DE10031071C2 - Anlage zur thermischen Behandlung von Werkstücken - Google Patents

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.