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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Inertisieren
des Inneren von Maschinen, die gemäß dem Wellenlötkonzept
funktionieren, auch Wellenlötvorrichtungen
genannt, und die weitgehend zum Beispiel zum Löten elektrischer Leiterplatten
verwendet werden. In diesem Kontext wird eine Welle aus flüssigem Lot über einem
Lotbehälter mittels
einer „fördernden" Vorrichtung und
Erhitzen von Elementen derart erzeugt, dass kontinuierliche Werkstücke, wie
zum Beispiel Leiterplatten mit elektrischen Bauteilen, die über die
Welle geführt
werden, mit dem Lot in Berührung
kommen und daher in industriellem Maßstab gelötet werden können.
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Ein
Problem besteht hier darin, dass eine Atmosphäre, die möglichst sauerstoffarm ist,
erzeugt werden muss, und zwar zumindest während der Lötoperation, um einerseits zu
vermeiden, dass das Lot oder die Lotlegierung oxidiert wird, und,
andererseits, um eine hohe Lötqualität zu erzielen,
die zum Beispiel durch Oxide auf der Metalloberfläche der
Leiterplatten beeinträchtigt
werden kann.
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In
diesem Kontext ist zur Genüge
bekannt, dass man die Oxidation des Lots mittels eines Schutzgases
vermeiden kann, das heißt
durch ein Inertgas, das aus Verteilern in dem Bereich der Welle austritt.
US 5 121 874 offenbart zum
Beispiel ein Inertisierungssystem für Wellenlötvorrichtungen, bei dem eine
inerte Atmosphäre
in der Nähe
der erzeugten Lotwelle anhand poriger Röhren erzeugt wird, die parallel
zu der Welle laufen, und durch die ein inertes Gas austritt.
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Eine
sauerstoffarme Atmosphäre
wird dadurch über
der Lotwelle und auf der Unterseite der Leiterplatten, die zu löten sind,
erzielt. Ein Nachteil besteht dabei darin, dass die porigen Röhren einer Kontaminationsgefahr
durch Lötspritzer
ausgesetzt sind und dass es ferner Wellenlötmaschinen gibt, bei welchen
ausreichendes Inertisieren aller Maschinenbereiche mittels Schutzgas
aus Raumgründen
nicht möglich
ist, zum Beispiel, weil zwei Lötwellen
nahe nebeneinander liegen.
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Es
ist ferner bekannt, das Oxidieren zuverlässig mittels einer Ölschicht
zu vermeiden, die das Lot über
eine große
Zone in einem Lotbehälter
abdeckt, auch in dem Bereich außerhalb
der Lotwelle (siehe zum Beispiel die Maschinen des Schweizer Herstellers
KIRSTEN). Zusätzliche
Vorrichtungen, wie zum Beispiel eine Ölförderpumpe, ein Ölabscheider
und Ölfilter
sind für
diesen Zweck erforderlich und steigern daher den Aufwand für das Gerät stark.
Der Gebrauch von Öl
macht es auch schwieriger, die Maschine nach dem Gebrauch zu reinigen.
Ferner bestehen Nachteile hinsichtlich der Umweltverschmutzung,
wenn Öl
oder eine Kombination aus Öl
und Inertgasverteilern bei solchen Inertisierungsvorrichtungen verwendet
werden.
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Aus
US 5 816 474 ist auch eine
lineare Motorpumpe für
ein Wellenlötgerät bekannt.
Eine solche lineare Motorpumpe erlaubt das Erzeugen einer sehr dynamischen
Lötwelle,
die höher
ist als Wellen, die durch mechanische Pumpen erzeugt werden, und die
einige vorteilhafte Eigenschaften hat. Diese Eigenschaften haben
es jedoch bisher nicht erlaubt, das Lot durch eine Gasatmosphäre vor Oxidieren
zu schützen,
sondern machten eine Ölschicht
auf der Lotoberfläche
erforderlich. Das erforderte zusätzliche Ausstattung
zum Aufrechterhalten der Ölschicht
und bedingte den Gebrauch eines komplizierteren Systems.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher das Bereitstellen eines
Inertisierungsgeräts anhand
dessen ein komplettes Inertisieren von Wellenlötvorrichtungen einfach hinsichtlich
der Konzeption und raumsparend, um ökologisch kompatibel zu sein,
zu ermöglichen.
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Es
ist auch eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung
zum Inertisieren bereitzustellen, die ein komplettes Inertisieren
einer Wellenlötvorrichtung
erlaubt, insbesondere mit einer linearen Motorpumpe, in einer einfachen,
raumsparenden und ökologisch
akzeptablen Art.
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Diese
Aufgabe wird mittels der Wellenlötvorrichtung
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und dem Verfahren gemäß Anspruch
11 erzielt. Vorteilhafte Verfeinerungen und Entwicklungen sind Gegenstand
der Unteransprüche.
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Aufgrund
der Abfließplatte,
die die Reihe von Löchern
hat, die in die Wellenrichtung bereitgestellt sind, und die hinsichtlich
des Gasverteilers und der jeweiligen Welle der Wellenlötmaschine
so konzipiert ist, dass das inerte Gas auch von dem Verteiler unter die
Lotwelle gehen kann, wird es erforderlich, auf dem Lot in dem Behälter eine Ölschicht
zu verwenden. Das komplette Inertisieren der Atmosphäre ist daher
nur durch die Verteiler mittels eines Schutzgases möglich, wie
zum Beispiel kryogener Stickstoff. Das komplett inertisierende System,
das so bereitgestellt wird, hat ein einfacheres und räumlich kompakteres
Konzept und kann daher auch unter knappen Raumbedingungen verwendet
werden. Inertgas wirkt auf die Lotwelle von oben und von unten gleichzeitig ein,
so dass es möglich
ist, sogar bleifreie Lötlegierungen
zu verwenden, die besonders strenge Erfordernisse hinsichtlich des
Inertisierungsgrads auferlegen.
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Die
Umweltverschmutzung durch Öl,
das anderenfalls nötig
ist, wird vermieden. Ferner wird ein Verlust von Lot aufgrund von
Oxidation bei dem Prozess beträchtlich
verringert, da die Lotwelle als Ganzes und auf allen Seiten durch
eine Schutzgasatmosphäre
umgeben ist.
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Gemäß einer
vorteilhaften Verbesserung der Erfindung ist der Verteiler eine
porige Röhre,
die mit einer Gasleitung verbunden ist, und der mit einem käfigartigen
Schutzgehäuse
versehen ist. Das verhindert auf einfache Art die Situation, in
der einzelne Lottropfen durch die Löcher der Reihe von Löchern durchgehen
und den Verteiler kontaminieren könnten und daher zunehmend einem
ausreichenden Verbreiten des Inertgases schaden. Der Durchmesser der
porigen Röhre
kann mit der jeweiligen Maschine und daher mit der Größe der Welle
koordiniert werden, und es ist vorteilhaft, eine möglichst
dünne Röhre unter
knappen Raumbedingungen zu verwenden.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Verbesserung der Erfindung sind der Verteiler
und die Gasleitung an seitlichen Halteplatten befestigt und bilden zusammen
eine Einheit, die in eine Tauchbox in dem Lotbehälter oder dem Inneren einer
Wellenlötvorrichtung
getaucht werden kann. Das gesamte Inertisierungssystem kann daher
als eine kompakte Einheit erzeugt und einfach aus der Wellenlötvorrichtung
zu Reinigungszwecken und zur Wartung entfernt werden.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Verbesserung der Erfindung hat die Platte
2 parallele Reihen langer Löcher.
Das Verteilen von Inertgas unter der Welle wird dadurch verbessert.
Die Gasatmosphäre kann
daher leichter, das heißt
sogar mit weniger Gas in dem Bereich unter der Welle trotz der Abfließplatte, die
sich dazwischen befindet, gebildet werden.
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Gemäß einer
relevanten Verbesserung der Erfindung sind die zwei Reihen langer
Löcher
voneinander versetzt. Da die Löcher
daher voneinander versetzt sind, stellt das sicher, dass Gas in
die Richtung der Unterseite der Welle über die ganze Breite Letzterer
fließen
kann. Es gibt daher keinen Bereich des Lots, das durchfließt, dem
das Inertisieren vorenthalten bliebe. Das Lötergebnis weist daher eine
hohe Lötqualität auf, und
Oxidation wird sogar noch zuverlässiger
vermieden.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Verbesserung der Erfindung ist der Verteiler
so angeordnet, dass er seitlich zu der Reihe von Löchern in
die Richtung des Bildens der Welle versetzt ist. Das vermeidet ein
Kontaminieren des Verteilers durch Lottropfen, die durch die Löcher in
der Platte durchgehen könnten,
ohne dass die Gasverteilung unter der Welle behindert wird.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Verbesserung der Erfindung werden die Breite
der Reihe von Löchern
und/oder die Anzahl von Reihen von Löchern, die nebeneinander angeordnet
werden, mit der Höhe
und der Länge
der Lotwelle koordiniert. Wenn die Wellenform daher in verschiedenen
Maschinen unterschiedlich ist, kann die Inertisierungsvorrichtung
optimal mit den jeweiligen Maschinen koordiniert werden. Man kann
auch in Betracht ziehen, dass die Reihen von Löchern unterschiedlich in der Breite
mittels entsprechender Gleitelemente anpassbar gemacht werden. Der
Fachmann kennt Maßnahmen,
die für
diesen Zweck üblich
sind.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Verbesserung der Erfindung wird zwischen
dem Verteiler und der Reihe von Löchern eine Schutzplatte bereitgestellt.
Die Schutzplatte muss in diesem Fall so angeordnet werden, dass
keine Lotspritzer die porige Röhre
erreichen können,
um zu vermeiden, dass Gasausflussporen blockiert werden und dass
trotzdem eine ausreichende Gasmenge unterhalb der Welle fließt. Die
inerte Atmosphäre
kann daher in einer konstanteren Art aufrechterhalten werden, und Beeinträchtigungen
in der Lötqualität aufgrund
von Oxidation werden zuverlässig
vermieden.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Verbesserung der Erfindung werden zusätzliche
Verteiler für Inertgas
unter dem zu schweißenden
Werkstück
und über
der Lotwelle bereitgestellt. Das gesamte Innere der Wellenlötvorrichtung
kann daher in einfacher Art sowohl oberhalb als auch unterhalb der
Welle mit einer Atmosphäre
gefüllt
werden, die so sauerstoffarm wie möglich ist.
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Eine
beispielhafte Ausführungsform
der Erfindung wird ausführlicher
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in welchen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Wellenlötvorrichtung gemäß der Erfindung
in einer schrägen
Draufsicht zeigt, und
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2 eine
Seitenansicht des Systems zum verbesserten Inertisieren der 1 im
Detail zeigt, um das Konzept der Erfindung zu veranschaulichen.
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Eine
beispielhafte Ausführungsform
der Erfindung ist in vereinfachter Form in einer schrägen Draufsicht
in 1 veranschaulicht. Eine Lotwelle 1 wird
in Wellenlötvorrichtungen
aus dem flüssigen
Lot in dem Lotbehälter 2 über eine
Wellen bildende Öffnung 3 mittels
einer Lotfördervorrichtung,
die in der Figur nicht dargestellt ist, so gebildet, dass ein Werkstück, das
heißt
eine elektrische Leiterplatte 12, die entlang einer Spur
geführt
wird, von der Lotwelle 1 auf ihrer Unterseite gelötet werden
kann. Um das Oxidieren des Lots und der Metallteile der Leiterplatte zu
vermeiden, muss innerhalb der Wellenlötvorrichtung eine möglichst
sauerstoffarme Atmosphäre
erzeugt werden. Ein Inertisierungssystem 4, das mit Inertgas
funktioniert, zum Beispiel mit kryogenem Stickstoff, wird dazu bereitgestellt.
Das Inertisierungssystem 4 besteht aus röhrenförmigen Gasverteilern 5, 6, 7,
die über
die Gasleitungen 8 mit Inertgas gespeist werden, zum Beispiel
mit industriellem Stickstoff.
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Bei
dieser beispielhaften Ausführungsform gibt
es drei Gasverteiler 5, 6, 7, wobei ein
zentraler Gasverteiler 5 in der Nähe und unterhalb der Welle 1 und 2 zusätzliche
Verteiler 6, 7, die Inertgas zu dem restlichen Bereich
der Vorrichtung liefern, bereitgestellt sind. Die Welle 1 erstreckt
sich in eine Wellenrichtung A, streicht gleichzeitig mit dem Wellengipfel gegen
Werkstücke,
die über
die Vorrichtung geführt werden,
und fließt
dann auf eine Lot-Abfließplatte 9, über welche
das Lot in den Behälter 2 zurückgeführt wird.
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Bei
dieser beispielhaften Ausführungsform hat
die Platte 9 zwei parallele Reihen 10 langer Löcher, die
im Wesentlichen unter der gebildeten Welle 1 liegen. Inertgas
fließt
auch durch die langen Löcher der
Reihen von Löchern 10 durch
die Platte 9 unter den Wellengipfel. Das tritt auf, weil
der zentrale Gasverteiler 5 in Bezug auf die Reihen von
Löchern 10 so angeordnet
ist, dass das Gas, das aus ihm fließt, nicht nur nach unten in
Richtung des Lotbehälters durchgeht,
sondern auch vor allem in die Region unter der Lotwelle 1.
Das gesamte Innere der Vorrichtung, das schematisch in 1 durch
das Gehäuse 11 abgegrenzt
ist, wird daher mit einer sauerstoffarmen Atmosphäre gefüllt, ohne
dass eine Deckschicht aus Öl
auf dem flüssigen
Lot erforderlich ist. Natürlich müssen bei
mehreren Lötwellen
entsprechende Reihen von Löchern
und Verteilern in jedem Fall bereitgestellt werden, um die Erfindung
umzusetzen.
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2 ist
eine Seitenansicht eines Details der Vorrichtung der 1,
um das erfindungsgemäße Inertisierungskonzept
zu veranschaulichen. Die Lotwelle 1, die an der Wellen
bildenden Öffnung 3 in
die Richtung A von einer Fördervorrichtung,
die in der Figur nicht dargestellt ist, gebildet wird, kommt an
ihrem Gipfel mit einer elektrischen Leiterplatte 12 in Berührung, die
entlang einer Spur in die Richtung B geführt wird, und die zu lötende Lötverbindungen
hat. Die Gasverteiler 6 und 7 stellen sicher,
dass die Lotwelle 1 von außerhalb und die Leiterplatte 12 von
unterhalb mit Stickstoff inertisiert werden. Der zentrale Gasverteiler 5 ist
hingegen einerseits für
das Inertisieren des Behälters 2 und
andererseits für
die Unterseite der Lotwelle 1 zuständig. Das ist aufgrund der zwei
Reihen von Löchern 10 möglich, die
sich am äußeren Ende
der Lot-Abfließplatte 9 befinden,
und die erfindungsgemäß mit der
jeweiligen Wellenform koordiniert werden. Derart ist das ganze Innere
der Wellenlötvorrichtung
mit einer sauerstoffarmen Atmosphäre nur mittels des Inertgases
gefüllt,
und das bietet nicht nur Vorteile im Gebrauch bleifreier Lotlegierungen,
sondern ergibt auch verbesserte Reinheit des Lötens von Leiterplatten und
größere Umweltverträglichkeit.
Es ist klar, dass die beschriebene beispielhafte Ausführungsform
allein zum Veranschaulichen der beanspruchten Erfindung dient und
Varianten innerhalb des Schutzbereichs der Ansprüche enthalten soll, wie zum
Beispiel unterschiedlich geformte Löcher der Reihen von Löchern und
einen anderen Verteilertyp.
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- 1
- Lotwelle
- 2
- Lotbehälter
- 3
- Wellen
bildende Öffnung
- 4
- Inertisierungssystem
- 5,
6, 7
- Gasverteiler
- 8
- Gasleitungen
- 9
- Lotabfließplatte
- 10
- Reihe
von Löchern
- 11
- Gehäuse
- 12
- Werkstück (elektrische
Leiterplatte)
- A
- Wellenrichtung
- B
- Richtung
der Bewegung des Werkstücks (Leiterplatte)