WO2001072467A1

WO2001072467A1 - Verfahren zur montage von magazinierten mikrobauteilen

Info

Publication number: WO2001072467A1
Application number: PCT/EP2001/003642
Authority: WO
Inventors: Wolfgang Ehrfeld; Udo Berg
Original assignee: Institut fuer Mikrotechnik Mainz GmbH
Current assignee: Institut fuer Mikrotechnik Mainz GmbH
Priority date: 2000-03-31
Filing date: 2001-03-30
Publication date: 2001-10-04
Anticipated expiration: 2002-09-30
Also published as: DE10016017A1; US20030051339A1; DE10016017C2; EP1268121A1; US6944941B2

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Montage von magazinierten Mikrobauteilen (11, 21, 31) beschrieben, das mit einer geringen Anzahl von bauteilspezifischen Ausdrückwerkzeugen auskommt und schneller durchführbar ist. Das Verfahren sieht vor, dass mindestens zwei, Bauteilträger aufweisende, Magazine (10, 30) mit jeweils mindestens einer Bauteilsorte und mit jeweils aufeinander abgestimmten Bauteilpositionen verwendet werden, wovon mindestens ein Magazin (30) ein Grundplattenmagazin ist, bei dem die Mikrobauteile (31) auf einer Grundplatte als Bauteilträger angeordnet sind. Es wird mindestens ein Fügeschritt durchgeführt, bei dem jeweils zwei Magazine (10, 30) gegenüberliegend angeordnet und alle Mikrobauteile (11, 31) der beiden Magazine im Magazinverbund gleichzeitig zu Bauteilgruppen oder zu Bauteileinheiten zusammengefügt werden. Die Bauteilträger der Magazine werden anschliessend entfernt. Während der Montage können die Mikrobauteile auch verdrehgesichert gehalten werden. Es wird auch eine Montagevorrichtung für die Montage von magazinierten Mikrobauteilen beschrieben.

Description

Verfahren zur Montage von magazinierten Mikrobauteilen

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Montage von magazinierten Mikrobauteilen gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie eine Montagevorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 15.

Die bisher übliche Vorgehensweise zur Magazinierung von Mikrobauteilen besteht darin, die Komponenten auf Träger- und Transportvorrichtungen so anzuliefern, daß sie für den Montagevorgang mittels spezieller Greifwerkzeuge von dem Träger aufgenommen werden können. Je nach Bauform der Einzelkomponenten sind diese in definiertem Abstand, z.B. auf einseitig klebefähigen Bändern (Bluetape) angebracht oder in sonstigen Gelpacks durch ein Gel lagegerecht fixiert (F+M Feinwerktechnik Mikrotechnik Mikroelektronic 105, 1997, 43-45). Andere Methoden bestehen darin, die Mikrobauteile in schachbrettartigen Vertiefungen rechteckförmiger Tabletts oder in modular aufgebauten Magazinen läge- und greifgerecht zu positionieren (41. Internationales wissenschaftliches Kollegium der TU Ilmenau, 25.09.96). Das Ordnungsschema erlaubt ein definiertes Greifen oder Abnehmen dieser Teile vom Träger.

Nachteilig bei diesem Verfahren ist jedoch, daß zur Relativpositionierung und Ordnung der Teile häufig nicht das Ordnungsschema des Fertigungsprozesses genutzt wird, sondern stattdessen die Mikrobauteile zunächst als Schüttgut geliefert und sodann zeitraubend auf die obengenannten Transportmittel positions- und greifgerecht aufgesetzt werden. Damit wird nach dem Fertigungsprozeß ein Zwischenschritt zur Magazinierung benötigt, dessen Komplexität erheblich ist und mit dem späteren Mikromontageschritt an Aufwand vergleichbar ist.

Um die Handhabung von Mikrobauteilen zu vereinfachen, wurden sogenannte Folienmagazine entwickelt, die in der DE-OS 197 09 136 beschrieben sind. Es handelt sich hierbei um scheibenförmige Platten, in die die Mikrobauteile derart integriert sind, daß die Mikrobauteile an den seitlichen Flächen formschlüssig umfaßt werden. Die scheibenförmige Platte bzw. das die Mikrobauteile umgebende Magazinmaterial bildet hierbei den Bauteilträger. Zur Herstellung solcher Folienmagazine mit Mikrobauteilen werden diese zunächst als Erhebungen auf einer stoffgleichen Bauteilgrundplatte mit einem Vakuumgieß-, Spritzgieß-, Reaktionsgieß- oder Heißprägeverfahren gefertigt. Anschließend werden die Mikrobauteile mittels eines sich verfestigenden Formstoffes eingegossen. Danach wird die Mikrobauteilgrundplatte und gegebenenfalls der die Mikrobauteile überdeckende Formstoff entfernt, so daß die Stirnflächen der Mikrobauteile freiliegen.

Um die Mikrobauteile zu montieren, wird das Magazin erfaßt und so positioniert, daß das jeweils zu montierende Mikrobauteil sich am bestimmungsgemäßen Ort befindet, wo es beispielsweise mit einem weiteren Mikrobauteil verbunden wird. Hierzu muß das Mikrobauteil aus dem Folienmagazin herausgedrückt und auf das vorhandene Mikrobauteil gedrückt werden.

Bei folienmagazinierten Bauteilen sind vor dem eigentlichen Fügevorgang, abhängig von der Bauteilgeometrie und der Montageaufgabe, unterschiedliche Vorbereitungsschritte erforderlich .

Bei ring- bzw. hülsenförmigen Bauteilen sind Magazinkeme zu entfernen. Das Ausdrücken der Kerne während des Fügens mittels der Strukturen des Fügepartners ist insbesondere dann nicht möglich, wenn der Fügepartner aus Kunststoff besteht, weil dieser eine zu geringe Knicksteifigkeit aufweist. Aufgrund der relativ hohen Kräfte, die zur Trennung von Bauteil und Magazin aufzubringen sind, müssen die Kerne vor dem Fügen mit metallischen Werkzeugen entfernt werden.

Das Ausdrücken von Mikrobauteilen aus Folienmagazinen erfordert teilweise erhebliche Kräfte. Zu Beginn des Ausdrückvorgangs sind diese Kräfte am höchsten, da die Mikrobauteile zunächst aus dem Magazinmaterial gelöst werden müssen. Ursache sind vermutlich Mikrorauhheiten, die durch die relative Bewegung von Bauteil und Magazin zueinander abgeschert werden. Gleichzeitig wird ein Stick-Slip-Effekt beobachtet, d.h. nachdem die Haftreibung beim Ausdrücken überwunden worden ist, tritt die geringere Gleitreibung auf.

Um die Ausdrückkraft beim Fügevorgang zu mindern, werden die Mikroteile, die in Fügerichtung aus dem Magazin entnommen werden, daher zur Vorbereitung des Fügens zunächst teilweise aus dem Magazin herausgedrückt.

Für das Ausdrücken von Mikrokomponenten aus dem Magazin werden bauteilspezifische Werkzeuge (Ausdrückstifte) benötigt.

Die maximale Querschnittsfläche des Werkzeuges wird von der Größe der stirnseitigen Fläche des Mikroteils und der Toleranz der Montagemaschine bestimmt. Beispielsweise entspricht bei kreisförmigen Querschnitten der maximale Werkzeugdurchmesser dem kleinsten Durchmesser der Stirnfläche abzüglich der doppelten Maschinenpositionierungsgenauigkeit. Die minimale Länge des Ausdrückwerkzeuges ist durch die Dicke des Folienmagazins vorgegeben. Mit zunehmender Höhe eines Mikrobauteils werden folglich einerseits die zu überwindenden Haftkräfte größer und andererseits wird der Ausdrückstift länger, wodurch die Knicksteifigkeit des Werkzeugs herabgesetzt wird. Damit ist der Anwendbarkeit der Folienmagazinierung eine physikalische Grenze hinsichtlich des realisierbaren Aspektverhältnisses gesetzt.

Die Bauteilgeometrie schreibt beim Ausdrücken des Mikroteils aus dem Magazin die Entnahmerichtung vor, während die Fügerichtung durch die Montageaufgabe bestimmt wird.

Bauteile, bei denen die Entnahme in Fügerichtung möglich ist, können direkt aus dem Magazin heraus mit dem Fügepartner gefügt werden. Direkt gefügt werden können zylindrische Bauteile sowie solche, die sich in Fügerichtung verdicken.

Dagegen müssen Bauteile, die sich in Fügerichtung verjüngen, zunächst entgegengesetzt der Fügerichtung aus dem Folienmagazin entnommen werden. Hierzu müssen die Mikrobauteile in einer bauteilspezifischen Vorrichtung, z.B. durch Anlegen eines Unterdrucks, fixiert werden. Diese Vorrichtung dient als Zwischenlager bis die Fügepartner diese Aufgabe übernehmen bzw. im Fall von Basisteilen, bis die Baugruppenmontage abgeschlossen ist. Die Handhabung solcher Bauteile ist daher wesentlich aufwendiger als bei Bauteilen, die in Fügerichtung entnommen werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Montage von magazinierten Mikrobauteilen bereitzustellen, das mit einer geringeren Anzahl von bauteilspezifischen Ausdrückwerkzeugen auskommt und schneller durchführbar ist.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß mindestens zwei, Bauteilträger aufweisende, Magazine mit jeweils mindestens einer Bauteilsorte und mit jeweils aufeinander abgestimmten Bauteilpositionen verwendet werden, wovon mindestens ein Magazin ein Grundplattenmagazin ist, bei dem die Mikrobauteile auf einer Grundplatte als Bauteilträger angeordnet sind, daß mindestens ein Fügeschritt durchgeführt wird, bei dem jeweils zwei Magazine gegenüberliegend angeordnet und jeweils mehrere Mikrobauteile der beiden Magazine im Magazinverbund gleichzeitig zu Bauteilgruppen oder zu Bauteileinheiten zusammengefügt werden, und daß anschließend die Bauteilträger der Magazine entfernt werden.

Die parallele Montage der Mikrobauteile im Magazinverbund aus den Magazinen heraus ermöglicht die Herstellung einer Vielzahl von Bauteilgruppen in kürzerer Zeit. Eine zeitaufwendige Einzelmontage der Mikrobauteile entfällt. Die Mikrobauteile sind bereits beim Herstellungsprozeß im Magazin mit definiertem Ordnungsgrad positioniert, so daß nur noch die Magazine zueinander ausgerichtet werden müssen. Dadurch wird in einem Verfahrensschritt gleichzeitig eine Vielzahl von zusammenzufügenden Mikrobauteilen zueinander ausgerichtet und für die Montage positioniert.

Als Herstellungsverfahren für Grundplatte und Mikrobauteile bietet sich vorzugsweise das Spritzgießen und/ oder Heißprägen an. Hierbei können die Mikrobauteile und die Grundplatte aus demselben Material gefertigt sein, wobei die Grundplatte als Angußplatte dient. Für die Herstellung der Mikrobauteile und der Grundplatte aus unterschiedlichen Materialien ist das sogenannte Zweikomponenten-Spritzgußverfahren geeignet, bei dem beispielsweise zunächst die Mikrobauteile spritzgegossen und anschließend an die Mikrobauteile eine Grundplatte angegossen wird. Die Anbindung der Mikrobauteile kann vollflächig erfolgen oder teilfiächig.

Diese Grundplattenmagazine haben den Vorteil, daß die Mikrobauteile zuerst mit weiteren Mikrobauteilen verbunden werden können und daß erst zu einem späteren Zeitpunkt die Grundplatte mechanisch entfernt werden muß. Durch die Verwendung von Grundplattenmagazinen werden Folienmagazine eingespart, die eine zweiseitige, mechanische Bearbeitung und hohe Ausdrückkräfte erforderlich machen. Dadurch, daß die Kräfte bei der Montage auf das gesamte Grundplattenmagazin und somit großflächig aufgebracht werden, werden keine bauteilspezifischen Ausdrückwerkzeuge benötigt.

Je nach Montageaufgabe werden ausschließlich Grundplattenmagazine oder Grundplattenmagazine und Folienmagazine eingesetzt, wobei sich herausgestellt hat, daß mit abnehmender Anzahl an Folienmagazinen der Aufwand bis hin zur Montage wesentlich verringert werden kann.

Bei allen Montageaufgaben ist jedoch mindestens ein Grundplattenmagazin erforderlich, das vorzugsweise als Basismagazin verwendet wird. Dieses Basismagazin wird in eine Montagevorrichtung eingelegt und auf die auf der Grundplatte befindlichen Mikrobauteile werden nacheinander weitere Mikrobauteile im Magazinverbund aus anderen Magazinen montiert. An jedem Fügeschritt sind somit Bauteile des Basismagazins und Mikrobauteile eines weiteren Magazins beteiligt. Dies bedeutet, daß das Basismagazin bis zur Fertigstellung der Bauteilgruppen, die ein Zwischenprodukt oder ein Endprodukt, d.h. eine Mikrobauteileinheit, wie z.B. ein Mikrogetriebe sein kann, erhalten bleibt. Erst nach Beendigung der Montageaufgabe wird die Grundplatte des Basismagazins mechanisch entfernt.

Bei der Verwendung von Folienmagazinen ist es zur Verringerung der Montagekräfte und zur Schonung des jeweiligen Fügepartners vorteilhaft, in einem separaten Verfahrensschritt eventuell vorhandene Bauteilkerne zu entfernen. Die Mikrobauteile des Folienmagazins werden vorzugsweise im Magazinverbund auf die Mikrobauteile des gegenüberliegenden Magazins gedrückt und anschließend wird der Bauteilträger des Folienmagazins von den Mikrobauteilen gelöst. Es können auch Folienmagazine verwendet werden, die im Zweikomponenten-Spritzgußverfahren hergestellt werden, wobei der Bauträger mit Haftkontakt an Teilen der seitlichen Flächen hergestellt wird. Bei der Verwendung von Grundplattenmagazinen werden diese zum Zusammenfügen der Mikrobauteile gegeneinandergedrückt. Vorzugsweise werden die zusammengefügten Mikrobauteile in eine Fixiermasse eingebettet und anschließend wird die Grundplatte eines der beiden Grundplattenmagazine entfernt. Als Fixiermasse wird eine beispielsweise chemisch oder thermisch auflösbare Masse, wie z.B. Wachs, verwendet. Vorzugsweise wird die Grundplatte abgefräst, abgedreht oder abgeschliffen.

Wenn damit der Fügeprozeß beendet ist, wird auch die Grundplatte des Basismagazins entfernt und die Fixiermasse bildet ein Gruppenmagazin vorzugsweise in Form eines Folienmagazins, das zum Transport der aus zwei oder mehreren Mikrobauteilen gefertigten Bauteilgruppen dient.

Wenn der Fügeprozeß fortgesetzt werden soll, wird die Fixiermasse, nicht jedoch die Grundplatte des Basismagazins entfernt, so daß die Bauteilgruppen freiliegen und weitere Mikrobauteile aufnehmen können, die in weiteren Fügeschritten aus Folien- oder Grundplattenmagazinen heraus montiert werden. Die so fertiggestellten Bauteilgruppen oder Bauteileinheiten können insgesamt in eine Fixiermasse eingegossen werden, die in diesem Fall das Gruppenmagazin bildet.

Bei einigen Bauteileinheiten, wie z.B. Mikrogetrieben, kommt es beispielsweise für eine automatisierte Montage darauf an, daß mindestens ein Teil der Mikrobauteile gegen Verdrehen gesichert ist. Dies ist beispielsweise bei Zahnrädern von Bedeutung, die in einem weiteren Fügeschritt mit weiteren Zahnrädern gefügt werden müssen.

Vorzugsweise werden die Mikrobauteile mittels auf der Grundplatte des Basismagazins befindlicher Fixierstrukturen und/oder mittels Fixierstrukturen einer Montagevorrichtung gesichert. Die Mikrobauteile werden vorzugsweise bis zur Fertigstellung der Bauteilgruppen oder Bauteileinheiten oder des Gruppenmagazins verdrehgesichert gehalten.

Unter Mikrobauteilen können auch optische Fasern und die dazugehörigen Stecker verstanden werden. Die optischen Fasern können an einem Ende in einem Folienmagazin fixiert sein, wobei die Fasern parallel zueinander ausgerichtet sind.

Die dazugehörigen Stecker oder Steckerteile, die beispielsweise auf einem Grundplattenmagazin angeordnet sind, weisen an ihrer Oberseite Nuten auf, in die die optischen Fasern eingesetzt werden.

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich Fasern und Stecker miteinander verbinden, indem ein Fügeschritt durchgeführt wird, bei dem das Fasermagazin gegenüberliegend zum Steckermagazin angeordnet wird und jeweils mehrere Fasern und Stecker im Magazinverband zu Bauteileinheiten in Form von Faser/Steckereinheiten zusammengefügt werden.

Anschließend werden die Bauteilträger der beiden Magazine entfernt.

Die erfindungsgemäße Montagevorrichtung für die Montage von magazinierten Mikrobauteilen mehrerer Mikrobauteilsorten zu Bauteilgruppen oder Bauteileinheiten, insbesondere zu Mikrogetrieben, ist gekennzeichnet durch ein Unterwerkzeug mit einer Montageplatte, die zur Aufnahme eines Grundplattenmagazins ausgebildet ist, wobei in der Montageplatte Montagestifte angeordnet sind, die senkrecht zur Plattenfläche beweglich sind. Ferner besitzt die Montagevorrichtung ein bewegliches Oberwerkzeug mit Haltemitteln für ein Grundplattenmagazin oder ein Folienmagazin. Vorzugsweise weisen die Montagestifte mindestens in ihrem freien Endbereich Fixierstrukturen auf.

Das Oberwerkzeug weist vorzugsweise Ausstoßelemente auf. Dies ist dann von Bedeutung, wenn das Oberwerkzeug ein Folienmagazin trägt.

Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fign. 1-7 die Verfahrensschritte zur Vormontage eines Mikrogetriebes gemäß einer ersten Ausführungsform,

Fign. 8-15 die. Verfahrensschritte zur Vormontage eines Mikrogetriebes gemäß einer zweiten Ausführungsform,

Fign. 16-21 die Verfahrensschritte zur Endmontage eines vormontierten Mikrogetriebes gemäß der Fign. 1-7 bzw. 8-15,

Fign. 22-29 die Verfahrensschritte bis zur Vereinzelung oder zur Magazinierung der Mikrogetriebe,

Fign. 30-32 die Verfahrensschritte unter Berücksichtigung einer Verdrehsicherang,

Fign. 33-36 die Verfahrensschritte zur Montage von einzelnen

Getriebehülsen unter Berücksichtigung einer Verdrehsicherung gemäß einer ersten Ausführungsform, und Fign. 37-40 die Verfahrensschritte zur Montage von magazinierten

Getriebehülsen unter Berücksichtigung einer Verdrehsicherung, und

Fign. 41-43 die Verfahrensschritte zur Montage von Fasern und Steckern.

In der Fig. 1 sind ein erstes und ein zweites Folienmagazin 10,20 sowie ein erstes Grandplattenmagazin 30 dargestellt, wobei jedes Magazin eine Sorte Mikrobauteile aufweist. Im ersten Folienmagazin 10 sind Mikrobauteile 11 erster Art in der Form von Stegoberteilen angeordnet. Im zweiten Folienmagazin 20 sind Mikrobauteile 21 zweiter Art in Form von Planetenrädern angeordnet und das Grundplattenmagazin 30 weist als Bauteilträger eine Grundplatte mit Positionierlöchern 32 und Mikrobauteilen 31 dritter Art in Form von Stegunterteilen auf.

Diese drei Magazine 10, 20 und 30 werden in den nachfolgenden Fügeprozessen miteinander derart kombiniert, daß die Mikrobauteile nach dem Zusammenfügen ein Planetenradgetriebe bilden.

Zuvor werden jedoch die Bauteilkerne 22, die sich in den Zahnrädern 21 befinden, entfernt (s. Fig. 2). Hierzu ist eine Lochplatte 70 vorgesehen, die Öffnungen 71 aufweist, durch die die Bauteilkerne 22 mittels eines Ausdrückstiftes 72 herausgedrückt werden. Es ist auch möglich, ein kombiniertes Werkzeug mit mehreren Ausdrückstiften 72 vorzusehen.

In der Fig. 3 ist das Unterteil 80 einer Montagevorrichtung dargestellt, die eine Basisplatte 81 und darauf angeordnete Montagestifte 82 aufweist. Ferner ist eine Montageplatte 83 vorgesehen, auf der das erste Grundplattenmagazin 30 angeordnet ist, das die Funktion des Basismagazins übernimmt. Die Montageplatte 83 kann bezüglich der Montagestifte 82 in vertikaler Richtung beweglich angeordnet sein. Es besteht aber auch die Möglichkeit, die Montageplatte 83 ortsfest anzuordnen und die Basisplatte mit den Montagestiften 82 in vertikaler Richtung verschieblich vorzusehen. Die Montagestifte 82 greifen in die Positionierlöcher 32 des ersten Grundplattenmagazins 30.

Wie in der Fig. 4 gezeigt wird, wird von oben mittels des Oberteils 90 der Montagevorrichtung das zweite Folienmagazin 20 herangeführt. Das Oberteil 90 weist eine Basisplatte 91 und an der Unterseite angeordnete Ausstoßelemente 92 auf, die an den Zahnrädern 21 angreifen und diese halten. Bezüglich der Abmessungen sind die Ausstoßelemente an die Größe der Zahnräder 21 angepaßt. Das Folienmagazin 20 wird so über dem ersten Grundplattenmagazin 30 positioniert, daß sich die Zahnräder 21 über den zugeordneten Achsen der Stegunterteile 31 befinden.

Anschließend wird das Oberteil 90 abgesenkt, wie dies in der Fig. 5 dargestellt ist, so daß sich die im Magazinverbund befindlichen Zahnräder 21 auf die Achsen 35 der Stegunterteile 31 aufschieben.

Nachdem dieser Fügeprozeß beendet ist, werden die Montagestifte 82 gemäß Fig. 6 nach oben geschoben, wodurch der Bauteilträger des Folienmagazins 20 von den Zahnrädern 21 getrennt wird. Mittels der Basisplatte 91 wird der von den Zahnrädern 21 befreite Bauteilträger des Folienmagazins 20 entfernt, wie dies in der Fig. 7 dargestellt ist. Diese aus Stegunterteil 31 und Planetemädern 21 bestehenden vormontierten Bauteilgruppen werden gemäß der in den Fign. 16-21 gezeigten Verfahrensschritte zu einer Stegbaugruppe eines Planetengetriebes und gemäß Fign. 33-36 und Fign. 37-40 zu einem Planetengetriebe vervollständigt.

In der Fig. 8 sind die Magazine 10,30,40 gemäß einer weiteren Ausführungsform dargestellt. Die Stegoberteile 11 sind ebenfalls in einem ersten Folienmagazin 10 und die Stegunterteile in einem ersten Grundplattenmagazin 30 angeordnet. Im Gegensatz zur Fig. 1 sind die Mikrobauteile 21, d.h. die Zahnräder 21, auf einem zweiten Grundplattenmagazin 40 angeordnet. Die Verwendung von zwei Grundplattenmagazinen und einem Folienmagazin bedingt im Nachfolgenden unterschiedliche Fügeschritte.

In der Fig. 9 ist dargestellt, wie das erste Grundplattenmagazin 30 auf der Montageplatte 83 des Unterteils der Montagemaschine 80 positoniert ist. Es sind zwei Montagestifte 85 in der Basisplatte 81 angeordnet, die in der hier gezeigten Ausführungsform deutlich nach oben gegenüber dem ersten Grundplattenmagazin 30 vorstehen.

Das zweite Grundplattenmagazin 40 wird - wie in der Fig. 10 dargestellt wird - mit den Mikrobauteilen 21 nach unten weisend von oben aufgesetzt, wobei die Positionierstifte 85 auch das zweite Grundplattenmagazin 40 positionieren.

Das zweite Grundplattenmagazin 40 wird anschließend, wie in der Fig. 11 gezeigt wird, auf das erste Grundplattenmagazin 30 gedrückt, wodurch die Zahnräder 21 auf die Achsen 35 der Stegunterteile 31 aufgeschoben werden.

Anschließend wird die Basisplatte 81 mit den Montagestiften 85 nach unten abgesenkt, so daß die Grundplattenmagazine 30 und 40 von den Montagestiften 85 befreit sind (s. Fig. 12).

In einem weiteren Schritt, der in der Fig. 13 gezeigt ist, werden die beiden Magazine 30 und 40 in eine Fixiermasse 100 eingegossen. Dieses Eingießen ist erforderlich, damit in einem weiteren Schritt, der in der Fig. 14 gezeigt ist, die Grundplatte 40 des Grundplattenmagazins entfernt werden kann. Dies erfolgt mechanisch mittels einer Fräse 95. Anschließend wird eine Fixierplatte 96 aufgesetzt, wie in der Fig. 15 gezeigt wird. Nachdem diese Vormontage stattgefunden hat, erfolgt die Endmontage, d.h. die Montage der Stegoberteile 11, die sich noch in dem ersten Folienmagazin 10 befinden. Ausgehend von der Fig. 6 bzw. ausgehend von der Fig. 15 und dem Entfernen der Fixiermasse 100 erhält man die in der Fig. 16 dargestellte Anordnung des Grundplattenmagazins 30 mit den Stegunterteilen 31 und den bereits montierten Zahmädern 21.

Das Grundplattenmagazin 30 wird gemäß Fig. 17 im Unterteil 80 der Montagevorrichtung auf der Montageplatte 83 positioniert und mittels der Montagestifte 82 fixiert. Von oben wird mittels des Oberteils 90 der Montagevorrichtung das erste Folienmagazin 10 herangebracht und über dem Grundplattenmagazin 30 positioniert. Dieses Oberteil 90 besteht aus einer Basisplatte 93 mit an der Unterseite angeordneten Ausstoßelementen 94.

Das Folienmagazin 10 wird soweit abgesenkt, bis es auf den Montagestiften 82 aufliegt (s. Fign. 18). Anschließend wird die Basisplatte 93 weiter abgesenkt, so daß die Ausstoßelemente 94 die sich im Magazinverbund befindlichen Stegoberteile 11 aus dem Bauteilträger des Folienmagazins 10 teilweise lösen. Wie in der Fig. 19 dargestellt ist, werden anschließend die sich noch im Magazinverbund befindlichen Mikrobauteile 11 zusammen mit dem Folienmagazin 20 abgesenkt, bis die Mikrobauteile vollständig montiert sind. Dieser Vorgang wird in den Fign. 18-20 dargestellt.

Nachdem die Stegoberteile 11 montiert worden sind, wird mittels der Montagestifte 82 der Bauteilträger des Folienmagazins 10 nach oben gedrückt und von den Stegoberteilen 11 gelöst und mittels des Oberteils 90 der Montagevorrichtung entfernt (s. Fig. 20). Gleichzeitig werden die Montagestifte 82 soweit nach unten bewegt, daß sie noch das Grundplattenmagazin 30 fixieren (Fig. 21). In der Fig. 22 erfolgt das Verbinden, beispielsweise Verschweißen, von Stegoberteil 11 und Stegunterteil 31, wodurch die Bauteileinheiten 51, d.h. die Mikrogetriebe, fertiggestellt werden. Danach wird das Grandplattenmagazin 30 von der Montageplatte 83 entfernt (s. Fig. 23).

Nachfolgend werden die Vorteile der beiden Montagekonzepte gegenübergestellt, wobei das Montagekonzept I die Fign. 1-7 und Fign. 16-21 und das Montagekonzept II die Fign. 8-15 und Fign. 16-21 betreffen.

Bei dem Montagekonzept I (Tabelle 1) werden nur die Planetenräder und die Stegoberteile in Folienmagazinen fixiert, wogegen die Stegunterteile in Form von Grundplattenmagazinen verwendet werden. Die Stegunterteile müssen vor dem Fügen nicht mehr aus einem Folienmagazin herausgedrückt und zwischengelagert werden, wodurch keine Aufnahmevorrichtung mehr notwendig ist. Außerdem reduziert sich mit der Anzahl der Folienmagazine auch die Anzahl der Sätze teilspezifischer Ausdrückwerkzeuge auf zwei.

Vor dem Fügen müssen jetzt nur noch die Planetenradkerne entfernt werden. Nach den beiden, unmittelbar hintereinander ausgeführten Montageschritten und dem Schweißen, wird die Angußplatte der Stegunterteile durch die Prozeßschritte "Einbetten in Wachs (Fixiermasse)", "Mechanischer Bearbeitung" und "Reinigen" entfernt.

Folglich wird eine der fünf Flächen erst nach der Montage bearbeitet, d.h. die strikte Abfolge "erst mechanischer Bearbeitung, dann Montage" wird aufgehoben. Es ist vorteilhaft, daß lediglich die mechanische Bearbeitung von fünf Flächen erforderlich ist.

Bei dem Montagekonzept II (Tabelle 2) werden nur noch die Stegoberteile in Folienmagazinen fixiert. Damit sinkt die Anzahl der mechanisch zu bearbeitenden Flächen auf insgesamt vier, wodurch sich die Zeit für die mechanische Bearbeitung weiter reduziert. Nach der Montage der Planetenräder mit den Stegunterteilen wird dieser Verbund beispielsweise in Wachs eingebettet, die Angußplatte oder Grundplatte der Planetenräder mechanisch entfernt und von der Fixiermasse befreit ("Reinigen"). Während der nachfolgenden Montage der Stegoberteile werden diese aus dem Folienmagazin gedrückt. Hierzu wird nur ein einziger Satz Ausdrückwerkzeuge benötigt. Nach dem zweiten Montageschritt wird geschweißt und abschließend die Grundplatte der Stegunterteile entfernt. Das Einbetten in Wachs und die mechanische Entfernung der Angußplatte wird somit zwischen und nach den beiden Montageschritten durchgeführt.

In den Figuren 24-29 werden die Verfahrensschritte bis zum Vereinzeln der Bauteileinheiten 51 dargestellt.

Wie in der Fig. 24 gezeigt wird, wird das Grundplattenmagazin 30 gedreht, so daß die Bauteilgruppen 51 nach unten weisen. Diese werden in die Stecköffnungen 52 eines Gruppenhalters 53 eingesteckt und anschließend wird - wie in der Fig. 25 gezeigt wird - sowohl das Grundplattenmagazin 30 als auch die Bauteilgruppen 51 mittels der Fixiermasse 100 eingegossen. Dieser Schritt ist erforderlich, um in einem weiteren Schritt, der in der Fig. 26 gezeigt wird, mittels der Fräse 95 die Grundplatte des Magazins 30 zu entfernen. Die Fixiermasse 100 kann nunmehr als Gruppenmagazin 50 dienen, wie dies in der Fig. 27 dargestellt ist. Es besteht aber auch die Möglichkeit, anschließend die Fixiermasse 100 zu entfernen und die Bauteilgruppen 51 mittels der Ausstoßstifte 87 aus dem Gruppenhalter 53 zu entfernen (s. Fig. 29).

In der Fig. 30 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, bei der die Zahnräder 21 gegen Verdrehen gesichert sind. Die Fig. 30 ist mit der Fig. 25 vergleichbar, mit dem Unterschied, daß das Grandplattenmagazin 30 zusätzlich Fixierstifte 33 aufweist, die sich zwischen den Bauteilgruppen 51 befinden und eine sternförmige Kontur aufweisen, so daß sie in die Planetenräder 21 eingreifen können und diese somit gegen Verdrehen sichern, Diese Fixierstifte 33 können Einlegeteile sein oder sie können bei der Herstellung des Grundplattenmagazins und der Stegunterteile 31 mitgeformt werden. Auch die Grundplatte 81 weist Fixierstifte 88 auf, die an ihrem freien Ende 89 ebenfalls eine sternförmige Struktur zum Eingreifen in die Zahnräder 21 aufweisen, um so die Sicherung gegen Verdrehen zu unterstützen.

In dem Verfahrensschritt gemäß der Fig. 31 wird nach dem Einbetten in die Fixiermasse 100 mittels der Fräse 95 die Grundplatte des Magazins 30 entfernt. Die Reste der Fixierstifte 33 fallen hierbei aus der Fixiermasse 100 heraus bzw. diese können durch Hochschieben der Fixierstifte 88 entfernt werden. In einem weiteren Schritt, der in der Fig. 32 gezeigt ist, ist die Fixiermasse 100 entfernt und die Basisplatte 81 mit den Fixierstiften 88 und den darauf angeordneten Bauteilgruppen 51 bilden somit ein weiteres Magazin, nämlich das Gruppenmagazin 50' .

In den Fign. 33-36 wird eine weitere Ausführungsform dargestellt, bei der im folgenden die Hülsen 61, die eine Innenverzahnung 62 aufweisen, auf den Bauteilgruppen 51 montiert werden sollen. Die Fig. 33 entspricht der Fig. 21 mit dem Unterschied, daß die Fixierstifte 88 an ihrem freien Ende 89 Fixierstrukturen aufweisen und in die Verzahnung der Zahnräder 21 eingreifen und diese somit gegen Verdrehen fixieren. Es ist dadurch möglich, die Zahnräder 21 in einer vorgegebenen Position zu fixieren, so daß in einem weiteren Verfahrensschritt gemäß Fig. 34 problemlos die Hülsen 61 montiert werden können. Hierzu überdecken die Stifte 88 nicht die volle Breite der Zahnräder 21, so daß die Hülsen 61 von oben aufgesetzt und die Fixierstifte 88 abgesenkt werden können. Nachdem die Montage der Hülsen 61 durchgeführt worden ist, wird mittels der Fixiermasse 100 eine Einbettung vorgenommen, die es erlaubt, in dem Schritt, der in Fig. 36 gezeigt ist, die Grundplatte des Magazins 30 mittels der Fräse 95 zu entfernen. Die Fixiermasse 100 bildet somit ein weiteres Folienmagazin, d.h. das Gruppenmagazin 50' ' .

In den Fign. 37-40 wird eine weitere Ausführungsform gezeigt, wobei die Hülsen 61 auf einem Magazin 60 angeordnet sind und das Magazin 30 Fixierstifte 33 aufweist, die die Planetenräder 21 in einer vorgegebenen Position halten. In der Fig. 38 wird die Montage der Hülsen 61 gezeigt, was dem Vorgang gemäß der Fig. 34 entspricht. Es erfolgt gemäß der Fig. 39 die Einbettung in das Fixiermaterial 100 und das Abfräsen der Grundplatte des Magazins 30, wozu der gesamte Verbund gedreht wurde, so daß nunmehr der Bauteilträger des Magazins 60 unten liegt. Wenn noch weitere Fügeschnitte folgen, wird die Fixiermasse 100 entfernt und das Magazin 60 bildet hierfür das Basismagazin.

Die Reste 34 der Fixierstifte 33 befinden sich in der Fixiermasse 100, die das Gruppenmagazin 50" bildet.

In den Fign. 41-43 ist die Montage von optischen Fasern 12 in Steckerteile 36 dargestellt.

Die Mikrobauteile erster Art 11 in Form von Fasern 12 sind mit ihren Endabschnitten parallel nebeneinanderliegend in einem ersten Folienmagazin 10 angeordnet. Die zwischen den Fasern 12 befindlichen Magazinabschnitte werden als Stege 23 bezeichnet.

Die Mikrobauteile 31 bestehen aus Steckerteilen 36, die in einem Grundplattenmagazin 30 angeordnet sind. Auf der Oberseite der Steckerteile 36 sind Nuten 37 eingebracht, in die die Fasern 12 eingefügt werden. Das Grandplattenmagazin 30 besitzt Positionier- und Montagelöcher 32. Wie in der Figur 42 dargestellt ist, ist das Folienmagazin 10 mit den Fasern 12 auf das Grundplattenmagazin 30 abgesenkt. Dadurch, daß der Abstand der Fasern 12 im Magazin 10 dem Abstand der Nuten 37 entspricht, werden die Fasern über den Nuten 37 positioniert. Die Stege sind dünner ausgebildet als der Durchmesser der Fasern, wodurch sich die Fasern in die Nuten 37 einlegen. Von oben wird das Oberteil 90 der Montagevorrichtung herangeführt, das an der Unterseite Ausstoßelemente 92 besitzt, die an den Stellen positioniert sind, wo die Fasern im Folienmagazin 10 angeordnet sind. Der Abstand der Ausstoßelemente 92 entspricht dem Abstand der nebeneinander parallel angeordneten Fasernl2.

Im nächsten Schritt, der in der Figur 43 dargestellt ist, wird von unten das Unterteil 80 der Montagevorrichtung herangeführt, das mehrere Montagestifte 82 aufweist. Diese Montagestifte 82 werden durch die Positionierlöcher 32 eingeführt. Die Steckerteile 36 besitzen ebenfalls Montagelöcher 38, so daß die Montagestifte 82 von unten an den Stegen 23 des Magazins 10 angreifen können. Dadurch, daß die Fasern in den Nuten 37 mittels der Ausstoßelemente 92 gehalten werden, können die Stege 23 nach oben weggedrückt werden und auf diese Art und Weise entfernt werden.

Es ist auch möglich, diese Positionierlöcher 32 im Grundplattenmagazin 30 vor oder hinter den Steckerelementen 36 anzuordnen, so daß auf entsprechende Montagelöcher 38 in den Steckerteilen 36 verzichtet werden kann. Dies ist dann möglich, wenn das Folienmagazin 10 auch in Längsrichtung der Fasern 12 gegenüber den Steckerteilen 36 vorsteht.

Nach der Montage der Fasern in den Nuten 37 und nach dem Entfernen der Stege 23 des Folienmagazins 10 wird das Grundplattenmagazin 30 nach den zuvor beschriebenen Verfahren entfernt. Tabelle 1 / Montagekonzept I

Tabelle 2 / Montagekonzept II

Bezugszeichen

erstes Folienmagazin Mikrobauteil erster Art Faser

zweites Folienmagazin

Mikrobauteil zweiter Art

Bauteilkern

Steg

erstes Grundplattenmagazin

Mikrobauteil dritter Art

Positionierloch

Fixierstift

Fixierstiftrest

Achse

Stecker

Fasernut

Montageloch

zweites Grundplattenmagazin

Gruppenmagazin ' Gruppenmagazin " Gruppenmagazin

Bauteilgruppe

Stecköffnung

Gruppenhalter Hülsenmagazin

Hülse

Innenverzahnung

Lochplatte

Öffnung

Ausdrückstift

Montagevorrichtung/Unterteil

Basisplatte

Montagestift

Montageplatte

Loch

Montagestift

Abstandshalter

Ausstoßstift

Fixierstift sternförmiges Ende

Montagevorrichtung/Oberteil

Basisplatte

Ausstoßelement

Magazinhalter

Stempel

Fräse

Fixierplatte

Schweißgerät

Fixierplatte

Fixiermasse

Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Montage von magazinierten Mikrobauteilen mehrerer

Bauteilsorten zu Bauteilgrappen oder zu Bauteileinheiten, insbesondere zu Mikrogetrieben, dadurch gekennzeichnet,

daß mindestens zwei, Bauteilträger aufweisende, Magazine mit jeweils mindestens einer Bauteilsorte und mit jeweils aufeinander abgestimmten Bauteilpositionen verwendet werden, wovon mindestens ein Magazin ein Grundplattenmagazin ist, bei dem die Mikrobauteile auf einer Grundplatte als Bauteilträger angeordnet sind,

daß mindestens ein Fügeschritt durchgeführt wird, bei dem jeweils zwei Magazine gegenüberliegend angeordnet und jeweils mehrere Mikrobauteile der beiden Magazine im Magazinverbund gleichzeitig zu Bauteilgruppen oder zu Bauteileinheiten zusammengefügt werden, und

daß anschließend die Bauteilträger der Magazine entfernt werden.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Grundplattenmagazin als Basismagazin verwendet wird und

daß dessen Grundplatte erst nach Abschluß der vorgesehenen Montageschritte entfernt wird.

Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Folienmagazin verwendet wird, bei dem das die Mikrobauteile tragende Magazinmaterial den Bauteilträger bildet. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Anordnen des Folienmagazins Bauteilkerne aus den Mikrobauteilen entfernt werden.

Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrobauteile des Folienmagazins im Magazinverbund auf die Mikrobauteile des gegenüberliegenden Magazins gedrückt werden und daß anschließend der Bauteilträger des Folienmagazins von den Mikrobauteilen gelöst wird.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Grundplattenmagazinen diese zum Zusammenfügen der Mikrobauteile gegeneinandergedrückt werden.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammengefügten Mikrobauteile in eine Fixiermasse eingebettet werden und daß anschließend die Grundplatte eines der beiden Grundplattenmagazine entfernt wird.

Verfahren nach Ansprach 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundplatte abgefräst, abgedreht oder abgeschliffen wird.

Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Fixiermasse entfernt und weitere Mikrobauteile aus weiteren Magazinen auf den auf der Grundplatte des Basismagazins befindlichen Bauteilgruppen montiert werden.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der Grundplatte des Basismagazins befindlichen Bauteilgruppen unter Ausbildung eines Grappenmagazins in eine Fixiermasse eingegossen und die Grundplatte des Basismagazins entfernt wird.

Verfahren nach Ansprach 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Gruppenmagazin ein Folienmagazin ist.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der montierten Mikrobauteile verdrehgesichert gehalten wird.

Verfahren nach Ansprach 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrobauteile mittels auf der Grundplatte des Basismagazins befindlicher Fixierstrukturen und/oder mittels Fixierstrakturen einer Montagevorrichtung gesichert werden.

Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrobauteile bis zur Fertigstellung der Bauteilgruppen oder Bauteileinheiten oder des Grappenmagazins verdrehgesichert gehalten werden.

Montagevorrichtung für die Montage von magazinierten Mikrobauteilen mehrerer Bauteilsorten zu Bauteilgruppen oder Bauteileinheiten, insbesondere zu Mikrogetrieben, gekennzeichnet durch

ein Unterteil (80) mit einer Montageplatte (83), die zur Aufnahme eines Grandplattenmagazins (30,40) ausgebildet ist, wobei in der Montageplatte (83) Montagestifte (82,85) angeordnet sind, die senkrecht zur Plattenfläche beweglich sind und ein bewegliches Oberteil (90) mit Haltemitteln für ein Grundplattenmagazin (30,40) oder ein Folienmagazin (10,20).

Vorrichtung nach Ansprach 15, dadurch gekennzeichnet, daß die

Montagestifte (82,85) mindestens in ihren Endbereichen Fixierstrukturen (89) aufweisen.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberteil (90) Ausstoßelemente (92,94) aufweist.