DE10031071C2 - Anlage zur thermischen Behandlung von Werkstücken - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Anlage zur thermischen Behandlung von
Werkstücken mit einer Prozess- oder Heizkammer, in der mindestens
zwei Prozess- oder Heizkammermodule übereinander angeordnet sind.
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
Temperaturführung, verbunden beispielsweise mit entsprechender Wahl
einer Schutzgasatmosphäre oder dergleichen, in der Prozess- bzw.
Heizkammer ein gezieltes Aufschmelzen des Lotes, wodurch eine elekt
risch 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 Pro
zessparameter wie Durchlaufgeschwindigkeit und die Temperatur der
einzelnen Heizzonen ständig angepasst werden. Dies ist unwirtschaftlich
und führt insbesondere bei hohem maximalen Durchsatz zu erheblichen
Anlagenlängen. Zudem kann aufgrund der Änderung der Verfahrenspa
rameter ein befriedigendes Lötergebnis nicht mit der erforderlichen
Zuverlässigkeit garantiert werden.
In der deutschen Offenlegungsschrift DE 42 01 475 A1 ist eine Vorrich
tung zum Ablüften und Trocknen von plattenförmigen Erzeugnissen
beschrieben, bei denen die Platten, welche über ein Einlaufband zuge
führt werden, auf übereinander angeordnete Prozessbänder der Vorrich
tung verbracht werden, wo die Platten über einen längeren Zeitraum zum
Ablüften verbleiben und anschließend über ein Auslaufband entnommen
werden können. Sämtliche Prozessbänder sind dabei in einer einheitli
chen Prozesskammer angeordnet.
In Patent Abstract of Japan JP 07015133 A ist eine Reflow-Lötanlage
beschrieben, bei der auf einem Förderband herantransportierte Leiter
platten insbesondere in Abhängigkeit von deren Grösse auf zwei über
einander angeordnete separate Förderbänder verteilt werden, welche die
Leiterplatten durch eine gemeinsame Prozesskammer transportieren.
Über dem oberen Transportband und unter dem unteren Transportband ist
jeweils eine Heizeinrichtung angeordnet; die dadurch erzeugte Heißluft
wird mittels Ventilatoren auf die Transportoberfläche der Transportbän
der geblasen.
In der deutschen Offenlegungsschrift DE 198 02 833 A1 wird eine
Reflow-Lötanlage beschrieben, bei der auf einem Förderband zugeführte
Leiterplatten einem Heiztunnel zugeführt, dort über eine Hub- und
Absenkeinrichtung vom Förderband abgehoben und im Heiztunnel
ringförmig quer zur horizontalen Zuführrichtung bewegt werden. Nach
dem ringförmigen Umlauf erfolgt ein Absenken der Leiterplatten durch
die Hub- und Absenkeinrichtung auf das Förderband und eine Ausgabe
aus der Anlage.
In der deutschen Offenlegungsschrift DE 197 49 187 A1 wird eine Wel
lenlötanlage beschrieben, mit der Leiterplatten mittels einer Lotwelle in
einer Schutzgasatmosphäre belötet werden können. Die Schutzgasatmo
sphäre wird in einer modular aufgebauten Ummantelung der Transport
vorrichtung der Leiterplatten durch die Anlage erzeugt.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorlie
genden Erfindung, eine Anlage zur thermischen Behandlung von Werk
stücken zu schaffen, mit welcher der Durchsatz auf wirtschaftliche und
zuverlässige Art und Weise erhöht werden kann.
Dies Aufgabe wird durch eine Anlage nach der Lehre des Patentan
spruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unter
ansprüche.
Die erfindungsgemäße Anlage weist eine Prozess- oder Heizkammer auf,
in der mindestens zwei Prozess- oder Heizkammermodule übereinander
angeordnet sind. Die Prozess- oder Heizkammermodule sind an ihren zur
Transportrichtung parallelen Seitenwänden im wesentlichen geschlossen
und an den quer zur Transportrichtung weisenden Seiten offen. Jedes
Prozess- oder Heizkammermodul weist mindestens eine separate das
Prozess- oder Heizkammermodul vollständig durchgreifende Transport
vorrichtung 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.
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 Heizkammermodule transportiert werden können. Dadurch
können bei unveränderter Anlagen- und damit Prozessstreckenlänge die
erprobten Prozessparameter wie z. B. Durchlaufgeschwindigkeit und
Temperaturverteilung innerhalb der Prozess- und Heizkammermodulen
unabhängig vom Durchsatz im wesentlichen konstant gehalten werden;
die Durchsatzerhöhung erfolgt ausschließlich durch die Parallelanord
nung von praktisch beliebig vielen Prozess- oder Heizkammermodule,
wobei zudem unterschiedliche Auslastungen ebenfalls nicht zu einer
wesentlichen Änderung dieser Prozessparameter führen.
Durch das Vorsehen einzelner Prozess- oder Heizkammermodule lässt
sich in den einzelnen Modulen 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 auswech
selbar anordenbar, beispielsweise auf einfache Weise in entsprechende
Halteführungen einschiebbar, sind.
In grundsätzlich beliebiger Weise kann die Temperaturverteilung bzw.
die Verteilung der übrigen Prozessparameter in Transportrichtung konstant
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 Heizvorrich
tung 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.
Ein besonders wirtschaftlicher modularer Aufbau ergibt sich, wenn, wie
nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgesehen, die Trans
portvorrichtung integraler Bestandteil des jeweiligen Prozess- und
Heizkammermoduls ist. Dazu kann beispielsweise die Transportvorrich
tung am Boden der jeweiligen Prozess- oder Heizkammermodule ange
ordnet 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
einzelner Prozess- oder Heizkammermodule an höhere Kapazitätsanfor
derungen angepaßt werden und umgekehrt.
Insbesondere wenn die erfindungsgemäße Anlage Teil einer automatisier
ten 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
manuell, 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 weite
ren 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
werden
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 (14)
1. Anlage zur thermischen Behandlung von Werkstücken mit einer Pro
zess- oder Heizkammer, in der mindestens zwei Prozess- oder Heiz
kammermodule (7, 8, 9, 10, 13) übereinander angeordnet sind, die an
den zur Transportrichtung parallelen Seitenwänden im wesentlichen
geschlossen und an den quer zur Transportrichtung verlaufenden Sei
ten offen sind, wobei jedes Prozess- oder Heizkammermodul (7, 8, 9,
10, 13) mindestens eine separate das Prozess- oder Heizkammermo
dul (7, 8, 9, 10, 13) vollständig durchgreifende Transporteinrichtung
(16, 17) aufweist, mit der die zu behandelnden Werkstücke durch die
Prozess- oder Heizkammer transportierbar sind.
2. Anlage nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Prozess- oder Heizkammer und/oder mindestens eines der
Prozess- oder Heizkammermodule (7, 8, 9, 10, 13) in Transportrich
tung nacheinander angeordnete Prozess- oder Heizzonen aufweist.
3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass jedes Prozess- oder Heizkammermodul (7, 8, 9, 10, 13) mindes
tens eine separate Heizvorrichtung aufweist.
4. Anlage nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest zwei Prozess- oder Heizkammermodule (7, 8, 9, 10,
13) mindestens eine gemeinsame Heizvorrichtung aufweisen.
5. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
gekennzeichnet durch
einen gestell- oder rahmenartigen Aufbau (2), in dem die Prozess-
oder Heizkammermodule (7, 8, 9, 10, 13) stapelartig übereinander
auswechselbar anordenbar sind.
6. Anlage nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Transportvorrichtung (16, 17) integraler Bestandteil des je
weiligen Prozess- und Heizkammermoduls (7, 8, 9, 10, 13) ist.
7. Anlage nach Anspruch 5 oder 6,
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
Aufbau (2) einbringbar oder aus diesem entnehmbar sind.
8. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass am Eingang und/oder Ausgang der Prozess- oder Heizkammer
bzw. der Prozess- oder Heizkammermodule (7, 8, 9, 10, 13) eine Ver
teilvorrichtung (18, 19) angeordnet ist, mit der die Werkstücke wahl
weise dem jeweiligen Prozess- oder Heizkammermodul (7, 8, 9, 10,
13) zuführbar sind.
9. Anlage nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Verteilvorrichtung (18, 19) im wesentlichen paternosterartig
ausgebildet ist.
10. Anlage nach Anspruch 8 oder 9,
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.
11. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass in jedem Prozess- oder Heizkammermodul (7, 8, 9, 10, 13) je
weils mindestens zwei Transportvorrichtungen (16, 17) nebeneinan
der angeordnet sind.
12. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Transportvorrichtung (16, 17) als Ketten- oder Bandför
dereinrichtung ausgebildet ist.
13. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Anlage als Lötanlage, insbesondere als Reflow-Lötanlage,
ausgebildet ist.
14. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Anlage als Trocken- oder Aushärteanlage für Kunststoffe
oder Klebstoffe ausgebildet ist.
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