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TECHNISCHES GEBIET
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Die hier offenbarten Aspekte betreffen allgemein eine Vorrichtung und ein Verfahren für einen automatisierten Lötprozess. Zum Beispiel betreffen die hier offenbarten Aspekte allgemein eine Vorrichtung und ein Verfahren, die ein heißes Ende (einen Lötkopf) für das Auftragen von Lot auf eine Draht-Anschluss-Verbindung verwenden. Diese und andere Aspekte werden im Folgenden im größeren Detail erläutert.
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STAND DER TECHNIK
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Die
US-Veröffentlichung Nr. 2016/0129643 (Mark et al.) gibt dreidimensionale Drucker und verstärkte Filamente sowie verschiedene Verfahren zur Nutzung derselben an. In einer Ausführungsform wird ein hohlraumfreies verstärktes Filament zu einer Kanaldüse zugeführt. Das verstärkte Filament enthält einen Kern, der kontinuierlich oder semikontinuierlich sein kann, und ein den Kern umgebendes Matrixmaterial. Das verstärkte Filament wird zu einer Temperatur erhitzt, die höher als die Schmelztemperatur des Matrixmaterials und niedriger als die Schmelztemperatur des Kerns ist, bevor das Filament von der Leitungsdüse gezogen wird.
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ZUSAMMENFASSUNG
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In wenigstens einer Ausführungsform ist eine Vorrichtung für einen automatisierten Lötprozess vorgesehen. Die Vorrichtung umfasst einen Schrittmotor zum Vorsehen von Lot und ein heißes Ende einschließlich eines Gehäuses zum Erhitzen des Lots und zum Vorsehen des verflüssigten Lots zu einem Anschluss und zu einem freiliegenden Teil eines Drahts. Die Vorrichtung umfasst eine Anschlusshalteeinrichtung zum Halten des Anschlusses und des freiliegenden Teils des Drahts, während das heiße Ende das verflüssigte Lot zu dem Anschluss und zu dem freiliegenden Teil des Drahts vorsieht. Die Vorrichtung umfasst eine erste Heizeinrichtung zum Erhitzen des Anschlusses und des freiliegenden Teils des Drahts, um einen Fluss des verflüssigten Lots auf den Anschluss und den freiliegenden Teil des Drahts zu ermöglichen.
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In wenigstens einer anderen Ausführungsform wird eine Vorrichtung für einen automatisierten Lötprozess vorgesehen. Die Vorrichtung umfasst einen Schrittmotor zum Vorsehen von Lot und ein heißes Ende zum Erhitzen des Lots und zum Vorsehen des verflüssigten Lots zu einem Anschluss und zu einem freiliegenden Teil eines Drahts. Die Vorrichtung umfasst eine Anschlusshalteeinrichtung zum Halten des Anschlusses und des freiliegenden Teils des Drahts, während das heiße Ende das verflüssigte Lot zu dem Anschluss und zu dem freiliegenden Teil des Drahts vorsieht. Die Vorrichtung umfasst eine erste Heizeinrichtung zum Erhitzen des Anschlusses und des freiliegenden Teils des Drahts, um einen Fluss des verflüssigten Lots auf den Anschluss und den freiliegenden Teil des Drahts zu ermöglichen.
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In wenigstens einer weiteren Ausführungsform wird eine Vorrichtung für einen automatisierten Lötprozess vorgesehen. Die Vorrichtung umfasst ein heißes Ende zum Erhitzen des Lots und zum Vorsehen des verflüssigten Lots zu einem Anschluss und zu einem freiliegenden Teil eines Drahts. Die Vorrichtung umfasst eine Anschlusshalteeinrichtung zum Halten des Anschlusses und des freiliegenden Teils des Drahts, während das heiße Ende das verflüssigte Lot zu dem Anschluss und zu dem freiliegenden Teil des Drahts vorsieht. Die Vorrichtung umfasst eine erste Heizeinrichtung zum Erhitzen des Anschlusses und des freiliegenden Teils des Drahts, um einen Fluss des verflüssigten Lots auf den Anschluss und den freiliegenden Teil des Drahts zu ermöglichen.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird durch die beigefügten Ansprüche definiert. Merkmale verschiedener Ausführungsformen werden durch die folgende ausführliche Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Ansprüche verdeutlicht.
- 1 zeigt eine Vorrichtung zum Vorsehen eines automatisierten Lötprozesses gemäß einer Ausführungsform.
- 2 zeigt einen Prozess zum Vorsehen eines automatisierten Lötprozesses gemäß einer Ausführungsform.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben, wobei jedoch zu beachten ist, dass die hier beschriebenen Ausführungsformen lediglich beispielhaft für die Erfindung sind, die auch durch verschiedene andere Ausführungsformen realisiert werden kann. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, wobei einige Teile vergrößert oder verkleinert dargestellt sein können, um Details bestimmter Komponenten zu verdeutlichen. Die hier beschriebenen spezifischen Details des Aufbaus und der Funktion sind nicht einschränkend aufzufassen, sondern lediglich als repräsentative Basis für den Fachmann, der die Erfindung realisieren möchte.
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Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen allgemein eine Vielzahl von Schaltungen oder anderen elektrischen Einrichtungen. Bezugnahmen auf Schaltungen und andere elektrische Einrichtungen sowie auf deren Funktionen sind nicht als auf die hier beschriebenen oder gezeigten beschränkt aufzufassen. Es können bestimmte Bezeichnungen für die hier beschriebenen verschiedenen Schaltungen oder anderen elektrischen Einrichtungen verwendet werden, wobei diese Bezeichnungen jedoch den Funktionsumfang der Schaltungen und anderen elektrischen Einrichtungen nicht einschränken. Die Schaltungen und anderen elektrischen Einrichtungen können je nach der gewünschten elektrischen Implementierung auf beliebige Weise miteinander kombiniert sein und/oder voneinander getrennt sein. Es ist zu beachten, dass die hier beschriebenen Schaltungen oder anderen elektrischen Einrichtungen eine beliebige Anzahl von Mikrocontrollern, Grafikprozessoreinheiten (GPUs), integrierten Schaltungen und Speichereinrichtungen (z.B. FLASH, Direktzugriffsspeicher (RAM), Nur-Lese-Speicher (ROM), elektrisch programmierbare Nur-Lese-Speicher EPROM, elektrisch löschbare und programmierbare Nur-Lese-Speicher (EEPROM) oder andere geeignete Varianten von diesen) sowie eine Software, die miteinander zusammenwirken, um die hier beschriebenen Operationen durchzuführen, umfassen können. Außerdem können eine oder mehrere der elektrischen Einrichtungen konfiguriert sein für das Ausführen eines Computerprogramms, das in einem nicht-transitorischen, computerlesbaren Medium verkörpert ist, das programmiert ist für das Durchführen von beliebigen der hier beschriebenen Funktionen.
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1 zeigt eine Vorrichtung 10 zum Vorsehen eines automatisierten Lötprozesses gemäß einer Ausführungsform. Die Vorrichtung 10 ist eine Anschlusscrimpmaschine. Die Vorrichtung umfasst einen Lötkopf 12 (nachfolgend als „heißes Ende“ bezeichnet) für das Auftragen von Lot 22 auf einen Anschluss 32 und einen freiliegenden Teil 34 eines Drahts 36. In einem Beispiel kann das heiße Ende 12 einem heißen Ende, das in Verbindung mit einem dreidimensionalen Drucker verwendet wird, ähnlich sein. Das heiße Ende 12 enthält einen Widerstandsheizer 14 und wenigstens ein Thermoelement 24. Das heiße Ende 12 umfasst allgemein ein Gehäuse 18 aus Metall oder Stahl, das einen Außenteil des heißen Endes bildet. Das Gehäuse 18 definiert einen Hohlraum (ein Reservoir) 20 zum Sammeln des Lots 22. Das heiße Ende 12 enthält wenigstens ein an dem Gehäuse 18 angeordnetes Thermoelement 24. Eine Temperatursteuereinrichtung 26 ist elektrisch mit dem Widerstandsheizer 14 gekoppelt. Es ist zu beachten, dass der Widerstandsheizer 14 einen Widerstand enthält, der thermisch aktiv ist, wenn er eine Spannung von der Temperatursteuereinrichtung 26 empfängt. Der Widerstandsheizer 14 wendet Wärmeenergie auf das Lot 22, sodass das Lot 22 schmilzt und von einer Öffnung 28 des Lötkopfs 12 fließt, basierend auf der durch die Temperatursteuereinrichtung 26 vorgesehenen Spannung an. Das Gehäuse 18 umfasst eine Düse 27, die die Öffnung 28 definiert.
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Die Vorrichtung 10 umfasst weiterhin eine Anschlusshalteeinrichtung 30. Ein Anschluss 32 wird an der Anschlusshalteeinrichtung 30 positioniert, um den freiliegenden Teil 34 des Drahts 36 aufzunehmen. Der Anschluss 32 und der freiliegende Teil 34 des Drahts 36 empfangen das Lot 22 von dem heißen Ende 12, während sie an der Anschlusshalteeinrichtung 30 positioniert sind. Es ist zu beachten, dass der Anschluss 32 einer aus einer Vielzahl von Anschlüssen sein kann, die gemeinsam an einer Anschlussspule (nicht gezeigt) vorgesehen sind. Es ist weiterhin zu beachten, dass der freiliegende Teil 34 des Drahts 36 Kupferlitzen (oder Kupferfilamente), die miteinander gebündelt sind, umfasst. Allgemein kann der Anschluss 32 ein männlicher oder weiblicher Anschluss sein, der allgemein eine Öffnung zum Aufnehmen eines freiliegenden Teils 34 des Drahts 36 umfasst. Der Anschluss 32 und der freiliegende Teil 34 des Drahts 36 bilden eine Schnittstelle 38, an welcher das Lot 22 in flüssiger Form empfangen wird, um den Anschluss 32 an dem freiliegenden Teil 34 zu befestigen, wenn das Lot 22 abkühlt.
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Die Anschlusshalteeinrichtung 30 enthält eine Widerstandsheizeinrichtung 40. Die Widerstandsheizeinrichtung 40 kann dem an dem heißen Ende 12 angeordneten Widerstandsheizer 14 ähnlich sein und enthält einen Widerstand (nicht gezeigt), der Wärmeenergie in Reaktion auf eine Spannung erzeugt. Eine separate Temperatursteuereinrichtung 41 kann die Spannung an der Widerstandsheizeinrichtung 40 anlegen, sodass die Widerstandsheizeinrichtung 40 Wärmeenergie mit einer vorbestimmten Temperatur erzeugt, um dabei zu helfen, einen Fluss des Lots 22 von dem heißen Ende 12 und auf den Anschluss 32 und den freiliegenden Teil 34 des Drahts 36 vorzusehen. Die Widerstandsheizeinrichtung 40 ist auch unter dem Anschluss 32 angeordnet, um dabei zu helfen, den Fluss des Lots 22 auf den Anschluss 32 und auf den freiliegenden Teil 34 des Drahts 36 vorzusehen. In diesem Fall wendet die Widerstandsheizeinrichtung 40 eine Wärmeenergie auf die Schnittstelle 38 an, damit das Lot 22 zu dem Anschluss 32 und zu einer Gruppierung von Kupferfilamenten fließen kann, die den freiliegenden Teil 34 des Drahts 36 bilden. Die Widerstandsheizeinrichtung 40 ermöglicht, dass das Lot 22 eine größere Fläche des Anschlusses 32 und des freiliegenden Teils 34 des Drahts 36 bedeckt. Nachdem das heiße Ende 12 das Lot 22 aufgetragen hat, kühlt das Lot 22 ab, um eine mechanische Verbindung mit dem Anschluss 32 und dem freiliegenden Teil 34 des Drahts 36 zu bilden. Es sollte deutlich sein, dass der Anschluss 32 auch auf den freiliegenden Teil 34 gecrimpt werden kann, bevor das heiße Ende 12 das Lot 22 auf den Anschluss 32 und den freiliegenden Teil 34 des Drahts 36 aufträgt.
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Die Widerstandsheizeinrichtung 40 hilft dabei, eine angemessene volumetrische Flussrate des Lots 22 aufrechtzuerhalten, während die Düse 27 das Lot 22 auf den Anschluss 32 und den freiliegenden Teil 34 des Drahts 36 ausgibt. Außerdem hilft der Durchmesser der Öffnung 28 und der Düse 27 dabei, eine hohe volumetrische Flussrate des Lots 22 auf den Anschluss 32 und den freiliegenden Teil 34 des Drahts 36 aufrechtzuerhalten.
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Ein Schrittmotor 42 ist vorgesehen, um die auf das heiße Ende 12 und später auf den Anschluss 32 und den freiliegenden Teil 34 des Drahts 36 aufgetragene Menge des Lots 22 zu steuern. Eine sequentielle Steuereinrichtung 44 steuert den Schrittmotor 42, um das Lot linear zu dem heißen Ende 12 zu führen, um die korrekte Menge des Lots 22 von dem heißen Ende 12 zu dem Anschluss 32 und dem freiliegenden Teil 34 des Drahts 36 zu steuern. Diese Bedingung ermöglicht, dass die Vorrichtung 10 die korrekte Menge des Lots 22 zu Drähten verschiedener Querschnitte oder Dicken vorsieht. In einem Beispiel kann die Vorrichtung 10 ungefähr 0,01 Gramm des Lots 22 auf den Anschluss 32 und den freiliegenden Teil 34 des Drahts 36 auftragen. Weiterhin ermöglicht diese Bedingung, dass die Vorrichtung 10 die korrekte Menge des Lots 22 zu Drähten mit einem Durchmesser von 0,08 bis 0,13 mm2 vorsieht. Herkömmliche Systeme sind nicht in der Lage, Drähte mit einem derartigen Drahtdurchmesser an Anschlüsse zu löten. Außerdem sind die herkömmlichen Systeme nicht in der Lage, die korrekte Menge des Lots zu einem Anschluss und einem Drahtdurchmesser dieser Größe vorzusehen. Und während die Vorrichtung 10 eine angemessene Menge des Lots 22 auf Drähte kleinerer Dicken auftragen kann, kann die Vorrichtung 10 auch die korrekte Menge des Lots 22 auf Drähte größerer Dicken auftragen. Ein Servomotor 25 ist operativ mit dem heißen Ende 12 gekoppelt, um das heiße Ende 12 in einer x-, y- und z-Achse (oder Ausrichtung) in Bezug auf die Position der Anschlusshalteeinrichtung 30 zu bewegen, wenn das Lot 22 auf den Anschluss 32 und auf den freiliegenden Teil 34 des Drahts 36 aufgetragen wird. Eine Steuereinrichtung (nicht gezeigt) kann den Servomotor 25 steuern, um das heiße Ende 12 zu einer gewünschten Position für das Auftragen des Lots 22 auf den Anschluss 32 und den freiliegenden Teil 34 des Drahts 36 zu bewegen.
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Um wie oben genannt die pro Auftragungszyklus ausgegebene Menge des Lots 22 präzise zu steuern, steuert der Schrittmotor 42 das lineare Zuführen des Lots 22 in das heiße Ende 12. Diese Bedingung steht in einem direkten Zusammenhang mit der Menge des Lots 22, das auf den Anschluss 32 und den freiliegenden Teil 34 des Drahts 36 ausgegeben wird. Der Schrittmotor 42 enthält allgemein ein Zahnrad oder einen Rotor (nicht gezeigt), das bzw. der durch Spulen (nicht gezeigt) umgeben ist. Wenn die Spulen mit Strom versorgt werden, veranlasst diese Bedingung. dass sich der Rotor um eine Achse mit vorbestimmten Winkeln oder Schritten dreht. Die sequentielle Steuereinrichtung 44 steuert den Rotor für eine Drehung mit verschiedenen Schritten, indem er die Spulen wahlweise mit Strom versorgt. Zum Beispiel legt die sequentielle Steuereinrichtung 44 Strom an jeder Spule in dem Schrittmotor 42 in einer entsprechenden Sequenz an.
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Wenn die Vorrichtung 10 für die Lötoperation eingerichtet wird, kann die von dem heißen Ende 12 zu dem Anschluss 32 und dem freiliegenden Teil 34 des Drahts 36 ausgegebene korrekte Menge des Lots 22 durch Testen festgestellt werden. Sobald die korrekte Menge des Lots 22 für eine bestimmte Anwendung festgestellt wurde, kann die sequentielle Steuereinrichtung 44 programmiert werden, um wiederholt die korrekte Menge des Lots an dem erforderlichen spezifischen Punkt vorzusehen. Die sequentielle Steuereinrichtung 44 erzielt dies durch das inkrementelle Betreiben des Schrittmotors 42 (z.B. das Antreiben des Rotors) um eine entsprechende Anzahl von Graden und kann dann den Rotor um eine spezifische Anzahl von Graden zurück bewegen, um die linear in das heiße Ende 12 geführte Menge des Lots 22 präzise zu steuern. Ein derartiges inkrementelles Bewegen um eine entsprechende Anzahl von Graden und Zurückbewegen um eine spezifische Anzahl von Graden erfolgen allgemein in Entsprechung zu einer vorbestimmten Anzahl von Graden. Die sequentielle Steuereinrichtung 44 kann also den Schrittmotor 42 steuern, um das Lot 22 zu dem heißen Ende 12 basierend auf der vorbestimmten Anzahl von Graden zu bewegen. Die sequentielle Steuereinrichtung 44 kann auch den Schrittmotor 42 für ein Zurückbewegen steuern, sodass kein zusätzliches Lot 22 an dem heißen Ende 12 verflüssigt wird, wodurch eine Unvorhersagbarkeit in dem Prozess verursacht werden könnte.
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Wie weiter oben genannt, ist die Temperatursteuereinrichtung 26 elektrisch mit dem Thermoelement 24 gekoppelt, das an dem Gehäuse 18 des Lötkopfs 12 angeordnet ist. Das Thermoelement 24 gibt ein Signal, das die Temperatur des Lots 22 in dem Reservoir 20 angibt, zu der Temperatursteuereinrichtung 26. Wenn die Temperatursteuereinrichtung 26 bestimmt, dass die Temperatur des Lots 22 einen vorbestimmten Temperaturschwellwert überschreitet, kann die Temperatursteuereinrichtung 26 den Widerstandsheizer 14 deaktivieren und/oder einen Kühlventilator 48 aktivieren, um das Lot in dem Reservoir 20 zu einer Temperatur, die unter dem vorbestimmten Temperaturschwellwert liegt, abzukühlen. In einem Beispiel kann die Temperatursteuereinrichtung 26 die Geschwindigkeit des Kühlventilators 48 erhöhen, um das Lot 22 zu kühlen, nachdem bestimmt wird, dass die Temperatur des Lots 22 die vorbestimmte Schwellwerttemperatur überschreitet. Der Kühlventilator 48 ist allgemein ausgerichtet, um kühle Luft zu dem Gehäuse 18 zu richten. Wenn die Temperatursteuereinrichtung 26 bestimmt, dass die Temperatur des Lots 22 unter dem vorbestimmten Temperaturschwellwert liegt, fährt die Temperatursteuereinrichtung 26 fort, den Widerstandsheizer 14 zu steuern, um das Lot 22 zu einer gewünschten Temperatur zu erhitzen, um einen angemessenen Fluss von dem Gehäuse 18 zu ermöglichen. Es ist zu beachten, dass die Temperatursteuereinrichtung 26 auch den Kühlungsventilator 48 deaktivieren kann. Alternativ dazu kann die Temperatursteuereinrichtung 26 auch die Geschwindigkeit des Kühlventilators 48 vermindern, um ein Erwärmen des Lots 22 zu dem vorbestimmten Temperaturschwellwert zu ermöglichen.
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2 zeigt einen Prozess 100 zum Vorsehen des automatisierten Lötprozesses gemäß einer Ausführungsform. Es sollte deutlich sein, dass verschiedene der unten genannten Schritte auch parallel zueinander durchgeführt werden können. Außerdem kann die Ausführungssequenz der unten genannten Schritte verschieden sein von der Reihenfolge, in der die Schritte erläutert werden.
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In dem Schritt 102 führt der Schrittmotor 42 das Lot 22 unter der Steuerung der sequentiellen Steuereinrichtung 44 zu dem heißen Ende 12 zu.
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In dem Schritt 104 aktiviert die Temperatursteuereinrichtung 26 den Widerstandsheizer 14 des heißen Endes 12, um das Lot 22 zu einer vorbestimmten Temperatur in dem Reservoir 20 des heißen Endes 12 zu erhitzen.
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In dem Schritt 106 überwacht die Temperatursteuereinrichtung 26 die Temperatur des Lots 22 in dem Reservoir 20 des heißen Endes 12 und steuert den Widerstandsheizer 14, um das Lot 22 mit der vorbestimmten Temperatur vorzusehen.
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In dem Schritt 108 wird der Draht 36 von einer Spule gezogen.
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In dem Schritt 110 entfernt ein Drahtabisolierer die Drahtisolation von dem Draht 36, um den freiliegenden Teil 34 des Drahts 36 vorzusehen.
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In dem Schritt 112 wählt die Vorrichtung 10 den Anschluss 32 aus und platziert den Anschluss 32 in einem Hohlraum (oder einem Anschlusshalteaufbau) an der Anschlusshalteeinrichtung 30.
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In dem Schritt 114 positioniert die Vorrichtung 10 den freiliegenden Teil 34 des Drahts 36 in dem Anschluss 32.
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In dem Schritt 116 crimpt die Vorrichtung 10 den Anschluss 32 auf den freiliegenden Teil 34 des Drahts 36 und auf einen isolierten Teil des Drahts 36.
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In dem Schritt 118 aktiviert die separate Temperatursteuereinrichtung 41 die Widerstandsheizeinrichtung 40 an dem Anschlusshalteteil 30, um die Drahtanordnung (d.h. den Anschluss 32 und den freiliegenden Teil 34 des Drahts 36) zu erhitzen.
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In dem Schritt 120 erhitzt die Widerstandsheizeinrichtung 40 den freiliegenden Teil 34 des Drahts 36.
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In dem Schritt 122 bewegt der Servomotor 25 das heiße Ende 12 zu dem Anschluss 32 und dem freiliegenden Teil 34 des Drahts 36. Das heiße Ende 12 trägt dann das Lot 22 auf den Anschluss 32 und den freiliegenden Teil 34 des Drahts 36 auf. Wie weiter oben genannt, kann der Servomotor 25 das heiße Ende 12 in einer von drei Achsen bewegen. In diesem Fall ermöglicht die Wärme von der Widerstandsheizeinrichtung 40, dass das Lot 22 eine größere Fläche des Anschlusses 32 und des freiliegenden Drahts 34 bewegt, wenn sich das Lot 22 in den Filamenten der Kupferdrähte des freiliegenden Teils 34 und auf den Anschluss 32 bewegt.
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In dem Schritt 124 platziert die Vorrichtung 10 die gelötete Drahtanordnung in einem Verwahrungsbereich.
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Vorstehend wurden beispielhafte Ausführungsformen beschrieben, wobei die Erfindung jedoch nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist. Die Beschreibung ist beispielhaft und nicht einschränkend aufzufassen, wobei verschiedene Änderungen an den hier beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne dass deshalb der Erfindungsumfang verlassen wird. Außerdem können Merkmale verschiedener Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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