Verfahren und Vorrichtung zum Verzinnen von Lötfahnen und zum Anlöten an Drähte Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Verzinnen von mit einem Flussmittel benetzten Lötfahnen und zum gleichzeitigen Anlöten an Drähte, für Fernmelde-, insbesondere Fernsprechanlagen, durch Eintauchen in ein Lötbad.
Beim Verzinnen bzw. Verlöten von Lötfahnen durch das in vielen Ausführungsarten bekannte Tauch- lötverfahren soll durch Eintauchen der meist länglichen Lötfahne in ein Lötbad ein grösserer Bereich der Löt fahne mit Zinn bzw. Lötzinn derart überzogen werden, dass ein glatter und an allen Stellen möglichst gleich- mässig starker Zinnüberzug erzeugt wird. Es sollte aus serdem das Zinn-bzw. Lötzinn mit dem Grundwerk- stoff der Lötfahne eine möglichst intensive Bindung eingehen.
Diesen Forderungen versuchte man bisher durch bestimmte Zusammensetzung des Lötbades oder durch Wahl bestimmter Flussmittel gerecht zu werden. In den meisten Fällen zeigten jedoch diese Bemühun gen ungenügende Ergebnisse. Einer dieser Verbesse- rungs-Versuche besteht darin, dass die mit einem Flussmittel benetzte Lötfahne oder ganze Gruppen von Lötfahnen vor dem eigentlichen Tauchvorgang eine Vorwärmzone durchlaufen, in welcher sie auf die für den Lötvorgang erforderliche Löttemperatur gebracht werden.
In dieser Vorwärmzone wird das Flussmittel aktiviert und dadurch die eine spätere Lötung beein trächtigenden Oxydhäute beseitigt. Von Nachteil dabei ist, dass hierbei das Flussmittel schon vor Erreichen des Lötbades verdampft und dass sich dadurch beim Eintauchen der Lötfahne in das Lötbad bereits wieder eine neue Oxydschicht gebildet haben kann, womit der eigentliche Lötvorgang stark beeinträchtigt wird. Nach teilhaft ist weiterhin, dass in der erwähnten Vorwärm zone hitzeempfindliche Bauteile oder Schaltdrahtisolie rungen, die den Lötfahnen zumeist unmittelbar be nachbart sind, durch Wärmestrahlung beschädigt wer den.
Aufgrund- all dieser Unzulänglichkeiten beim Tauchlöten von Lötfahnen ist man in der Löttechnik zumeist auf andere, aufwendigere Lötverfahren, z. B. auf das Löten mit einem Lötschwall oder mit einer Lötwelle ausgewichen.
Durch die Erfindung soll ein Verfahren geschaffen werden, welches geeignet ist, die an sich wirtschaftliche und einfache Tauchlötung von dem Charakter der Unzuverlässigkeit und Zufälligkeit hinsichtlich der Löt- qualität zu befreien.
Dies wird erfindungsgemäss durch ein Verfahren zum Verzinnen von Lötfahnen und zum gleichzeitigen Anlöten an Drähte erreicht, das darin besteht, dass die Geschwindigkeit, mit welcher die Lötfahne in das Löt- bad bis in ihre Tauch-Endlage eingetaucht wird, derart eingestellt ist, dass durch benetzungsgerechte Erwär mung der Lötfahne in einer Benetzungszone unmittel bar oberhalb des Lötbadspiegels durch das flüssige Lot selbst während der Dauer des Eintauchvorganges ein Hochsteigen des flüssigen Lotes an der Lötfahne entge gen der Eintauchrichtung in der Benetzungszone statt findet, und dass die Geschwindigkeit, mit der die Löt- fahne aus dem Lötbad herausgezogen wird,
der Fliess geschwindigkeit des dabei verwendeten flüssigen Lotes entspricht. Unter einer benetzungsgerechten Erwär mung der z. B. in Form eines Stiftes, in Form eines Drahtes oder in Form eines Blechbandes ausgebildeten Lötfahne ist zu verstehen, dass die Lötfahne auf eine Temperatur erwärmt wird, bei welcher das auf der Lötfahne haftende Flussmittel aktiviert wird und somit die Oxydhaut auf der Lötfahnen-Oberfläche beseitigt wird und bei welcher das flüssige Lot sich mit dem festen Lötfahnen-Werkstoff verbindet, also eine Benet zung der Lötfahne mit dem Lot stattfindet.
Dadurch dass diese Erwärmung durch das flüssige Lot selbst bewirkt wird, also der Wärmeübergang nur an den dafür vorgesehenen Stellen, nämlich an den Lötfahnen sehr intensiv erfolgt, ist eine Beschädigung benachbar ter wärmeempfindlicher Bauelemente oder Drahtisolie rungen weitestgehend verhindert. Versuche haben nun ergeben, dass bei Erwärmung der Lötfahne durch das Lot selbst die Lage dieser benetzungsgerecht erwärm ten Benetzungszone bezüglich des Lotbadspiegels bei der Tauchlötung eine entscheidende Rolle spielt. Wird nämlich die Lötfahne erst unterhalb des Lotbadspiegels benetzungsgerecht erwärmt, z.
B. beim zu schnellen Eintauchen, d. h. liegt die Benetzungszone unterhalb des Lotbadspiegels, so besteht die Gefahr, dass das Fluss- mittel beim Eintauchen der Lötfahne in das Lötbad bereits in Höhe des Lotbadspiegels weggespült wird, bevor es seine oxydentfernde Wirkung getan hat.
Eine Benetzung der Lötfahne mit dem Lot wird dabei über haupt nicht oder aber nur teilweise stattfinden. Eine einwandfreie Benetzung findet hingegen dann statt, wenn gemäss der Erfindung die Benetzungszone unmit telbar oberhalb des Lotbadspiegels zu liegen kommt, was dann der Fall ist, wenn bei entsprechender Ein stellung der Eintauchgeschwindigkeit, welche durch die Wärmeleitfähigkeit der Lötfahne, die Aktivierungstem peratur des Flussmittels und die Löttemperatur des speziellen Lotes bestimmt wird,
während der gesamten Dauer des Eintauchvorganges ein Hochsteigen des flüs sigen Lotes an der Lötfahne entgegen der Eintauch richtung in der Benetzungszone, bewirkt durch die Oberflächenspannung und die Ausbreitfähigkeit des flüssigen Lotes, stattfindet. Dabei ist .es gleichgültig, ob die Lötfahne in ein ruhendes; stationäres Lötbad ein getaucht wird, oder ob umgekehrt das Lötbad, wie bei einer vorgeschlagenen Verfahrensform, in Richtung der ruhenden Lötfahne soweit angehoben wird, bis ein Eintauchen der Lötfahne oder der Lötfahnen-Gruppe in das Lötbad erfolgt.
Durch den zweiten erfindungsge- mässen Verfahrensschritt wird gewährleistet, dass nach der durch den ersten Verfahrensschritt erfolgten vor züglichen Benetzung der Lötfahne mit dem flüssigen Lot durch definiertes Herausziehen der Lötfahne aus dem Lötbad ein absolut sauberer und glatter Lötüber- zug auf der Lötfahne entsteht, d. h. dass die Verlötung einwandfreie Ergebnisse zeigt.
Geschieht das Heraus ziehen der Lötfahne aus dem Lötbad zu rasch, also mit einer Geschwindigkeit, die grösser ist als die Fliessge- schwindigkeit des flüssigen Lotes, so findet ein Abriss der an der Lötfahne meniskusartig hochgezogenen Löt- kuppe statt, wodurch sich an der Lötfahne und zwar an den Abrisstellen sogenannte Eiszapfen bilden, die bei sehr eng beieinanderliegenden Lötfahnen die Ge fahr der Brückenbildung oder Verpatzung zwischen benachbarten Lötfahnen in sich bergen.
Andererseits wird die mit Lot überzogene Lötfahnen-Oberfläche bei zu langsamem Herausziehen der Lötfahnen aus dem Löt- bad sehr rauh und ungleichmässig infolge vorzeitiger Oxydation. Wird hingegen die Herausziehgeschwindig keit der Fliessgeschwindigkeit des flüssigen Lotes ange- passt, so kann das Lot kontinuierlich abfliessen, so dass weder ein Abriss noch ein Lotstau, noch eine vor zeitige Oxydation zu befürchten ist, sondern vielmehr eine absolut glatte und gleichmässige Zinnoberfläche entsteht.
Zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit des erfin- dungsgemässen Verfahrens werden gemäss einer ande ren Ausgestaltung der Erfindung die annähernden und entfernden Relativbewegungen der Lötfahne oder dies Lötbades unmittelbar vor und nach dem Tauchvorgang rascher durchgeführt als die Bewegungen während des Tauchvorganges.
Dementsprechend ist gemäss der Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens derart ausgestaltet, dass für die annähernde und entfernde Relativbewegung der Lötfahne gegen über dem Lötbad oder des Lötbades gegenüber der Lötfahne eine Fördereinrichtung vorgesehen ist, die durch einen auf mindestens zwei unterschiedliche Ge schwindigkeiten umschaltbaren Antrieb angetrieben wird.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem in der Zeichnung dargestellten und nachste hend beschriebenen Ausführungsbeispiel.
Es bedeuten: Fig.1 und Fig.2 zwei Schaubilder zur Verdeut lichung des :erfindungsgemässen Verfahrens, Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Vorrich tung zur Durchführung des erfindungsgemässen Ver fahrens, Fig.4 und Fig.5 Teilansichten der Vorrichtung gemäss Fig. 3 in zwei verschiedenen Arbeitsstellungen. Durch die Schaubilder gemäss den Fig. 1 und 2 soll erklärt werden, auf welche Weise eine Tauchlötung z. B. einer Lötfahne 1 zur Erzielung eines optimalen Lötergebnisses nach dem erfindungsgemässen Verfah ren geschieht (Fig. 2) bzw. was geschieht, wenn diese Erkenntnisse nicht berücksichtigt werden (Fig.1).
Dabei sind jeweils auf dien Ordinaten der Schaubilder die Tauchzeiten TZ und auf den Abzissen die Tauchtie fen TL der Lötfahne 1 aufgetragen. Es wird vorausge setzt, dass die Lötfahne 1 über einem Lötbad 2 in ruhender Stellung angeordnet ist, und dass das Lötbad 2 mit einer bestimmten Geschwindigkeit gemäss den Zeitabschnitten t<B>01,</B> t 11, t 21 und t 31 bzw. t 02, t 12, t 22 und t 32 in Richtung der länglichen Lötfahne 1 angehoben wird. Bei der Tauchtiefe L 0l bzw.
L 02 steht der Lötbadspiegel 3 des Lötbades 2 unmittelbar vor der Berührung mit der Lötfahne 1, während bei der Tauchtiefe L 11 bzw. L 12 die Tauch-Endlage der Lötfahne 1 erreicht ist. Es wird weiterhin angenom men, dass bei Fig.1 die Geschwindigkeit, mit welcher durch Anheben des Lötbades 2 die Lötfahne 1 in das Lötbad 2 eingetaucht wird wesentlich grösser ist als die Eintauchgeschwindigkeit bei dem Schaubild gemäss Fig. z.
Beispielsweise handelt es sich bei dem Lötob- jekt um eine 0,5 mm Dicke und 4 mm Breite Lötfahne aus Neusilber, die bei dem Schaubild gemäss Fig. 1 mit einer Geschwindigkeit von 1 m/Min. in das Lötbad 2 bis zur Erreichung der Tauch Endlage L 11 eingetaucht wird, während bei dem Schaubild gemäss Fig.2 die gleiche Lötfahne 1 mit einer Geschwindigkeit von 0,1 m/Min. eingetaucht wird.
In dem Schaubild gemäss Fig. 1 steht das flüssige Lot in der ersten Phase bei t 01 unmittelbar vor der Berührung mit der Lötfahne 1, die die Raumtempera tur von 20 C aufweist. Schon in der zweiten Phase bei t 11 befindet sich die zu verzinnende Lötfahne 1 in folge zu hoher Steiggeschwindigkeit des Lötbadspiegels 3 in ihrer Tauch-Endlage bei L 11, ist also vollständig von dem Lötzinn umgeben.
Infolge der hohen Steigge schwindigkeit konnte sich die eingetauchte Zone der Lötfahne 1 infolge der speziellen Wärmeleitfähigkeit nur bis auf etwa 60 C erwärmen. Da diese Temperatur aber nicht ausreicht, um die mit 4 bezeichnete Fluss mittelschicht, die von vorneherein auf die Lötfahne 1 aufgetragen wurde, zu aktivieren, d. h.
ihre oxydbeseiti- gend'e Wirkung anzuregen, kann auch eine Benetzung des flüssigen Lotes mit der eingetauchten Lötfahnen Zone d. h. eine Verzinnung oder Verlötung noch nicht stattfinden. Dies macht sich dadurch bemerkbar, dass der Lötbadspiegel an der Eintauchstelle nach unten ein gezogen ist, wie dies die Fig. zeigt.
Das etwa bei 90 C flüssig werdende, aber erst bei etwa 185 C aktiv wer dende Flussmittel ist inzwischen flüssig geworden und ist, ohne seine oxydbeseitigende Wirkung ausgeübt zu haben, zum Lötbadspiegel 3 aufgestiegen, wie dies in der Phase t 21 gezeigt ist. Infolge des nicht beseitigten Oxydes auf der eingetauchten Zone der Lötfahne findet eine Be netzung des Lotes mit der Lötfahne nicht statt, was sich immer noch an dem nach unten eingezogenen Lötbad- spiegel 3 bemerkbar macht.
In der Phase t 31 erreicht die Lötfahne 1 die für das Aktivieren des Flussmittels 4 und für eine Lötung überhaupt notwendige Temperatur von etwa 185 C. Da sich das für eine Benetzung unbedingt notwendige Flussmittel jetzt aber nur noch in Höhe des Lotbadspiegels 3 befindet, kann auch nur in dieser Zone knapp oberhalb des Lötbadspiegels 3 eine ein wandfreie Benetzung der Lötfahne 1 mit dem Lot er folgen, was sich dadurch anzeigt, dass sich nunmehr der Lotbadspiegel 3 meniskusartig entgegen der Ein tauchrichtung an der Lötfahne 1 nach oben zieht.
Die übrige Oberfläche der Lötfahne 1 bleibt dagegen ur- verzinnt oder höchstenfalls stellenweise verzinnt.
Wird hingegen, wie dies durch das Schaubild ge- mäss Fig. 2 verdeutlicht werden soll, die Geschwindig keit, mit welcher die Lötfahne 1 in das Lötbad 2 bis in ihre Tauchendlage eingetaucht wird, derart eingestellt, dass durch benetzungsgerechte Erwärmung der Löt- fahne 1 in einer Benetzungszone unmittelbar oberhalb des Lotbadspiegels 3 durch das flüssige Lot selbst, während der Dauer des Eintauchvorganges ein Hoch steigen des flüssigen Lotes an der Lötfahne 1 entgegen der Eintauchrichtung in der Benetzungszone stattfindet, so wird die gesamte zu verzinnende Oberfläche der Lötfahne 1 mit einem gleichmässigen und glatten Lot film überzogen.
Bei t 02 .steht der Lotbadspiegel wie derum unmittelbar vor Berührung mit der mit Fluss- mittel 4 benetzten Lötfahne 1. Durch die vergleichs weise kleine Geschwindigkeit hat bei t 12 die Zone unmittelbar oberhalb des Lotbadspiegels 3 die benet zungsgerechte Temperatur von über 185 C erreicht. D. h. in dieser Benetzungszone findet bereits eine ein wandfreie Verzinnung bzw. Verlötung statt, noch be vor diese Zone den Lotbadspiegel 3 unterschritten hat.
Diese Benetzungsfreudigkeit drückt sich durch den an der Lötfahne 1 entgegen der Eintauchrichtung hoch steigenden Lotbadspiegel 3 aus, welches durch die Oberflächenspannung des Lotes gegenüber der Löt- fahne 1 und durch die Ausbreitfähigkeit des Lotes be wirkt wird. In kontinuierlicher Weise kann. nun eine Ver zinnung der gesamten zu verzinnenden Zone der Löt- fahne 1 über die Phase t 22 bis zur Endphase t 32 bzw. bis zur Tauchtiefe L 12 stattfinden. Dieselben Bedingungen gelten selbstverständlich auch dann, wenn die Lötfahne 1 auf ein ruhendes Lötbad abgesenkt wird. Ebenso ist es möglich, gleichzeitig mit dem Ver zinnen Schaltdrähte, die z.
B. in Öffnungen der Löt- fahne eingelegt sind, mit der Lötfahne zu verlöten.
Beim Herausziehen der Lötfahne 1 aus dem Löt- bad wird, um einen glatten und gleichmässigen Zinn film auf der Lötfahne 1 zu erhalten, die Austauch- Geschwindigkeit der Fliessgeschwindigkeit des dabei verwendeten flüssigen Lotes angepasst. Diese Fliessge- schwindigkeit richtet sich nach der Viskosität des dabei verwendeten Lotes. Auf diese Weise kann das über schüssige Lot von der austauchenden Lötfahne 1, ohne sich zu stauen, und ohne in ihrem Ablauf durch Abriss unterbrochen zu werden, gleichmässig abfliessen.
Fig. 3 zeigt eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens. Mit dieser Vorrich tung sollen im Ausführungsbeispiel Lötfahnen 5 einer Mattenverdrahtung an sich bekannter Art, in welche Lötfahnen 5 abisolierte Schaltdrähte 6 eingelegt sind, verzinnt bzw. verlötet werden. Eine Transporteinrich tung für die Mattenverdrahtung ist der übersichtlich- keit halber in der Figur nicht dargestellt. Die Vorrich tung ist mit einem beheizbaren Vorratsbehälter 7 für das Lot 8 versehen. Nach oben hin ist dieser Vorrats behälter 7 durch eine Abdeckplatte 9 verschlossen.
In die Abdeckplatte 9 eingesetzt und durch sie hindurch greifend ist ein Schacht 10, dessen Grundriss so be messen ist, dass in einem einmaligen Lötvorgang meh- rere, über eine grössere Fläche innerhalb eines be grenzten Raumes verteilte Lötstellen der Mattenver- drahtung verlötet werden können.
Wird nun flüssiges Zinn durch einen derartigen Schacht 10, dessen Innen wand aus einem zinnabstossenden Material besteht, in Richtung seines freien Endes bewegt, so hat das flüs sige Zinn aufgrund seiner hohen Kohäsion und auf grund seiner Reibung an der Innenwand des Schachtes 10 das Bestreben, sich von der Mitte auch nach jeder der vier Wandflächen hin abzurollen. Die Höhe des Schachtes 10 ist nun so bemessen, dass beim Auf wärtsbewegen des flüssigen Zinnes dieses im Bereich des Schachtes 10 mindestens eine einmalige Umwäl zung erfährt. Die Beförderung des Lotes wird durch einen Tauchkolben 11, welcher über einen Hebel 12 mit einer z.
B. durch einen nicht dargestellten Elektro motor antreibbaren Kurvenscheibe 13 in Wirkverbin dung steht, bewirkt. Der Tauchkolben 11 stellt zu sammen mit der Kurvenscheibe 13 und einem An triebsmotor eine Fördereinrichtung 11/13 für das Lot dar. Weiterhin sind in der Fig. zwei entgegen der För- derrichtung des Lotes geneigte Abschirmbleche 14 dar gestellt.
Diese Abschirmbleche haben die Aufgabe, Oxydteile, die sich auf dem ruhenden Lötbadspiegel des Lotvorrates 8 gebildet haben und bei der Förderung des Lotes mit in den Schacht 10 hineingetrieben wer den, an ihrer weiteren Aufwärtsbewegung in Richtung des freien Endes des Schachtes 10 zu hindern. Da sich das Lot bei seiner Aufwärtsbewegung durch den Schacht 10 an der Wandung des Schachtes 10 abwälzt, werden ev.
noch verbliebene Oxydreste und eine sich laufend auf dem Lötbadspiegel bildende Oxydhaut an die Wandung des Schachtes 10 gedrückt und bleiben dort haften, so dass am Ende des Schachtes 10 ein von Oxyden gereinigtes Lot ankommt. Beim Antrieb der Kurvenscheibe 10 in Pfeilrichtung wird das Lot in rascher Bewegung in Richtung des Schacht-Endes be wegt. Die Kurvenscheibe 13 ist nun so bemessen, dass das Lot in dieser ersten Bewegung in eine mit 15 be zeichnete Stellung angehoben wird, wenn die mit 16 bezeichnete Stelle der Kurvenbahn der Kurvenscheibe 13 mit dem Hebel 12 in Verbindung tritt.
Wie die Fig. zeigt, verläuft die Kurvenbahn zwischen der Stelle 16 und der Stelle 17 wesentlich flacher, und zwar um ein derartiges Mass, dass sich das Lot nun in Fortsetzung der Förderbewegung mit verminderter Geschwindigkeit bis in seine Tauch-Endlage 18 bewegt, wo es: entspre chend dem zentrischen Verlauf der Kurvenbahn zwi schen der Stelle 17 und der Stelle 19 verharrt, um dann entsprechend der Fliessgeschwindigkeit des dabei verwendeten Lobes erst mit verminderter, dann mit rascherer Geschwindigkeit wieder in die Ausgangslage zurückzukehren.
Der Verlauf der Kurvenbahn zwi schen den Stellen 16 und 17 ist nun so gewählt, dass das Lot von der Stellung 15 in die Stellung 18 mit einer zur Schaffung einer einwandfreien Verzinnung bzw. Verlötung geeigneten Geschwindigkeit gemäss vorbeschriebenen Verfahrensablauf bewegt wird.
In Fig. 4 ist eine Zwischenstellung .des Lotes zwi schen .der Stellung 15 und der Tauch Endstellung 18 gezeigt, wähnend in Fig.5 letztgenannte Tauch-End- stellung des geförderten Lotes gezeigt ist. Selbstver ständlich ist es möglich, für die Förderung des Lotes mit verschiedenen Geschwindigkeiten z. B. einen loch- streifen-gesteuerten, also ebenfalls selbsttätig arbeiten den Antrieb zu verwenden, oder aber .die Förderung 'des Lotes .durch Pressluft vorzunehmen.