vorderste Komponente wird. Zur Unterstützung der
Komponentenentnahme durch die Bestückungsmaschine kann eine Tasche 58 um
das stromabwärtige
Ende 56 des Kanals herum geformt werden, wie es in den 5A–C veranschaulicht
ist. Diese Tasche 58 bietet zusätzlichen Spielraum um die Komponente
in der vordersten Position, so daß der Greifer der Bestückungsmaschine
die Komponente 70 leichter erfassen kann. Die Tasche 58 sollte bis
auf eine Tiefe ausgespart werden, die kleiner als die des Kanals
ist.
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Das Gerät kann außerdem eine allgemein starre
Trägerstruktur 60 aufweisen,
welche den Stabmagneten 20, die Drehantriebsmittel 40 und
den Aufnahmebehälter 30 trägt, wie 7 zeigt. Struktur 60 kann
des weiteren Lager, Führungen
und/oder andere Merkmale zur Begrenzung der Röhre in ihren Bewegungen ausschließlich auf
Drehbewegungen beinhalten, sowie eine Aufnahme für die Zwischenablage 50 und/oder
eine Komponentenkassette 80 oder einen Losematerial-Zuführtrichter.
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Die vorliegende Erfindung kann zur
Förderung
von losem Material bei einer Vielzahl von elektronischen Chipkomponenten
eingesetzt werden, so z. B. bei Widerstandschips und bei Kondensatorchips.
Die Länge
und lichte Weite der Röhre,
die Drehgeschwindigkeit der Röhre
sowie andere Prozeßparameter
können
leicht vom Fachmann auf dem Gebiet der Technik bestimmt werden,
dem die vorliegende Erfindung angehört, und zwar ausgehend von solchen
Faktoren wie: den Abmessungen der Komponenten 70, der zur
Einhaltung der Arbeitsgeschwindigkeit der Bestückungsmaschine erforderlichen
Komponenten-Zufuhrrate, usw. Für
die gebräuchlichste
Art von Chipkomponenten ist ein empfohlener Ausgangspunkt eine Röhre mit
einer Länge von
12–24
Zoll, einer lichten Weite des Durchganges von 3–5mal der Breite der Komponenten 70 und
einer Drehgeschwindigkeit von 30–60 U/min.