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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Bestückungskopf zum Handhaben elektrischer oder elektronischer Bauelemente nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Ein derartiger Bestückungskopf dient beispielsweise dazu, mikroelektronische Bauelemente mit hoher Geschwindigkeit und hoher Präzision an einer ersten Position, beispielsweise einem Bauelementevorrat, aufzunehmen, zu einem zweiten Ort, beispielsweise einer Platine, zu transportieren und dort an einer vorgesehenen Montageposition exakt zu positionieren und abzusetzen.
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Ein Bestückungskopf zum Handhaben elektrischer oder elektronischer Bauelemente ist beispielsweise aus der
EP 1 075 174 A1 bekannt. In diesem bekannten Bestückungskopf ist die Saugdüse fest mit den Handhabungselement verbunden und das Handhabungselement weist einen Kolbenabschnitt auf, der in einer Zylinderbohrung des Gehäuses verschiebbar aufgenommen ist. Ein Druckraum im Inneren des von der Zylinderbohrung bestimmten Zylinders wird wahlweise unter Überdruck oder Unterdruck gesetzt, um das Handhabungselement mit der Saugdüse aufwärts und abwärts zu bewegen. Der Kolben ist im Zylinder über zwei radial wirkende Gasdrucklager gelagert. Zum Greifen und zum Absetzen eines elektronischen Bauelements wird der Druckraum im Zylinder unter Druck gesetzt und das Handhabungselement wird zusammen mit der Saugdüse nach unten verfahren. Dabei trifft die Spitze der Saugdüse stets mit der vom Gasdruck auf den Kolben ausgeübten Kraft auf die Oberfläche des elektronischen Bauelements auf. Um die geforderten hohen Fertigungsgeschwindigkeiten bei der Bestückung von Platinen zu erreichen, sind die Beschleunigungen, die vom Handhabungselement ausgeübt werden müssen, sehr hoch, so dass beim Aufnehmen und beim Absetzen eines elektronischen Bauelements große beschleunigungs- und kraftbedingte Impulse auf das Bauelement einwirken.
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Ein gattungsgemäßer Bestückungskopf, der nicht pneumatisch, sondern elektromechanisch angetrieben ist, ist aus der
DE 10 2005 008 584 A1 bekannt. Dieser bekannte Bestückungskopf weist einen Halter auf, der an seinem unteren Ende mit einer koaxialen Zylinderbohrung versehen ist, in die längsverschiebbar ein Kolben des die Saugdüse aufweisenden Handhabungselements eingesetzt ist. Der von der Zylinderbohrung bestimmte Zylinder umschließt oberhalb des Kolbens einen Zylinderraum, der an eine druckregelbare Pneumatikleitung angeschlossen ist. Durch die Regelung des Drucks im Zylinderraum können unterschiedliche Aufsetzkräfte der Saugdüse eingestellt werden.
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Die
US 6 328 362 B1 offenbart einen Bestückungskopf, der aus einem quadratischen kolbenartigen Gebilde besteht, welches in einer ebenso quadratischen Ausnehmung geführt ist und mittels Gaslagerkissen gelagert ist. Das durch diese Gaslagerkissen in den Lagerspalt eintretende Gas kann durch den Lagerspalt axial entweichen. Das axial entweichende Lagergas kann in einen Raum oberhalb des quadratischen kolbenartigen Gebildes eintreten, von wo aus es über einen Austrittskanal zu einer Drucksteuerungsvorrichtung abfließen kann. Die Axialverschiebung des quadratischen kolbenartigen Gebildes erfolgt durch Einleiten von Druckgas in den Raum oberhalb des kolbenartigen Gebildes, wobei dieses Druckgas nicht das Lagergas ist.
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Die
WO 2005/025287 A1 offenbart eine Bestückungskopf mit einem in einem Zylinder axial verschieblichen Kolben, wobei der Kolben im Zylinder luftgelagert ist. Die Axialverschiebung wirkt bei dieser bekannten Ausführungsform nicht auf den Kolben, sondern auf die gesamte Kolben-Zylinder-Einheit mittels eines externen Hubantriebs. Die Luftlagerung zwischen Zylinder und Kolben dient lediglich dazu, den Kolben gegenüber dem Zylinder verdrehen zu können.
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Die
JP 2004-186 317 A offenbart einen Bestückungskopf mit einem in einem Zylinder luftgelagerten Kolben, wobei die gesamte Kolben-Zylinder-Einheit durch einen externen Axialantrieb in Axialrichtung verschiebbar ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen gattungsgemäßen Bestückungskopf so auszugestalten, dass der Aufwand für dessen Herstellung deutlich reduziert ist.
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Diese Aufgabe wird in einem gattungsgemäßen Bestückungskopf durch das kennzeichnende Merkmal des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Dieser erfindungsgemäße Bestückungskopf zum Handhaben elektrischer oder elektronischer Bauelemente mit einem Handhabungselement mit einer Saugdüse zum Aufbringen einer Saugwirkung auf ein aufzunehmendes und zu haltendes elektrisches oder elektronisches Bauelement; einem Halter für das Handhabungselement und zumindest einer Antriebsvorrichtung, um den Halter entlang einer ersten Achse translatorisch zu bewegen; wobei der Halter mit einer einen Zylinder bildenden Zylinderbohrung versehen ist, die sich koaxial zur ersten Achse erstreckt; wobei das Handhabungselement einen Kolben aufweist, der mittels zumindest eines als Fluidlager ausgebildeten Radiallagers im Zylinder entlang der ersten Achse verschiebbar gelagert ist, wobei im Zylinder ein Druckraum ausgebildet ist, und wobei der Kolben von einer im Druckraum wirkenden Fluiddruckkraft in Axialrichtung derart beaufschlagt ist, dass er gegen einen Anschlag am Halter in Richtung aus dem Zylinder hinaus vorgespannt ist, zeichnet sich dadurch aus, dass der Fluiddruck zur Erzeugung der Fluiddruckkraft von dem in das Radiallager eingespeisten Druckfluid oder von einem zur Speisung des Radiallagers in den Kolben eingeleiteten Druckfluid bewirkt wird.
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Die Bewirkung des Fluiddrucks zur Erzeugung der Fluiddruckkraft von dem in das Radiallager eingespeisten Fluid besitzt den Vorteil, dass auf die im gattungsbildenden Stand der Technik vorgesehene druckregelbare Pneumatikleitung verzichtet werden kann. Dies vereinfacht die Konstruktion des Bestückungskopfes und damit dessen Herstellungsprozess und reduziert somit die Herstellungskosten.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn zur Erzeugung der Fluiddruckkraft Druckfluid, welches dem Radiallager zugeführt wird, zusätzlich auch in den Druckraum geleitet wird. Vorzugsweise ist ein Druckraumkanal vorgesehen, durch den das Druckfluid vorzugsweise geleitet wird. Der Druckraumkanal ist bevorzugt mit einer Drossel versehen, die auch verstellbar ausgebildet sein kann. Durch das Zuführen des für das Radiallager vorgesehenen Druckfluids zusätzlich auch in den Druckraum wird die Konstruktion weiter vereinfacht, da die Druckfluidversorgung zum Radiallager gleichzeitig der Druckfluidversorgung des Druckraums dient.
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Vorzugsweise weist der Kolben zumindest zwei in Axialrichtung voneinander beabstandete zylindrische Kolbenteile mit unterschiedlichen Außendurchmessern auf, wobei sich der Außendurchmesser des Kolbens in Wirkrichtung der Fluiddruckkraft vergrößert und wobei der Druckraum im Zylinder im Bereich des Übergangs zwischen den beiden Kolbenteilen gebildet ist. Diese Variante besitzt den Vorteil, dass der Fluiddruck nicht auf die gesamte Kolbenstirnfläche einwirkt, sondern nur auf die Differenzfläche zwischen den beiden unterschiedlich großen Außendurchmessern. Auf diese Weise ist es möglich, die auf den Kolben wirkende Fluiddruckkraft durch konstruktive Auslegung der Fläche, auf die der Fluiddruck einwirkt, in Abhängigkeit von dem für die Druckversorgung der Radiallager erforderlichen Fluiddruck anzupassen.
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Vorzugsweise ist der Außenumfang des Kolbens im Bereich des Übergangs zwischen den beiden Kolbenteilen zumindest abschnittsweise konisch ausgebildet.
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Der Außendurchmesser des Kolbens im Bereich des Übergangs zwischen den beiden Kolbenteilen kann sich aber auch stufenartig vergrößern, wobei zwischen dem Kolbenteil mit kleinerem Außendurchmesser und dem Kolbenteil mit größerem Außendurchmesser eine ringförmige Stützfläche ausgebildet ist, gegen die die Fluiddruckkraft wirkt.
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Die dem Fluiddruck ausgesetzte ringförmige Stützfläche kann somit konisch verlaufen und damit einen allmählichen Übergang zwischen den beiden Kolbenabschnitten bilden oder sie kann stufenartig ausgestaltet sein, beispielsweise eine Ringfläche bilden, die in einer schräg- oder rechtwinklig zur Kolbenachse ausgerichteten Fläche liegen.
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Vorteilhaft ist es auch, wenn die ringförmige Stützfläche zumindest einen Teil einer axialen Begrenzungswandung für den Druckraum bildet.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist in der Wandung des Zylinders zumindest eine Fluidabströmöffnung vorgesehen, durch die das Fluid aus dem Zylinder abgeführt werden kann.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn in der Fluidabströmöffnung eine vorzugsweise verstellbare Drossel vorgesehen ist. Durch die damit mögliche Wahl des Querschnitts der Fluidabströmöffnung kann durch gezielte Auslegung oder Veränderung des Durchlassquerschnitts der Drossel der Druck im Druckraum und/oder die Stützkraft des Radiallagers gesteuert werden.
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Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der in der Innenumfangswand des Zylinders eine Mehrzahl von vorzugsweise gleichmäßig über den Innenumfang verteilten und vorzugsweise in Umfangsrichtung angeordneten Fluidaustrittsöffnungen vorgesehen ist, die das zumindest eine Radiallager bilden. Hierdurch wird eine über den Umfang des Zylinders gleichmäßige Lagerkraft auf den Kolben aufgebracht, so dass der Kolben im Zylinder optimal zentriert gehalten werden kann.
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Weiter von Vorteil ist es, wenn entlang der axialen Erstreckung der Zylinderwand mehrere Reihen von über den Innenumfang des Zylinders und vorzugsweise in Umfangsrichtung angeordneten Fluidaustrittsöffnungen vorgesehen sind. Hierdurch wird ein Radiallager mit mehreren axial voneinander beabstandeten Lagerstützabschnitten geschaffen, wodurch auf den Kolben eventuell einwirkende Kippkräfte wirksam abgestützt werden können.
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Alternativ zur Anordnung der Fluidaustrittsöffnungen des Radiallagers in der Zylinderwand können die Fluidaustrittsöffnungen des zumindest einen Radiallagers in der Außenumfangswand des Kolbens ausgebildet sein. Dazu muss das Druckfluid in den Kolben eingeleitet werden, wie es in der Figurenbeschreibung näher erläutert ist. Auch bei dieser Anordnung ist es von Vorteil, wenn in der Außenumfangswand des Kolbens eine Mehrzahl von vorzugsweise gleichmäßig über den Außenumfang und vorzugsweise in Umfangsrichtung angeordneten Fluidaustrittsöffnungen vorgesehen ist, die das Radiallager bilden. Auch hier wird durch die gleichmäßige Anordnung der Fluidaustrittsöffnungen über den Umfang eine optimale Zentrierung des Kolbens im Zylinder bewirkt.
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Weiter ist es auch hier von Vorteil, wenn entlang der axialen Erstreckung der Kolbenwand mehrere Reihen von über den Außenumfang des Kolbens und vorzugsweise in Umfangsrichtung angeordneten Fluidaustrittsöffnungen vorgesehen sind. Auch diese Maßnahme führt dazu, dass auf den Kolben von außen einwirkende Kippkräfte wirksam vom Radiallager abgestützt werden können.
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Sind zumindest zwei in Axialrichtung voneinander beabstandete Radiallager vorgesehen, so ist es von Vorteil, wenn jedes der Radiallager eine Druckfluidzuführung und eine Mehrzahl von auf der zugeordneten Lagerfläche in Umfangsrichtung verteilt angeordneten Fluidaustrittsöffnungen enthält.
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Besonders von Vorteil ist es, wenn das jeweilige als Fluidlager ausgebildete Radiallager ein Gasdrucklager, insbesondere ein Luftlager ist. Eine sehr präzise Lagerung ist dabei dann möglich, wenn die Fluidaustrittsöffnungen von mittels eines energiereichen Strahls, beispielsweise eines Laserstrahls, erzeugten Mikrolöchern gebildet sind. Der Durchmesser dieser Mikrolöcher liegt vorzugsweise in einem Bereich von 20 μm bis 60 μm und besonders vorzugsweise in einem Bereich von 25 μm bis 40 μm. Dadurch wird eine äußerst präzise Lagerung des Kolbens im Zylinder bei minimalem Spalt zwischen dem Kolbenaußenumfang und dem Zylinderinnenumfang ermöglicht. Die radiale Abmessung dieses Spalts liegt vorzugsweise in einem Bereich zwischen 5 μm bis 10 μm.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Druckraum in axialer Richtung zwischen den beiden Radiallagern gelegen. Hierdurch ist es möglich, das aus den Fluidaustrittsöffnungen des Radiallagers in den Lagerspalt eintretende Fluid für den Druckaufbau im Druckraum zu nutzen, so dass das Vorsehen zusätzlicher Fluidkanäle, wie beispielsweise eines gesonderten Druckraumkanals, nicht erforderlich ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigt:
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1 eine perspektivische Ansicht einer aus zwei erfindungsgemäßen Bestückungsköpfen bestehenden Einheit;
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2 eine teilweise geschnittene Darstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bestückungskopfes;
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3 eine teilweise geschnittene Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bestückungskopfes; und
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4 eine teilweise geschnittene Darstellung einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bestückungskopfes.
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In 1 ist eine perspektivische Ansicht einer aus zwei erfindungsgemäßen Bestückungsköpfen 1, 1' bestehenden Einheit dargestellt. Die beiden Bestückungsköpfen 1, 1' sind in einem gemeinsamen Außengehäuse A aufgenommen. Oberhalb des Außengehäuses A und von diesem beabstandet ist ein Rotationsantriebsblock B für den jeweiligen Drehantrieb der Bestückungsköpfe 1, 1' vorgesehen.
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Der grundsätzliche Aufbau des jeweiligen Bestückungskopfes
1,
1' entspricht jenem, der in der
DE 10 2005 008 584 A1 gezeigt und beschrieben ist und deren Offenbarungsgehalt hiermit vollständig in die vorliegende Anmeldung einbezogen wird.
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Das Außengehäuse A und der Rotationsantriebsblock B sind mit einer (nicht gezeigten) Horizontalantriebseinheit verbunden, die dazu ausgebildet ist, die beiden Bestückungsköpfe 1, 1' zusammen mit deren Außengehäuse A und deren Rotationsantriebsblock B in einer horizontalen x-y-Ebene zu verschieben und innerhalb dieser Ebene exakt zu positionieren. Jedem der beiden Bestückungsköpfe 1, 1' ist eine (nicht gezeigte) Vertikalantriebseinrichtung zugeordnet, die den jeweils zugeordneten Bestückungskopf 1, 1' beziehungsweise entsprechende Teile davon in einer Vertikalrichtung z auf und ab bewegen kann. Dementsprechend ist in der Darstellung der 1 der eine Bestückungskopf 1 in seiner unteren Position und der andere Bestückungskopf 1' in seiner obersten Position gezeigt.
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Da die beiden Bestückungsköpfe 1, 1' baugleich sind, wird nachstehend lediglich der Bestückungskopf 1 beschrieben und dessen Beschreibung gilt sinngemäß auch für den anderen Bestückungskopf 1'.
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Der Bestückungskopf 1 weist ein zylindrisches Gehäuse 2 auf, das in eine entsprechende Bohrung des Außengehäuses A eingesetzt und mit diesem fest verbunden ist. Das Gehäuse 2 ist mit einer zentrischen, zum zylindrischen Gehäuse 2 koaxialen Bohrung 3 zur Aufnahme eines Halters 4 versehen.
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Der Halter 4 ist an seinem unteren Ende mit einer einen Zylinder 5 bildenden Zylinderbohrung 50 versehen, in die ein Handhabungselement 6 mit einem Kolben 60 eingesetzt ist, wie weiter unten in Verbindung mit den 2 bis 4 noch beschrieben wird. Am unteren Ende des Handhabungselements 6 ist an diesem eine Saugdüse 7 vorgesehen, die auf ein aufzunehmendes und zu haltendes elektrisches oder elektronisches Bauelement 8 aufsetzbar ist und auf dieses eine Saugwirkung aufbringen kann, mittels derer das Bauelement 8 an dem Handhabungselement 6 festgehalten werden kann.
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Die Bohrung
3 im Gehäuse
2 erstreckt sich senkrecht zur x-y-Ebene in der z-Richtung und führt den Halter
4 in z-Richtung axial verschiebbar in der Bohrung
3. Der Halter
4 ist in der Bohrung
3 zudem drehbar gelagert und kann dazu vom (nicht gezeigten) Rotationsantrieb im Rotationsantriebsblock B verdreht werden, wie bereits aus der
DE 10 2005 008 584 A1 bekannt ist. Der Halter
4 ist in der Bohrung
3 in an sich bekannter Weise mittels aerostatischer Lager gelagert, so dass er reibungsfrei Drehbewegungen und Axialbewegungen vollführen kann.
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2 zeigt in teilweise geschnittener Ansicht den unteren, aus dem Gehäuse 2 nach unten herausgefahrenen Bereich des Halters 4 in einer ersten Ausführungsform.
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Der Halter 4 ist mit einem Unterdruckkanalsystem 40 und mit einem Überdruckkanalsystem 44 versehen, die jeweils an eine Drucksenke beziehungsweise Druckquelle angeschlossen sind. Das Unterdruckkanalsystem 40 weist eine in der Zylinderbohrung 50 ausgebildete Unterdruckringnut 42 auf, in die ein Unterdruckkanal 41 mündet, der mit der Drucksenke, beispielsweise einer Vakuumpumpe, verbunden ist.
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Das Überdruckkanalsystem 44 weist einen oberhalb der Unterdruckringnut 42 in der Zylinderbohrung 50 ausgebildete Überdruckringnut 46 sowie einen in diese mündenden Überdruckkanal 45 auf, der mit der Druckquelle in Fluidverbindung steht.
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Der Kolben 60 des Handhabungselements 6 ist in der Zylinderbohrung 50 des Zylinders 5 im Halter 4 axial verschiebbar gelagert. Um zu verhindern, dass der Kolben 60 des Handhabungselements 6 aus dem Zylinder 5 nach unten austritt, ist die Zylinderbohrung 50 im Bereich ihrer Mündung mit einer Ringnut versehen, in die ein Spreizring 52 eingesetzt ist, der einen Anschlag für den Kolben 60 bildet und diesen am Heraustreten aus der Zylinderbohrung 50 hindert.
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Das Handhabungselement 6 ist mit einem sich nach unten an den Kolben 60 anschließenden Saugrohrabschnitt 62 versehen, dessen Außendurchmesser kleiner ist als der des Kolbens 60, so dass eine ringförmige Schulterfläche 61 am unteren Ende des Kolbens gebildet ist, die gegen den Spreizring 52 zur Anlage kommt, wenn sich das Handhabungselement 6 in einer unteren Position befindet.
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Der Kolben 60 ist in seinem oberen, in den Zylinder 5 hineingreifenden Abschnitt 60' über ca. 80% bis 90% der Kolbenlänge rohrförmig ausgebildet und mit einer in das Innere des Zylinders 5 mündenden Öffnung 63 versehen. Im unteren Bereich, in dem der Kolben 60 in den Saugrohrabschnitt 62 übergeht, ist das Handhabungselement 6 aus Vollmaterial ausgebildet und lediglich mit einer zentrischen Axialbohrung 64 versehen, die am unteren freien Ende des Saugrohrabschnitts 62 nach außen mündet und die am oberen Ende bis in den rohrförmigen Bereich des Kolbens 60 verläuft.
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In das Innere des rohrförmigen Abschnitts 60' des Kolbens 60 ist ein kreisförmiger Stopfen 70 eingesetzt, der an seinem Außenumfang gegen den Innenumfang des Kolbens 60 abgedichtet ist. Dieser kreisförmige Stopfen 70 weist einen nach unten gerichteten rohrförmigen Ansatz 72 auf, der koaxial mit der Axialbohrung 64 des Handhabungselements 6 ausgerichtet ist und der gegenüber dem Inneren des rohrförmigen Abschnitts des Kolbens 60 abgedichtet mit der Axialbohrung 64 des Handhabungselements 6 in Fluidverbindung steht. Der kreisförmige Stopfen 70 ist mit einer Querbohrung 74 versehen, in die der im rohrförmigen Ansatz 72 ausgebildete Kanal 73, der mit der Axialbohrung 64 in Fluidverbindung steht, mündet. Die Querbohrung 74 im Stopfen 70 steht über Unterdruckbohrungen 65, 65', die in der Wandung 66 des Kolbens 60 in dessen rohrförmigem Abschnitt ausgebildet sind, mit der Unterdruckringnut 42 in Fluidverbindung, so dass der im Unterdruckkanalsystem 40 wirkende Unterdruck bis in die Axialbohrung 64 des Saugrohrabschnitts 62 wirkt.
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Am unteren freien Ende des Handhabungselements 6 ist auf dem Saugrohrabschnitt 62 eine Saugdüse 7 angeordnet, deren Saugöffnung 7' in Fluidverbindung mit der Axialbohrung 64 steht, so dass der im Unterdruckkanalsystem 40 herrschende Unterdruck in der Saugöffnung 7' eine Saugwirkung hervorruft. Mittels dieser Saugwirkung kann dann ein Bauelement 8 an die untere Stirnfläche 7'' der Saugdüse 7 angesaugt werden.
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Die Wandung 66 des Kolbens 60 ist in dessen rohrförmigem Abschnitt 60' im Bereich der Überdruckringnut 46 mit zwei oder mehr Überdruckradialbohrungen 67, 67' versehen, die eine Fluidverbindung zwischen der Überdruckringnut 46 und dem Inneren des Kolbens 60 in dessen rohrförmigem Abschnitt 60' bilden. Das durch den Überdruckkanal 45 in die Überdruckringnut 46 eingeleitete Druckfluid kann daher durch die Überdruckradialbohrungen 67, 67' in das Innere des rohrförmigen Abschnitts 60' des Kolbens 60 strömen, so dass dort der Überdruck wirkt.
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Sowohl im oberen Bereich des Kolbens 60, als auch im unteren Bereich des Kolbens 60 ist jeweils eine Reihe von gleichmäßig über den Umfang verteilten Mikrolöchern 68, 69 vorgesehen, die jeweils die Wandung 66 des Kolbens 60 durchdringen und durch die das Innere des rohrförmigen Abschnitts des Kolbens 60 eingeleitete Druckfluid in den zwischen dem Außenumfang des Kolbens 60 und der Zylinderbohrung 50 gebildeten Lagerspalt eintreten kann, wodurch ein oberes und ein unteres radial wirkendes Fluiddrucklager 68', 69' zur Lagerung des Kolbens 60 im Zylinder 5 gebildet sind. Im gezeigten Beispiel ist das Druckfluid vorzugsweise Druckluft, so dass diese Fluidlager Luftlager sind. Um auch die Mikrolöcher 69, die das untere Radiallager für den Kolben 60 bilden, mit dem oberhalb des Stopfens 70 im Inneren des Kolbens 60 enthaltenen Druckfluid zu versorgen, ist der Stopfen 70 mit mehreren in z-Richtung verlaufenden achsparallelen Durchgangsbohrungen 76 versehen.
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Die innere Öffnung 63 am oberen Ende des rohrförmigen Abschnitts 60' des Kolbens 60 ist mittels eines in den Kolben 60 eingesetzten Verschlussstopfens 90 verschlossen. Im Inneren des Zylinders 5 ist oberhalb des Kolbens 60 ein Druckraum 9 ausgebildet. Der Verschlussstopfen 90 weist in seiner stirnseitigen Wand zumindest eine Durchgangsbohrung 92 auf, die den Druckraum 9 mit dem Inneren des rohrförmigen Abschnitts 60' des Kolbens 60 verbindet. Dadurch kann das in den Kolben 60 durch den Überdruckkanal 45 und die Überdruckringnut 46 eingeleitete Druckfluid auch in den Druckraum 9 einströmen, wobei die Durchgangsbohrung 92 eine Drossel bildet, mittels derer der Druck im Druckraum 9 unterschiedlich zum Druck im Inneren des rohrförmigen Abschnitts 60' eingestellt werden kann.
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Oberhalb des mit dem Kolben 60 verbundenen Stopfens 90 ist, wenn der Kolben 60 mit seiner Schulter 61 am Spreizring 52 anliegt, in Axialrichtung vom Stopfen 90 beabstandet, ein Anschlageinsatz 54 vorgesehen, der in Form eines Rohrabschnitts in die Zylinderbohrung 50 eingesetzt und dort fixiert ist. Die untere Ringfläche 55 des Anschlageinsatzes 54 bildet somit einen oberen Anschlag für den mit dem Stopfen 90 versehenen Kolben 60, so dass sich der Kolben 60 zwischen dem durch die Ringfläche 55 gebildeten oberen Anschlag und dem durch den Spreizring 52 gebildeten unteren Anschlag in Axialrichtung (z-Richtung) auf und ab bewegen kann. Der im Druckraum 9 herrschende Fluiddruck, der auf die obere Stirnfläche 91 wirkt und dort eine nach unten gerichtete Fluiddruckkraft F auf den Kolben 60 ausübt, sorgt dafür, dass der Kolben stets gegen den vom Spreizring 52 gebildeten unteren Anschlag vorgespannt ist.
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Gerät somit die mit der Saugöffnung 7' versehene untere Stirnfläche 7'' der Saugdüse 7 beim Absenken des Halters 4 mit einem aufzunehmenden elektronischen Bauteil in Berührung, so weicht das Handhabungselement 6 mitsamt der Saugdüse 7 gegen die Fluiddruckkraft F nach oben in den Zylinder 5 aus, wodurch stoßartige Belastungen, die durch das Auftreffen der Saugdüse 7 auf das aufzunehmende elektronische Bauteil 8 beim Absenken des Halters 4 auftreten könnten, wenn die Saugdüse fest mit dem Halter verbunden wäre, vermieden werden.
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Die Speisung des Fluiddrucks im Druckraum 9 mit demselben Druckfluid, das auch für die radiale Fluiddrucklagerung des Kolbens 60 im Zylinder 5 benötigt wird, ermöglicht es, mit nur einer einzigen Fluiddruckversorgung wie hier durch den Überdruckkanal 45 auszukommen, wodurch der Aufbau des Bestückungskopfes gegenüber dem Stand der Technik spürbar vereinfacht wird.
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Eine alternative Ausführungsform des in 2 dargestellten Bestückungskopfes ist in 3 gezeigt. Gegenüber der Variante aus 2 ist hier lediglich der Verschlussstopfen 190, der in die obere innere Öffnung 63 des rohrförmigen Abschnitts 60' des Kolbens 60 eingesetzt ist, abweichend ausgebildet. Es wird daher nachstehend lediglich die abweichende Ausgestaltung des Verschlussstopfens 190 und dessen Auswirkung auf die Funktion beschrieben. Die übrigen Bauteile des Bestückungskopfes entsprechen denen aus dem Beispiel in 2, so dass auch deren Bezugszeichen dieselben sind wie im Beispiel der 2.
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Der Verschlussstopfen 190 entspricht in seinem unteren Bereich im Wesentlichen dem Verschlussstopfen 90 des Ausführungsbeispiels der 2, wobei jedoch auf der oberen Stirnfläche ein zentraler Kolbenansatz 194 vorgesehen ist, der in die als Zylinderbohrung 56 ausgebildete zentrale Bohrung des rohrförmigen Anschlageinsatzes 54 kolbenartig eingreift und in dieser Zylinderbohrung axial verschiebbar aufgenommen ist. Der Zylinderraum 57 im Inneren des Anschlageinsatzes 54 oberhalb des Kolbenansatzes 194 ist über eine (nicht gezeigte) Fluidverbindung mit der Außenumgebung verbunden, so dass im Zylinderraum 57 Umgebungsdruck herrscht und auf die obere Stirnfläche 195 des Kolbenansatzes 194 wirkt. Alternativ kann im Zylinderraum 57 ein gesteuerter Gegendruck aufgebaut werden, um die Fluiddruckkraft F' gezielt zu beeinflussen.
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Der Außendurchmesser d1 des Kolbenansatzes 194 ist kleiner als der in der Zylinderbohrung 50 aufgenommene maximale Außendurchmesser d2 des Verschlussstopfens 190, so dass um den Kolbenansatz 194 herum eine ringförmige Stirnfläche 191 gebildet ist, die den Druckraum 109 nach unten zum Handhabungselement 6 hin begrenzt. Der Druckraum 109 ist auf diese Weise als ringförmiger Raum zwischen dem Außenumfang des Kolbenansatzes 194 und der Zylinderbohrung 50 ausgebildet. Die Durchgangsbohrung 192 des Verschlussstopfens 190 durchdringt – wie die Durchgangsbohrung 92 im Beispiel der 2 – die stirnseitige Wand, die das Innere des rohrförmigen Abschnitts 60' des Kolbens 60 nach oben verschließt. Die Durchgangsbohrung 192 mündet in eine den Kolbenansatz 194 radial durchdringende Querbohrung 196, die ihrerseits in den ringförmigen Druckraum 109 mündet. Auf diese Weise steht der ringförmige Druckraum 109 über die Querbohrung 196 und die Durchgangsbohrung 192 mit dem Inneren des rohrförmigen Abschnitts 60' des Kolbens 60 in Fluidverbindung. Im ringförmigen Druckraum 109 kann sich somit auf dieselbe Weise wie beim Ausführungsbeispiel der 2 ein von dem durch den Überdruckkanal 45 eingeleiteten Fluid erzeugter Druck aufbauen. Dieser Fluiddruck im Druckraum 9 wirkt, im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel der 2 nicht auf die gesamte Querschnittsfläche des Verschlussstopfens und damit des Kolbens 60, sondern lediglich auf die ringförmige Stirnfläche 191, die wesentlich kleiner ist als die gesamte obere Stirnfläche 91 im Beispiel der 2.
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Die Fluiddruckkraft F', die hierdurch im Beispiel der 3 erzeugt wird, ist folglich wesentlich geringer als die im Beispiel der 2 erzeugte Fluiddruckkraft F. Somit lässt sich das mit der Saugdüse 7 versehene Handhabungselement 6 im Ausführungsbeispiel der 3 bei gleichem Fluiddruck wesentlich leichter und mit geringerem Kraftaufwand in den Zylinder 5 hineindrücken als dies im Ausführungsbeispiel der 2 möglich ist.
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Eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bestückungskopfes, bei der der Fluiddruck ebenfalls nur auf eine Ringfläche des Kolbens wirkt, ist in 4 dargestellt, wobei die Bezugszeichen gegenüber der 2 um 200 erhöht sind.
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Die in 4 gezeigte dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich von den ersten beiden Ausführungen im Wesentlichen dadurch, dass die Zylinderbohrung 250 des im Halter 204 vorgesehenen Zylinders 205 sowie der Kolben 260 abgestuft ausgebildet sind. Der untere Teil der Zylinderbohrung 250 entspricht im Durchmesser und im Aufbau dem unteren Zylinderabschnitt des Zylinders 50 der ersten beiden Ausführungsformen. Auch der untere Teil des Kolbens 260 entspricht in seinem Aufbau und in seinen Abmessungen dem unteren Teil des Kolbens 60 der ersten beiden Ausführungsformen. Es werden daher nachstehend nur die Abweichungen der Konstruktion der in 4 gezeigten dritten Ausführungsform im Vergleich zu den ersten beiden Ausführungsformen der 2 und 3 beschrieben.
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Die Zylinderbohrung 250 weist einen oberen Teil 251 auf, dessen Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser des unteren Teils der Zylinderbohrung 250. Entsprechend weist auch der Kolben 260 im Bereich seines rohrförmigen Abschnitts 260' einen oberen Teil 260'' mit einem gegenüber dem unteren Teil 260'' des Kolbens 260 kleineren Durchmesser auf, der an den Innendurchmesser im oberen Teil 251 der Zylinderbohrung 250 angepasst ist. Im Inneren des im Durchmesser reduzierten Teils 251 der Zyinderbohrung 250 ist wie in den beiden anderen Ausführungseispielen ein Anschlageinsatz 254 oberhalb des Kolbens vorgesehen.
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Das obere Radiallager 268' mit seinen Mikrolöchern 268 ist im oberen Teil 260'' des Kolbens 260 vorgesehen. Das untere Radiallager 269' mit seinen Mikrolöchern 269 ist wie bei den ersten beiden Ausführungsformen im unteren Teil des rohrförmigen Abschnitts 260' des Kolbens 260 unterhalb des Stopfens 270 ausgebildet. Der Stopfen 270 sowie die gesamte Unterdruckversorgung sind wie in den ersten beiden Ausführungsbeispielen ausgestaltet.
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Im Gegensatz zu den ersten beiden Ausführungsbeispielen ist der den rohrförmigen Abschnitt 260' des Kolbens 260 nach oben abschließende Verschlussstopfen 290 geschlossen ausgebildet und weist nicht die in den anderen beiden Ausführungsbeispielen vorgesehene Durchgangsbohrung auf. Der Raum oberhalb des Verschlussstopfens 290 und der Zylinderraum 257 im Inneren des Anschlageinsatzes 254 stehen wie im zweiten Beispiel der 3 mit der Umgebung in Fluidverbindung, so dass dort Umgebungsdruck herrscht.
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Die Zylinderbohrung 250 weist zwischen ihrem unteren Teil mit größerem Durchmesser und ihrem oberen Teil 251 mit verringertem Durchmesser eine ringförmige Innenumfangsnut 248 auf, deren axiale Erstreckung gleich oder größer ist als der freie Hub des Kolbens 260 zwischen den beiden vom Spreizring 252 und von der unteren Ringfläche 255 des Anschlageinsatzes 254 gebildeten Anschlägen.
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Der Kolben 260 geht unter Ausbildung einer sich quer, vorzugsweise rechtwinklig, zur Längsachse Z erstreckenden ringförmigen Stirnfläche 261' vom unteren Teil mit größerem Durchmesser in den oberen Teil 260'' mit kleinerem Durchmesser über. Dieser Übergangsbereich mit der ringförmigen Stirnfläche 261' liegt innerhalb der Innenumfangsnut 248 des Zylinders 250.
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Die Innenumfangsnut 248 ist über einen Druckausgleichskanal 249 mit der Umgebung verbunden. Der Druckausgleichskanal 249, der in 4 in einem Teilschnitt des Halters 204 gezeigt ist, der nicht in derselben Ebene liegt, wie der ansonsten in 4 dargestellte Schnitt des Halters 204, ist beispielsweise durch eine nach außen mündende Radialbohrung 249' gebildet. Im Inneren der Radialbohrung 249' ist eine Drossel 249'' vorgesehen.
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Das durch die Mikrolöcher 268 in den Lagerspalt des oberen Radiallagers 268' zwischen dem Außenumfang des oberen Kolbenteils 260'' und des oberen Teils 251 der Zylinderbohrung eingeleitete Druckfluid strömt in diesem Lagerspalt nach unten in die Innenumfangsnut 248 und strömt von dort, gebremst durch die Drossel 249, durch den Druckausgleichskanal 249 nach außen. In Abhängigkeit von der Drosselwirkung der Drossel 249'' wird so in der Innenumfangsnut 248 ein Druck aufgebaut, der geringer ist als der im Inneren des rohrförmigen Abschnitts 260' des Kolbens 260 herrschende Lagerdruck für die Radiallager 268', 269'. Dieser im Inneren des von der Innenumfangsnut 248 gebildeten Druckraums 209 herrschende Druck ist ausreichend groß, um eine den Kolben 260 nach unten vorspannende Fluiddruckkraft F'' zu erzeugen.
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Die Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsbeispiele beschränkt, die lediglich der allgemeinen Erläuterung des Kerngedankens der Erfindung dienen. Im Rahmen des Schutzumfangs kann die erfindungsgemäße Vorrichtung vielmehr auch andere als die oben beschriebenen Ausgestaltungsformen annehmen. Die Vorrichtung kann hierbei insbesondere Merkmale aufweisen, die eine Kombination aus den jeweiligen Einzelmerkmalen der Ansprüche darstellen.
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Bezugszeichen in den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen dienen lediglich dem besseren Verständnis der Erfindung und sollen den Schutzumfang nicht einschränken.
