DE102010038452A1 - Conductor cross-section with tinning - Google Patents

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Franz Wetzl
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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Stabilisierung einer Konzentration (10) eines Bestandteiles, insbesondere einer Cu-Konzentration (10) in einem Lotbad (34). Es wird die Abfuhr des Bestandteiles aus dem Lotbad (34) durch Bauteilanhaftung und aus dem Lotbad (34) abgezogenes Lot auf einer Austragsseite (38) des Lotbades (34) erfasst. Ferner werden die Zufuhr des Bestandteiles in das Lotbad (34) durch Ablösung von in das Lotbad (34) einzutauchenden Bauteilen und in das Lotbad (34) nachdosierter Bestandteile auf einer Eintragsseite (36) erfasst. Abhängig vom Vergleich der auf der Eintragsseite (36) zugeführten Menge und auf der auf der Auftragsseite (38) abgeführten Menge des Bestandteiles, erfolgt ein Konstanthalten der Konzentration des Bestandteiles innerhalb des Lotbades (34).The invention relates to a method for stabilizing a concentration (10) of a component, in particular a Cu concentration (10) in a solder bath (34). The removal of the constituent from the solder bath (34) through component adhesion and the solder withdrawn from the solder bath (34) is recorded on a discharge side (38) of the solder bath (34). Furthermore, the supply of the constituent to the solder bath (34) by detachment of components to be immersed in the solder bath (34) and constituents subsequently dosed into the solder bath (34) are recorded on an entry side (36). The concentration of the constituent within the solder bath (34) is kept constant depending on the comparison of the quantity supplied on the entry side (36) and the quantity of the component discharged on the application side (38).

Description

Stand der TechnikState of the art

Löten ist ein thermisches Verfahren zum stoffschlüssigen Fügen von Werkstoffen, das insbesondere in der Elektrotechnik und der Elektronik weit verbreitet ist. In industriellen Herstellungsprozessen werden zum Beispiel elektronische Bauteile auf Leiterplatten aufgelötet. Bekannte Lötverfahren sind das Wellenlöten und das Selektivlöten. Beim Wellenlöten werden elektronische Baugruppen wie zum Beispiel Leiterplatten mit elektronischen Bauelementen bestückt und über eine Lotwelle gefahren. Die Lotwelle wird dadurch erzeugt, dass an einem Lotband bereitstehendes flüssiges Lot durch einen Spalt gepumpt wird. Das Selektivlöten ist eine Variante des Wellenlötens, bei der nur definierte Teilbereiche der Baugruppe mit dem Lot in Berührung kommen können. Dies geschieht beispielsweise indem in einem Lotbad bereitstehendes flüssiges Lot durch kleine Düsen gepumpt wird, deren Abmessung an die Abmessungen der zu lötenden Flächen angepasst sind.Soldering is a thermal process for the material joining of materials, which is widespread in particular in electrical engineering and electronics. In industrial manufacturing processes, for example, electronic components are soldered onto printed circuit boards. Well-known soldering methods are wave soldering and selective soldering. When wave soldering electronic components such as circuit boards are equipped with electronic components and driven over a solder wave. The solder wave is produced by pumping liquid solder on a solder ribbon through a gap. Selective soldering is a variant of wave soldering in which only defined subregions of the assembly can come into contact with the solder. This is done, for example, by pumping liquid solder ready in a solder bath through small nozzles whose dimensions are adapted to the dimensions of the surfaces to be soldered.

DE 10 2007 053 857 A1 bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb einer Wellenlötanlage. Die Wellenlötanlage umfasst ein mit einem bleihaltigen Lot befülltes Lotbad. Im Betrieb wird eine Lotwelle generiert, mit der nacheinander über die Lotwelle geführte Baugruppen gelötet werden. Gemäß dieses Verfahrens wird dem in das Lotbad zurückfließenden Lot der Lotwelle perfluorierter Polyether zugeführt, der einen Siedepunkt aufweist, der oberhalb der Löttemperatur des bleihaltigen Lotes liegt. Der perfluorierte Polyether bindet zumindest einen Teil von während des Lötvorgangs von der Baugruppe an das Lot der Lotwelle möglicherweise abgegebenen bleihaltigen Verunreinigungen. Im perfluorierten Polyether gebundene bleihaltige Verunreinigungen werden aus dem Lotbad entfernt, indem eine obere Schicht des Lötbadinhaltes, in der sich der perfluorierte Polyether mit den darin gebundenen bleihaltigen Verunreinigungen befindet, abgeschöpft wird. DE 10 2007 053 857 A1 refers to a method of operating a wave soldering machine. The wave soldering system comprises a solder bath filled with a lead-containing solder. In operation, a solder wave is generated, are soldered to the consecutively guided via the solder wave assemblies. According to this method, the solder flowing back into the solder bath is fed to the solder wave perfluorinated polyether, which has a boiling point which is above the soldering temperature of the lead-containing solder. The perfluorinated polyether binds at least a portion of lead-containing contaminants possibly emitted by the assembly to the solder of the solder wave during the soldering operation. Lead-containing impurities bound in the perfluorinated polyether are removed from the solder bath by skimming an upper layer of the solder bath contents containing the perfluorinated polyether with the lead-containing impurities bound therein.

Ein Verfahren zur Verzinkung von Aluminiumprofilen geht aus der WO 95/28507 hervor.A method for galvanizing aluminum profiles goes from the WO 95/28507 out.

Bauteile von elektrischen Maschinen, wie zum Beispiel Anker in Startern für Verbrennungskraftmaschinen sowie Statoren von Lenkmotoren, weisen Leiterquerschnitte auf, die mit bleifreiem Lot verzinnt werden. Anker von Startermotoren sind üblicherweise zumindest aus einer Ankerwelle, einem Paket von Ankerlamellen, einer Vielzahl von Wicklungselementen, die in dem Lamellenpaket in Isolierstreifen eingepresst werden und einem Kommutator aufgebaut. Die Wicklungselemente werden mit dem Kommutator im Allgemeinen thermisch gefügt, so zum Beispiel verlötet oder verschweißt.Components of electrical machines, such as anchors in starters for internal combustion engines and stators of steering motors, have conductor cross-sections, which are tin-plated with lead-free solder. Anchors of starter motors are usually constructed at least of an armature shaft, a package of armature blades, a plurality of winding elements which are pressed into insulating strips in the disk set and a commutator. The winding elements are generally thermally joined to the commutator, such as soldered or welded.

Vor dem thermischen Fügen der Wicklungselemente mit dem Kommutator werden die beiden zu fügenden, abisolierten Enden der Wicklungselemente üblicherweise verzinnt, d. h. im Allgemeinen mit einem zinnhaltigen Lot benetzt. Dazu wird der Anker nach dem Zusammenführen von Lamellenpaket und Ankerwelle, nach dem Bestücken des Lamellenpaketes mit beispielsweise mehreren Isolierstreifen sowie nach dem Bestücken mit mehreren Wicklungselementen, jedoch vor dem Schränken der Enden der Wicklungselemente und vor dem Aufdrücken des Kommutators unter Abdeckung der Ankerwelle zunächst in ein Flussmittel und dann so weit in ein ruhendes Lotbad eingetaucht, dass alle abisolierten Enden der Wicklungselemente vollständig mit Lot benetzt sind. In diesem Zusammenhang spricht man auch von einem Tauchverzinnen. Die Wicklungselemente bestehen üblicherweise aus einem Kupferlackdraht. Die Lackisolierung wird vor dem Verzinnen im zu verzinnenden Bereich üblicherweise mechanisch oder thermisch entfernt. Als Lot wurden in der Vergangenheit bei diesem Verfahren üblicherweise bleihaltige Lote Sn60Pb40 oder ähnliches eingesetzt, deren Einsatz in Pkw-Applikationen jedoch ab Ende des Jahres 2010 Einschränkungen unterliegt.Before the thermal joining of the winding elements with the commutator, the two stripped ends of the winding elements to be joined are usually tinned, ie. H. generally wetted with a tin-containing solder. For this purpose, the armature after merging of disk set and armature shaft, after equipping the disk pack with, for example, several insulating strips and after equipping with several winding elements, but before the cabinets of the ends of the winding elements and before pressing the commutator under cover of the armature shaft first in a Flux and then immersed in a quiescent Lotbad so that all stripped ends of the winding elements are completely wetted with solder. In this context, one speaks of a dip tinning. The winding elements usually consist of a copper enameled wire. The paint insulation is usually removed mechanically or thermally before tinning in the area to be tinned. The solder used in the past in this process has usually been lead-containing solders Sn60Pb40 or the like, but their use in passenger vehicle applications will be restricted from the end of 2010 onwards.

Bleifreie Lote, so Systeme aus Sn und Cu oder Sn, Ag und Cu, oder Sn96,5Ag3Cu05, Sn95,5 Ag4 Cu0,5, Sn97Ag3 und Sn96Ag4 seien als Beispiele genannt. Diese zeichnen sich im Vergleich zu bleihaltigen Lote durch eine höhere Schmelztemperatur sowie durch eine höhere Verarbeitungstemperatur aus. Aus diesem Grunde und aufgrund ihrer stofflichen Zusammensetzung besitzen diese bleifreien Lote eine stärker ausgeprägte Tendenz, Kupfer aus den Wicklungselementen herauszulösen, so dass der Kupferanteil im Lot üblicherweise ansteigt. Ein starker Anstieg des Kupfers im Lot führt beim Überschreiten einer von der Lottemperatur abhängigen kritischen Kupferkonzentration zu einer Instabilität des Verzinnprozesses, da sich Kupfer-Zinn-Mischkristalle im Lot und an den zu verzinnenden Bauelementen abscheiden. Das Lot ist dann auszutauschen, d. h. der Inhalt eines Verzinnbeckens oder Verzinntiegels muss ausgeschöpft werden und mit neuem Lot befüllt werden. Dieser Vorgang, d. h. das Ausschöpfen, gegebenenfalls unter Demontage des Beckens, das Befüllen mit neuem Lot und das Erschmelzen dieses Lotes kann in Abhängigkeit des Inhaltes des Verzinnbeckens mehrere Stunden in Anspruch nehmen, während die Produktion von verketteten Anlagen still steht.Lead-free solders, such as systems of Sn and Cu or Sn, Ag and Cu, or Sn96.5Ag3Cu05, Sn95.5 Ag4 Cu0.5, Sn97Ag3 and Sn96Ag4 may be mentioned as examples. These are characterized in comparison to lead-containing solders by a higher melting temperature and by a higher processing temperature. For this reason and because of their material composition, these lead-free solders have a stronger tendency to dissolve copper from the winding elements, so that the copper content in the solder usually increases. A strong increase of the copper in the solder leads to an instability of the tin plating process when exceeding a critical copper concentration dependent on the soldering temperature, since copper-tin mixed crystals deposit in the solder and on the components to be tinned. The solder is then replaced, d. H. The content of a tinning basin or tinned crucible must be exhausted and filled with new solder. This process, d. H. the exhausting, possibly with disassembly of the basin, the filling with new solder and the melting of this solder can take several hours, depending on the content of the tinning tank, while the production of daisy-chained plants stands still.

Durch den sich ständig verändernden Gehalt des Kupfers in der am Bauteil abgeschiedenen Lotschicht kann es erforderlich sein, dass Prozessparameter in nachgeschalteten Prozessen, beispielsweise beim thermischen Fügen, in Abhängigkeit des Kupfergehaltes nachgeführt werden müssen, sich demzufolge kein stabiler Prozessablauf einstellen lässt.Due to the ever-changing content of the copper in the solder layer deposited on the component, it may be necessary for process parameters to be tracked in downstream processes, for example during thermal joining, depending on the copper content. Consequently, no stable process flow can be set.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, das Lot im Verzinnbecken kontinuierlich durchzutauschen, d. h. einen kontinuierlichen Austausch von Lot im Verzinnbecken zu realisieren, so dass es gar nicht erst zu einem Anreichern von Kupfer im Lot kommen kann. Dieses kontinuierlich erfolgende Austauschen kann zum Beispiel durch ein Abschieben, so zum Beispiel durch ein Abrakeln der obersten Lotschicht erfolgen. Üblicherweise wird vor jedem Verzinnprozess die sich an der Lotoberfläche gebildete Oxidschicht mithilfe eines Schiebers, so zum Beispiel eines Rakels entfernt. In Abhängigkeit von der Eintauchtiefe des Rakels, dessen Geometrie der Füllhöhe des Verzinnbeckens sowie der Geschwindigkeit des Abrakelns lässt sich die Menge des mit der Oxidschicht ebenfalls abgerakelten Menge Lotes beeinflussen. Diese Menge kann des Weiteren über die Menge des je Bauteil nachdosierten Lotes gesteuert werden, die zu einem Anstieg des Lotpegels im Verzinnbecken und somit zu einer Vergrößerung der Eintauchtiefe des Rakels führt.According to the invention it is proposed to continuously exchange the solder in the tinning tank, d. H. To realize a continuous exchange of solder in the tinning tank, so that it can not even come to an enrichment of copper in the solder. This continuous exchange can be done, for example, by pushing off, for example, by doctoring off the uppermost layer of solder. Usually, before each tin-plating process, the oxide layer formed on the solder surface is removed by means of a slider, such as a doctor blade. Depending on the immersion depth of the doctor blade, the geometry of the fill level of the tinning tank and the speed of the doctoring off, the amount of solder that has also been scraped off with the oxide layer can be influenced. This amount can be further controlled by the amount of each post-metered solder, which leads to an increase in the solder level in the zinciferous and thus to increase the depth of immersion of the doctor blade.

In Abhängigkeit von der Bauteilgeometrie, der Art und der Menge des in das Verzinnbecken nachdosierten Lotes sowie der Geometrie des Rakels lässt sich ein Zustand einstellen, bei dem die Menge des durch Ablösung von den Wicklungselementen zugeführten Kupfers sowie die Menge des abgeführten Kupfers, so zum Beispiel über Lot am Bauteil und über abgerakteltes Lot, gleich sind. Der Kupfergehalt im Verzinnbecken ist dann nach Erreichen eines Gleichgewichtszustandes stabil. Ein Austausch des kompletten Inhaltes des Verzinnbeckens mit dem einhergehenden Stillstand der verketteten Anlage kann bei dieser Verfahrensführung vermieden werden.Depending on the geometry of the component, the type and the amount of solder postdosed into the tinning tank and the geometry of the doctor blade, it is possible to set a state in which the amount of copper supplied by detachment from the winding elements and the amount of copper removed are such about Lot on the component and about abgeschakteltes solder, are the same. The copper content in the dipping tank is then stable after reaching a state of equilibrium. An exchange of the complete contents of the Verzinnbeckens with the accompanying stoppage of the linked system can be avoided in this process.

Die am Bauteil abgeschiedene Lotschicht weist, nachdem sich das genannte Gleichgewicht eingestellt hat, einen konstanten Kupfergehalt auf, so dass auch nachfolgende Prozesse nicht in ihren Parametern verändert werden müssen und sich demzufolge stabil ablaufende Fertigungsprozesse erreichen lassen.The deposited on the component solder layer has, after the said equilibrium has set, a constant copper content, so that also subsequent processes do not need to be changed in their parameters and thus can be achieved stable running manufacturing processes.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Der schlagende Vorteil der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung ist die in der Großserienfertigung unabdingbare kontinuierliche Produktion verketteter Anlagen sowie die nunmehr mögliche Vermeidung von Stillstandszeiten aufgrund von erforderlichen Lotaustauschvorgängen. Insbesondere wird durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung vermieden, beim thermischen Fügen zuvor mit Lot benetzter Bereiche Veränderungen der Prozessparameter vornehmen zu müssen, da sich möglicherweise der Kupfergehalt der Verzinnung der Wicklungselemente, beispielsweise eines Ankers geändert haben kann.The striking advantage of the proposed solution according to the invention is the continuous production of interlinked systems, which is indispensable in mass production, and the now possible avoidance of downtimes due to required solder exchange processes. In particular, the proposed solution according to the invention avoids having to make changes in the process parameters during thermal joining of areas previously wetted with solder, since possibly the copper content of the tin plating of the winding elements, for example an armature, may have changed.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.With reference to the drawing, the invention will be described below in more detail.

Es zeigt:It shows:

1 den Verlauf einer Bestandteils-Konzentration, insbesondere einer Kupferkonzentration, eines Lotbades gemäß des Standes der Technik, aufgetragen über die Stückzahl der im Lotbad behandelten Bauteile, 1 the course of a constituent concentration, in particular a copper concentration, of a solder bath according to the prior art, plotted against the number of components treated in the solder bath,

2 eine schematische Darstellung der Ein- und Austragsseite eines Lotbades und 2 a schematic representation of the input and output side of a solder bath and

3 den Verlauf der Bestandteils-Konzentration, insbesondere der Kupferkonzentration im Lotbad, aufgetragen über die darin behandelte Stückzahl von Bauteilen, bei Anwendung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens. 3 the course of the constituent concentration, in particular the copper concentration in the solder bath, applied over the number of components treated therein, when using the proposed method according to the invention.

Der Darstellung gemäß 1 ist zu entnehmen, dass dort eine Bestandsteils-Konzentration, insbesondere eine Cu-Konzentration innerhalb eines Lotbades, vergleiche Position 10 über die Anzahl der in diesem Lotbad behandelten Bauteile, vergleiche Position 14 mit Stückzahl bezeichnet, aufgetragen ist. Eine kritische Bestandteils-Konzentration, insbesondere eine Cu-Konzentration innerhalb des Lotbades, ist in der Darstellung gemäß 1 durch Position 12 bezeichnet. Ein erster Anstieg der Bestandteils-Konzentration, insbesondere der Cu-Konzentration innerhalb des Lotbades, ist in 1 durch Position 16 bezeichnet. Sobald der flankenförmige erste Anstieg 16 die kritische Cu-Konzentration 12 erreicht hat, vergleiche Bezugszeichen 18, erfolgt ein Lotaustausch 20, während dessen Dauer das Lotbad nicht benutzt werden kann, da diese Zeitspanne zum Austausch des Lotes, insbesondere eines bleifreien Lotes erforderlich ist.The representation according to 1 It can be seen that there is a constituent concentration, in particular a Cu concentration within a Lotbades, see position 10 For the number of components treated in this solder bath, see position 14 with number of pieces, is applied. A critical constituent concentration, in particular a Cu concentration within the solder bath, is shown in FIG 1 by position 12 designated. A first increase in constituent concentration, especially Cu concentration within the solder bath, is in 1 by position 16 designated. As soon as the flank-shaped first rise 16 the critical Cu concentration 12 has reached, compare reference numerals 18 , a lot exchange takes place 20 during which time the solder bath can not be used, since this period is required for the replacement of the solder, in particular a lead-free solder.

Nach Beendigung des Lotaustausches 20 gemäß der Darstellung in 1 erfolgt eine erneute Bestandteils-Anreicherung, vergleiche zweiter Anstieg 22 der Bestandteils-Konzentration, insbesondere der Cu-Konzentration innerhalb des Lotbades.After completion of the lotus exchange 20 as shown in 1 a renewed constituent enrichment takes place, compare second increase 22 the constituent concentration, in particular the Cu concentration within the Lotbades.

Der in 1 dargestellte Verlauf der Bestandteils-Konzentration, insbesondere der Cu-Konzentration, innerhalb eines Lotbades stellt einen äußerst unbefriedigenden Zustand dar. Während des Lotaustausches, vergleiche Position 20, wird der Inhalt eines Verzinnbeckens oder Verzinntiegels ausgeschöpft und mit neuem Lot befüllt. Dieser Vorgang, d. h. das Ausschöpfen, was gegebenenfalls unter Demontage des Beckens zu erfolgen hat, sowie das Befüllen desselben mit neuem Lot und das Erschmelzen dieses Lotes, kann in Abhängigkeit des Inhaltes des das Lotbad aufnehmenden Beckens eine Zeitdauer von mehreren Stunden in Anspruch nehmen, während denen die Produktion in verketteten Anlagen unterbrochen ist.The in 1 illustrated course of the constituent concentration, in particular the Cu concentration, within a Lotbades represents a very unsatisfactory state. During the Lota exchange, see position 20 , the content of a tinning or tin crucible is exhausted and filled with new solder. This process, ie the exhausting, which may have to be done with disassembly of the basin, as well as filling it with new solder and the melting of this solder, depending on the content of the solder bath receiving basin take a period of several hours to complete, during which the production is interrupted in linked systems.

Ausführungsvariantenvariants

Der Darstellung gemäß 2 ist eine schematische Darstellung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens zum kontinuierlichen Durchtauschen eines Lodbades zu entnehmen.The representation according to 2 is a schematic representation of the proposed method according to the invention for continuously exchanging a Lodbades.

Vor dem thermischen Fügen von Wicklungselementen elektrischer Maschinen mit dem Kommutator elektrischer Maschinen werden die beiden miteinander zu fügenden abisolierten Enden von Wicklungselementen im Allgemeinen verzinnt, d. h. mit einem zinnhaltigen Lot benetzt. Dazu wird der Anker der elektrischen Maschine nach dem Zusammenführen von Lamellenpaket und Ankerwelle, nach dem Bestücken des Lamellenpaketes mit Isolierstreifen sowie dem Bestücken mit den genannten Wicklungselementen, vor dem Schränken der Enden der Wicklungselemente und vor dem Aufdrücken des Kommutators unter Abdeckung der Ankerwelle zunächst in ein Flussmittel und dann in ein ruhendes Lotbad eingetaucht. In diesem werden die abisolierten Enden der Wicklungselemente vollständig mit Lot benetzt, in diesem Zusammenhang wird vom Tauchverzinnen gesprochen. Die Wicklungselemente werden üblicherweise aus einem Kupferlackdraht gefertigt, während als Lotmaterial üblicherweise bleihaltige Lote Sn60Pb40 oder ähnliche eingesetzt werden, deren Einsatz in Pkw-Applikationen jedoch aufgrund neuer gesetzlicher Regelungen abnimmt.Before the thermal joining of winding elements of electrical machines with the commutator of electrical machines, the two stripped ends of winding elements to be joined together are generally tin-plated, i. H. wetted with a tin-containing solder. For this purpose, the armature of the electric machine after merging of disk set and armature shaft, after loading the disk pack with insulating strips and the equipping with said winding elements, before the cabinets of the ends of the winding elements and before pressing the commutator under cover of the armature shaft first in a Flux and then immersed in a quiescent solder bath. In this, the stripped ends of the winding elements are completely wetted with solder, in this context is spoken of dipping. The winding elements are usually made of a copper enameled wire, while the soldering material usually used are lead-containing solders Sn60Pb40 or similar, but their use in passenger vehicle applications is decreasing due to new legal regulations.

Bleifreie Lote der Systeme Sn und Cu oder aus Sn, Ag und Cu besitzen im Vergleich zu bleihaltigen Loten höhere Schmelztemperaturen. Dadurch ist im Allgemeinen auch eine höhere Verarbeitungstemperatur erforderlich. Aus diesem Grunde und aufgrund ihrer stofflichen Zusammensetzung besitzen diese bleifreien Lote eine stärker ausgeprägte Tendenz, Kupfer aus Wicklungselementen zu lösen, so dass der Kupferanteil im Lot üblicherweise ansteigt. Ein starker Anstieg der Kupferkonzentration im Lot führt beim Überschreiten einer lottemperaturabhängigen kritischen Kupferkonzentration zu einer Instabilität des Verzinnungsprozesses, da sich Kupfer-Zinn-Mischkristalle im Lot und an den zu verzinnenden Bauelementen abscheiden können. Das Lot ist im Allgemeinen dann auszutauschen, was bedeutet, dass der Inhalt des Verzinnbeckens oder des Verzinntiegels auszuschöpfen ist und mit neuem Lot zu befüllen ist. Dieser Vorgang, das Ausschöpfen gegebenenfalls unter Demontage des Beckens bzw. des Tiegels, das Wiederbefüllen mit neuem Lot und das Erschmelzen dieses Lotes, kann in Abhängigkeit des Inhaltes des Verzinnungsbeckens sehr langwierig sein. Während dieses Austauschprozesses ruht die Produktion in miteinander verketteten Anlagen.Lead-free solders of the systems Sn and Cu or of Sn, Ag and Cu have higher melting temperatures compared to lead-containing solders. This generally requires a higher processing temperature. For this reason, and because of their material composition, these lead-free solders have a more pronounced tendency to dissolve copper from winding elements, so that the copper content in the solder usually increases. A sharp increase in the copper concentration in the solder leads to an instability of the tinning process when an excess of an iron temperature-dependent critical copper concentration, since copper-tin mixed crystals can be deposited in the solder and on the components to be tinned. The solder is generally then replaced, which means that the contents of the tinning tank or tinned crucible is to be exhausted and filled with new solder. This process, the exhausting optionally with disassembly of the basin or crucible, the refilling with new solder and the melting of this solder, depending on the content of the tinning tank be very tedious. During this exchange process, production is suspended in interlinked plants.

2 zeigt in schematischer Weise einen Ausgangszustand 28 eines Inhalts eines Lotbades 34 sowie eine Eintragsseite 36 und eine Austragsseite 38. Dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren folgend wird vorgeschlagen, den Inhalt des Lotbades kontinuierlich auszutauschen. Dazu sind die Eintrags- bzw. Austragsvorgänge auf einer Eintragsseite 36 des Lotbades 34 und auf einer Austragsseite 38 des Lotbades 34 zu erfassen. 2 schematically shows an initial state 28 a content of a solder bath 34 as well as an entry page 36 and a discharge page 38 , Following the method proposed according to the invention, it is proposed to continuously exchange the content of the solder bath. These are the entry or discharge operations on an entry page 36 the lot bath 34 and on a dispensing page 38 the lot bath 34 capture.

An der Eintragsseite 36 des Lotbades 34, vergleiche Position 36 in 2, erfolgt der Eintrag eines Bestandteiles des Lotbades wie zum Beispiel Cu durch Ablösung dieses Bestandteiles von den gemäß der oben stehenden Ausführungen in das Lotbad einzutauchenden Wicklungselementen, die ebenfalls aus Kupfer gefertigt werden.At the entry page 36 the lot bath 34 , compare position 36 in 2 , the entry of a constituent of the solder bath such as Cu by detachment of this component from the according to the above statements in the solder bath to be immersed winding elements, which are also made of copper.

Neben diesem durch das Bauteil erfolgenden Eintrag des Bestandteiles, insbesondere des Bestandteils Cu in das Lotbad 34, ist mit Bezugszeichen 26 eine Nachdosierung von Cu als Bestandteil nachgefüllten Lotes in das Lotbad 34 bezeichnet. Demnach erfolgt auf der Eintragsseite 36 der Eintrag eines Bestandteiles, insbesondere Cu durch dessen Ablösung von den Wicklungselementen, vergleiche Position 24, sowie durch eine Nachdosierung 26.In addition to this taking place through the component entry of the component, in particular of the constituent Cu in the solder bath 34 , is with reference number 26 a subsequent dosing of Cu as a component of refilled solder into the solder bath 34 designated. Accordingly, takes place on the entry page 36 the entry of a constituent, in particular Cu by its detachment from the winding elements, see position 24 , as well as by a subsequent dosing 26 ,

Auf der Austragsseite 38 des Lotbades 34 erfolgt ein Austrag, d. h. eine Abfuhr eines Bestandteiles, insbesondere des Bestandteiles Kupfers aus dem Lotbad 34 durch zwei Mechanismen. Mit Bezugszeichen 30 ist ein Austrag des Bestandteiles Cu durch dessen Verbleib an den zu verzinnenden Bauteilen, wie zum Beispiel an oben stehend genannten Wicklungselementen zu zählen. Aufgrund von deren Eintauchen in das Lotbad 34 werden die Wicklungselemente bzw. die zu verschränkenden oder zu verzinnenden Enden von Bauteilen elektrischer Maschinen verzinnt, d. h. es lagert sich zwangsläufig eine bestimmte Menge von Lot an diesen Bauteilen ab, die aus dem Lotbad 34 ausgetragen wird, und die demzufolge abhängig von der in das Lotbad 34 eingetauchten Stückzahl 14 von Bauteilen, zu einem Austrag des Bestandteiles, insbesondere von Cu aus dem Lotbad 34 führt. Neben diesem Austrag 30 erfolgt ein weiterer Austrag eines Bestandteiles, insbesondere durch Cu, durch eine Regeneration des Lotbades 34. An der Oberfläche des Lotbades 34 bildet sich eine Oxidschicht, die in regelmäßigen Intervallen von der Oberfläche des Lotbades zu entfernen ist. Eine Entfernung dieser sich bildenden Oxidschicht erfolgt mit der Hilfe eines Rakels oder eines Schiebers. In Abhängigkeit von der Eintauchtiefe dieses Rakels in das Lotbad, von der Geometrie des Rakels, der Füllhöhe des Lotes im Verzinnungsbecken sowie der Geschwindigkeit des Abrakelns lässt sich die Menge des mit dieser Oxidschicht ebenfalls abgerakelten Lotes beeinflussen.On the discharge side 38 the lot bath 34 a discharge takes place, ie a removal of a constituent, in particular of the constituent copper from the solder bath 34 through two mechanisms. With reference number 30 is a discharge of the constituent Cu by its whereabouts on the components to be tinned, such as count on above-mentioned winding elements. Because of their immersion in the solder bath 34 The winding elements or the ends to be crossed or tinned to components of electrical machines are tinned, ie it inevitably deposits a certain amount of solder from these components from the Lotbad 34 is discharged, and thus depending on the in the Lotbad 34 submerged number of pieces 14 of components, to a discharge of the component, in particular Cu from the solder bath 34 leads. In addition to this discharge 30 a further discharge of a component, in particular by Cu, by a regeneration of the solder bath 34 , On the surface of the solder bath 34 An oxide layer is formed, which is to be removed at regular intervals from the surface of the solder bath. A removal of this forming oxide layer is carried out with the aid of a doctor blade or a slider. Depending on the immersion depth of this squeegee into the solder bath, the geometry of the squeegee, the filling level of the solder in the tinning tank and the speed of the doctoring can influence the amount of soldered with this oxide layer also soldered solder.

Aus der Darstellung gemäß 2 geht hervor, dass auf der Austragsseite 38 des Lotbades 34 eine Abfuhr des Bestandteiles Cu aus dem Lotbad 34 durch Austrag 30 des Bestandteiles des Lotbades 34, insbesondere des Cu's aus dem Lotbad 34 am Bauteil sowie ein kontinuierlicher Cu-Austrag 32 durch Abrakeln erfolgt.From the illustration according to 2 it turns out that on the discharge side 38 the lot bath 34 a removal of the constituent Cu from the solder bath 34 by discharge 30 of the component of the lot bath 34 , in particular of the Cu from the solder bath 34 on the component and a continuous Cu discharge 32 done by doctoring.

In Abhängigkeit von der Bauteilgeometrie sowie der Art und der Menge des nachdosierten Lotes 26, sowie des Rakelvorganges, lässt sich im Lotbad 34 ein Zustand 28 einstellen, bei dem sich die Menge des auf der Eintragsseite 36 zugeführten Bestandteiles, d. h. des Kupfers als Bestandteil des Lotes durch Ablösung 24 von den Bauteilen, so zum Beispiel den Wicklungselementen und der nachdosierten Menge 26 ergibt; andererseits folgt auf der Austragsseite 38 ein kontinuierlicher Austrag des Bestandteiles, insbesondere Cu's durch Verbleiben dieses Bestandteiles am Werkstoff, sowie durch das in kontinuierlichen Intervallen erfolgende Abrakeln der sich bildenden Oxidschicht an der Oberfläche des Lotbades 34.Depending on the component geometry as well as the type and quantity of the postdosed solder 26 , as well as the doctoring process, can be in the solder bath 34 a condition 28 adjust, where the amount of on the entry side 36 supplied component, ie the copper as part of the solder by detachment 24 from the components, such as the winding elements and the metered amount 26 results; on the other hand follows on the discharge side 38 a continuous discharge of the constituent, in particular Cu, by leaving this constituent on the material, as well as by taking place in continuous intervals Abrakeln the forming oxide layer on the surface of the solder bath 34 ,

Halten sich auf der Eintragsseite 36 und auf der Austragsseite 38 jeweils zugeführten bzw. entnommenen Mengen des Bestandteiles, insbesondere des Cu's die Waage, ist der Gehalt des Bestandteiles, d. h. die Cu-Konzentration 10 im Lotbad 34 stabil. Bei Erreichen dieses Zustandes 28 ist ein Austausch des kompletten Inhalts des Lotbades 34 mit dem dadurch erzwungenen Stillstand der verketteten Prozesskette zu vermeiden, wenn die Gleichgewichtskonzentration kleiner der kritischen Cu-Konzentration 12 ist.Keep on the entry page 36 and on the delivery side 38 respectively supplied or withdrawn amounts of the constituent, in particular the Cu's the balance, is the content of the constituent, ie the Cu concentration 10 in the solder bath 34 stable. Upon reaching this state 28 is an exchange of the complete content of the Lotbades 34 to avoid with the thereby forced standstill of the linked process chain, if the equilibrium concentration smaller than the critical Cu concentration 12 is.

Die an den Bauteilen, insbesondere an den Wicklungselementen jeweils verbleibende Lotschicht weist, nachdem sich das Gleichgewicht, d. h. der Zustand 28 im Lotbad 34 eingestellt hat, einen konstanten Kupfergehalt auf, so dass auch nachfolgende Prozesse hinsichtlich ihrer Parameter stabil gehalten werden können und keine Variation derselben mehr erforderlich ist.The solder layer remaining on the components, in particular on the winding elements, points after the equilibrium, ie the state 28 in the solder bath 34 has set a constant copper content, so that subsequent processes can be kept stable with respect to their parameters and no variation of the same is required.

3 ist der Verlauf einer Gleichgewichtskurve des Bestandteiles des Lotbades, insbesondere der Cu-Konzentration in diesem zu entnehmen. 3 is the course of an equilibrium curve of the constituent of the solder bath, in particular to take the Cu concentration in this.

Werden die in Zusammenhang mit 2 beschriebenen Einträge bzw. Austrage auf der Eintragsseite 36 und der Austragsseite 38 entsprechend eingestellt, stellt sich bei kontinuierlicher Zufuhr des Bestandteiles, so zum Beispiel Kupfer sowie kontinuierliche Abfuhr dieses Bestandteiles aus dem Lotbad 34, aufgetragen über die Stückzahl 14, eine Gleichgewichtskurve 40 ein. Die Gleichgewichtskurve gemäß 3 ist nach Erreichen des Gleichgewichtszustandes durch eine Steigung 42 von Null gekennzeichnet, so dass bei Anwendung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens die Cu-Konzentration im Lotbad 34 nicht weiter ansteigt und dauerhaft unterhalb der kritischen Cu-Konzentration 12 gehalten werden kann und insbesondere ein Austausch des Lotes ein damit erfolgender mehrstündiger Produktionsstop vermieden werden kann. Die Gleichgewichtskurve 40 geht demnach in eine Gleichgewichtsgerade über.Be related to 2 described entries or discharges on the entry side 36 and the discharge side 38 adjusted accordingly, arises with continuous supply of the ingredient, such as copper and continuous removal of this ingredient from the solder bath 34 , plotted on the number of pieces 14 , a balance curve 40 one. The equilibrium curve according to 3 is after reaching the state of equilibrium by a slope 42 characterized by zero, so that when using the proposed method according to the invention, the Cu concentration in the solder bath 34 does not increase any further and remains permanently below the critical Cu concentration 12 can be kept and in particular an exchange of the solder so that a successful several hours of production stop can be avoided. The balance curve 40 thus goes into an equilibrium line.

Eine Verringerung des sich vom Bauteil ablösenden Kupfers 24 ist durch eine Verringerung der Lottemperatur im Lotbad 34 möglich. Da dem Lot durch das Eintauchen eines Bauteils Wärme entzogen wird, darf dann jedoch während des Eintauchens lokal die Schmelztemperatur des Lotes nicht unterschritten werden. Hierzu können die Bauteile vorgewärmt werden.A reduction in the copper that separates from the component 24 is by reducing the soldering temperature in the solder bath 34 possible. Since the solder is removed from the solder by the immersion of a component heat, but then may not fall below the melting temperature of the solder during immersion locally. For this purpose, the components can be preheated.

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Claims (9)

Verfahren zur Stabilisierung einer Konzentration eines Bestandteiles, insbesondere einer Cu-Konzentration (10) in einem Lotbad (34) mit nachfolgenden Verfahrensschritten: a) der Erfassung der Abfuhr des Bestandteiles aus dem Lotbad (34) durch Bauteilanhaftung und durch das aus dem Lotbad (34) abgezogene Lot auf einer Austragsseite (38) des Lotbades (34), b) der Erfassung der Zufuhr des Bestandteiles in das Lotbad (34) durch Ablösung von den dem Lotbad (34) zuzuführenden Bauteilen und durch das in das Lotbad (34) nachdosierte Bestandteil auf einer Eintragsseite (36) des Lotbades (34), c) nach Vergleich der auf der Austragsseite (38) abgeführten und auf der Eintragsseite (36) zugeführten Menge des Bestandteiles in das Lotbad (34), erfolgt ein Konstanthalten der Konzentration des Bestandteiles im Lotbad (34).Process for stabilizing a concentration of a constituent, in particular a Cu concentration ( 10 ) in a solder bath ( 34 ) with the following process steps: a) the detection of the removal of the constituent from the solder bath ( 34 ) by component adhesion and by the solder bath ( 34 ) withdrawn solder on a discharge side ( 38 ) of the solder bath ( 34 b) detecting the supply of the constituent to the solder bath ( 34 ) by detachment from the Lotbad ( 34 ) to be supplied components and by the in the solder bath ( 34 ) postdosed ingredient on a submission page ( 36 ) of the solder bath ( 34 ), c) after the comparison on the delivery side ( 38 ) and on the entry page ( 36 ) supplied amount of the ingredient in the solder bath ( 34 ), the concentration of the constituent in the solder bath is kept constant ( 34 ). Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass gemäß Verfahrensschritt c) eine Cu-Konzentration (10) im Lotbad (34) weitestgehend konstant gehalten wird.A method according to claim 1, characterized in that according to method step c) a Cu concentration ( 10 ) in the solder bath ( 34 ) is kept substantially constant. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig vom Vergleich gemäß Verfahrensschritt c) die Menge des in das Lotbad (34) nachdosierten Bestandteiles, insbesondere Cu, angepasst wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that, depending on the comparison in accordance with method step c), the amount of the solder bath ( 34 ) postdosed ingredient, in particular Cu, is adjusted. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig vom Vergleich gemäß Verfahrensschritt c) die Menge des auf der Austragsseite (38) als Oxidschicht abgezogenen Lotes angepasst wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that, depending on the comparison in accordance with method step c), the amount of material on the discharge side ( 38 ) is adapted as oxide layer withdrawn solder. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass gemäß Verfahrensschritt a) aus dem Lotbad (34) eine sich auf der Oberfläche bildende Oxidschicht insbesondere abgerakelt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that according to method step a) from the solder bath ( 34 ) is in particular scraped off an oxide layer forming on the surface. Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig von einer Eintauchtiefe eines Rakels in das Lotbad (34), abhängig von der Geometrie des Rakels, abhängig von der Füllhöhe des Lotbades (34) und der Abrakelgeschwindigkeit der Oxidschicht, eine dementsprechende Menge Lotes aus dem Lotbad (34) entfernt wird.Method according to the preceding claim, characterized in that depending on an immersion depth of a doctor blade into the solder bath ( 34 ), depending on the geometry of the doctor blade, depending on the filling level of the solder bath ( 34 ) and the Abrakelgeschwindigkeit of the oxide layer, a corresponding amount of solder from the solder bath ( 34 ) Will get removed. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine auf der Eintragsseite (36) des Lotbades (34) erfolgende Steigerung der Konzentration des Bestandteiles, insbesondere Cu, im Lotbad (34) durch Ablösung von Cu von den zu behandelnden Bauelementen und durch nachdosiertes Lot, durch einen Austrag von CU durch Abrakeln und Ablagerungen von Cu an den zu behandelnden Bauelementen auf der Austragsseite (38) einander entsprechen und zu einem Gleichgewichtszustand im Lotbad (34) führen.Method according to one of the preceding claims, characterized in that one on the entry side ( 36 ) of the solder bath ( 34 ) increasing the concentration of the constituent, in particular Cu, in the solder bath ( 34 ) by detachment of Cu from the components to be treated and by dosed Lot, by a discharge of CU by doctoring and deposition of Cu on the components to be treated on the discharge side ( 38 ) correspond to each other and to a state of equilibrium in the solder bath ( 34 ) to lead. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Lotbad zugeführte Menge Kupfers durch Ablösen von den Bauelementen durch Variation der Lottemperatur berücksichtigt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the solder bath supplied amount of copper is taken into account by detachment from the components by varying the soldering temperature. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verringerung der Lottemperatur das Bauteil zur Vermeidung des lokalen Erstarrens des Lotes vorgewärmt wird.A method according to claim 8, characterized in that when reducing the soldering temperature, the component is preheated to avoid the local solidification of the solder.
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