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Die
Erfindung betrifft ein Stabendoskop für technische Zwecke, insbesondere
ein Stabendoskop zur Inspektion von Lötprozessen und Verlötungen elektronischer
Bauelemente auf Leiterplatinen.
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Hintergrund
der Erfindung
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Die
rasant fortschreitende Komplexität
elektronischer Bauelemente bedingt deren zunehmend steigende Herstellungskosten.
Bei der Bestückung einzelner
Platinen mit mehreren solcher Bauelemente lohnt es sich bei Ausfall
eines dieser Bauelemente, ein ausgefallenes Bauelement von der Platine
auszulöten
und anschließend
ein neues Bauelement einzulöten.
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Problematisch
bei solchen Reparaturlötungen
sind die erforderlichen hohen Temperaturen. Dies trifft insbesondere
bei Verwendung der neuen bleifreien Lote zu. Die erforderlichen
hohen Löttemperaturen
sind jedoch sowohl für
die Bauelemente als auch für
die Platinen, die in aller Regel selbst mehrschichtig aufgebaut
sind, extrem belastend. Zu hohe Temperaturen, die auf solche Strukturen
einwirken, führen
zu Aufwölbungen
und Verwerfungen sowohl in den Bauelementen als auch der Platine,
und zwar aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten
der miteinander im Verbund verwendeten Werkstoffe. Die für das Umlöten aufzuwendenden
Temperatur-Zeit-Profile müssen
daher sehr genau auf den schmalen Arbeitsbereich zwischen der zum
fehlerfreien Entlöten
und Verlöten
erforderlichen hohen Temperatur und der den Schichtstrukturen maximal
zuträglichen
Temperaturen eingestellt werden.
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Die
für solche
Reparaturlötungen
erforderliche Wärme
wird heute überwiegend
durch Heißgashauben
zugeführt,
die über
die auszulötenden
oder einzulötenden
Bauteile gestülpt
werden. Dabei erfolgt die exakte Positionierung der Hauben in der
Regel mittels eines zentralen und mit Unterdruck beaufschlagten
Ansaugverbinders, der die Heißgashaube in
exakt definierter Position auf dem einzulötenden oder auszulötenden Bauteil
fixiert. Diese Positionierung erfolgt in der Weise, dass der zur
Platinenoberfläche
planparallel ausgerichtete untere Umfassungsrand der Heißgashaube
einen Abstand zur Platinenoberfläche
einhält,
der im Größenordnungsbereich
von ungefähr
einem Millimeter liegt. Zusätzlich wird
die Reparaturbaugruppe von unterhalb der Platine vollflächig mit
einem IR-Wärmestrahler
erhitzt.
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Um
in dieser Umgebung die für
die Lötprozesse
erforderlichen Zeit-Temperatur-Profile optimieren und einhalten
zu können,
aber auch um die einzelnen Lötstadien
auch unmittelbar verfolgen zu können,
werden, soweit möglich,
technische Endoskope zur unmittelbaren optischen Inspektion der
Lötprozesse
eingesetzt. Ein solcher Einsatz von herkömmlichen Endoskopen ist jedoch
aufgrund der hohen Temperaturen des unter der Löthaube austretenden Heißgases nur
dort möglich,
wo die Platinen nicht all zu dicht bestückt sind und einen relativ
großen
Abstand zwischen der Löthaube
und dem Endoskop einzuhalten ermöglichen.
Die bekannten, üblicherweise
senkrecht zur Platinenoberfläche
angesetzten Endoskope, die sich bei diesen Einsätzen auf bis zu 100°C und darüber erwärmen, sind
hier, wie die Praxis zeigt, schnell an die Grenzen ihrer Leistungsfähigkeit
gelangt.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
ein Stabendoskop für
technische Zwecke zu schaffen, das einen Einsatz auch in unmittelbarer
Nähe heißer Objekte
ermöglicht,
insbesondere zur unmittelbaren Beobachtung von Heißgas-Lötungen und Heißgas-Entlötungen.
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Die
Erfindung löst
diese Aufgabe durch ein Stabendoskop für technische Zwecke, das die
im Anspruch 1 genannten Merkmale aufweist.
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Bei
einer zweckmäßigen Weiterbildung
der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der innere Spaltraum mit
einer Einlassöffnung
in Verbindung steht, die konfiguriert ist, das Kühlmittelfluid in den inneren
Spaltraum einzubringen.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass der äußere Spaltraum mit
einer Auslassöffnung
in Verbindung steht, die konfiguriert ist, das Kühlmittelfluid aus dem äußeren Spaltraum
abzuführen.
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Eine
vorteilhafte Ausführungsform
der Erfindung sieht eine Fluidverbindung zwischen dem inneren Spaltraum
und dem äußeren Spaltraum
vor, wobei die Fluidverbindung als Abschnitt eines sich durch den
inneren Spaltraum und den äußeren Spaltraum
erstreckenden Kühlkreislaufes
ist.
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Eine
Fortbildung der Erfindung sieht vor, dass der innere Spaltraum und/oder
der äußere Spaltraum
als ein Ringspaltraum gebildet sind.
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Eine
bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht eine Divergenz im Winkelbereich
von 10° bis 80° zwischen
der oder den parallel zueinander verlaufenden optischen Achsen des
am Fuß des
Endoskops austretenden Beleuchtungslichtes und der ausblickseitigen,
in die Mittelebene des zu beobachtenden Spaltraumes gelegten optischen
Achse des Umlenkspiegels oder eines Umlenkprismas vor.
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Bei
einer zweckmäßigen Ausgestaltung
der Erfindung kann eine parallel zur Mittelachse des Endoskops ausgerichtete
optische Achse des vom Lichtleiter abgestrahlten Beleuchtungslichtes
vorgesehen sein.
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Eine
vorteilhafte Ausführungsform
der Erfindung sieht eine auf dem Umlenkprisma oder Umlenkspiegel
um 20° bis
40° umgelenkte
optische Achse.
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Bevorzugt
sieht eine Fortbildung der Erfindung eine Vergrößerung des lichten Querschnitts
des äußeren Ringspaltraumes
im axialen Bereich der Drosseldüsen,
die den inneren mit dem äußeren Spaltraum
im Fußbereich
verbinden vor.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen
sein, den Einsatz einer unter mindestens 2,0 bar zugeführten Druckluft
als Kühlmittelfluid,
die über
einen Auslassanschluss aus dem Einsatzfeld des Endoskops heraus
ableitbar ist.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung kann vorsehen, dass das optische System
Stablinsen im Innenrohr umfasst.
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Eine
bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht einen Schutzschlauch
oder Schutzmantel vor, der die Lichtleiterbündel im Bereich des äußeren Ringspaltraumes
zur Isolation gegenüber
dem strömenden
Kühlmittelfluid
hermetisch umschließt.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Stabendoskop eines oder
mehrere der folgenden Merkmale auf:
- – die Rohre
erstrecken sich vom einblickseitigen Kopfende des Endoskops bis
zum ausblickseitigen Fußende
des Endoskops,
- – die
Spalträume
sind jeweils beidseitig stirnseitig druckfest und fluiddicht verschlossenen,
wobei sich in den einblickseitigen Kopfbereich des inneren Spaltraumes
ein Einlassanschluss für
das durch das Stabendoskop zu führende
Kühlmittelfluid öffnet, und
in dessen ausblickseitigem Fußbereich
radial ausgerichtete Drosseldüsen
angeordnet sind, durch die hindurch das in den inneren Spaltraum
eingebrachte Kühlmittelfluid
unter Entspannung in den äußeren Spaltraum überströmen kann,
- – in
dem kopfseitigem Endabschnitt des äußeren Spaltraumes sind eine
oder mehrere Auslassöffnungen
oder Auslassanschlüsse
vorgesehen, deren Querschnitt so bemessen ist, dass ein Austreten
des Kühlmittelfluids
aus dem äußeren Spaltraum
und damit aus dem Stabendoskop heraus ohne nennenswerten Druckverlust
erfolgen kann,
- – ein
oder mehrere faseroptische Lichtleiterbündel sind vorgesehen, die über einen üblichen
Lichtleiteranschluss an eine externe Lichtquelle anschließbar sind,
fluiddicht durch den einblickseitigen Lichtleiteranschluss in den äußeren Spaltraumes
eingeführt,
durch diesen Raum hindurchgeführt
und durch den fußseitigen
fluiddichten radialen Abschluss des äußeren Spaltraumes hindurch zur
Beleuchtung eines Inspektionsbereiches herausgeführt sind, und
- – ein
am fußseitigen
Ende eines im Innenrohr angeordneten optischen Systems eingebautes
und an dieses optisch angeschlossenes Umlenkprisma oder einen Umlenkspiegel
sind gebildet, der das Stabendoskop fußseitig abschließt.
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Beschreibung
bevorzugter Ausführungsbeispiele
der Erfindung
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt
eine schematische Darstellung eines Stabendoskops.
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Das
Stabendoskop weist drei ineinanderliegende und zueinander koaxial
ausgerichtete Rohre auf, nämlich
ein Innenrohr 1, ein Außenrohr 2 und ein zwischen
diesen beiden Rohren angeordnetes Zwischenrohr 3. Zwischen
dem Außenrohr 2 und
dem Zwischenrohr 3 ist ein rohrförmiger Ringspaltraum 4 gebildet.
Entsprechend ist zwischen dem Zwischenrohr 3 und dem Innenrohr 1 ein
rohrförmiger
Ringspaltraum 5 definiert.
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Im
Innenrohr 1 des Stabendoskops ist das optische System des
Endoskops als Stablinsensystem 12 ausgebildet. Das Innenrohr 1 öffnet sich
optisch durch beide stirnseitigen Radialverschlüsse 17, 18 des
Zwischenrohres 3, die als Hartverlötungen ausgeführt sind,
hindurch und durch beide stirnseitigen Radialverschlüsse 11, 19 des
Außenrohres 2 hindurch
druckfluiddicht und temperaturbeständig am Kopfende 20 zu
einer nach Bedarf anschließbaren,
hier aber nicht dargestellten und an sich bekannten Okularoptik
des Endoskops, und öffnet
sich am axial gegenüberliegenden,
ausblickseitigen Fußende des
Endoskops mit seiner optischen Achse auf einen Umlenkspiegel 13,
der äquivalent
auch als Umlenkprisma ausgebildet sein kann.
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Im
einblickseitigen Randbereich des Außenrohres 2 ist ein
im Prinzip handelsüblicher
Lichtleiteranschluss 10 für die Inspektionsfeldbeleuchtung
angesetzt. An diesem sind innen Beleuchtungs-Faserlichtleiterbündel 9 druckfluidfest
angesetzt und in einem oder in mehreren Strängen frei durch den äußeren Ringspaltraum 4 hindurch
zum ausblickseitigen Radialverschluss 11 geführt. Dabei
sind diese Lichtleiter vorzugsweise durch Schutzbeschichtungen oder
in schlauchartigen Schutzhüllen
vor möglicher Weise
unerwünschten
Einwirkungen des unter Überdruck
durch den äußeren Ringspaltraum 4 gedrückten Kühlmittelfluids
geschützt.
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Die
Beleuchtungs-Faserlichtleiterbündel 9 öffnen sich
in der äußeren Oberfläche des
ausblickseitigen Radialverschlusses 11 des Endoskops in
der Weise, dass sie das Beleuchtungslicht jeweils auf einer optischen
Achse ausstrahlen, die parallel zur optischen Achse des Stablinsensystems 12 im
Innenrohr 1 des Endoskops ausgerichtet ist, die aber vorzugsweise
nicht achsparallel zur optischen Achse 15 des vom Inspektionsfeld
auf dem Umlenkspiegel aufgenommenen Lichtes ist. Dadurch kann das
Auftreten von Überstrahlungen
und überstrahlenden
gellen Reflexen im Inspektionsfeld vermieden und ein wesentlich
ausgeglicheneres, plastischeres Bild vom Inspektionsfeld erhalten
werden.
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Die
beiden stirnseitigen Radialverschlüsse 11, 19 des
Außenrohres 2 sind
vorzugsweise unter Verwendung einer ausreichend wärmebeständig aushärtendenen
Verguss- oder Klebermasse, insbesondere auf der Basis von Kunststoffen,
die vorzugsweise mit keramischen Zuschlägen formuliert ist, hergestellt.
Sie sind in großer
Vielfalt und in rasant verbesserten Qualitäten für die verschiedensten technischen
Anwendungen bestimmt und im Handel erhältlich.
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Das
Kühlmittelfluid
ist über
einen Einlassanschluss 8 durch die Wand des Außenrohres 2 und des
Innenrohres 1 hindurch in den inneren Ringspaltraum 5 hinein
eindrückbar.
Als Kühlmit tel
können Gase
oder Flüssigkeiten
verwendet werden, die bis mindestens 200°C temperaturbeständig sind.
Gute Kühlleistungen
können
mit Druckluft unter einem einlassseitigen Druck von 2,0°C und darüber erhalten werden.
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Das
in den Ringraum des Zwischenrohres 3 eingedrückte Kühlmittelfluid
tritt nach Durchströmen des
Ringspaltraumes 5 durch radial ausgerichtete Drosseldüsen 7 hindurch
aus dem inneren Ringspaltraum 5 aus und strömt in den äußeren Ringspaltraum 4 ein,
der in diesem Bereich eine Vergrößerung 16 seines
lichten Querschnittes zur Nutzung einer zusätzlichen Entspannungskühlung aufweist.
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Das
Kühlmittelfluid
kann dann über
einen im Kopfbereich des Außenrohres 2 eingesetzten
Auslassstutzen 8 aus dem Endoskop herausgeführt und abgeleitet
werden. Dabei empfiehlt es sich, selbst bei einer Verwendung von
gasförmigen
Kühlmittelfluiden mit
einer äußeren Ableitung
des Kühlmittels über ein Schlauch-
oder Leitungssystem zu arbeiten, um eine Beeinträchtigung des Inspektionsfeldes
durch im Arbeitbereich ausströmendes
Kühlmittelgas
auszuschließen.
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Die
in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung offenbarten
Merkmale der Erfindung können
sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung
der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen von Bedeutung
sein.