Elektrische Löteinrichtung. 1::s ist bekannt, beim Löten auf die Löt stelle Schall- oder Ultraschallschwingungen einwirken zu lassen. Dieses Verfahren ist be sonders beim Löten von Aluminium und an dern schwer lötbaren Metallen vorteilhaft. Die Schwingungen können hierbei entweder unmittelbar in dem zu lötenden Werkstück erregt werden oder sie können dem Werkstück mittelbar über den Lötbolzen zugeführt wer den. Es ist beispielsweise. bekannt, einen ge wöhnlichen, z.
B. elektrisch beheizten Lötkol ben zu verwenden und an diesen einen magnetostriktiven Schwingungserzeuger an zubauen; der magnetostriktive Schwingkörper ist hierbei mit dem Lötbolzen des Lötkolbens fest verbunden, so dass sieh die Schwingungen des Schwingkörpers auf den Lötbolzen und über diesen auf das Werkstück übertragen.
Die Erfindung betrifft. eine elektrische Löteinrichtung mit einem einen Lötbolzen auf weisenden Lötgerät und mit Mitteln, um die sen. Lötbolzen zu mechanischen, elektrisch erzeugten Schwingungen von wenigstens Schallfrequenz zu veranlassen. Diese Lötein richtung ist erfindungsgemäss derart. ausge bildet, dass sieh der Lötbolzen und der ein Wechselfeld des elektromagnetischen Fre quenzspektrums zur Schwingungserregung des Bolzens erzeugende Teil der Mittel in. einem gemeinsamen Gehäuse des Lötgerätes befinden, aus dem das Arbeitsende des Löt bolzens herausragt, und welches Gehäuse mit. einem Handgriff versehen ist.
Die Mittel zur Schwingungserregung können aus einem magnetostriktiven Schwingungserzeuger be stehen, der mit dem Lötbolzen unbeweglich verbunden ist, wobei ein 'Teil dieser Mittel zweckmässig koaxial zum Bolzen angeordnet wird. Vorzugsweise werden auch die Mittel zur Erzeugung der Lötbolzenwärme in dem Gehäuse angeordnet.
Einige Ausführungsbeispiele des Erfin dungsgegenstandes werden im folgenden an Hand der Zeichnung erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Lötgerät mit einem magneto- striktiv erregten Schwingkörper als Schwin gungserzeuger, welcher Schwingkörper selbst als Lötbolzen dient, zum Teil im Schnitt, zum Teil im Aufriss, Fig. 2 das Lötgerät nach Fig. 1 im Grundriss, Fig. 3 schematisch eine Löteinrichtung, bei der der magnetostriktive stabförmige Schwing körper hohl ausgebildet ist, Fig. 4 eine Löteinrichtung mit induktiver Rückkopplung, bei dem in dem Gehäuse des Lötgerätes lediglich die Generatorinduktivität als Erregerwicklung angeordnet ist, während die für den Schwingbetrieb des Generators notwendigen Schaltelemente ausserhalb dieses Gehäuses angeordnet sind, Fig.
5 eine Schaltung, bei der der Gene rator in Dreipunktschaltung aufgebaut ist und die Induktivität des Schwingkörpers als Erregerwicklung dient, wobei die dazugehö- rige Kapazität auch in dem Gehäuse des Löt gerätes angeordnet ist, und Fig. 6 eine übliche Rückkopplungsschal tung, bei der die Rückkopplungsspule gleich zeitig auch als Erregerwicklung des magneto- striktiven Schwingkörpers dient.
Der stabförmige Lötbolzen 1 in Fig. 1, 2 ist ein magnetostriktiver Schwingkörper und besteht. beispielsweise aus Nickel. Er ist von der zylindrischen Erregerwicklung ? umge ben, die von einem zylindrischen, Tragkörper 3 und den beiden Spulenstirnscheiben 4 ge halten wird.
Der Tragkörper 3 kann beispiels weise aus Kunststoff bestehen,; zur höheren Festigkeit des Gerätes kann er aber auch aus einem nichtmagnetischen Metall hergestellt werden und zweckmässig einen Längsschlitz erhalten, um in ihm eine unerwünschte Wärmewirkung; durch Induktionsströme zu verhüten. Auch die Stirnscheiben 4, sofern sie gleichfalls aus Metall bestehen, erhalten aus dem gleichen Grunde zweckmässig einen Schlitz in radialer Richtung.
Um eine Wärme abstrahlung von dem heissen Lötbolzen 1 auf die Erregerwicklung 2 weitgehend zu ver hüten, ist zwischen diesen beiden Teilen ein Wärmestrahlungs-Reflektor 5 vorgesehen, der vorteilhaft aus einem verspiegelten Glasrohr besteht. Auch der Spiegelbelag kann zur Ver hütung der induktiven Wärmebildung einen Längsschlitz erhalten. Als Abstandhalter zwi schen dem Tragkörper 3 und dem Reflektor 5 ist - in der Zeichnung nur angedeutet eine Asbestschnur eingeklebt.
Die Teile 1 bis 5 befinden sieh in dem Ge häuse 6, das im vorliegenden Falle aus zwei metallischen Halbkugelschalen besteht.
Lediglich das Arbeitsende des Lötbolzens ragt vorn aus dem Gehäuse heraus. Zwischen den beiden Halbkugelschalen ist ein geringer Luftspalt 6a gelassen, um zu verhüten, dass sich in dem metallischen Gehäuse durch In duktionsströme unerwünschte Wärme bildet. Die Einbauteile des Gehäuses sind in dieses lose eingesetzt und durch die Nasen 7 des Ge häuses gegen Verschiebung und Verdrehung geschützt.
Die Kugelform des Gehäuses hat den Vor teil geringster Oberfläche. hierdurch wird auch diejenige Wärme, die das Gehäuse durch Strahlung von der Lötstelle, z. B. einem Zinn bad, her aufnimmt, möglichst klein gehalten.
Die Erregerwicklung 2 ist vorteilhaft so bemessen, dass die von ihr in dein Lötbolzen 1 hervorgerufenen Induktionsströme nicht nur zur Schwingungserrigung des magnetostrik- tiven Lötbolzens dienen, sondern den Lötbol- zen gleichzeitig so erwärmen, dass er minde stens die Schmelztemperatur des Lötmetalles erreicht. Eine zusätzliche Erwärmung des Löt- bolzens zum Schmelzen des Lötzinnes ist bei einer solchen Ausbildung eines Schall- bzw. Ultraschall - Lötgerätes , nicht erforderlich.
Wird eine zusätzliche Wärme trotzdem ge wünscht oder benötigt - z. B. zum häufigen Verlöten grosser Werkstücke - so kann ein einfaches elektrisches Heizelement vorgesehen werden, das innerhalb oder auch ausserhalb des Gehäuses an dem Lötbolzen angebracht wird.
Dieses kann ein elektrisches Widerstands- heizelement, beispielsweise ein Kohlewider standskörper, sein. Besonders einfache Ausbil dungsformen ergeben sieh, wenn eine Heiz- vorrichtung verwendet wird, bei der die Wärme durch den Übergangswiderstand an der Berührungsstelle zweier oder mehrerer in Reihenschaltung in einem Stromkreis angeord neter, elektrisch leitender, sieh kontaktgellend berührender Körper dient.
Einer dieser elek trisch leitenden Körper kann dann von dem Schwingkörper selbst oder Teilen desselben gebildet werden, während sieh als zweiter elektrisch leitender Körper besonders ein Kohlekörper eignet.
Besondere Massnahmen sind im allgemei nen zum Wärmeschutz der Erregerwicklung erforderlich; die Wicklung kann mit einer gegen höhere Temperaturen unempfindlichen Isolation, z. B. durch Einbetten in Keramik oder Einbacken in Kunstharze, versehen. sein. Da die Wicklung wegen der in ihr fliessenden Hoehfrequenzströme zweel#:mässi; aus viel adriger Hoelifrequenzlitze hergestellt wird, ist. es zweckmässiger, die im Gerät entstehende Wärme weitgehend von der Wicklung fernzu halten und möglichst schnell ins Freie abzu leiten.
Als ein solches Mittel zum Schutz der Wicklung ist oben bereits der Reflektor 5 ge nannt. Zur Wärmeableitung ins Freie kann einerseits das Gehäuse des Gerätes günstig ausgebildet und können anderseits besondere Wärmeableitmittel vorgesehen werden.
Die in den eingebauten Teilen des Ge häuses sich entwickelnde Wärme geht, zum Teil durch Wärmestrahlung auf das Gehäuse über und wird von dem Gehäuse an die um gebende Luft weitergegeben. Bei einer Kugel form des Gehäuses - wie also im vorliegen den Falle - ist es hinsichtlich einer weit gehenden Ableitung der Strahlungswärme ins Freie praktisch bedeutungslos, welche Ober fläehenbeschaffenheit. die Innenseite des Ge häuses hat, da in einem Kugelraum jegliche Strahlung letzten Endes von dem Kugel gehäuse aufgefangen wird.
Bei einer andern Raumform des Gehäuses ist es jedoch vorteil haft, die Gehäuseinnenseite mit einer die Wärmestrahlung gut. absorbierenden Ober fläelie zu versehen, insbesondere also schwarz zu halten. Aus den gleichen Überlegungen heraus kann auch die Aussenseite des Ge häuses schwarz gehalten werden, beispiels weise durch eine schwarze Eloxierung. Damit (las Gerät möglichst wenig Strahlungswärme von der Lötstelle her auffängt, kann es jedoch auch von aussen verspiegelt werden.
Als zusätzliche Wärmeableitungsmittel ist in der Zeichnung ein rohrförmiger Wärme ableitungskörper 8 vorgesehen, der vorzugs weise aus Metall - z. B. Aluminium - be steht und sich teils innerhalb und teils ausser halb des Gehäuses 6 befindet. Er ist an dem Tragkörper 3 befestigt, beispielsweise ange kittet oder angeklebt. Der Körper 8 umgibt den hintern Teil des Lötbolzens. Zur weite ren Erhöhung der Wärmeabgabe sind an dem Körper 8 noch Kühlfahnen 9 angebracht, die ebenfalls aus Metall bestehen können.
Zur Halterung des Lötbolzens 1 ist eine Stütze 10 vorgesehen. Diese ist mit ihrem einen Ende an der Mitte des Lötbolzens befe stigt, in der sieh beim Schwingen des Bolzens ein Schwingungsknoten bildet; es werden also praktisch keine Schwingungen. von dem Löt- bolzen auf die Stütze übertragen, zumal wenn die Berührungsfläche zwischen Lötbolzen und Stütze möglichst klein ist, wie es mit punkt förmigem Anschweissen der Stütze am Löt- bolzen erreicht werden kann.
Das andere Ende der Stütze ist aus dem Gehäuse herausgeführt und an dem Wärme ableitungskörper 8 mit Schrauben 10a befe stigt. Die Stütze könnte statt dessen beispiels- weise auch am Tragkörper der Erregerwick lung befestigt sein. Die Stütze 10 hat zu ihrer Versteifung zweckmässig eine Längs rippe oder einen U-förmigen Querschnitt.
Vorteilhaft ist es, den Lötbolzen auswech selbar vorzusehen. Bei dem dargestellten Aus führungsbeispiel in Fig. 1 und 2 brauchen hierzu lediglich die beiden Schrauben 10a gelöst zu werden, mit denen die Stütze an dem Körper 8 angeschraubt ist; Lötbolzen und Stütze sind dann als Ganzes heraus nehmbar. Der Lötbolzen bzw. ein Schwing stab kann auch leicht ausgewechselt werden, wenn er samt seiner Halterung mittels eines Schraub-, Steck- oder Bajonettverschlusses an dem Gerät befestigt wird.
Beispielsweise kann der Wärmeableitungskörper 8 mittels eines Bajonettverschlusses mit dem Tragkörper 3 der Erregerwicklung verbunden werden. Hierbei können Lötbolzen unterschiedlicher Form gegeneinander ausgetauscht werden. Auch kann der Lötbolzen bzw. Schwingkörper so an dem Gerät leicht lösbar angebracht werden, dass er ohne den Wärmeaustausch körper 8 auswechselbar ist; bei dem in Fig. 1 und 2 dargestellten- Gerät wird hierbei der Lötbolzen zweckmässig nach links heraus- gezogen.
Schliesslich ist an .dem Gehäuse des Löt- gerätes noch ein Handgriff 11 angebracht, der vorteilhaft schräg nach hinten gerichtet ist. In dem Handgriff sind gleichzeitig die Stromzuführungsleitungen 12 verlegt, so dass sie einerseits gegen Abknicken am Gerät ge schützt sind und anderseits beim Arbeiten nicht störend im Wege sind. Der Handgriff hat einen sich an das Gehäuse anschmiegen- den Flansch, an den die beiden Halbkugel schalen des Gehäuses angeschraubt sind.
Diese Befestigung des Gehäuses am Hand griff ist bei dem dargestellten Ausführungs beispiel das einzige Mittel zur Verbindung- der beiden Halbkugelschalen miteinander. Bei einem gelegentlichen Öffnen des Gerätes brauchen also lediglich die das Gehäuse mit dem Handgriff verbindenden Schrauben ge löst zu werden, worauf das Gehäuse zerfällt und alle Einbauteile lose zugänglich sind.
Beim Gebrauch wird das Lötgerät an dem schrägen Handgriff so gehalten, dass der Löt- bolzen unter einem Winkel von etwa 45 auf der zu verlötenden bzw. zu verzinnenden Fläche aufgesetzt werden - kann. Hierdurch wird erreicht, dass das Gehäuse nicht die Sicht der Lötstelle versperrt. Damit der Löt- bolzen jedoch trotz dieser Schrägstellung sei ner Achse flächenförmig auf dem Werkstück aufliegt, ist das Arbeitsende des Lötbolzens abgeschrägt.
Das Arbeitsende des Lötbolzens kann auch eine beliebige andere, einem bevorzugten Ver wendungszweck angepasste Form erhalten, beispielsweise kegelförmig oder keilförmig sein, wobei die beiden Keilflächen gegebe nenfalls unterschiedliche Neigungswinkel zur Längsmittelebene des Lötbolzens haben kön nen.
Die Stütze 10 ist bei dem Ausführungs beispiel so geformt, das sie im wesentlichen ausschliesslich längs der hintern Hälfte des Lötbolzens entlangläuft, also den Raum längs der vordern Hälfte des Lötbolzens freilässt. Diese Ausbildung der Stütze ergibt einen zu sätzlichen Vorteil dieses -Gerätes: Sie ermög licht es, das Lötgerät ausser zum Löten wahlweise auch noch für einen andern Zweck zu verwenden, nämlich als Schwinggerät zum Beschallen kleiner Gutmengen in einem Reagenzglas. Hierzu ist lediglich erforder lich, das Lötgerät etwa so zu halten oder an einem Traggestell anzubringen, dass das Ar beitsende des Lötbolzens abwärts gerichtet ist, um alsdann den Lötbolzen in das Reagenz glas einzutauchen.
Das Reagenzglas kann hierbei durch die entsprechend weite Ge- häuseöffnung, aus der der Lötbolzen heraus ragt, bis in das Innere des Gehäuses, und zwar bis etwa. in die Mitte des Gehäuses, ein gresehoben werden, so dass der nunmehr ledig lich als Schwingkörper dienende Lötbolzen weit in das Reagenzglas und das darin be findliche Gut hineinragt.
Auch kann hierfür der Lötbolzen aus dem Lötgerät entfernt werden, und das Reagenz- glas ganz in die Erregerspule des Gerätes hinein geschoben werden. An Stelle des Löt- bolzens wird dann in das Reagenzglas ein ge eigneter magnetostriktiver Körper, vorzugs weise in Stabform, lose eingelegt. Dieser Körper kann beispielsweise aus einem Nickel blechstreifen bestehen, der zu einer geschlitz ten Röhre zusammengerollt ist.
In Fig. 3 ist ein rohrförmiger, also hohler magnetostriktiver Schwinkörper 21 darge stellt, dessen unteres Ende durch einen nie tallischen Stopfen ?? verschlossen ist, und zwar derart, dass es eine zur Längsachse des Schwingkörpers schräge Stirnfläche hat. Die Abschrägung ist zu dem Zweck vorgesehen, damit der Schwingkörper beim Arbeiten schräg auf die zu überziehende Fläche auf gesetzt werden kann. An sieh kann aber das Arbeitsende des Schwingkörpers auch jede beliebige andere dem Verwendungzweck an gepasste Form haben.
Aus schwingungstechnischen Gründen ist bei diesem Ausführungsbeispiel auch das an dere Ende des rohrförmigen Schwingkörpers abgeschrägt, und zwar derart, dass der Schwingkörper in allen Punkten seines Quer- schnittess gleiche Länge hat.
In Innern des hohlen Schwingkörpers ist ein Kohlestab 23 angeordnet, der mittels einer Druekfeder 24 an den Stopfen lierangedi-iickt wird. Das andere Ende der Feder 24 ist an einer im Sehwingkörper fest eingesetzten Halterun gsscheibe <B>'</B>5 befestig letztere ist zweckmässig am Schwingungs- knoten des Schwingkörpers angeordnet,
der im vorliegenden Fall - infolge der unsym- metrischen Verteilung der Massen längs des Schwingkörpers - nicht in der -Titte des Schwingkörpers liegt, sondern etwas nach dem Arbeitsende des Schwingkörpers hin ver schoben ist. Der Kohlestab 23 ist in den durchlochten Scheiben 26 aus Isolierstoff axial geführt.
Zur Schwingungserregung des Schwing körpers dient die in der Zeichnung nur we senhaft dargestellte Erregerwicklung 27. Ferner ist. ein Transformator 28 vorgesehen, dessen Primärseite an. einem Netz von z. B. 220 Volt liegt. und dessen Sekundärwicklung eine Wechselspannung von etwa 4 bis 10 Volt abgibt. Das andere Ende der Sekundärwick lung ist mit dein Schwingkörper leitend ver bunden, und zwar vorteilhafterweise am Schwingungsknoten, während das andere Ende mit der Druckfeder 21 und über diese mit. dem Kohlestab 23 verbunden ist.
Die Wirkungsweise dieser Einrichtung ist folgende: Wird die Erregerwicklung 27 in be kannter Weise an einen Hochfrequenzgene rator angeschlossen, so wird der Schwingkör per 21 zu Längsschwingungen erregt. Wird der Transformator 28 an Spannung gelegt, so fliesst von seiner Sekundärwicklung aus ein Strom über die Scheibe 25, die Druck feder 21 den Kohlestab 23, den Stopfen 22 und den Schwingkörper 21.
Hierdurch erhitzt Sich der als Widerstand wirksame Kohlestab 23 und überträgt seine Stromwärme auf den Stopfen 22 am Arbeitsende des Schwingkör pers, der im vorliegenden Fall beispielsweise als schwingender Lötbolzen dient. Eine noch Stärkere Wärmebildung tritt aber an der Be rührungsfläche zwischen dem Bolzen 23 und dem Stopfen 22 auf, die den Stopfen eben falls erhitzt.
Die Wärmebildung wird durch entspre chende Bemessung der vom Strom durchflos- senen Einzelteile so gross vorgesehen, dass die Erwärmung des Stopfens 22 und somit des Arbeitsendes des Schwingkörpers für :den vorzunehmenden Arbeitsvorgang ausreicht.
Es ist vorteilhaft, den Transformator 28 so zu bemessen, dass die Sekundärseite eine Spannung von höchstens etwa 40 Volt abgibt, so dass das gegen Berührung ungeschützte Ar beitsende des Schwingkörpers keine gefähr liche Berührungsspannung führt. gei dem vorstehend beschriebenen Ausfüh- rungsbeispiel ist eine Sekundärspannung von etwa 4 bis 10 Volt angenommen; der wirk same Erwärmungsstrom hat hierbei eine Stromstärke in der Grössenordnung von etwa 7 0 Ampere.
Die zur Erregung des magnetostriktiven Schwingers erforderliche elektrische Hochfre quenzenergie kann einem an sich beliebigen Hochfrequenzgenerator entnommen werden. Es ist lediglich darauf zu achten, dass die Schwingfrequenz des Generators mit der me- ehanischen Eigenschwingungszahl des Löt- bolzens wenigstens annähernd überein stimmt, der Schwinger also in Resonanz ar beitet.
Da das Lötgerät eine vergleichsweise nur geringe Hochfrequenzteistung benötigt, ist es vorteilhaft, für das Lötgerät einen eigenen Hochfrequenzgenerator zu verwen den, der in einem kleinen kastenförmigen Ge häuse untergebracht werden kann. Ein sol cher Generator kann gleichsam unmittelbar in die Stromzuführungsleitung des Löt- gerätes eingebaut werden, indem er einerseits mit einer gewöhnlichen Leitung an ein belie biges, zweckmässig geerdetes Wechselstrom netz von z. B. 220 Volt und 50 Hz angeschlos sen und anderseits mit einer zweiten, für Hochfrequenzenergie geigneten Leitung mit dem Lötgerät verbunden wird.
Der Gene rator, zweckmässig samt seinem Gehäuse, kann mit Befestigungsösen oder dergleichen zum Aufhängen an der Wand und/oder mit einem Traggriff ortsbeweglich ausgebildet werden.
Bei Lötgeräten mit magnetostriktivem Schwinger wird zweckmässig die Schwing spule des vom Lötgerät baulich entfernten Hochfrequenzerzeugers in dem Lötgerät an geordnet und zugleich als Erregerwicklung des magnetostriktiven Schwingkörpers ausge bildet. Dadurch wird der Aufbau der Ge samteinrichtung einfacher und der Hochfre- quenzerzeuger kann noch kleiner gebaut wer den; letzteres ist besonders erstrebenswert, wenn der Hochfrequenzerzeuger als ein orts bewegliches Zwischengerät in der Zuleitung des Arbeitsgerätes ausgebildet wird, das vor- teilhaft mit Ösen zum Authängen versehen werden kann.
Bei der Verwendung eines eigenerregten Generators mit induktiv angekoppelter Rück kopplungsspule als Hoehfrequenzerzeuger ergibt es sich, dass auch die Rückkopplungs spule des Generators in dein Gehäuse des Löt- gerätes anzuordnen ist. Auch kann diese Rückkoppliingsspule - als zusätzliche Erre gerwicklung des magnetostriktiven Schwing körpers - auf dem Lötholzer angebracht werden.
Uni den Schwingkreis rieht über zu lange Leitungen auseinanderzuziehen, kann in dem Gehäuse auch der Schwingkreiskondensator des Hochfrequenzerzeugers in dem Gehäuse des Arbeitsgerätes untergebracht werden.
In den Fig. 4 bis 6 ist jeweils ein Röhren generator gezeigt, doch kann zur V erwirk- lichung der Erfindung auch ein anderer Ge nerator, z. B. ein Funkenstreckengenerator, verwendet werden. In den Figuren wird dem Generator 31 über die Drossel 3? die Anoden spannung (Gleich- oder Wechselspannung) zugeführt. Die Hochfrequenzenergie wird über den Kondensator 33 abgenommen. Die Gitterspannung wird über den Widerstand 34 vom Gitterstrom erzeugt. Der Magneto- striktionsstab 35 wird mit Gleichstrom aus der Gleichspannungsquelle 36 über die Hoch frequenzdrossel 37 vormagnetisiert.
Die Teile des Arbeitsgerätes sind durch die Linie 38 umgrenzt, die des Hochfrequenzerzeugers durch die gestrichelte Linie<B>39.</B>
In den drei Schaltbeispielen mit selbst erregtem Röhrengenerator werden drei der bekanntesten Schaltungen verwendet. Weitere Schaltungen, wie z. B. die Huth-Kühn-Schal- tung, können mit demselben Erfolg ohne wei teres angewendet werden.
Es können mit dem Lötgerät .dünnere Drähte miteinander verlötet werden wie mit einem normalen Lötkolben. Befindet sich auf den zu verlötenden bzw. zu verzinnenden Flä chen des Werkstückes eine Oxyd- oder Schmutzhaut, so wird diese durch die Schwin gungen sofort zertrümmert, so dass das Löt zinn das nunmehr blanke Metall unmittelbar berührt und sieh innig mit ihm verbindet.
Beim Verlöten grösserer Stücke, beispielsweise elektrischer Klemmen, Schaltkontakte oder sonstiger elektrischer Bauteile oder beispiels weise Dachrinnen, müssen die zum Zwecke der Verlötung zu verzinnenden Teile zu nächst in beliebiger anderer Weise bis auf die Schmelztemperatur des Lötzinns erwärmt. werden. Fährt man dann mit dem schwingen den Lötbolzen samt dem daran befindlichen Zinn über das erhitzte Metall, so ist die be strichene Fläche sofort innig verzinnt.
Das Lötzinn kann aber auch folienförmig auf die Fläche aufgelegt werden, worauf man dann die Lötzinnmasse nur noch mit dem Lötbolzen zu beschallen braucht; auch in diesem Falle genügt es, die zu verzinnende Fläche mit dein Lötbolzen strichweise abzufahren. Das Vor wärmen der zu verzinnenden Teile kann in vielen Fällen, beispielsweise bei Dachrinnen, besonders einfach derart geschehen, dass die Metallteile in heissen Sand gesteckt werden, der sich in einem beheizbaren Behälter von passender Bauform befindet.
Ebenso können aber ein oder mehrere Ge räte derart an einem Traggestell befestigt werden, dass die Arbeitsenden ihrer Lötbolzen in ein Metallschmelzbad, z. B. ein Zinn schmelzbad, eintauchen und dieses beschallen. Werkstücke, die z. B. zum Zwecke der Ver lötung verzinnt werden sollen, brauchen dann lediglich kurzzeitig in das beschallte Schmelzbad eingetaucht zu werden. Je näher die Werkstücke dem Lötbolzen in der Schmelze sind, um so wirksamer ist die Be schallung. Dieses Anwendungsverfahren empfiehlt sieh besonders zum Überziehen kleinerer Teile, z. B. von Drähten, Klemmen und dergleichen, ist aber auch in gossem Massstabe vorteilhaft.
Auch unabhängig von eirein. solchen Schmelzbad kann es bei vielen Arbeiten vor teilhaft sein, das Lötgerät an einem Trag gestell anzubringen und die zii behandelnden Werkstiieke an das Lötgerät heranzuführen.
Die gezeigten Löteinrielitungen beschrän ken siel) rieht auf den Betrieb mit. hohen Schallfrequenzen, wie sie bei maIrietostrik- tiven Schwingern vorliegen, oder gar Ultra schallfrequenzen; diese Einrichtungen kön nen auch mit einem Schwinger von wesent lich niedrigerer Betriebsfrequenz ausgerüstet werden. Beispielsweise haben sich elektro magnetische Schwinger mit einer Arbeitsfre quenz im Bereich von etwa 25 bis 250 Hz gut bewährt.
Die Löteinrichtungen können auch dazu verwendet werden, um nichtmetallische Stoffe, z. B. Kunststoffe, unter der Einwir kung von Schall- oder Ultraschallschwingun gen mit einem metallischen oder nichtmetalli schen Überzug zu versehen, sowie auch um- < ,ekehrt. metallische Stoffe mit einem nicht- rlletallischen Oberzug zu versehen. Die zu überziehenden Gegenstände werden hierzu beispielsweise in eine Schmelze des für .den Überzug zu verwendenden Stoffes, beispiels weise also ein Lötzinnbad, eingetaucht, in das auch das Lötgerät eingetaucht wird.
Es ist. aber in vielen Fällen einfacher, das zu überziehende Werkstück samt dem Überzugs stoff mit dem Lötgerät zu bestreichen. In der Regel, namentlich beim Herstellen metalli scher Überzüge, muss hierbei zum mindesten der Überzugsstoff, meist aber auch das zu überziehende Werkstück, erhitzt werden.
Für das Erhitzen des Werkstückes bei der Anwendung des Lötgerätes gibt es ver schiedene Möglichkeiten. Beispielsweise kann das Werkstück mit einer Gasflamme erhitzt werden. Vorteilhaft ist es, das Werkstück vor und/oder während des Herstellens des Überzuges mittels elektrischer Energie zu erhitzen, vorzugsweise bis auf die Schmelz temperatur des zu verwendenden Überzugs stoffes. Ein solches Verfahren ist in der An wendung besonders einfach, und für den Be trieb der elektrischen Heizmittel kann die gleiche Stromquelle wie für den Betrieb des Lötgerätes verwendet werden.
Zur Durchführung dieses Verfahrens gibt es verschiedene Möglichkeiten. Beispielsweise kann durch das Werkstück oder durch den auf, dem Werkstück aufliegenden Überzugs stoff ein elektrischer Strom hindurchgeleitet werden. In vielen Fällen wird es vorteilhaft sein, die Wärme in dem Werkstück und/oder gegebenenfalls auch in dem Überzugsstoff mittels eines elektromagnetischen Wechsel feldes, insbesondere eines Hochfreqnenzfeldes, zu erzeugen. Ist der zu erhitzende Teil me tallisch, so wird man hierbei ein Spulenfeld und beim Erhitzen nichtmetallischer Stoffe ein Kondensatorfeld verwenden. Schliesslich ist es aber auch möglich, den zu erhitzenden Teil durch Infrarot- bzw.
Wärmestrahlen zu erhitzen, die zweckmässig mittels einer Sam mellinse auf die zu erhitzenden Stellen ge richtet werden. Welches dieser verschiedenen Mittel im Einzelfall zweckmässigerweise an gewandt wird, hängt jeweils von der Art, Form und Grösse des zu erhitzenden Teils ab.
Electric soldering device. 1 :: s is known to allow sound or ultrasonic vibrations to act on the soldering point when soldering. This process is particularly advantageous when soldering aluminum and other difficult-to-solder metals. The vibrations can either be excited directly in the workpiece to be soldered or they can be fed to the workpiece indirectly via the soldering bolt. It is for example. known, a ge ordinary, z.
B. to use electrically heated soldering iron ben and to build a magnetostrictive vibration generator on this; the magnetostrictive vibrating body is firmly connected to the soldering bolt of the soldering iron, so that the vibrations of the vibrating body are transmitted to the soldering bolt and via this to the workpiece.
The invention relates to. an electrical soldering device with a soldering bolt pointing to soldering device and with means to the sen. To induce soldering bolts to mechanical, electrically generated vibrations of at least sound frequency. This Lötein direction is according to the invention such. out forms that see the soldering bolt and an alternating field of the electromagnetic Fre quenzspectrum generating part of the means in. A common housing of the soldering device, from which the working end of the soldering bolt protrudes, and which housing with. is provided with a handle.
The means for vibration excitation can consist of a magnetostrictive vibration generator which is immovably connected to the soldering bolt, a part of these means being conveniently arranged coaxially with the bolt. The means for generating the soldering bolt heat are preferably also arranged in the housing.
Some embodiments of the subject invention are explained below with reference to the drawing. 1 shows a soldering device with a magnetostrictively excited vibrating body as a vibration generator, which vibrating body itself serves as a soldering bolt, partly in section, partly in elevation, FIG. 2 the soldering device according to FIG. 1 in plan, FIG. 3 schematically shows a soldering device in which the magnetostrictive rod-shaped oscillating body is hollow, Fig. 4 shows a soldering device with inductive feedback, in which only the generator inductance is arranged as an excitation winding in the housing of the soldering device, while the switching elements necessary for the oscillating operation of the generator are outside this housing are arranged, Fig.
5 shows a circuit in which the generator is constructed in a three-point circuit and the inductance of the oscillating body is used as the excitation winding, the associated capacitance also being arranged in the housing of the soldering device, and FIG. 6 shows a conventional feedback circuit in which the The feedback coil also serves as the excitation winding of the magnetostrictive oscillating body.
The rod-shaped soldering bolt 1 in Fig. 1, 2 is a magnetostrictive oscillating body and consists. for example made of nickel. Is it from the cylindrical excitation winding? vice ben, which is held by a cylindrical support body 3 and the two reel end disks 4 ge.
The support body 3 can, for example, consist of plastic; to increase the strength of the device, it can also be made of a non-magnetic metal and expediently have a longitudinal slot in order to prevent undesirable heat effects; to prevent by induction currents. The end disks 4, if they are also made of metal, are expediently given a slot in the radial direction for the same reason.
In order to largely prevent heat radiation from the hot soldering bolt 1 to the field winding 2, a heat radiation reflector 5 is provided between these two parts, which advantageously consists of a mirrored glass tube. The mirror coating can also be given a longitudinal slot to prevent inductive heat build-up. As a spacer between tween the support body 3 and the reflector 5 is - glued in the drawing only hinted at an asbestos cord.
Parts 1 to 5 are located in the Ge housing 6, which in the present case consists of two metallic hemispherical shells.
Only the working end of the soldering stud protrudes from the front of the housing. A small air gap 6a is left between the two hemispherical shells in order to prevent undesired heat from forming in the metallic housing as a result of induction currents. The built-in parts of the housing are loosely inserted into this and protected against displacement and rotation by the lugs 7 of the Ge housing.
The spherical shape of the housing has the lowest surface area. As a result, the heat that is absorbed by the housing by radiation from the solder joint, e.g. B. a tin bath, takes in, kept as small as possible.
The excitation winding 2 is advantageously dimensioned so that the induction currents it generates in the soldering bolt 1 not only serve to vibrate the magnetostrictive soldering bolt, but also heat the soldering bolt at the same time so that it reaches at least the melting temperature of the soldering metal. An additional heating of the soldering bolt to melt the soldering tin is not necessary with such a design of a sonic or ultrasonic soldering device.
If additional heat is still desired or required - e.g. B. for frequent soldering of large workpieces - a simple electrical heating element can be provided that is attached to the soldering bolt inside or outside the housing.
This can be an electrical resistance heating element, for example a carbon resistance body. Particularly simple forms of construction result when a heating device is used in which the heat is used through the contact resistance at the point of contact between two or more electrically conductive bodies that are in contact with each other and are arranged in series in a circuit.
One of these electrically conductive bodies can then be formed by the oscillating body itself or parts thereof, while a carbon body is particularly suitable as the second electrically conductive body.
Special measures are generally required to protect the excitation winding from heat; the winding can be provided with an insulation that is insensitive to higher temperatures, e.g. B. by embedding in ceramic or baking in synthetic resins provided. be. Since the winding, because of the high frequency currents flowing in it, doubles #: mässi; is made from a lot of core hoelifrequency braid. It is more practical to keep the heat generated in the device largely away from the winding and to divert it into the open as quickly as possible.
As such a means for protecting the winding, the reflector 5 is already mentioned above. For heat dissipation into the open, on the one hand the housing of the device can be designed favorably and on the other hand special heat dissipation means can be provided.
The heat that develops in the built-in parts of the housing is transferred to the housing in part by thermal radiation and is passed on from the housing to the surrounding air. In the case of a spherical shape of the housing - as in the present case - it is practically irrelevant in terms of extensive dissipation of the radiant heat to the outside which surface quality. the inside of the Ge housing, since any radiation in a spherical space is ultimately captured by the ball housing.
In the case of a different spatial shape of the housing, however, it is advantageous for the inside of the housing to have a good thermal radiation. to provide absorbent upper surface, in particular to keep it black. For the same reasons, the outside of the housing can also be kept black, for example by black anodizing. In order to ensure that the device absorbs as little radiant heat as possible from the solder joint, it can also be mirrored from the outside.
As an additional heat dissipation means, a tubular heat dissipation body 8 is provided in the drawing, which is preferably made of metal - z. B. aluminum - be available and located partly inside and partly outside the housing 6. It is attached to the support body 3, for example, cemented or glued. The body 8 surrounds the rear part of the soldering bolt. To further increase the heat output, cooling tabs 9 are attached to the body 8, which can also be made of metal.
A support 10 is provided to hold the soldering bolt 1. This is BEFE with one end to the middle of the soldering bolt Stigt, in which you see when the bolt vibrates, a vibration node forms; so there are practically no vibrations. transferred from the soldering stud to the support, especially when the contact area between the soldering stud and the support is as small as possible, as can be achieved by spot-welding the support to the soldering stud.
The other end of the support is led out of the housing and BEFE Stigt on the heat dissipation body 8 with screws 10a. The support could instead, for example, also be attached to the support body of the exciter winding. The support 10 appropriately has a longitudinal rib or a U-shaped cross section to reinforce it.
It is advantageous to provide the soldering stud interchangeably. In the exemplary embodiment shown in FIGS. 1 and 2, only the two screws 10a need to be loosened for this purpose, with which the support is screwed to the body 8; The soldering bolt and support can then be removed as a whole. The soldering bolt or a vibrating rod can also be easily replaced if it is attached to the device together with its holder by means of a screw, plug or bayonet lock.
For example, the heat dissipation body 8 can be connected to the support body 3 of the field winding by means of a bayonet lock. Soldering bolts of different shapes can be exchanged for one another. Also, the soldering bolt or oscillating body can be easily detachably attached to the device so that it can be replaced without the heat exchange body 8; In the case of the device shown in FIGS. 1 and 2, the soldering bolt is expediently pulled out to the left.
Finally, a handle 11 is attached to the housing of the soldering device, which is advantageously directed obliquely backwards. In the handle, the power supply lines 12 are laid at the same time, so that on the one hand they are protected against kinking on the device and on the other hand are not bothersome when working. The handle has a flange that nestles against the housing and onto which the two hemispherical shells of the housing are screwed.
This fastening of the housing on the handle is in the illustrated embodiment, for example, the only means for connecting the two hemispherical shells to one another. If the device is opened occasionally, only the screws connecting the housing to the handle need to be solved, whereupon the housing disintegrates and all built-in parts are loosely accessible.
During use, the soldering device is held on the inclined handle in such a way that the soldering bolt can be placed on the surface to be soldered or tinned at an angle of approximately 45 °. This ensures that the housing does not block the view of the solder joint. However, so that the soldering stud lies flat on the workpiece despite this inclined position of its axis, the working end of the soldering stud is beveled.
The working end of the soldering bolt can also have any other shape adapted to a preferred application purpose, for example conical or wedge-shaped, the two wedge surfaces possibly having different angles of inclination to the longitudinal center plane of the soldering bolt.
The support 10 is shaped in the embodiment, for example, that it runs essentially exclusively along the rear half of the soldering bolt, that is, the space along the front half of the soldering bolt is free. This design of the support results in an additional advantage of this device: It makes it possible to use the soldering device for another purpose in addition to soldering, namely as a vibrating device for sonicating small amounts of material in a test tube. All that is required for this is to hold the soldering device or to attach it to a support frame so that the working end of the soldering bolt is directed downwards in order to then dip the soldering bolt into the test tube.
The test tube can here through the correspondingly wide housing opening, from which the soldering bolt protrudes, into the interior of the housing, namely up to about. in the middle of the housing, so that the soldering bolt, which is now only used as a vibrating body, protrudes far into the test tube and the items it contains.
For this purpose, the soldering bolt can also be removed from the soldering device and the test tube pushed all the way into the excitation coil of the device. Instead of the soldering bolt, a suitable magnetostrictive body, preferably in the form of a rod, is then loosely inserted into the test tube. This body can for example consist of a nickel sheet metal strip which is rolled up to form a schllitz th tube.
In Fig. 3 is a tubular, so hollow magnetostrictive oscillating body 21 Darge provides, the lower end of which is never metallic plug ?? is closed, in such a way that it has an end face which is inclined to the longitudinal axis of the oscillating body. The bevel is provided so that the vibrating body can be placed at an angle on the surface to be covered when working. However, the working end of the oscillating body can also have any other shape that is adapted to the intended use.
For reasons of vibration technology, in this exemplary embodiment the other end of the tubular vibrating body is also beveled in such a way that the vibrating body has the same length in all points of its cross section.
In the interior of the hollow oscillating body there is a carbon rod 23, which is pushed along the stopper by means of a compression spring 24. The other end of the spring 24 is fastened to a holding disk that is firmly inserted in the oscillating body, the latter being expediently arranged at the vibration node of the oscillating body,
which in the present case - due to the asymmetrical distribution of the masses along the vibrating body - does not lie in the center of the vibrating body, but is shifted slightly towards the end of the working of the vibrating body. The carbon rod 23 is guided axially in the perforated disks 26 made of insulating material.
The excitation winding 27 shown in the drawing is used to excite vibrations of the vibrating body. a transformer 28 is provided, its primary side on. a network of e.g. B. 220 volts. and the secondary winding of which delivers an alternating voltage of approximately 4 to 10 volts. The other end of the secondary winding is conductively ver connected to your vibrating body, advantageously at the vibration node, while the other end with the compression spring 21 and via this with. the carbon rod 23 is connected.
The operation of this device is as follows: If the field winding 27 is connected in a known manner to a high frequency generator, the Schwingkör is excited by 21 to longitudinal vibrations. If the transformer 28 is connected to voltage, a current flows from its secondary winding via the disk 25, the compression spring 21, the carbon rod 23, the plug 22 and the oscillating body 21.
As a result, the carbon rod 23, which acts as a resistor, heats up and transfers its current heat to the plug 22 at the working end of the Schwingkör pers, which in the present case serves, for example, as a vibrating soldering bolt. An even stronger heat build-up occurs on the contact surface between the bolt 23 and the plug 22, which also heats the plug if it is.
The generation of heat is provided by appropriate dimensioning of the individual parts through which the current flows so that the heating of the plug 22 and thus the working end of the oscillating body is sufficient for the work to be carried out.
It is advantageous to dimension the transformer 28 so that the secondary side emits a voltage of at most about 40 volts, so that the working end of the vibrating body that is unprotected against contact does not lead to any dangerous contact voltage. In the exemplary embodiment described above, a secondary voltage of approximately 4 to 10 volts is assumed; the effective heating current has a current strength in the order of magnitude of about 70 amps.
The electrical high frequency energy required to excite the magnetostrictive oscillator can be taken from any high frequency generator. It is only necessary to ensure that the oscillation frequency of the generator at least approximately agrees with the mechanical natural oscillation number of the soldering stud, ie the oscillator works in resonance.
Since the soldering device requires a comparatively low high-frequency power, it is advantageous to use its own high-frequency generator for the soldering device, which can be housed in a small box-shaped housing. Such a generator can be installed directly into the power supply line of the soldering device by connecting it to an arbitrary, appropriately grounded alternating current network of z. B. 220 volts and 50 Hz ruled out and, on the other hand, connected to the soldering device with a second line suitable for high frequency energy.
The generator, expediently together with its housing, can be designed to be movable with fastening eyelets or the like for hanging on the wall and / or with a handle.
In soldering devices with a magnetostrictive oscillator, the voice coil of the high-frequency generator, which is physically removed from the soldering device, is arranged in the soldering device and at the same time forms out as the excitation winding of the magnetostrictive oscillating body. This makes the structure of the entire device simpler and the high-frequency generator can be made even smaller; the latter is particularly desirable if the high-frequency generator is designed as a locally movable intermediate device in the feed line of the working device, which can advantageously be provided with eyelets for hanging.
When using a self-excited generator with an inductively coupled feedback coil as a high frequency generator, the result is that the feedback coil of the generator must also be arranged in the housing of the soldering device. This feedback coil can also - as an additional excitation winding of the magnetostrictive oscillating body - be attached to the soldering wood.
In order to pull apart the resonant circuit via lines that are too long, the resonant circuit capacitor of the high-frequency generator in the housing of the working device can also be accommodated in the housing.
A tube generator is shown in each of FIGS. 4 to 6, but another generator, for example a generator, can also be used to implement the invention. B. a spark gap generator can be used. In the figures, the generator 31 via the throttle 3? the anode voltage (DC or AC voltage) is supplied. The high-frequency energy is taken off via the capacitor 33. The grid voltage is generated via the resistor 34 from the grid current. The magnetostriction rod 35 is premagnetized with direct current from the direct voltage source 36 via the high-frequency choke 37.
The parts of the working device are delimited by the line 38, those of the high-frequency generator by the dashed line <B> 39 </B>
In the three circuit examples with a self-excited tube generator, three of the most well-known circuits are used. Other circuits, such as B. the Huth-Kühn circuit can be used with the same success without further problems.
Thinner wires can be soldered together with the soldering device, just like with a normal soldering iron. If there is an oxide or dirt skin on the surfaces of the workpiece to be soldered or tinned, this is immediately shattered by the vibrations, so that the soldering tin directly touches the now bare metal and looks intimately connected with it.
When soldering larger pieces, such as electrical terminals, switch contacts or other electrical components or example gutters, the parts to be tinned for the purpose of soldering must first be heated in any other way up to the melting temperature of the solder. will. If you then swing the soldering bolt together with the tin attached to it over the heated metal, the coated surface is immediately tinned.
The tin solder can, however, also be placed on the surface in the form of a film, whereupon the tin solder mass only needs to be exposed to sound with the soldering bolt; In this case, too, it is sufficient to run across the area to be tinned with your soldering bolt. In many cases, for example in the case of gutters, the pre-heating of the parts to be tinned can be done particularly easily in such a way that the metal parts are placed in hot sand, which is located in a heatable container of suitable design.
But one or more Ge devices can also be attached to a support frame in such a way that the working ends of their soldering bolts are in a molten metal bath, e.g. B. a tin bath, immerse and sonicate this. Workpieces that z. B. to be tinned for the purpose of soldering Ver, then only need to be briefly immersed in the sonicated weld pool. The closer the workpieces are to the soldering bolt in the melt, the more effective the sound is. This application method is particularly recommended for coating smaller parts, e.g. B. of wires, clamps and the like, but is also advantageous on a cast scale.
Also independent of eirein. such a weld pool it can be advantageous for many work to attach the soldering device to a support frame and bring the zii treated work pieces to the soldering device.
The soldering lines shown are limited to operation. high sound frequencies, such as those found in maIrietostrictive transducers, or even ultrasonic frequencies; these devices can also be equipped with an oscillator with a substantially lower operating frequency. For example, electro-magnetic oscillators with a working frequency in the range of about 25 to 250 Hz have proven themselves well.
The soldering devices can also be used to remove non-metallic materials, e.g. B. plastics, under the influence of sound or ultrasonic vibrations conditions to be provided with a metallic or non-metallic coating, and vice versa <, reversed. to provide metallic materials with a non-metallic coating. For this purpose, the objects to be coated are immersed, for example, in a melt of the substance to be used for the coating, for example a tin solder bath, in which the soldering device is also immersed.
It is. but in many cases easier to coat the workpiece to be coated including the coating material with the soldering device. As a rule, especially when producing metallic coatings, at least the coating material, but usually also the workpiece to be coated, must be heated.
There are various options for heating the workpiece when using the soldering device. For example, the workpiece can be heated with a gas flame. It is advantageous to heat the workpiece before and / or during the production of the coating by means of electrical energy, preferably up to the melting temperature of the coating to be used. Such a method is particularly easy to use, and the same power source can be used to operate the electrical heating means as to operate the soldering device.
There are several options for performing this procedure. For example, an electric current can be passed through the workpiece or through the coating material resting on the workpiece. In many cases it will be advantageous to generate the heat in the workpiece and / or possibly also in the covering material by means of an electromagnetic alternating field, in particular a high frequency field. If the part to be heated is metallic, a coil field is used here and a capacitor field is used when heating non-metallic substances. Finally, it is also possible to use infrared or infrared radiation to heat the part.
Heat rays that are conveniently directed to the areas to be heated by means of a Sam mell lens. Which of these different means is expediently used in the individual case depends on the type, shape and size of the part to be heated.