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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lötdüse für eine Lötvorrichtung zum Löten von Bauteilen, insbesondere von Bauteilen mit mehreren zu lötenden Lötstellen, mit einer Düsenkammer, durch die Lot in Richtung einer Lotaustrittsöffnung der Lötdüse strömen und dort als Lötwelle austreten kann.
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Solche Lötdüsen werden in der Regel im Zusammenhang mit dem Verfahren des sogenannten Wellen- oder Schwalllötens eingesetzt. Hierbei werden üblicherweise zu lötende Lötstellen von elektronischen Baugruppen, wie etwa Leiterplatten oder dergleichen, nach dem Bestücken mit elektronischen Komponenten gelötet, indem die Baugruppen mit ihrer Lötseite über eine oder mehrere Lötdüsen der Lötvorrichtung bewegt werden. Die von der Lötdüse erzeugte(n) Lötwelle(n) aus flüssigem Lot beaufschlagt dann mindestens eine der zu lötenden Lötstellen und schafft auf diese Weise letztlich die gewünschte, elektrisch leitende Verbindung.
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Die Form bzw. die Kontur der aus der Lotaustrittsöffnung der Düse austretenden Lötwelle ist in der Regel nach außen gewölbt bzw. konvex. Dies kann dazu führen, dass in einer ungekrümmten Ebene in einer Reihe nebeneinander angeordnete, zu lötende Lötstellen des Bauteils nicht gleichzeitig gelötet werden können. Denn aufgrund der Krümmung der Wellenoberseite können beispielsweise eine oder zwei der zu lötenden Lötstellen bereits die Lötwelle berühren bzw. in diese eingetaucht sein, während andere Lötstellen noch von dieser beabstandet sind.
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Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Lötdüse der eingangs genannten Art weiterzuentwickeln.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Lötdüse mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Entsprechend ist eine erfindungsgemäße Lötdüse dadurch gekennzeichnet, dass in dem Lotströmungsbereich der Düsenkammer der Lötdüse ein Mittel angeordnet ist, das die Strömung des Lots und daraus folgend die Kontur bzw. Form der austretenden Lötwelle beeinflusst.
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Dabei ist das Mittel zur Beeinflussung der Strömung, insbesondere der Strömungskörper, derart ausgebildet, dass die auf die zu lötenden Lötstellen treffende Seite der aus der Lötdüse austretenden Lötwelle eine im Vergleich zu einer Lötdüse gleicher Bauart, aber ohne das Beeinflussungsmittel, andere Topographie bzw. einen anderen Oberflächenverlauf aufweist.
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Bevorzugt ist dabei das Beeinflussungsmittel derart ausgebildet und angeordnet, dass die auf die zu lötenden Lötstellen treffende Seite der aus der Austrittsöffnung austretenden Lötwelle, in der Regel die Oberseite, eine im Vergleich zu einer Lötdüse gleicher Bauart, aber ohne das Beeinflussungsmittel, geringere Krümmung aufweist. Besonders bevorzugt ist diese Seite dabei nur sehr gering gekrümmt bzw. im Wesentlichen ungekrümmt.
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Die auf die zu lötenden Lötstellen treffende Seite der Lötwelle verläuft im Übrigen vorzugsweise regelmäßig im Wesentlichen parallel zu der Austrittsöffnungsebene der Lötdüse.
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Mit einer solchen im Wesentlichen ungekrümmten Oberseite der Lötwelle wird im Gegensatz zum Stand der Technik erreicht, dass mehrere, in einer zu dieser Oberseite parallelen Ebene nebeneinander angeordnete Lötstellen zugleich bzw. in einem Prozessschritt gelötet werden können.
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Alternativ ist aber auch denkbar, andere Lötwellenkonturen zu erzeugen. Je nach Anwendungsfall kann es beispielsweise erforderlich sein, die auf die zu lötenden Lötstellen gerichtete Seite der Lötwelle nicht eben bzw. ungekrümmt, sondern mit Erhöhungen oder Vertiefungen auszubilden. Auf diese Weise könnten bei entsprechender Abstimmung der Erhöhungen und Vertiefungen beispielsweise auf einer Leiterplattenbahn in verschiedenen Ebenen verteilte, zu lötende Lötstellen ebenfalls in einem Arbeitsschritt gelötet werden können.
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Was das Mittel zur Beeinflussung der Strömung betrifft, so umfasst dies bevorzugt mindestens einen Strömungskörper, der im Inneren der Düsenkammer in dem Strömungsbereich des Lots angeordnet ist oder besteht aus eben diesem.
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Der Strömungskörper bildet dabei in der Strömung des Lots einen Strömungswiderstand. Je nach Ausbildung des Strömungskörpers wird die Strömung hierdurch unterschiedlich beeinflusst und es ergeben sich verschiedene Konturen der austretenden Lötwelle. Der Strömungskörper muss daher nach Maßgabe der gewünschten Form der Lötwelle ausgebildet und angeordnet werden.
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Beispielsweise bei einer in Draufsicht bzw. in einem entsprechenden Längsschnitt rechteckigen Lotaustrittsöffnung hat sich gezeigt, dass zur Ausbildung einer im Wesentlichen ungekrümmten, insbesondere im Wesentlichen parallel zur Lotaustrittsöffnung verlaufenden Oberseite der Lötwelle ein Zylinder als Strömungskörper geeignet ist. Dieser erstreckt sich in der Düsenkammer bevorzugt mit Abstand zu zwei sich gegenüberliegenden, benachbarten Düsenkammerwandungen quer zur Strömungsrichtung der Lotströmung.
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Die Längsachse des Zylinders verläuft vorzugsweise mit Abstand unterhalb der Lotaustrittsöffnung. Die Längsmittelachse des Zylinders verläuft dabei bevorzugt unterhalb der Austrittsöffnung quer zur Längserstreckung der Austrittsöffnung.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Patentansprüchen, aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie aus den beigefügten Zeichnungen.
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Im Einzelnen zeigt:
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1 eine stark vereinfachte Seitenansicht einer Lötdüse des Standes der Technik,
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2 die Lötdüse aus 1 im Querschnitt,
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3 eine Schrägansicht der Lötdüse aus 1,
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4 die Lötdüse aus 1 in Seitenansicht zusammen mit einer von dieser zu bearbeitenden Leiterplatte in einer ersten Stellung, in der die Leiterplatte von einer aus der Lötdüse austretenden Lötwelle beabstandet ist,
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5 die Darstellung aus 4, allerdings in einer zweiten Stellung der Leiterplatte, in der die Leiterplatte die Lötwelle berührt,
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6 die Darstellung aus 4, allerdings in einer dritten Stellung der Leiterplatte, in der die Leiterplatte nach dem Kontakt mit der Lötwelle wieder von der Lötwelle beabstandet ist,
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7 eine erfindungsgemäße Lötdüse in Seitenansicht,
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8 die erfindungsgemäße Lötdüse aus 7 in Schnittdarstellung mit im Inneren der Düsenkammer angeordnetem Strömungskörper,
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9 die Lötdüse aus 7 in Schrägansicht,
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10 die Lötdüse aus 1 in Seitenansicht zusammen mit einer von dieser zu bearbeitenden Leiterplatte in einer ersten Stellung, in der die Leiterplatte von einer aus der Lötdüse austretenden Lötwelle beabstandet ist,
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11 die Darstellung aus 10, allerdings in einer zweiten Stellung der Leiterplatte, in der die Leiterplatte die Lötwelle berührt,
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12 die Darstellung aus 10, allerdings in einer dritten Stellung der Leiterplatte, in der die Leiterplatte nach dem Kontakt mit der Lötwelle wieder von der Lötwelle beabstandet ist.
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Die in den 1–12 gezeigten Lötdüsen 10 bzw. 10' sind Teil einer ansonsten nicht näher dargestellten Lötvorrichtung zum Löten von Bauteilen, wie etwa den in den Zeichnungen gezeigten Leiterplatinen 12, 12'. Die mit den Bezugsziffern 10, 12, ... etc. bezeichneten Bauteile beziehen sich auf eine Ausführungsform gemäß dem Stand der Technik, die mit 10', 12' ... etc. bezeichneten Bauteile auf eine erfindungsgemäße Ausführungsform.
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Derartige Lötvorrichtungen verfügen in der Regel unter anderem über Heizmittel zum Erwärmen von Lot, wie etwa Zinn, um dieses für den eigentlichen Lötprozess zu verflüssigen. Das flüssige Lot wird aus einem nicht dargestellten Reservoir durch einen Zulauf 14, 14' einer von Wandungen 16.1–16.4, 16.1'–16.4' seitlich begrenzten Düsenkammer 18, 18' zugeleitet. Aus einer oberen Austrittsöffnung 20, 20' tritt das flüssige Lot als Lötwelle 22, 22' aus.
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Die Austrittsöffnung 20, 20' ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel rechteckig ausgebildet. An der Vorderwand 16.1, 16.1' der Düsenkammer 18, 18' der Lötdüse 10, 10' fließt das flüssige Lot 19, 19' der Lötwelle 22, 22' nach dem Austritt aus der Austrittsöffnung 20, 20' nach unten ab und wird mittels hier nicht dargestellter, aber im Stand der Technik bekannter Maßnahmen (wie etwa Pumpmitteln, geeigneten Leitungen, etc.) letztlich erneut dem Zulauf 14, 14' zugeführt und von dort erneut in die Düsenkammer 18, 18' geleitet. Im Ergebnis wird während des Lötprozesses ein Kreislauf des Lots 19, 19' erzeugt bzw. aufrechterhalten, in dessen Verlauf das im Lötprozess nicht verbrauchte Lot mehrfach durch die Düsenkammer 18, 18' strömt und aus der Austrittsöffnung 20, 20' austritt.
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In den 4, 5 und 6 ist zu erkennen, dass bei der Lötdüse 10 des Standes der Technik die Kontur der Lötwelle 22 bzw. die Oberseite 24 derselben nach dem Austritt aus der rechteckigen Austrittsöffnung 20 im Schnitt konvex ausgebildet ist. Die daraus entstehende Problematik ist folgende:
Die auf einer Linie in einer (ungekrümmten) Ebene nebeneinander angeordneten Lötstellen 26.1–26.8 der Leiterplatte 14 können mit der Lötdüse 10 nicht in einem Arbeitsschritt gelötet werden.
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Denn während des Lötprozesses wird die Leiterplatte 14 in der Regel automatisch oder halbautomatisch der Lötwelle 22 angenähert. Dies kann durch entsprechende Bewegung der Leiterplatte 14 mittels geeigneter Fördermittel geschehen und/oder durch entsprechende Bewegung der Lötdüse 10, die zu diesem Zweck verfahrbar ausgebildet sein kann.
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Wenn die Leiterplatte 14 schließlich mit der Lötwelle 22 in Kontakt kommt, taucht in dem Beispiel der 4-6 zunächst nur die relativ mittig angeordnete zu lötende Lötstelle 26.5 in die Lötwelle 22 ein. Denn diese Lötstelle 26.5 kommt bei der gezeigten Annäherung der Leiterplatte 14 von oben als erstes mit der Lötwelle 22 in Kontakt, nämlich mit dem Punkt bzw. dem Bereich der Oberseite 24 der Lötwelle 22, der bezogen auf die Austrittsöffnungsebene der Lötdüse 10 den größten Abstand von dieser aufweist bzw. die größte Höhe.
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Aufgrund der ausgehend von diesem höchsten Bereich zu den Seiten abfallenden Flanken der Lötwelle 22 wäre es im Stand der Technik in dieser Situation notwendig, entweder die Leiterplatte 14 oder die Lötdüse 10 seitlich zu bewegen und in einem nächsten Arbeitsschritt entsprechend die nächst benachbarte Lötstelle 26.4 oder 26.6 anzufahren. Diese weiteren Prozessschritte müssten ggf. für jede einzelne Lötstelle 26.1–26.8 durchgeführt werden.
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Neben der hierdurch langen Prozesszeit ist dabei auch ungünstig, dass durch den häufigen Kontakt der Leiterplatte 14 mit der heißen Lötwelle 22 das Risiko ansteigt, dass aufgrund des Wärmeübertrags von dem heißen Lot 19 auf die Leiterplatte 14 einzelne elektronische Bauteile der Leiterplatte 14 Schaden nehmen.
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Um dies zu verhindern, ist erfindungsgemäß vorgesehen, ein Mittel einzusetzen, mit dem die Strömung des Lots durch die Düsenkammer 18 so verändert werden kann, dass auch die Kontur bzw. die Form der aus der Austrittsöffnung 20 austretenden Lötwelle verändert wird. Die Anpassung der Kontur der Lötwelle 22 soll dabei derart erfolgen, dass die Krümmung der Oberseite der Lötwelle 22 geringer ausfällt bzw. dass die Oberseite im Wesentlichen keine Krümmung mehr aufweist, um in einem Prozessschritt zugleich mehrere Lötstellen 26.1–26.8 löten zu können.
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Zu diesem Zweck weist die in den 7–12 gezeigte, erfindungsgemäße Lötdüse 10' unterhalb der Austrittsöffnung 20' im Inneren der Düsenkammer 18' als Mittel zur Beeinflussung der Strömung einen Strömungskörper 28' auf.
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Dieser Strömungskörper 28' ist vorliegend ein Zylinder, der etwa mittig in der Kammer 18' angeordnet ist und dessen Längsmittelachse sich quer zur nach oben gerichteten Strömung (Pfeilrichtung) des Lots 19' erstreckt. Im vorliegenden Beispiel ist der Zylinder 28' an den Stirnseiten der Düsenkammerwandungen der Lötdüse 10' befestigt, nämlich einerseits an der Vorderwand 16.1' der Kammer 18' und andererseits an der gegenüberliegenden Rückwand 16.2' derselben.
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Durch die Abstände des Zylinders 28' zu den benachbarten, sich gegenüberliegenden Seitenwandungen 16.3' und 16.4' der Kammer 18' ergebenen sich seitliche Teilströme, die in der Folge dazu führen, dass die im Stand der Technik seitlich abfallenden Flanken der Welle 22' quasi nach oben angehoben werden bzw. dass sich der bergartige Bereich der Welle 22' etwas abgesenkt.
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Im Ergebnis ergibt sich eine insgesamt im Wesentlichen ungekrümmte, d. h. im vorliegenden Fall nur geringförmig gekrümmte, im Wesentlichen planare bzw. ebene Oberseite 24' der Welle 22'.
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Die sich daraus ergebenden Vorteile sind offensichtlich. Die einzelnen, in einer Reihe benachbart zueinander angeordneten Lötstellen 26.1'–26.8' können gleichzeitig bzw. in einem Prozessschritt gelötet werden, da der Abstand sämtlicher Lötstellen 26.1'–26.8' zu der nun nahezu ebenen Oberseite 24' der Lötwelle 22' jeweils nahezu identisch ist.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Lötdüse
- 10'
- Lötdüse
- 12
- Leiterplatine
- 12'
- Leiterplatine
- 14
- Zulauf
- 14'
- Zulauf
- 16.1
- Vorderwand
- 16.2
- Rückwand
- 16.3
- Seitenwandung
- 16.4
- Seitenwandung
- 16.1'
- Vorderwand
- 16.2'
- Rückwand
- 16.3'
- Seitenwandung
- 16.4'
- Seitenwandung
- 18
- Düsenkammer
- 18'
- Düsenkammer
- 19
- Lot
- 19'
- Lot
- 20
- Austrittsöffnung
- 20'
- Austrittsöffnung
- 22
- Lötwelle
- 22'
- Lötwelle
- 24
- Oberseite
- 24'
- Oberseite
- 26.1–26.8
- Lötstellen
- 26.1'–26.8'
- Lötstellen
- 28'
- Strömungskörper
