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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Wellenlöten von
Werkstücken,
die Mittel zum Bewegen des der Lötbehandlung
zu unterziehenden Werkstücks
entlang einer bestimmten Bahn über
mindestens eine über
einem Lotreservoir erzeugte Lötwelle
aufweist, wobei sich über
dem Lotreservoir eine Schutz- und/oder Aktivgasatmosphäre einer
ersten Zusammensetzung unter weitgehendem Ausschluss von Sauerstoff
befindet, und wobei Mittel zum Einbringen des Schutz- und/oder Aktivgases
sowie eine Einhausung vorgesehen sind, wobei die Einhausung so ausgebildet
ist, dass sie zumindest die wesentlichen Teile einer Lötzone, nämlich die
Lötwelle
und das Lotreservoir, zumindest zum Teil einhaust und wobei die
Einhausung so ausgebildet ist und die Bahn so verläuft, dass
zumindest ein Teil des Werkstücks
zumindest mit einem Teil der Lötwelle
in Berührung
kommt. Desweiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren
zum Wellenlöten
von Werkstücken,
wobei das der Lötbehandlung
zu unterziehende Werkstück
entlang einer bestimmten Bahn über
mindestens eine über
einem Lotreservoir erzeugte Lötwelle
bewegt wird, wobei über
dem Lotreservoir eine Schutz- und/oder Aktivgasatmosphäre einer
ersten Zusammensetzung unter weitgehendem Ausschluss von Sauerstoff
ausgebildet wird und wobei das eingebrachte Schutz- und/oder Aktivgas
sowie zumindest das Lotreservoir und die Lötwelle als wesentliche Teile
der Lötzone
von einer Einhausung zumindest zum Teil so abgeschirmt werden und
die Bahn des Werkstücks
so geführt
wird, dass zumindest ein Teil des Werkstücks zumindest mit einem Teil
der Lötwelle
in Berührung
kommt
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Die
bekannten Anlagen zum Wellenlöten
unter Schutzgasatmosphäre
können
im Wesentlichen in zwei Kategorien unterteilt werden. Es gibt sogenannte
Tunnelmaschinen und Atmosphärenlötmaschinen, die
häufig
partiell im Lötbereich
mit einer Abdeckung versehen sind.
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Das
Löten unter
Schutzgasatmosphäre
weist bekanntermaßen
viele Vorteile auf. Es seien hier nur einige wenige genannt. Beipielsweise
ermöglicht
die Schutzgasatmosphäre
eine z.T. erhebliche Reduzierung des benötigten Flussmittels. Die Schutzgasatmosphäre, die
in der Regel inert ist und so einen weitgehenden Ausschluß von Sauerstoff
aus der den Lötvorgang
umgebenden Atmosphäre
zu Folge hat, verhindert oxidative Vorgänge.
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Das
Wellenlöten
unter Schutzgasatmosphäre
in einer Tunnelmaschine erzeugt bekanntlich ein sehr gutes Lötergebnis,
erfordert jedoch in der Regel große Mengen an Schutzgas, so
dass vergleichsweise hohe Betriebskosten entstehen. Dabei findet
sowohl das Vorwärmen
der Werkstücke,
der eigentliche Lötvorgang
und eine anschließende
Abkühlung
unter Schutzgasatmosphäre
statt.
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Das
Löten unter
Schutzgas in einer Atmosphärenlötmaschinen
mit einer teilweisen Abdeckung über
dem eigentlichen Lötbereich
ermöglicht
nur einen Teil der Vorteile verglichen mit einer Tunnelmaschine,
wobei die Betriebskosten durch einen deutlich reduzierten Inertgasverbrauch
erheblich gesenkt werden können.
Eine derartige Maschine ist beispielsweise in der Druckschrift
DE 195 41 445 B4 beschrieben.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es eine verbesserte Vorrichtung zum
Wellenlöten
zur Verfügung
zu stellen, die hinsichtlich des Verbrauchs an Schutzgas und der
Einwirkmöglichkeiten
durch das Schutzgas auf das Werkstück optimiert ist. Desweiteren
ist es Aufgabe der vorliegende Erfindung ein entsprechendes, verbessertes
Verfahren anzugeben.
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Vorrichtungsseitig
wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, dass zusätzlich zu
der Lötzone
zumindest noch eine weitere Zone vorgesehen ist, in der das Werkstück sich
vor oder nach der Lötbehandlung
zumindest für
kurze Zeit befindet, wobei ein Gehäuse vorgesehen ist, dass die
Lötzone
und mindestens die weitere Zone umgibt, und Mittel zum Einbringen
einer Schutz- und/oder Aktivgasatmosphäre einer zweiten Zusammensetzung
in das Gehäuse
vorgesehen sind, wobei die Schutz- und/oder Aktivgasatmosphäre der ersten
Zusammensetzung zumindest teilweise von der Schutz- und/oder Aktivgasatmosphäre der zweiten
Zusammensetzung umgeben ist. Durch diese Ausgestaltung wird in der
Vorrichtung eine Lötzone
mit einer eigenen Schutzgasatmosphäre geschaffen, wobei die Schutzgasatmosphäre der Lötzone (erste
Schutzgasatmosphäre)
vorteilhaft nicht direkt an die Umgebungsluft angrenzt, sondern lediglich
in Kontakt mit der zweiten Schutzgasatmosphäre kommt. Die weitere Zone
kann beispielsweise der Vorwärmung
des Werkstücks
dienen. Desweiteren kann noch eine weitere Zone der Abkühlung des Werkstücks nach
erfolgtem Lötvorgang
dienen.
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Häufig wird
jedoch auch ein separater Abkühlbereich
der erfindungsgemäßen Vorrichtung nachgeschaltet.
In diesem Fall weist die Vorrichtung in der Regel lediglich eine
weitere Zone auf. Die Möglichkeit
in den einzelnen Zonen Schutz- und/oder Aktivgasatmosphären mit
unterschiedlicher Zusammensetzung zu verwenden, hat sich als sehr
vorteilhaft herausgestellt. Der Einsatz einer bestimmten Zusammensetzung
kann im Hin blick auf die Ausnutzung der Schutz- und/oder Aktivgaswirkung
auf das Werkstück,
z.B. auch im Vorwärmbereich,
im Hinblick auf die gewünschte
Lötqualität oder im
Hinblick auf andere Gesichtspunkte optimiert werden. Beispielsweise
kann die Vorwärmung
des Werkstücks
oder die Aktivierung des Flussmittels mit einer anders zusammengesetzten
Schutzgasatmosphäre
durchgeführt werden
als der eigentliche Lötvorgang.
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Die
Schutz- und/oder Aktivgasatmosphäre wird
im Folgenden der Einfachheit und Kürze wegen nur noch Schutzgasatmosphäre genannt.
Es sei jedoch an dieser Stelle ausdrücklich darauf hingewiesen,
dass immer auch Aktivgas von dem Begriff umfasst wird.
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Ein
wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin,
dass sie eine Doppelnutzung des Schutzgases ermöglicht. Beipielsweise wird
ein Inertgas, z.B. Stickstoff, das aus der Lötzone ausgetragen wird, in
der weiteren Zone, z.B. beim Vorwärmen und/oder vorgeschaltetem
Inertisieren des Werkstücks
nochmal genutzt. Dieses Gas wäre ohne
das erfindungsgemäße Gehäuse ohne
weitere Nutzung in die Umgebung entwichen.
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Gemäß einer
besonders vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung
ist also die weitere Zone als Vorwärmzone für das Werkstück ausgebildet
und der Lötzone
vorgeschaltet.
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Gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung ist die weitere Zone als Kühlzone für das Werkstück ausgebildet
und der Lötzone
nachgeschaltet.
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Gemäß einer
besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist eine oder
mehrere der weiteren Zonen jeweils eine eigene Haube auf, die zur
Einhausung und Trennung der jeweiligen Schutz- und/oder Aktivgasatmosphäre der jeweiligen
Zone vorgesehen ist. Damit kann jeden Zone mit einer für sie optimalen
Schutzgasatmosphäre
ausgestattet werden.
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Besonders
vorteilhaft ist die Einhausung unterhalb der Bahn des Werkstücks angebracht,
wodurch sich eine Minimierung des einzuhausenden Volumens und damit
auch eine Minimierung des Schutzgasbedarfs ergibt. Darüberhinaus
wird hiermit auch die Zugänglichkeit
der Lötzone
verbessert und damit der Wartungsaufwand reduziert.
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Bevorzugt
sind Mittel zum Steuern und/oder Regeln der Zusammensetzungen der
Schutzgasatmosphären
vorgesehen. Dadurch ergeben sich sehr vorteilhaft getrennt einstell-
und/oder regelbare Schutzgasatmosphären in den Bereichen der ersten und
der zweiten Schutzgaszusammensetzung.
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Besonders
bevorzugt ist demnach je eine Einrichtung zum Steuern und/oder Regeln
der Zusammensetzung der einzelnen Schutzgasatmosphäre vorgesehen,
wobei jede einzeln einstell- und/oder regelbar ist.
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Darüberhinaus
ist mit besonderem Vorteil eine übergeordnete
Steuer- und/oder Regeleinrichtung zum Einstellen und/oder Regeln
der Zusammensetzungen der Schutzgasatmosphären vorgesehen, die die einzelnen
Zusammensetzungen nach einer vorbestimmten Beziehung zueinander
aufeinander abstimmt.
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Zweckmäßigerweise
sind die Mittel zum Einbringen einer ersten und/oder zweiten Schutzgasatmosphäre als Gasdiffusoren
ausgebildet. Beispielsweise sind die Gasaustrittsöffnungen
der Gasdiffusoren für
die erste Schutzgasatmosphäre
auf die Wandungen des Gehäuses
und/oder der Einhausung gerichtet, wodurch eine annähernd homogene
Verteilung des Schutzgases innerhalb der Einhausung erreicht wird.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung sind die Gasdiffusoren
als perforiertes Rohr ausgebildet. Die Mittel zum Einbringen der
Schutzgasatmosphäre
können
beispielsweise auch vorteilhaft als Injektoren oder Lanzen ausgebildet
sein. Insbesondere die Mittel zum Einbringen der Schutzgasatmosphäre der zweiten
Zusammensetzung können
vorteilhaft als drehbare Lanzen ausgeführt sein, mit deren Hilfe eine
gezielte Beeinflussung der Strömungsrichtung
der zweiten Schutzgasatmosphäre
ermöglicht wird.
Gemäß einer
alternativen Ausgestaltung können
jedoch die Mittel zum Einbringen einer Schutzgasatmosphäre einer
zweiten Zusammensetzung auch lediglich durch das Einströmen des
aus der ersten Schutzgasatmosphäre
austretenden Gasüberschusses
verwirklicht sein. Dabei bildet dann die Schutzgasatmosphäre der zweiten
Zusammensetzung eine Art Pufferzone zur Umgebung deren Zusammensetzung
sich von der Umgebung und von der Zusammensetzung der ersten Schutzgasatmosphäre unterscheidet.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung
ist die Einhausung so ausgestaltet, dass die sich ausbildende Strömung der
Schutzgasatmosphäre
der ersten Zusammensetzung im wesentlichen parallel zur Oberfläche der
Lötwelle
verläuft.
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Verfahrensseitig
wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, dass das Werkstück zusätzlich zur Lötzone zumindest
noch eine weitere Zone passiert, wobei die Lötzone und mindestens die weitere
Zone durch ein Gehäuse
von der Umgebung abgeschirmt werden und eine Schutz- und/oder Aktivgasatmosphäre einer
zweiten Zusammensetzung in das Gehäuse eingebracht wird.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung passiert das Werkstück vor dem
Lötvorgang
eine weitere Zone, in der das Werkstück vorgewärmt wird. Gemäß einer
ebenfalls vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung passiert das
Werkstück nach
dem Lötvorgang
eine weitere Zone, in der das Werkstück abgekühlt wird.
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Gemäß einer
besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden eine
oder mehrere der weiteren Zonen und deren Schutz- und/oder Aktivgasatmosphären jeweils
mit Hilfe einer eigenen Haube abgeschirmt.
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Bevorzugt
wird die sich beim Einbringen ausbildende Strömung der Schutzgasatmosphäre der ersten
Zusammensetzung im wesentlichen parallel zur Oberfläche der
Lötwelle
geleitet.
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Besonders
bevorzugt werden als Schutz- und/oder Aktivgasatmosphären Inertgase
oder Inertgasgemische eingesetzt, insbesondere Stickstoff oder stickstoffhaltige
Inertgasgemische.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird eine Schutzgasatmosphäre der ersten Zusammensetzung
eingesetzt, die toxische und/oder brennbare Gase enthält, insbesondere
Wasserstoff. Insbesondere beim Einsatz von Wasserstoff ist es hier
von Vorteil, dass zwei Schutzgasatmosphären unterschiedlicher Zusammensetzung
Verwendung finden. Dadurch kann der Wasserstoffgehalt in der ersten
Schutzgasatmosphäre
z.B. höher
gewählt werden,
ohne dass in der restlichen Prozesszone, z.B. im Vorwärmbereich,
der kritische Wert für
die dort zulässige
Wasserstoffkonzentration überschritten
wird. Für
Wasserstoff liegt dieser Wert in der Regel bei kleiner oder gleich
5% Wasserstoffanteil in der Schutzgasatmosphäre für die Schutzgasatmosphäre der zweiten
Zusammensetzung.
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Mit
besonderem Vorteil wird eine Schutzgasatmosphäre der ersten Zusammensetzung
eingesetzt, die mit flüssigem
und/oder gasförmigem
Flussmittel dotiert ist. Durch die erfindungsgemäße Trennung der Schutzgasatmosphären wird
für diese
vorteilhafte Ausgestaltung ein wesentlich reduzierter Verbrauch
an Flussmittel ermöglicht.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung
wird eine Schutzgasatmosphäre
der zweiten Zusammensetzung eingesetzt, die einen geringeren Anteil
an Inertgas enthält
als die Schutzgasatmosphäre
der ersten Zusammensetzung.
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Bevorzugt
werden die Zusammensetzungen der Schutzgasatmosphären gesteuert
und/oder geregelt. Besonders bevorzugt wird die Zusammensetzung
jeder einzelnen Schutzgasatmosphäre
einzeln eingestellt und/oder geregelt. Mit besonderem Vorteil werden
die Zusammensetzungen der Schutzgasatmosphären durch eine übergeordnete
Steuer- und/oder Regeleinrichtung, die die einzelnen Zusammensetzungen
nach einer vorbestimmten Beziehung zueinander aufeinander abstimmt,
eingestellt und/oder geregelt.
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Zusammenfassend
seien im Folgenden einige der vielfältigen Vorteile der vorliegenden
Erfindung dargestellt:
Die Erfindung ermöglicht eine bessere Ausnutzung des
Inertgases, eine bessere Stabilisierung der Zusammensetzung der
Schutzgasatmosphäre,
besonders in der Lötzone
sowie eine Optimierung der Zusammensetzungen der Schutzgasatmosphären in den
einzelnen Prozesszonen, also beispielsweise im Vorwärmbereich,
im Lötbereich
und/oder in einem Abkühlungsbereich.
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Desweiteren
ermöglicht
die vorliegende Erfindung eine vorteilhafte Optimierung des Inertgasverbrauchs
als Funktion der erforderlichen Lötqualität.
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Darüberhinaus
wurde mit der Erfindung eine vorteilhafte Möglichkeit zum Einsatz brennbarer und/oder
toxischer Gase oder Gasgemische, vor allem im Lötbereich gefunden. Es können auch
Formiergas, reiner Wasserstoff und/oder gasförmiges Flussmitel problemlos
eingesetzt werden.
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Die
Vorwärmung
des Werkstücks
und/oder die Aktivierung von Flussmittel kann vorteilhaft bei einer
anders zusammengesetzten Schutzgasatmosphäre erfolgen als der eigentliche
Lötvorgang.
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Die
vorliegende Erfindung ermöglicht
auch die Dotierung der Schutzgasatmosphäre der ersten Zusammensetzung
mit flüssigem
und/oder gasförmigem
Flussmittel, ohne dass nennenswerte Mengen aus der Gesamtanlage
austreten. Die Schutzgasatmosphäre
der zweiten Zusammensetzung weist dabei vorteilhaft eine gewisse
Pufferwirkung auf.
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Besonders
vorteilhaft ist auch die Möglichkeit,
einen gewünschten
Wert für
den Wärmeübergang
in den einzelnen Bereichen der Prozesszone über den Anteil bestimmter Gase
in der Zusammensetzung der einzelnen Schutzgasatmosphären einzustellen.
Beispielsweise wird dazu der Anteil an Helium und/oder Wasserstoff
in der Schutzgaszusammensetzung benutzt.
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Die
Schutzgasatmosphäre
der ersten Zusammensetzung, also die Schutzgasatmosphäre im Lötbereich
ist durch die vorliegende Erfindung unabhängiger von Einflüssen aus
der Umgebung der Lötanlage
geworden, da die Schutzgasatmosphäre der zweiten Zusammensetzung
solche Einflüsse
abpuffert.
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Mit
der Erfindung wird vorteilhaft eine optimale Inertgasausnutzung
und ein optimales Inertgasregime erreicht. Der Inertgaseinsatz läßt sich
nach der gewünschten
Lötqualität planen.
Es wird z.B. eine höhere
Lötqualität bei geringerem
Stickstoffeinsatz als bei einer herkömmlichen Tunnelmaschine zum
Wellenlöten
ermöglicht.
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Die
Strömungsrichtung
der einzelnen Schutzgasatmosphären
kann durch einfache Ausrichtung der Gasdiffusoren beeinflusst werden.
Die Situation an den Öffnungen
des Gehäuses
zum Ein- und Ausbringen der Werkstücke ist vereinfacht, es kann
z.T. ohne Schleusen und mit verminderter Absaugleistung für austretendes
Schutzgas gearbeitet werden. Auch für den Wartungsaufwand ist eine
vorteilhafte Verminderung zu erwarten.
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Die
Erfindung sowie weitere Ausgestaltungen der Erfindung werden im
Folgenden anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
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Die
Figur zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung
zum Wellenlöten
mit Vorwärm-
und Abkühlzone.
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Im
Einzelnen zeigt die Figur eine Vorrichtung 1 zum Wellenlöten eines
Werkstücks 2.
Die Vorrichtung 1 weist ein Gehäuse 3 mit Mitteln 4 zum
Einbringen einer Schutzgasatmosphäre einer zweiten Zusammensetzung
auf. Desweiteren zeigt die Figur eine Einrichtung 5 zum
Vorwärmen
des Werkstücks 2,
eine Einrichtung 6 zum Abkühlen des Werkstücks 2 nach
dem Lötvorgang
und eine Löteinrichtung 15 zwischen
den Einrichtungen 5 und 6. Das Werkstück 2 wird
mit Hilfe von Mitteln 7 zum Bewegen des Werstücks 2 durch
das Gehäuse 3 transportiert.
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In
der Löteinrichtung 15 weist
die Vorrichtung 1 eine Einhausung 8 auf, die das
Lotreservoir 9 einschließlich der Bereiche der Lötwellen 10 und 11 einhaust.
Die für
den Lötprozess
notwendigen Lötwellenscheitel 12 und 13 bleiben
dabei ausgespart. Die Bahn entlang derer das Werkstück 2 über die über dem
Lotreservoir 9 erzeugten Lötwellen 10 und 11 transportiert
wird, verläuft
so, dass zumindest ein Teil des Werkstücks 2 mit den Lötwellen 10 und 11 in
Berührung
kommt.
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Die
Einhausung 8 umfängt
desweiteren Mittel 14 zum Einbringen einer Schutzgasatmosphäre einer
ersten Zusammensetzung. Es ergeben sich somit zwei Bereiche, die
jeweils eine Schutzgasatmosphäre
enthalten, deren Zusammensetzung (erste und zweite) in der Regel
voneinander verschieden gewählt
wird, so dass in den verschiedenen Prozesszonen verschiedene Schutzgasatmosphären vorhanden
sind und auf das Werkstück
und die Vorgänge z.B.
des Vorwärmens
(vgl. Bezugsziffer 5), den eigentlichen Lötvorgang
(vgl. Bezugsziffern 8 bis 15) und den Abkühlvorgang
(vgl. Bezugsziffer 6) einwirken.
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Die
beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltungen durch Steuer- und/oder
Regeleinrichtungen sind in diesem Ausführungsbeispiel nicht dargestellt. Es
sei hier jedoch noch einmal betont, dass sie eine sehr wertvolle
Ergänzung
für die
Praxis darstellen und ein gezieltes Erreichen bestimmter Schutzgasatmosphären wesentlich
erleichtern.