DE10031071A1 - Anlage zur thermischen Behandlung von Werkstücken - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anlage zum thermischen Behandeln von Werkstücken mit einer Prozess- oder Heizkammer und mindestens einer die Prozess- oder Heizkammer im Wesentlichen vollständig durchgreifenden Transporteinrichtung, mit der die zu behandelnden Werkstücke durch die Prozess- oder Heizkammer transportierbar sind. Dabei sind in der Prozess- oder Heizkammer mindestens zwei Prozess- oder Heizebenen übereinander angeordnet, wobei jede Prozess- oder Heizebene mindestens eine separate Transporteinrichtung (16, 17) aufweist. Vorzugsweise kann eine derartige Anlage als Lötanlage, insbesondere Reflow-Lötanlage, oder als Anlage zum Aushärten oder Trocknen von Kunst- oder Klebstoffen Verwendung finden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur thermischen Behandlung von Werkstücken mit einer Prozess- oder Heizkammer und mindestens einer die Prozess- oder Heizkammer im wesentlichen vollständig durchgreifen­ den Transporteinrichtung, mit der die zu behandelnden Werkstücke durch die Prozess- oder Heizkammer transportierbar sind, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Anlagen der in Rede stehenden Art finden beispielsweise als Lötanlagen, insbesondere Reflow-Lötanlagen, als Anlagen zum Aushärten von Kunst­ stoffen oder Kunststoffteilen oder auch als Anlagen zum Trocknen oder Aushärten von Klebstoffen oder Klebverbindungen Verwendung. Insbe­ sondere finden Anlagen der in Rede stehenden Art Verwendung, um mit elektronischen Bauteilen bestückte Werkstücke, insbesondere Leiter­ platten, mit diesen Bauteilen elektrisch leitend zu verlöten. Dabei sind die Leiterplatten und oder die Bauteile vor dem Einbringen in die Lötan­ lage bereits mit Lot versehen. In der Lötanlage erfolgt aufgrund der Tem­ peraturführung, verbunden beispielsweise mit entsprechender Wahl einer Schutzgasatmosphäre oder dergleichen, in der Prozess- bzw. Heizkammer ein gezieltes Aufschmelzen des Lotes, wodurch eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen den Bauteilen und der Leiterplatte gebildet wird.

Nachteilig bei den bekannten gattungsgemäßen Lötanlagen ist insbeson­ dere, daß der die Produktivität wesentlich bestimmende Durchsatz durch diese bekannten Lötanlagen zunächst nur dadurch vergrößert werden kann, daß die Durchlaufgeschwindigkeit erhöht wird. Dies bedingt jedoch zum einen eine Verlängerung der Durchlaufstrecke - z. B. bei doppelter Durchlaufgeschwindigkeit doppelte Anlagenlänge - und zum anderen müssen bei unterschiedlicher Auslastung der Anlage die Prozessparameter wie Durchlaufgeschwindigkeit und die Temperatur der einzelnen Heizzo­ nen ständig angepaßt werden. Dies ist unwirtschaftlich und führt insbe­ sondere bei hohem maximalen Durchsatz zu erheblichen Anlagenlängen. Zudem kann aufgrund der Änderung der Verfahrensparameter ein befrie­ digendes Lötergebnis nicht mit der erforderlichen Zuverlässigkeit garan­ tiert werden.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorlie­ genden Erfindung, eine gattungsgemäße Anlage zu schaffen, mit welcher der Durchsatz auf wirtschaftliche und zuverlässige Art und Weise erhöht werden kann.

Dies Aufgabe wird durch eine Lötanlage nach der Lehre des Patentan­ spruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Un­ teransprüche.

Die erfindungsgemäße Anlage weist in zunächst bekannter Weise eine Prozess- oder Heizkammer und mindestens eine die Prozess- oder Heiz­ kammer im wesentlichen vollständig durchgreifende Transportvorrichtung auf, mit der die thermisch zu behandelnden, insbesondere zu lötenden Werkstücke, beispielsweise mit Bauteilen bestückte Leiterplatten, durch die Prozess- oder Heizkammer transportierbar sind. In der Prozess- oder Heizkammer erfolgt dabei das Aufschmelzen des Lotes, gegebenenfalls unter Schutzgasatmosphäre oder dergleichen, sowie gegebenenfalls das Abkühlen der Lötverbindungen unter definierten Temperaturbedingungen auf einen bestimmten vorgegeben Wert. Erfindungsgemäß sind in der Prozess- oder Heizkammer mindestens zwei Prozess- oder Heizebenen übereinander angeordnet, wobei jede Prozess- oder Heizebene mindestens eine separate Transporteinrichtung für die Werkstücke aufweist.

Dies bedeutet mit anderen Worten, daß der Durchsatz durch die Anlage erfindungsgemäß dadurch erhöht werden kann, daß die Werkstücke pa­ rallel zueinander im wesentlichen gleichzeitig durch die Anlage bzw. die Prozess- oder Heizkammer transportiert werden können. Dadurch können bei unveränderter Anlagen- und damit Prozessstreckenlänge die erprobten Prozessparameter wie z. B. Durchlaufgeschwindigkeit und Temperaturver­ teilung innerhalb der Prozess- und Heizkammer unabhängig vom Durch­ satz im wesentlichen konstant gehalten werden; die Durchsatzerhöhung erfolgt ausschließlich durch die Parallelanordnung von praktisch beliebig vielen Prozess- oder Heizebenen, wobei zudem unterschiedliche Ausla­ stungen ebenfalls nicht zu einer wesentlichen Änderung dieser Prozesspa­ rameter führen.

In grundsätzlich beliebiger Weise kann die Temperaturverteilung bzw. die Verteilung der übrigen Prozessparameter in Transportrichtung kon­ stant sein. Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung jedoch weist die Prozess- oder Heizkammer und/oder mindestens eine der Prozess- oder Heizebenen in Transportrichtung nacheinander angeordnete Prozess- oder Heizzonen auf. Dadurch ist in einfacher Weise eine örtlich unterschiedliche praktisch beliebige Temperatur- und Prozessparameter­ verteilung realisierbar.

Die Temperaturbeaufschlagung der Prozess- oder Heizkammer bzw. der Prozess- oder Heizebenen kann in beliebiger Weise durch Strahlung oder konvektiv erfolgen, beispielsweise durch elektrische Heizelemente, Gas­ brenner oder die Einleitung von Brenngasen. Nach einem Ausführungs­ beispiel der Erfindung kann jede Prozess- oder Heizebene mindestens eine separate Heizvorrichtung aufweisen, wobei zudem jede Prozess- oder Heizzone jeder Prozess- oder Heizebene eine separate Heizvorrichtung aufweisen kann. Es ist im Gegensatz dazu jedoch ebenfalls möglich, daß zumindest zwei Prozess- oder Heizebenen, gegebenenfalls auch sämtliche Prozess- oder Heizebenen, mindestens eine gemeinsame Heizvorrichtung aufweisen.

In einfachster Weise kann die Erfindung dadurch realisiert werden, daß in einer einheitlichen Prozess- oder Heizkammer die übereinander angeord­ neten Prozess- oder Heizebenen offen, das heißt im wesentlichen ohne Trennwände oder dergleichen angeordnet sind. Nach einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung jedoch sind die Prozess- oder Heizebenen jeweils als kastenartig in Querumfangsrichtung im wesentlichen geschlossenes axial beidseitig offenes Prozess- oder Heiz­ kammermodul ausgebildet. Dadurch läßt sich insbesondere in den einzel­ nen Prozess- oder Heizkammermodulen eine Führung der Temperatur und der sonstigen Prozessparameter erreichen, die vollständig unabhängig von der Größe der gesamten Prozess- und Heizkammer, der Auslastung der Anlage und, damit verbunden, von der Zahl der übereinander angeordne­ ten Prozess- oder Heizkammermodule ist. Zudem läßt sich dadurch ein modularer Aufbau der Anlage realisieren, der leicht an die jeweiligen Kapazitätsanforderungen angepaßt werden kann. Vorzugsweise weist dazu die Anlage einen gestell- oder rahmenartigen Aufbau auf, in dem die Prozess- oder Heizkammermodule stapelartig übereinander auswechselbar anordenbar, beispielsweise auf einfache Weise in entsprechende Halte­ rungen einschiebbar, sind.

Ein besonders wirtschaftlicher modularer Aufbau ergibt sich, wenn, wie nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgesehen, die Trans­ portvorrichtung integraler Bestandteil des jeweiligen Prozess- und Heiz­ kammermoduls ist. Dazu kann beispielsweise die Transportvorrichtung am Boden der jeweiligen Prozess- oder Heizkammermodule angeordnet sein.

Nach einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Anlage eine liftartige Hubeinrichtung auf, mit der die Prozess- oder Heizkammermodule in eine Position bringbar sind, in der sie in der jeweiligen Position in den gestell- oder rahmenartigen Aufbau einbring­ bar oder aus diesem entnehmbar sind. Dadurch kann in einfacher und leichter Weise die erfindungsgemäße Lötanlage durch Hinzufügen einzel­ ner Prozess- oder Heizkammermodule an höhere Kapazitätsanforderungen angepaßt werden und umgekehrt.

Insbesondere wenn die erfindungsgemäße Anlage Teil einer automati­ sierten Fertigung ist, ist nach einem weiteren Ausführungsbeispiel vorge­ sehen, daß am Beginn und/oder Ende der Prozess- oder Heizkammer bzw. der Prozess- oder Heizebenen eine Verteilvorrichtung angeordnet ist, mit der die Werkstücke wahlweise der jeweiligen Prozess- oder Heizebene zuführbar sind bzw. auf die Höhe der jeweiligen Prozess- oder Heizebene bringbar sind. Dabei kann die Ansteuerung der Verteilvorrichtung manu­ ell, ablaufgesteuert oder programmgesteuert erfolgen.

Die Verteilvorrichtung kann nach einem Ausführungsbeispiel im wesent­ lichen paternosterartig ausgebildet sein, wobei die zu verteilenden Werk­ stücke entweder von Hand oder automatisiert einlegbar und dann mittels endlos umlaufender Transportbänder oder -ketten in die jeweilige Positi­ on bringbar sind.

In grundsätzlich beliebiger Weise kann die Übergabe von der Verteilvor­ richtung auf die jeweilige Transportvorrichtung des entsprechenden Pro­ zess- oder Heizkammermoduls unmittelbar erfolgen. Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel jedoch ist zwischen der Verteilvorrichtung und der Transportvorrichtung eine Übergabevorrichtung angeordnet, mit der das Werkstück von der Verteilvorrichtung auf die Transportvorrichtung bzw. von der Transportvorrichtung auf die Verteilvorrichtung übergeben wer­ den kann.

Jede Prozess- oder Heizebene kann mit eine Transportvorrichtung ausge­ bildet sein, die sich im wesentlichen über die gesamte Breite der Prozess- oder Heizebene erstreckt. Vorzugsweise jedoch sind in jeder Prozess- oder Heizebene jeweils mindestens zwei Transportvorrichtungen neben­ einander angeordnet.

Die Transportvorrichtung kann in beliebiger Weise beispielsweise als Ketten- oder Bandfördereinrichtung ausgebildet sein.

In grundsätzlich beliebiger Weise kann die erfindungsgemäße Anlage überall da Verwendung finden, wo eine thermische Behandlung von Werkstücken erforderlich ist. Dazu kann die Anlage insbesondere als Lötanlage, insbesondere Reflow-Lötanlage, als Anlage zum Aushärten von Kunststoffen oder Kunststoffteilen, als Anlage zum Aushärten oder Trocknen von Klebstoffen oder Klebverbindungen oder auch als Anlage zum Trocken oder Aushärten von Lacken oder Beschichtungen Verwen­ dung finden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand lediglich ein Ausführungsbei­ spiel zeigender Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 in schematischer perspektivischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen als Lötanlage ausgebildeten Anlage von schräg vorne; und

Fig. 2 das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ebenfalls in schematischer perspektivischer Darstellung von schräg hinten.

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lötanlage 1 dargestellt. Die Lötanlage 1 weist einen gestell- oder rahmenartigen Aufbau 2 mit Vertikalträgern 3, Längsträgern 4 und Querträgern 5 auf, die insgesamt ein Grundgestell bilden. Aus Gründen einer einfacheren Darstellung sind die gehäuseartigen Verkleidungen oder Abdeckungen der Lötanlage 1 nicht dargestellt. Im Bereich beider Stirnseiten ist der Auf­ bau 2 innen mit schienenartigen Halterungen 6 versehen. In diese schie­ nenartigen Halterungen 6 sind insgesamt vier Prozess- oder Heizkam­ mermodule 7, 8, 9 und 10 eingeschoben und dort befestigt.

Im Bereich der nach vorne weisenden Vertikalträger 3 ist eine liftartige Hubeinrichtung 11 angeordnet, die zwei in Richtung des Pfeils F verfahr­ bare Konsolen 12 aufweist. Auf den Konsolen 12 ist ein weiteres Prozess- oder Heizkammermodul 13 gelagert, das den gleichen Aufbau wie die Prozess- oder Heizkammermodule 7, 8, 9 und 10 aufweist. Das Prozess- oder Heizkammermodul 13 weist einen in Querumfangsrichtung kasten­ artig geschlossenen axial beidseitig offenen Querschnitt mit jeweils zwei Seitenflächenpaaren 14 und 15 auf. Im Innenraum des Prozess- oder Heizkammermoduls 13 sind, wie lediglich schematisch angedeutet ist, zwei Transportvorrichtungen 16 und 16 nach Art eines Kettenförderers nebeneinander angeordnet. Wie aus der Darstellung nach Fig. 1 ersicht­ lich ist, kann das Prozess- oder Heizkammermodul 13, nachdem die Hub­ einrichtung 11 in die dargestellte Höhenposition gebracht ist, in einfacher Weise in Richtung des Pfeils G in den rahmenartigen Aufbau 2 geschoben werden.

Aufgrund dieses modularen Aufbaus ist es beispielsweise möglich, im Aufbau 2 insgesamt fünf gleiche Prozess- oder Heizkammermodule an­ zuordnen, wobei lediglich vier derartiger Module zum Erreichen der ge­ wünschten Auslastung notwendig sind. Tritt nun bei einem Modul eine Störung auf, wird das bisher nicht benötigte Modul aktiviert, so daß keine Unterbrechung im Betrieb auftritt. Das schadhafte Modul kann hingegen stillgelegt und, ebenfalls ohne Betriebsunterbrechung, mittels der Hub­ einrichtung zu Wartungs- und Reparaturzwecken entnommen werden.

Am Eingang der Lötanlage 1 ist eine Verteilvorrichtung 18 angeordnet, die im wesentlichen nach Art eines doppelten Paternosters ausgebildet ist. Zur Beschickung der Lötanlage 1 mit den zu lötenden Werkstücken werden diese manuell oder mittel einer nicht dargestellt automatischen Einrichtung in die Verteilvorrichtung 18 eingelegt und von dieser in die jeweilige Höhenposition gebracht. Mittels einer in den Figuren nicht zu ersehenden Übergabevorrichtung werden die Werkstücke der Verteilvor­ richtung 18 entnommen, an die Transportvorrichtungen der jeweiligen Prozess- oder Heizkammermodule 7 bis 10 übergeben und von diesen Transportvorrichtungen in Richtung des Pfeils H durch die Lötanlage 1 gefördert.

Wie insbesondere Fig. 2 zu entnehmen ist, ist ausgangsseitig an der Löt­ anlage 1 eine weitere Verteilvorrichtung 19 angeordnet, die in ihrem Auf­ bau der Verteilvorrichtung 18 entspricht. Dabei werden über eine nicht dargestellte Übergabevorrichtung die Werkstücke von der jeweiligen Transportvorrichtung an die Verteilvorrichtung 19 übergeben und an­ schließend paternosterartig in eine Position gebracht, in der sie manuell oder automatisch entnommen werden können.

Claims (15)

1. Anlage zur thermischen Behandlung von Werkstücken mit einer Pro­ zess- oder Heizkammer und mindestens einer die Prozess- oder Heiz­ kammer im wesentlichen vollständig durchgreifenden Transportein­ richtung, mit der die zu behandelnden Werkstücke durch die Prozess- oder Heizkammer transportierbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß in der Prozess- oder Heizkammer mindestens zwei Prozess- oder Heizebenen übereinander angeordnet sind, wobei jede Prozess- oder Heizebene mindestens eine separaten Transporteinrichtung (16, 17) aufweist.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Prozess- oder Heizkammer und/oder mindestens eine der Pro­ zess- oder Heizebenen in Transportrichtung nacheinander angeordnete Prozess- oder Heizzonen aufweist.

3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Prozess- oder Heizebene mindestens eine separate Heizvor­ richtung aufweist.

4. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei Prozess- oder Heizebenen mindestens eine ge­ meinsame Heizvorrichtung aufweisen.

5. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Prozess- oder Heizebenen jeweils als kastenartig in Quer­ umfangsrichtung im wesentlichen geschlossenes axial beidseitig offe­ nes Prozess- oder Heizkammermodul (7, 8, 9, 10, 13) ausgebildet sind.

6. Anlage nach Anspruche 5, gekennzeichnet durch einen gestell- oder rahmenartigen Aufbau (2), in dem die Prozess- oder Heizkammermodule (7, 8, 9, 10, 13) stapelartig übereinander auswechselbar anordenbar sind.

7. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Transportvorrichtung (16, 17) integraler Bestandteil des je­ weiligen Prozess- und Heizkammermoduls (7, 8, 9, 10, 13) ist.

8. Anlage nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch eine liftartige Hubeinrichtung (11), mit der die Prozess- oder Heiz­ kammermodule (7, 8, 9, 10, 13) in eine Position bringbar sind, in der sie in der jeweiligen Position in den gestell- oder rahmenartigen Auf­ bau (2) einbringbar oder aus diesem entnehmbar sind.

9. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß am Eingang und/oder Ausgang der Prozess- oder Heizkammer bzw. der Prozess- oder Heizebenen eine Verteilvorrichtung (18, 19) angeordnet ist, mit der die Werkstücke wahlweise der jeweiligen Pro­ zess- oder Heizebene zuführbar sind.

10. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilvorrichtung (18, 19) im wesentlichen paternosterartig ausgebildet ist.

11. Anlage nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Verteilvorrichtung (18, 19)und der Transportvor­ richtung (16, 17) eine Übergabevorrichtung angeordnet ist, mit der das Werkstück von der Verteilvorrichtung (18) auf die Transportvor­ richtung (16, 17) bzw. von der Transportvorrichtung (16, 17) auf die Verteilvorrichtung (19) übergeben werden kann.

12. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Prozess- oder Heizebene jeweils mindestens zwei Trans­ portvorrichtungen (16, 17) nebeneinander angeordnet sind.

13. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Transportvorrichtung (16, 17) als Ketten- oder Bandförderein­ richtung ausgebildet ist.

14. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage als Lötanlage, insbesondere als Reflow-Lötanlage, ausgebildet ist.

15. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage als Trocken- oder Aushärteanlage für Kunststoffe oder Klebstoffe ausgebildet ist.