Verfahren zum Schablonendruck einer Schicht und Druckeinrich tung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schablonendruck ei ner Schicht, vorzugsweise eines Blechs, insbesondere eines Statorblechs und/oder Rotorblechs und eine Druckeinrichtung.

Es ist bekannt, Schichten mittels Schablonendrucks zu ferti gen. Der Druck von komplexen Strukturen mit einer hohen Dicke von mehreren 100 gm jedoch stellt beim Schablonendruck eine Herausforderung dar, da bei komplexen Strukturen eine hohe Oberflächenqualität sowie eine hohe Geometriegenauigkeit und Reproduzierbarkeit schwer zu erreichen sind . Der Druck von Strukturen, welche mehrfach zusammenhängende Bereiche einneh men, ist beim Schablonendruck schwierig, da Stege, welche in nere Formstücke von Schablonen halten, auf der Oberfläche von Werkstücken zu Vertiefungen, etwa in der Form von Rillen füh ren . An unter solchen Stegen gelegenen Bereichen von Werkstü cken kann keine Deposition von Druckpaste erfolgen, so dass die Oberflächenqualität beim Schablonendruck häufig leidet .

Vor diesem Hintergrund des Standes der Technik ist es daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Schablonendruck ei ner Schicht anzugeben, mittels welchem eine Fertigung von Schichten mit hoher Oberflächenqualität möglich ist. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, eine Druckeinrichtung anzuge ben, mittels welcher das verbesserte Verfahren zum Schablo nendruck ausführbar ist.

Diese Aufgabe der Erfindung wird mit einem Verfahren zum Schablonendruck einer Schicht mit den in Anspruch 1 angegebe nen Merkmalen sowie mit einer Druckeinrichtung mit den in An spruch 8 angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte Weiterbil dungen der Erfindung sind in den zugehörigen Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung angegeben. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Schablonendruck einer Schicht wird mittels einer Schablone auf oder an eine Druck fläche gedruckt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Schablone mit mindestens einem ersten und einem zweiten Teil herangezogen, wobei der erste und der zweite Teil einen nicht zusammenhängenden Bereich der Druckfläche bedecken. Vorzugsweise sind der vom ersten Teil bedeckte Bereich der Druckfläche und der vom zweiten Teil bedeckte Bereiche der Druckfläche voneinander beabstandet, insbesondere in einer Raumrichtung in kartesischen Koordinaten oder in radialer Richtung in Polarkoordinaten.

Mittels dieses erfindungsgemäßen Verfahrens zum Schablonen druck ist es folglich möglich, einen solchen Teil der Druck fläche zu bedrucken, welche vom ersten und zweiten Teil nicht bedeckt wird. Ein solcher, nicht vom ersten und zweiten Teil bedeckter Teil der Druckfläche kann ein mehrfach zusammenhän gendes Gebiet der Druckfläche ausmachen, sodass mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens auch komplexe Bereiche der

Druckfläche bedruckt werden können. Aufgrund des nicht zusam menhängenden Bereichs, welcher vom ersten und zweiten Teil bedeckt wird, müssen erster und zweiter Teil nicht mit Stegen verbunden sein, sodass auch eine Schicht, welche mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens gedruckt wird, keine durch Stege bedingten Einbußen in der Oberflächenqualität erfahren muss. Folglich lässt sich mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Schicht mit besonders hoher Oberflächenqualität ferti gen. Besonders bevorzugt sind erster und zweiter Teil nicht mittels weiterer Teile der Schablone verbunden, so dass zwi schen erstem und zweitem Teil kein die Druckfläche bedecken der Steg oder ein sonstiger die Druckfläche bedeckender und ersten und zweiten Teil verbindender weiterer Teil angeordnet sein muss. In dieser Weiterbildung der Erfindung gibt es folglich auch keine sonstigen Teile, welche einen vom ersten zum zweiten Teil führenden Teil der Druckfläche bedecken, so dass auch insoweit die Oberflächenqualität eines Werkstücks nicht herabgesetzt wird. Bei dem Begriff eines mehrfach zusammenhängenden Bereichs o- der Gebiets ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung „mehr fach zusammenhängend" im topologischen Sinne zu verstehen, wobei vorliegend Bereich oder Gebiet jeweils zweidimensio nale, also flächige, Gebilde bedeuten. Beispiele dieses Be griffsgebrauchs sind insbesondere der Veröffentlichung von W. Wagner und F. Gruttmann, Technische Mechanik, Band 23, Heft 2-4 (2003), 261-264, zu entnehmen. Insbesondere weist eine mehrfach zusammenhängende Fläche regelmäßig ein Loch oder mehrere Löcher auf: So ist etwa ein 0- oder P-förmiger Be reich zweifach zusammenhängend, während beispielsweise ein B- förmiges Gebiet dreifach zusammenhängend ist. Insbesondere weist vorliegend ein Gebiet, dass als (n+l)-fach zusammenhän gend bezeichnet wird, n Löcher auf, wobei n eine natürliche Zahl bezeichnet. Entsprechend ist die Wendung „nicht zusam menhängend" zu verstehen. Miteinander nicht zusammenhängende Gebiete oder Bereiche bedeuten vorliegend insbesondere solche zweidimensionale Flächen, welche voneinander echt, also mit einem Abstand größer als Null, beabstandet sind, beispiels weise zwei voneinander radial beabstandete konzentrische Kreisringe oder in einer Raumrichtung in kartesischen Koordi naten voneinander beabstandete Flächen.

Bevorzugt lässt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in einer Weiterbildung die Schablone, insbesondere während des Schab lonendrucks, einen mehrfach zusammenhängenden Teil der Druck fläche unbedeckt. Auf diese Weise kann der mehrfach zusammen hängende Teil der Druckfläche bedruckt werden. Es kann mit tels des erfindungsgemäßen Verfahrens folglich eine mehrfach zusammenhängende, vorzugsweise ringförmige, Schicht, insbe sondere ein Blech, gefertigt werden, insbesondere in der Art eines mathematischen Zylinders mit einer Grundfläche in der Gestalt eines mehrfach zusammenhängenden Gebiets, welches dem mehrfach zusammenhängenden Teil der Druckfläche entspricht.

Da der mehrfach zusammenhängende Teil unbedeckt bleibt, kann mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens eine mehrfach zusam menhängende Schicht mit einer hohen Oberflächenqualität ge druckt werden. In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens umgibt der erste Teil den zweiten Teil umfänglich. Alternativ und ebenfalls bevorzugt umgibt der zweite Teil den ersten Teil umfänglich. In dieser Weiterbildung der Erfindung lässt sich ein zumindest zweifach zusammenhängender Teil der Druckfläche bedrucken, so dass insbesondere ringförmige

Strukturen, etwa kreisringförmige Strukturen, mittels des er findungsgemäßen Verfahrens druckbar sind.

Insbesondere können mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens Schichten in Gestalt von Blechen, insbesondere Magnetblechen, für Rotoren und/oder Statoren elektrischer Maschinen gedruckt werden. Bislang sind Bleche wie insbesondere Magnetbleche mittels Schablonendrucks nicht fertigbar, da einen hinrei chend gute Oberflächenqualität mittels Schablonendrucks nicht erreicht werden kann. Solche Strukturen umfassen regelmäßig mehrfach zusammenhängende Strukturen, wie insbesondere ring artige Strukturen, etwa Ringe weichmagnetischen oder magneti schen flussleitenden Materials. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens können solche für elektrische Maschinen notwendi gen Strukturen leicht und effizient gefertigt werden. Vor zugsweise wird bei dem Verfahren gemäß der Erfindung der erste Teil an einem Drucktisch angeordnet oder das erfin dungsgemäße Verfahren wird mit einem Drucktisch ausgeführt, an welchem der erste Teil angeordnet ist.

Vorzugsweise umfasst der Drucktisch in an sich bekannter Weise einen Druckrahmen, an welchem der erste Teil angeordnet ist. Ein solcher Druckrahmen kann auf die Druckfläche aufge setzt oder in die Druckfläche eingeschwenkt werden, so dass der erste Teil mit dem Druckrahmen in oder an der Druckfläche positionierbar ist.

Vorzugsweise ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der zweite Teil an der Druckfläche angeordnet oder der zweite Teil wird an der Druckfläche angeordnet. Bevorzugt wird oder ist der zweite Teil an oder auf die Druckfläche aufgesetzt oder gelegt, wobei der zweite Teil auf oder an der Druckflä che insbesondere kraft- oder stoffschlüssig angebunden wird oder ist. Besonders vorteilhaft wird der zweite Teil an die Druckfläche angesaugt, etwa mittels durch die Druckfläche hindurch führendender Kanäle.

Vorzugsweise ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das Mag netblech ein Rotorblech und/oder ein Statorblech. Wie bereits zuvor beschrieben kann mittels erfindungsgemäß hergestellter Magnetbleche vorteilhaft ein Rotor und/oder Stator gebildet werden .

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können mittels Schablo nendrucks vorzugsweise Schichten wie Bleche, vorzugsweise Magnetbleche, mit flächigen Strukturen gefertigt werden, so- dass bei diesem Fertigungsverfahren das erfindungsgemäße Ver fahren besonders vorteilhaft zum Einsatz kommt.

Bevorzugt wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die

Schicht mit einem pulverbasierten Werkstoff, insbesondere ei ner Druckpaste, gebildet und/oder nachfolgend thermisch pro zessiert, insbesondere entbindert und/oder gesintert. Auf diese Weise kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zunächst ein Werkstück in Gestalt eines Grünteils mittels Schablonen drucks gedruckt werden, welches in einem letzten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens thermisch prozessiert wird.

Die erfindungsgemäße Druckeinrichtung ist zur Ausführung ei nes Verfahrens wie zuvor beschrieben ausgebildet und weist eine Druckfläche, einen Druckkopf sowie einen zwischen Druck fläche und Druckkopf beweglich angeordneten Druckrahmen und eine Schablone mit mindestens einem ersten und einem zweiten Teil auf, wobei der erste Teil und der zweite Teil derart ausgebildet und angeordnet sind, dass mit dem ersten und dem zweiten Teil ein nicht zusammenhängender Bereich der Druck fläche bedeckbar ist, wobei der erste Teil der Schablone an dem Druckrahmen und der zweite Teil an der Druckfläche ange ordnet ist. Gegebenenfalls bildet ein bereits vorgefertigtes Magnetblech einen Teil der erfindungsgemäßen Druckeinrich tung, da das Magnetblech den zweiten Teil der Schablone ge wissermaßen als Schablonenträger halten, d.h. tragen, kann. Der erste Teil und der zweite Teil der Schablone sind dabei zweckmäßig identisch mit dem ersten Teil und dem zweiten Teil der Schablone wie oben zum erfindungsgemäßen Verfahren ausge führt .

Zweckmäßig weist die erfindungsgemäße Druckeinrichtung einen Drucktisch auf, an welchem die Druckfläche angeordnet ist o- der welcher die Druckfläche aufweist. Vorzugsweise ist bei der erfindungsgemäßen Druckeinrichtung der Druckkopf verfahr bar an dem Drucktisch angeordnet, so dass der Druckkopf die Druckfläche an dem Drucktisch befahren, d.h. an der Druckflä che dieselbe zumindest bereichsweise bedruckend entlangfahren kann .

Besonders bevorzugt ist bei der erfindungsgemäßen Druckein richtung der Druckrahmen an einem Deckel der Druckeinrichtung angeordnet, welcher an die Druckfläche schwenkbar ist. Auf diese Weise kann der Deckel mit dem ersten Teil der Schablone an die Druckfläche geschwenkt werden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zei gen :

Figur 1 eine erfindungsgemäße Druckeinrichtung bei der Aus führung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Schab lonendruck eines Magnetblechs schematisch in einer perspektivischen Darstellung,

Figur 2 die erfindungsgemäße Druckeinrichtung gemäß Figur 1 in einem aufgeklappten Zustand, in welchem ein mit tels der erfindungsgemäßen Druckeinrichtung gefertig tes Werkstück entnehmbar ist, schematisch in einer perspektivischen Darstellung sowie Figur 3 das Werkstück gemäß Figur 2 mit einem zweiten Teil einer Schablone schematisch im Querschnitt.

Die erfindungsgemäße Druckeinrichtung 10 gemäß Figuren 1 bis 3 umfasst einen Drucktisch 20 mit einer Druckfläche 30, wel che an einem Substrat 40 befindlich ist. An dem Substrat 40 kann das Werkstück 50 mittels des erfindungsgemäßen Verfah rens auf die Druckfläche 30 des Substrats 40 gedruckt werden. Dazu umfasst die erfindungsgemäße Druckeinrichtung 10 zum ei nen einen Deckel 60 mit einem Druckrahmen 70, welcher auf die Druckfläche 30 zu geschwenkt werden kann, sodass der Druck rahmen 70 die Druckfläche 30 überdeckt. Der Druckrahmen bil det folglich einen ersten Teil 70 einer Schablone, welcher einen Teil der Druckfläche 30 überdeckt. Der erste Teil 70 der Schablone überdeckt dabei einen äußeren Bereich der

Druckfläche 30, sodass ein innerer Teil 80 der Druckfläche 30 von dem ersten Teil 70 der Schablone unbedeckt bleibt. Inner halb dieses vom ersten Teil 70 der Schablone unbedeckt blei benden Teils ist ein zweiter Teil 90 der Schablone befind lich, welcher einen innengelegenen Teil der Druckfläche 30 abdeckt, welcher mit dem vom ersten Teil 70 der Schablone be deckten Bereich der Druckfläche 30 nicht zusammenhängt. Ers ter 70 und zweiter Teil 90 der Schablone lassen folglich ei nen ringartigen Bereich 100 der Druckfläche 30 des Substrats 40 frei, so dass ein ringartiger Bereich 100 des Werkstücks 50 druckbar ist.

Zum Bedrucken dieses Bereichs 100 ist ein Druckkopf 110 an dem Drucktisch 20 angeordnet, welcher an der Druckfläche 30 entlang fahrbar ist und somit nicht von der Schablone 70, 90 bedeckte Bereiche der Druckfläche 30 bedrucken kann. Der Druckkopf 110 ist zum Schablonendruck ausgebildet. Der Druck kopf 110 wird von einer Druckpasten-Zuführung (nicht eigens dargestellt) gespeist, welche eine partikelbasierte Druck paste, im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel eine Druck paste mit metallischen Partikeln, zum Druckkopf 110 zuführt. Grundsätzlich können in weiteren, nicht eigens dargestellten Ausführungsbeispielen anstelle von oder zusätzlich zu Druckpasten mit metallischen Partikeln auch andere Werk stoffe, etwa Druckpasten mit keramischen Partikeln, zugeführt werden .

Der zweite Teil 90 der Schablone ist auf die Druckfläche 30 des Substrats 40 aufgelegt und über einen Unterdrück an der Druckfläche 30 des Substrats 40 gehalten. Dazu wird an einer von der Druckfläche 30 abgewandten Oberfläche des Substrats 40 Luft durch einige durch das Substrat 40 hindurchführende Kanäle 120 zur Oberfläche abgesaugt, sodass der zweite Teil 90 der Schablone an die Druckfläche 30 angesaugt wird. Der Druckkopf 110 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel an dem Deckel 60 fahrbar angeordnet. Somit ist der freibleibende, d.h. nicht vom ersten Teil 70 der Schablone und zweitem Teil 90 der Schablone bedeckte Bereich der Druckfläche 30 bedruck bar, sodass mittels der erfindungsgemäßen Druckeinrichtung 10 ein ringförmiges Werkstück 50 fertigbar ist. Mittels der er findungsgemäßen Druckeinrichtung 10 lässt sich folglich das erfindungsgemäße Verfahren mit einer hohen Oberflächenquali tät ausführen.

Das erfindungsgemäß gedruckte Werkstück 50 bildet ein mittels Schablonendrucks gedrucktes Grünteil, welches anschließend thermisch prozessiert, d.h. entbindert und gesintert, wird.

Das Werkstück 50 bildet eine Schicht in Gestalt eines ring förmigen Magnetblechs, im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Rotorblech oder ein Statorblech.