DE8614528U1 - Lötvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lötvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Schutzanspruch 1.

Eine solche Lötvorrichtung ist bekannt. Bei der bekannten Lötvorrichtung bzw. -anlage ist die PLattenbahn durch zwei parallel zueinander verlaufende Schienen definiert, auf denen Lötwagen verfahrbar sind, die jeweils eine bestückte Leiterplatte im wesentlichen horizontal ausgerichtet halten, wobei üblicherweise die rechteckigen Leiterplatten derart von den Lötwagen gehalten werden, daß zwei der vier Ränder der Leiterplatten parallel zu der· durch die Schienen definierten Transport richtung der Leiterplatten verlaufen. In dem Raum zwischen den Schienen ist die Wellenerzeugungsvorrichtung angeordnet, die eine längliche Lötwelle erzeugt, die mit

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ihrem Kamm von Unten auf die Leiterplatte treffen Und diese mit Lot benetzen soll, während die Leiterplatte Vom Lötwägeh über die Lötwelle h'inWeägefähren wird« Zur Bildung und Beeinflussung der Lötwelle Sind zählreiche verschiedene WeLlenerzeugungsvorrichtungen bekannt/ wobei grundsätzlich eine Lötwelle zur Anwendung kommt, deren Kamm quer zu den Schienen und somit quer zur Transportrichtung der Leiterplatten und wäägerSCiit &ngr;&iacgr;&Ggr;&igr;&agr;&udigr;&igr;&idiagr;&igr;

Um mittels der bekannten Lötanlage einwandfreie Lötungen zu erzielen, müssen einerseits Lötschatten, d.h. vom Lot nicht benetzte Bereiche, und andererseits Lotbrücken vermieden werden, d.h. metallische Verbindungen zwischen leitenden Elementen der Leiterplatte und/ oder der Bauteile, die nicht Leitend miteinander verbunden sein sollen. Die Vermeidung von Lötschatten und Lotbrücken wird immer schwieriger, je kleiner die Bauteile und je höher die Bestückungsdichte ist. Um Lötschatten und Lotbrücken auch unter erschwerten Bedingungen besser vermeiden zu können, ist bereits erwogen worden, die Ränder der rechteckigen Leiterplatten nicht parallel zur Transportrichtung auszurichten, sondern die Leiterplatte schräg zu stellen. Auf der Leiterplatte sind die Bauelemente meistens zeilen- und spaltenweise angeordnet. Durch die Schrägste L lung der Leiterplatte wird erreicht, daß nicht sämtliche Bereiche einer Zeile (bzw. Spalte) am Lot gleichzeitig benetzt werden, sondern zeitlich nacheinander benetzt werden, was es erleichtert, daß sich das Lot aufgrund seiner Oberflächenspannung auf die SolIkontaktbereiehe innei&mdash; halb einer Zeile (bzw. Spalte) zurückzieht. Eine weitergehende Verbesserung hinsichtlich der Lötschattenbi Idung und Lotbrückenbildung ist jedoch erstrebenswert.

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Der* Frfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, die gattUngs" gemiiße Lötahlage derart Wei terzubilden> daß der Ent** stehung Von Lötfehlern Wie beispielsweise Lötschatten Und Lotbrücken weitergehend Vorgebeugt ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil von Patentanspruch 1 gelöst, d.h. im wesentlichen dadurch, daß die Scheite 11 inie der Lötweiie und die Transportrichtung der Leitplatten einen spitzen Winkel einschließen, und zwar vorzugsweise einen Winkel im Bereich zwischen 30° und 60°. Diese Anordnung führt dazu, daß sich am Ort eines Bauteils auf der Leitplatte sowohl der Betrag der Strömungsgeschwindigkeit als auch die Richtung der Lotströmung relativ zum Bauteil und ggf. der Richtungssinn der Lotströmung ändern, während das ßauteil durch die Lötwelle geführt wird. Dadurch ist einerseits für eine intensive Umspülung des betreffenden Bauteils gesorgt, was der Entstehung von Lötschatten vorbeugt. Andererseits ist dadurch für einen Bewegungsimpuls im Lot am Bauteil gesorgt, der - wie vermutet wird - die Ursache für verringerte Lotbrückenbildung beim Löten mittels der erfindungsgemäßen Lötanlage ist.

in vorteilhafter Ausbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß - wie dies üblich ist - die Plattenbahn im Bereich der Lötwelle in Transportrichtung ansteigt und daß die Lötwelle an ihrem in Transportrichtung weiter hinten liegenden, ersten Ende höher als an ihrem in Transportrichtung weiter vorne liegenden, zweiten Ende ist, so daß die Schei tel I ini e der LötweLle vom ersten zum zweiten Ende abfällt. Durch diese Maßnahme ist einerseits dafür gesorgt, daß trotz der erfindungsgemäßen Schrägstellung der Lötwelle zur

Transportrichtung und trotz des Anstiegs der Platten-

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bahn im Bereich der LötweLLe Letztere über ihr? gesamte Läng© in gleichbleibendem Kontakt mit der Unterseite der Leiterplatte steht, so daß sich über die Breite der Leiterplatte keine unerwünscht ungleichmäßigen Benet zungsbedingungen ergeben* Andererseits i.«it durch diese Maßnahme dafür gesorgt, daß in der Lötwelle entlang ihrer Scheite 11inie ein Gefälle besteht, das zu einer Geschwindigkeitskomponente der Lotströmung in der Lötwelle in Richtung der Scheitellinie führt, was den bereits erläuterten Umspülungseffekt des einzelnen Bauteils aus unterschiedlichen Richtungen unterstützt. Für gleichmäßige Benetzung der Leiterplatte über ihre gesamte Breite trotz ansteigender Plattenbahn und trotz Schrägstellung der Lötwelle kann alternativ in vorteilhafter Ausbildung der Erfindung auch dadurch gesorgt sein, daß die Plattenbahn quer zur Transport ri chtung geneigt ist, so daß jede einzelne Leiterplatte etwas zu einer Seite geneigt ist bzw. "hängt". Diese Querneigung der Leiterplatte verursacht ebenfalls eine zusätzliche Störung der Gleichförmigkeit der Lotströmung am einzelnen Bauteil, was wiederum Lötschatten und Lotbrücken entgegenwirkt.

25

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zei gen:

30

Fig. 1

eine schematische, perspektivische Ansicht von Teilen einer Lötanlage;

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Fig. 2

eine Draufsicht auf die Lötanlage gemäß Fig. 1, wobei zusätzlich ein Lötwagen mit einer Leiterplatte dargestellt ist;

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Fig. 3

eine schematische Ansicht der WeLlenerzeugungsvorrichtung
der LötanLage gemäß den F^g. 1 und 2 bei Betrachtung von rechts in Fig. 2, d.h. in Richtung eines Pfeiles A;

Fig. 4

eine schematische Ansicht der WeI lenerzeugungsvorrichtung
der Lötanlage gemäß den Fig. 1 und 2 bei Betrachtung von vorn, d.h. in Richtung eines Pfeiles B in Fig. 2;

15

20

Fig. 5

Fig. 6

eine Draufsicht auf die Lötwelle der Lötanlage in Verbindung mit einer gestrichelt dargestellten Leiterplatte; und

eine Fig. 5 vergleichbare DarsteLlung der Verhältnisse bei einer herkömmlichen Lötanlage.

25 In den Zeichnungen ist die Lötanlage lediglich schematisch dargestellt; darüber hinaus sind nur diejenigen Elemente derselben dargestellt, die zur folgenden Erläuterung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung zweckmäflig sind. Die Lötanlage umfaßt zwei von einem

30 Unterbau 2 getragene Schienen, nämlich eine rechte Schiene 4 und eine linke Schiene 6, Diese beiden Schienen verlaufen parallel zueinander und steigen im mittleren Bereich der Lötanlage *-, wobei der Steigungswinkel üblicherweise zwischen it"' und 10°/ beispiels-

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* fen die beiden Schienen 4 und 6 parallel zueinander und jeweils auf gleicher Höhe.

Auf den beiden Schienen 4 und 6 verfahrbar ist ein Lötwagen 8, der einen unten offenen Rahmen 10 aufweist, der dazu dient, eine mit Bauteilen bestückte Leiterplatte 12 zu halten. Die Leiterplatte 12 weist in üblicher Weise einen rechteckigen Umriß auf und ist ii» Rahmen 10 des Lötwagens 8 derart angeordnet, daß zwei ihrer zueinander parallelen Ränder 14 und 16 parallel zu den Schienen 4 und 6 verlaufen- Vom Rahmen 10 zur Leiterplatte 12 verlaufende Halteelemente 18 heilten die Leiterplatte 12 hinreichend fest in der gewünschten Posi ti on.

Im Betrieb wird der Lötwagen 8 mit der von ihm gehaltenen Leiterplatte 12 entlang den Schienen 4 und 6 verfahren, so daß dadurch die Leiterplatte 12 durch die Lötmaschine transportiert wird. Die Transport riclbtung R der Leiterplatte 12 durch die Lötmaschine ist in den Figuren durch einen großen Pfeil R angedeutet und ist in der Weise durch den Verlauf der beiden Schienen 4 und 6 definiert, daß die beiden Schienen 4 und 6 einerseits und die Transportrichtung R andererseits parallel zueinander verlaufen.

Am Unterbau 2 der Lötanlage ist ferner eine Wellenerzeugungsvorrichtung 20 angeordnet, die sich zwischen den beiden Schienen 4 und 6 und im wesentlichen unterhalb der durch die beiden Schienen 4 und 6 definierten Ebene befindet. Die Wellenerzeugungsvorrichtung 20, die ebenfalls nur schematisch dargestellt ist, umfaßt eine Wanne 22 sowie eine nicht dargestellte Düsenanordnung/ durch die im Betrieb Lot derart nach oben gefördert wird/ daß das Lot oben aus deP Düseriei nr &iacgr; ch-

tung unter Bildung einer Länglichen Lötwelle 24 aus-'tritt. Hit der Lötwelle 24 fällt das Lot in die Wanne 22 zurück, aus der es mit Hilfe nicht dargestellter Umwälzeinrichtungen zur Düseneinrichtung zurückgeführt

" und umgewälzt wird. Der Zweck der Lötwelle besteht darin, die Leiterplatte 12 von unten mit Lot zu benetzen, während die Leiterplatte 12 mit Hilfe des Lötwagens 8 in Transportrichtung R über die Lötwelle 24 derart hinwegbewegt wird, daß das Lot bzw. die Lötwelle 24 die Unterseite der Leiterplatte 12 berührt,

damit auf diese Weise die gewünschten Lötverbindungen hergestellt werden.

Es sind verschiedene LötweIlenformen bekannt, die sämtlich in Verbindung mit der Erfindung anwendbar sind, sofern lediglich eine längliche Lötwelle mit einem Kamm 26 und einer die höchsten Punkte des Kamms 26 verbindenden Scheitellinie 28 von der Wellenerzeugungsvorrichtung 20 erzeugt wird. Die Scheite I Linie 28 ist in den Fig. 1, 2 und 5 strichdoppeLpunktiert dargestellt. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel erzeugt die We Llenerzeugungsvorrichtung 20 eine symmetrische Welle, d.h. eine Welle, bei der das Lot senkrecht nach oben aus der Düseneinrichtung ausströmt und die WeLLe im wesentlichen zu gleichen Teilen nach vorne und hinten Clinks und rechts in Fig. 1) abströmt.

Besonderheit der hier beschriebenen Lötanlage ist,

daß der Winkel «£ , den die Schei te L L ini e 28 des Kamms 26 der LötweLle 24 mit der Transport ri chtung R der

Leiterplatte 12 einschließt, ein spitzer Winkel ist, so daß die LötwelLe 24 nicht quer, d.h. unter einem Winkel von 90°, zur Transportrichtung R verläuft, sondern schräggestellt ist. Dieser Winkel«/, (siehe Fig. 2 und 5) 3g Liegt vorzugsweise im Bereich von 30° bis 60° und

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■*· beträgt beim dargestellten Ausf ührungsbei spi e I ungefähr 50°. Diese Schrägstellung der Lötwelle 24 ist deutlich in den Fig. 1 und 2 erkennbar.

Die Lötwelle 24 weist ein in Transportrichtung R weiter hinten liegendes, erstes Ende 30 sowie ein in Transportrichtung weiter vorne Liegendes, zweites Ende 32 auf. Das erste Ende 30 ist in Fig. 2 das link'; E in de der Lötwelle 24, während das zweite Ende 32 das in Fig. 2 rechte Ende der Lötwelle 24 ist. Mit der >ngabe "in Transportricht.mg weiter hinten liegendes Ende" ist der Sachverhalt gemeint, daß dieses Ende während der Bewegung des Lötwagens 8 in Transportrichtung R

später erreicht wird als das andere, zweite Ende 32.

15 Eine weitere Besonderheit der hier beschriebenen Lötanlage besteht darin, daß das erste Ende 30 höher liegt

als das zweite Ende 32, so daß die Scheitellinie 28 des Kamms 26 der Lötwelle 24 vom ersten Ende 30 aus in Richtung zum zweiten Ende 32 abfällt, uie dies insbesondere die Fig. 3 und 4 erkennen lassen.

Fig. 5 zeigt schematisch, wie die Leiterplatte 12 während des Lötens über die Lötwelle 24 hinweg bewegt wird. Dabei ist die Lötwelle 24 in Draufsicht gezeicknet, während die darüber befindliche Leiterplatte 12 gestrichelt angedeutet ist. Während die Leiterplatte 12 über die Lötwelle 24 hinweg bewegt wird, benetzt letzter«; die Leiterplatte 12 von unten in einem Bereich 34, dessen Grenzen in Fig. 5 durch zwei strichpunktierte Linien dargestellt sind. Das Gefälle der Scheitellinie 28 vom ersten Ende 30 zum zweiten Ende 32 ist derart auf die Schrägstellung der Lötwelle 24, d.h. den Winkel «/6 , sowie die Steigunp der Plattenbahn abgestimmt, daß der von der Lötwelle 24 benetzte Bereich 34 überall gleiche Breite hat, d.h. daß üie

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·"· beiden strichpunktierten Linien in Fig. 5 parallel zueinander Verlaufen. Würde die ScheitelIihie 28 nicht das beschriebene Gefälle haben, so wäre bei ansonsten gleicher Anordnung der benetzte Bereich 24 nähe dem in Fig. 5 rechten Rand 14 breiter als nahe dem in Fig. 5 linken Rand 16 der Leiterplatte 12. Ein weiterer Effekt der Neigung der Scheitel Lihie 28 besteht darin, daß die Lotströmung in der Lötwelle 24 nicht nur Geschwindi gkei tskompohehten nach vorne und hinten (links und rechts in Fig. 1) hat, sondern auch Geschwindigkei tskömpöhenten in Richtung der Sehe i te 1.1 i ni e 28, weil der Kamm 26 entsprechend der Neigung der Scheitellinie 28 ein Gefälle hat. Diese Geschwindigkeitskomponente ist entlang der ScheitetIinie 28 am größten und wird mit zunehmendem Abstand von derselben kleiner.

In Fig. 5 sind verschiedene Geschwindigkei tskompöiventen der Lotströmung eingezeichnet, die für die Umspülung eines Bauteils 36 bei dessen Bewegung durch die Lötwelle 24 maßgebend sind. Entsprechend der Transportrichtung R bewegt sich das Bauteil entlang einer Linie C durch die Lötwelle 24. Eine der Geschwindigkeitskomponenten rder Lotströmung, die gegen das Bauteil 36 strömt, ist gleich der Transportgeschwindigkeit r des Bauteils 36 in Transportrichtung R durch die Lötanlage. Das Lot strömt mit der Lötwelle 24 nach vorne und hinten ab, wobei die entsprechende Geschwindigkeitskomponente u beim Eintritt in den benetzten Bereich 34 im hier erläuterten Fall betragsgleich der entsprechenden Geschwindigkeitskomponenteubeim Austritt aus dem benetzten Bereich 34 ist, jedoch einen dazu entgegengesetzten Richtungssinn hat. Innerhalb des Bereichs ändert sich der Betrag der Geschwindigkeitskomponente u von seinem Maximalwert über 0 wiederum bis zum Maximalwert. Eine weitere Geschwindigkeits-

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komponente in der Lotströmung ist die bereits Vörsteh'end erläuterte Geschwindigkei tskömpönente &ngr; aufgrund des Gefälles in Richtung der Sichel te 11 inie 28. tier Betrag Von V ist entlang der Scheite 111riie am größten* Die vorstehend genannten Geschwindigkeitskömpönenten r, u und &ngr; sind nicht sämtlich gleichgerichtet, sondern schließen unterschiedliche Winkel ein. Dementsprechend hat die resultierende Strömung am Bauteil, die sich durch vektorielle Addition der Geschwindigkeiten r.

u und &ngr; ergibt, während des Durchlaufs des Bauteils 36 durch den benetzten Bereich 34 eine sich ständig ändernde Richtung, so daß das Bauteil 36 aus unterschiedlichen Richtungen angeströmt und demzufolge gut umspült wird, was wiederum der Entstehung von Lötschatten und Lotbrücken vorbeugt. Klargestellt sei, daß in Fig. 5 die Geschwindigkeitskomponenten r, u und &ngr; lediglich schematisch und nicht betragsrichtig eingezei chnet sind.

Zum Vergleich mit der vorstehend anhand von Fig. 5 erläuterten Benetzung und Umspülung bei der hier beschriebenen Lötanlage ist in Fig. 6 der Fall schematisch gezeigt, daß die Lötwelle 24 quer zur Transportrichtung R verläuft und daß die Ränder der Leiterplatte 12 nicht parallel bzw. quer zur Transport r i chtung R ausgerichtet sind; vielmehr ist die Leiterplatte 12 schräggestellt. In diesem Fall fehlt eine der Geschwindigkeitskomponente &ngr; vergleichbare Geschwindigkeitskomponente. Die Geschwindigkeitskomponente u aufgrund des nach vorne und hinten aus der Lötwelle 24 abströmenden Lots und die Geschwindigkeitskomponente r aufgrund der Transportbewegung der Leiterplatte 12 sind sämtlich gleichgerichtet (lediglich ihr Richtungssinn ist unterschiedlich), so daß die am Bauteil 36 resultierende Lotströmung während des Durch-

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Laufs des Bauteils 36 durch den behetzten Bereich 34 lediglich Betrag und Vorzeichen ändern kann/ nicht jedüch die Richtung.

Vorstehend ist lediglich ein AusführungsbeispieI der Erfindung erläutert; es versteht sich jedoch, daß zählreiche Abwandlungen im Rahmen des Offenbarten und der Ansprüche möglich sind. Eine dieser Abwandlungen besteht darin, daß die Scheitellinie 28 der Lötwelle 24 waagerecht verläuft, während gleichzeitig die Schiene 6 im Bereich des Anstiegs der beiden Schienen 4 und 6 tiefer liegt, wie dies gestrichelt als Schiene 6' in Fig. 1 angedeutet ist. Diese tiefere Lage der Schiene 6¹ hat zur Folge, daß im Bereich der Steigung der Lötwagen 8 nach Links in Fig. 2 "hängt", was dazu führt, daß trotz der horizontalen ScheiteLIinie 28 der benetzte Bereich 34 die gewünschte gleichmäßige Breite über seine gesamte Länge hat. Dabei sind die Schrägstel Lung der Welle 24, d.h. der Winkel <b , der Anstieg der Plattenbahn und die Absenkung der einen Schiene derart aufeinander abgestimmt, daß der benetzte Bereich 34 der Leiterplatte 12 im wesentlichen waagereicht verläuft, weil dies zur Folge hat, daß der waagerechte Kamm 26 der Lötwelle 24 einen Bereich 34 gleicher Breite benetzt. In diesem Falle würde zwar in der Lötwelle 24 die Geschwindigkeitskomponente &ngr; zu O werden; für eine Anströmung des Bauteils 36 aus sich ändernden Richtungen sorgen aber schon die beiden Geschwindigkeitskomponenten u und r. Darüber hinaus trägt auch die seitlich geneigte bzw. "hängende" Anordnung der Leiterplatte 12 dazu bei, daß Lötschatten und Lotbrücken vorgebeugt ist.

Eine Lötanlage zum Löten von bestückten Leiterplatten weist eine durch Schienen definierte Bahn auf, entlang

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der die Leiterplatten mit Hilfe Von Lötwägen trariäportieft werden. Dabei wird jede einzelne Leiterplatte über eine We I lenefzeugUngsvörHchtung hinweg transportiert/ die eine längliche Lötwelle erzeugt, die die jeweilige Leitet'platte von Unten mit Lot benetzt* Die Scheite 11inie des Kammes der Lötwelle schließt mit der Transportrichtung der jeweiligen Leiterplatte einen spitzen Winkel vorzugsweise im Bereich Von 30° bis 60 ein, wobei außerdem die LötweLLe öntLgna ihrer Scheite 11inie ein Gefälle aufweist, so daß die Umspülung jedes einzelnen Bauteils auf der Leiterplatte verbessert ist und Lötschatten sowie Lotbrücken vorgebeugt ist.

Claims (6)

1. TIEDTKE-BUHLING-KINNE-GRUPEi-PElLWANhl-GRAMS-STRUIF-WINTER-ROTH

   Patentanwälte Vertreter beim EPA

   Ttedtke-Bühling-Kinne 4 Partner, 8000 München. POB 20 24 03 Dipl.-Ing. h. Tiedtke

   Dipl.-Chem. G. Buhling Dipl.-Ing. R. Kinna Dipl.-Ing. P. Grupe Dipl.-Ing. B. Pellmann Dipl.-Ing. K. Grams Dipl.-Chem. Dr. B. Struif Dipl.-Ing. K. Winter Dipl.-Ing. R. Roth Bavariaring 4, POB 20 24 03 D-8000 München

   22. Januar 1983

   Gebrauchsmusteranmeldung G 36 14 528.2

   WLS Karl-Heinz Grasmann

   DE 5869

   Schutzansprüche

   1. Lötvorrichtung zum Löten von bestückten Leiterplatten, mit einer Plattenbahn, entlang der die Leiterplatten transportiert werden, und einer Wellenerzeugungsvorrichtung zur Erzeugung einer länglichen Lötwelle, wöbe·, die einzelnen Leiterplatten derart über die Lötwelle geführt werden, daß der Kamm der Löcwelle die Leiterplatten von unten berührt, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheitellinie (28) des Kamms (26) der Lötwelle (24) und die Transporteinrichtung (R) der Leiterplatten (12) entlang der Plattenbahn einen Winkel (ob) ungleich 90° einschließen.
2. 2. Lötvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (c6) zwischen 5° und 85° beträgt.
3. 3. Lötvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (06) zwischen 30° und 60° beträgt.

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4. 4. Lötvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Ränder der Leiterplatten (12) im wesentlichen ein Rechteck bilden, dadurch gekennzeichnet, daß zwei zueinander parallele Ränder (14, 16) der Leiterplatten parallel zur Transport ri ciitung (R) ausgerichtet sind.
5. 5. Lötvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

   wobei die Plattenbahn im Bereich der Lötwelle in Trans&OHgr;

   portrichtung ansteigt, dadurch gekennzeichnet, daß die Lötwelle (24) an ihrem in Transportrichtung (R) weiter hinten liegenden, ersten Ende (30; höher als an ihrem in Transportrichtung weiter vorne liegenden, zweiten Ende (32) ist, so daß die ScheitelIinie (28) der Lötwelle vom ersten zum zweiten Ende abfällt.
6. 6. Lötvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Plattenbahn im Bereich der Lötwelle in Transportrichtung ansteigt, dadurch gekennzeichnet, daß die

   ^O Plattenbahn quer zur Transportrichtung (R) derart geneigt ist, daß der von der eine horizontale ScheitelLinie (28) aufweisenden Lötwelle (24) benetzte Bereich (34) der Leiterplatte (12) im wesentlichen waagerecht verläuft.

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