DE102020124111B4

DE102020124111B4 - Selektivlötanlage zum selektiven Wellenlöten von Leiterkarten mit Greifeinheit zum Lötdüsenwechsel

Info

Publication number: DE102020124111B4
Application number: DE102020124111.9A
Authority: DE
Inventors: Sven Proppert; Theresa Christ
Original assignee: Ersa GmbH
Current assignee: Ersa GmbH
Priority date: 2020-09-16
Filing date: 2020-09-16
Publication date: 2022-12-01
Anticipated expiration: 2040-09-17
Also published as: US11623291B2; US20220184726A1; CN114260535A; DE102020124111A1

Abstract

Selektivlötanlage (10) zum selektiven Wellenlöten von Leiterkarten, mit einem Löttiegel (40), mit einer an dem Löttiegel (40) lösbar anordenbaren Lötdüse (22), die einen Düsensockel und einen Düsenhals (56) aufweist, an dessen freien Ende eine Düsenöffnung vorgesehen ist, wobei der Löttiegel (40) an einer Verfahreinheit (16) angeordnet ist, die entlang einer x- und y-Achse in einer horizontalen Ebene und entlang einer z-Achse (44) in vertikaler Richtung verfahrbar ist, und mit einer Steuereinheit (32) zur Ansteuerung der Verfahreinheit (16), dadurch gekennzeichnet, dass an der Verfahreinheit (16) ein Magazin (20) zur Aufnahme von unterschiedlichen Lötdüsen (22) angeordnet ist, dass eine von der Steuereinheit (32) ansteuerbare Greifeinheit (34) mit Greiffingern (38) zum Ergreifen der Lötdüse (22) vorgesehen ist, wobei die Greifeinheit (34) mit einer von der Steuereinheit (32) ansteuerbaren Antriebseinheit (36) entlang der z-Achse verfahrbar ist, und wobei die Steuereinheit (32) derart eingerichtet ist, dass sie die Verfahreinheit (16), die Antriebseinheit (36) und die Greifeinheit (34) derart ansteuert, dass eine sich im Magazin (20) befindliche Lötdüse (22) mit der Greifeinheit (34) gegriffen, angehoben und im Löttiegel (40) abgesetzt werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft eine Selektivlötanlage zum selektiven Wellenlöten von Leiterkarten, mit einem Löttiegel, mit einer an dem Löttiegel lösbar anordenbaren Lötdüse, die einen Düsensockel und einen Düsenhals aufweist, an dessen freien Ende eine Düsenöffnung vorgesehen ist, wobei der Löttiegel an einer Verfahreinheit angeordnet ist, die entlang einer x- und y-Achse in einer horizontalen Ebene und entlang einer z-Achse in vertikaler Richtung verfahrbar ist, und wobei eine Steuereinheit zur Ansteuerung der Verfahreinheit zum Verfahren entlang der x-, y- und z-Achse vorgesehen ist. Die x-, y- und z-Achsen sind dabei jeweils orthogonal zueinander angeordnet.
Im Bereich der Kontaktierung von elektronischen Bauelementen, welche beispielsweise mittels Through Hole Technology (THT) von einer Oberseite einer Leiterkarte durch eine Bohrung in der Leiterkarte befestigt werden, ist es bekannt, die Bauelemente von einer Unterseite der Leiterkarte zu kontaktieren. Zur Kontaktierung einzelner Pins oder Pinreihen durch Löten ist das sogenannte selektive Wellenlöten bekannt geworden, bei dem eine stehenden Welle eines flüssigen Lots exakt unter einer Baugruppe bzw. einem zu kontaktierenden Pin positioniert wird. Dabei ist es ferner bekannt, beim sogenannten Fluxen zunächst mit einer Sprühdüse ein Flussmittel zur Verbesserung der Benetzung durch das Lot auf die zu verlötenden Pins/Pinreihen aufzusprühen, wobei dann einzelne Pins durch das sogenannte Punktlöten oder Pinreihen durch Verfahren einer Bahn vom ersten bis zum letzten Pin der Pinreihe verlötet werden.
Ferner ist es bekannt, eine Leiterkarte mit einer Positioniereinrichtung exakt über einer stehenden Welle eines statisch in einer Lötanlage angeordneten Löttiegels zu positionieren und zum Punktlöten dann gegebenenfalls abzusenken oder die Lötwelle anzuheben, bis die stehende Welle des Lots den Pin kontaktiert. In diesem Fall wird somit die gesamte Leiterkarte relativ gegenüber der im Löttiegel erzeugten stehenden Welle verschoben. Eine derartige Vorgehensweise hat sich jedoch als vergleichsweise zeitintensiv erwiesen.
Aus der DE 10 2004 063 488 A1 und der WO 2014/086954 A1 sind Selektivlötanlagen mit Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bekannt, bei denen der Löttiegel mit der Verfahreinheit entlang den x-, y-, und z-Achsen verfahrbar ist.
Aus der JP H05- 208 263 A ist ein Gerät zum Eintauchen von Leiterplatten in Lot bekannt, aus der JPH01-143 763A ist eine Vorrichtung mit einer Lötdüse bekannt und aus der JP 2000-228 572 ist eine Formation von Anschlüssen von flexiblen Leiterplatten bekannt.
Je nach zu lötenden Bauteil kann es erforderlich sein, Lötdüsen mit unterschiedlichen Düsenöffnungen vorzusehen. Die Düsenöffnungen können dabei unterschiedliche Durchmesser und/oder unterschiedliche Konturen aufweisen. Zudem unterliegen die Lötdüsen im Betrieb einem Verschleiß insbesondere durch sich auf der Oberfläche der Lötdüse bildende, ungewollte Oxidationsschichten, die zu einer ungewollten Verformung der Lötwelle führen.
Gemäß dem Stand der Technik ist es bekannt, verschlissene Lötdüsen händisch mit zugehörigem Werkzeug auszutauschen. Ein derartiger Austausch erfordert aufgrund des sich im Löttiegel befindlichen flüssigen Lots spezielle Schutzmaßnahmen und ist zeitaufwändig. Ferner ist zu berücksichtigen, dass die Lötdüsen beim Einsetzen eine gewünschte Temperatur haben sollten, um ein unerwünschtes Aushärten von flüssigem Lot beim Einsetzen der Lötdüse in den Löttiegel zu vermeiden. Dazu ist es bekannt, die Lötdüse vor dem Einsetzen mehrere Sekunden oberhalb des Löttiegels in nahem Abstand zum flüssigen Lot über diesem zu halten, sodass insbesondere vom Löttiegel ausgehende Strahlungswärme die einzusetzende Lötdüse erwärmt. Die Lötdüse kann auch abschnittsweise in das flüssige Lot gehalten werden, so dass sie von diesem umspült und erwärmt wird. Hat die Lötdüse eine bestimmte Vorheiztemperatur erreicht, wird sie händisch in den Löttiegel eingesetzt.
Ferner ist aus der DE 10 2016 121 160 A1 bekannt, Lötdüsen mittels einer Handhabungseinrichtung am Löttiegel anzuordnen und zu entfernen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Selektivlötanlage bereitzustellen, mit der die Effizienz der Anlage erhöht und ein funktionssicherer Betrieb dennoch gewährleistet wird.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Selektivlötanlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Eine solche Selektivlötanlage zeichnet sich also dadurch aus, dass an der Verfahreinheit ein Magazin zur Aufnahme von unterschiedlichen Lötdüsen angeordnet ist. Das Magazin mit den Lötdüsen wird folglich beim Verfahren der Verfahreinheit mit bewegt. Dadurch, dass das Magazin an der Verfahreinheit angeordnet ist, wird kein zusätzlicher Bauraum für ein feststehendes Magazin benötigt. Ferner ist eine von der Steuereinheit ansteuerbare Greifeinheit mit Greiffingern zum Ergreifen der Lötdüse vorgesehen, wobei die Greifeinheit mit einer von der Steuereinheit ansteuerbaren Antriebseinheit zumindest entlang der z-Achse verfahrbar ist. Mit der Greifeinheit kann folglich bei einem Austausch der Lötdüse die Lötdüse gegriffen werden. Die Steuereinheit ist dabei so eingerichtet, dass sie die Verfahreinheit, die Antriebseinheit und die Greifeinheit derart ansteuert, dass eine sich im Magazin befindliche Lötdüse mit der Greifeinheit gegriffen, angehoben und im Löttiegel abgesetzt werden kann. Vor dem Absetzten kann die Lötdüse über der Lötwelle kurz vorgeheizt werden. Vorteilhafterweise ist die Steuereinheit auch so ausgebildet, dass eine sich im Löttiegel befindliche Düse mit der Greifeinheit gegriffen, angehoben und als Verschleißteil abgeworfen oder bei Wiederverwendung im Magazin abgesetzt werden kann.
Mit der Erfindung ist also ein automatisierter Austausch der Lötdüse möglich. Dadurch, dass das Magazin an der Verfahreinheit angeordnet ist, ist keine weitere Einheit erforderlich, um das Magazin entlang der x-, y-Achse und ggfs. z-Achse senkrecht unter die Greifeinheit zu platzieren. Eine Lötdüse kann dann durch Verfahren der Greifeinheit lediglich in z-Achse gegriffen, angehoben und abgesetzt werden.
Dabei ist vorteilhaft, wenn die Greifeinheit lediglich entlang der z-Achse verfahrbar ist und nicht entlang den x- und y-Achsen. Hierdurch kann auf einen x-y-Achs-Antrieb der Greifeinheit verzichtet werden; die Greifeinheit wird lediglich in vertikaler Richtung bewegt. Das Magazin kann über die Verfahreinheit in horizontaler Richtung und vorzugsweise auch in vertikaler Richtung bewegt werden.
Besonders vorteilhaft ist, wenn die Steuereinheit so eingerichtet ist, dass die Greifeinheit entlang der z-Achse synchron mit der Verfahreinheit entlang der z-Achse aufeinander zu und/oder voneinander weg bewegt werden. Hierdurch können vergleichsweise geringe Verfahrzeiten realisiert und die Rüstzeit zum Wechseln der Lötdüse minimiert werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung sieht vor, dass eine Fingerheizung zum Heizen der Greiffinger vor und/oder zumindest während des Greifvorgangs auf eine Vorheiztemperatur vorgesehen ist. Dadurch kann erreicht werden, dass während des Greifens die gegriffene Lötdüse von den Greiffingern erwärmt wird oder auf einer gegebenenfalls bereits vorhandenen Düsentemperatur gehalten wird. Die Vorheiztemperatur liegt insbesondere zwischen 100°C und 200°C und weiter insbesondere zwischen 120°C und 180°C und liegt weiter vorzugsweise im Bereich von 160°C. Dadurch kann die Anlaufzeit der Lötdüse, also die Zeit, bis die Lötdüse nach ihrem Einsetzten im Löttiegel ihre Betriebstemperatur erreicht hat, signifikant gesenkt oder gar eliminiert werden.
Die Fingerheizung kann insbesondere als elektrische Widerstandsheizung ausgebildet sein, die an den Greiffingern angeordnet oder die in die Greiffinger integriert ist. Durch entsprechendes Bestromen der Widerstandsheizung können die Greiffinger vergleichsweise schnell auf die gewünschte Vorheiztemperatur erhitzt werden. Andererseits sind auch andere Arten der Fingerheizung denkbar, wie beispielsweise Konvektionsheizungen oder Strahlungsheizungen.
Um eine gewollte Vorheiztemperatur zu erreichen ist denkbar, dass an den Greiffingern Temperatursensoren vorgesehen sind, über welche die Bestromung der Greiffinger, und damit die Vorheiztemperatur geregelt werden kann.
Ferner ist vorteilhaft, wenn eine Magazinheizung zum Heizen des Magazins und/oder der im Magazin vorhandenen Lötdüsen auf eine Vorheiztemperatur vorgesehen ist. Mittels der Magazinheizung können folglich sich im Magazin befindliche Lötdüsen auf die gewünschte Vorheiztemperatur erwärmt werden, bevor sie von der Greifeinheit gegriffen werden. Insbesondere in Kombination mit der Fingerheizung kann sichergestellt werden, dass die Lötdüsen beim Einsetzen in den Löttiegel eine gewünschte Vorheiztemperatur aufweisen, die vorzugsweise im Bereich der späteren Betriebstemperatur liegt. Eine Vorheizzeit der Lötdüse über dem Tiegel bzw. der Lötwelle kann dadurch entfallen. Auch die Anlaufzeit der Lötdüse im Löttiegel kann dadurch minimiert werden oder ganz entfallen. Um auch hier eine gewollte Vorheiztemperatur zu erreichen ist denkbar, dass am oder im Magazin Temperatursensoren vorgesehen sind, über welche die Heizung des Magazins, und damit die Vorheiztemperatur geregelt werden kann.
Vorteilhafterweise sieht das Magazin einen Magazinboden vor, wobei im oder am Magazinboden die Magazinheizung vorgesehen ist. Bei der Magazinheizung kann es sich insbesondere um eine elektrische Widerstandsheizung handeln, vorzugsweise in Form eines Flächen- oder Ringheizelements. Je nach geometrischer Ausbildung des Magazins können auch andere Heizungsarten vorgesehen sein, wie beispielsweise Konvektionsheizungen oder Strahlungsheizungen.
Ferner ist denkbar, dass das Magazin ein Abdeckelement aufweist und dass im oder am Abdeckelement die Magazinheizung vorgesehen ist. Ein Abdeckelement hat den Vorteil, dass im Magazin befindliche Düsen vor einer Verschmutzung geschützt sind. Die Magazinheizung im oder am Abdeckelement kann vorzugsweise eine elektrische Widerstandsheizung sein, insbesondere in Form eines Flächen- oder Ringheizelements.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung sieht vor, dass zwischen der Magazinheizung und den Lötdüsen ein Kontaktmaterial zur Anlage an die Lötdüsen vorgesehen ist. Das Kontaktmaterial hat vorzugsweise einerseits Berührkontakt zur Magazinheizung und andererseits Berührkontakt zu den Lötdüsen, wodurch eine günstige Wärmeübertragung bereitgestellt werden kann.
Dabei ist vorteilhaft, wenn das Kontaktmaterial zumindest am Düsenhals der im Magazin vorhandenen Düsen zur Anlage kommt.
Das Kontaktmaterial kann beispielsweise aus Metallwolle gebildet sein, welche an der Innenseite des Abdeckelements angeordnet sein kann. Die Metallwolle als solche kann elastisch nachgiebig ausgestaltet sein, so dass beim Aufsetzen des Abdeckelements die Metallwolle aufgrund der Anlage an den im Magazin vorhandenen Düsen elastisch komprimiert wird. Hierdurch kann eine günstige Wärmeübertragung erreicht werden.
Das Kontaktmaterial kann auch von parallel zueinander verschieblich gelagerten Metallelementen gebildet sein, deren freien Enden gegen die im Magazin vorhandenen Lötdüsen wirken. Die Metallelemente sind dabei vorzugsweise vertikal am Abdeckelement angeordnet, so dass sie mit ihrer Gewichtskraft gegen die Lötdüsen wirken. Auch hierdurch kann gewährleistet werden, dass sich eine günstige Wärmeübertragung zwischen der Magazinheizung und den Lötdüsen ergibt.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung sieht vor, dass eine vorzugsweise an der Verfahreinheit angeordnete, mittels der Steuereinheit ansteuerbare Reinigungseinheit zum Reinigen wenigstens des Düsensockels einer aus dem Löttiegel entnommenen Lötdüse vorgesehen ist und dass die Steuereinheit derart ausgebildet ist, dass eine aus dem Löttiegel mit der Greifeinheit gegriffene und angehobene Düse vor dem Absetzen im Magazin in die Reinigungseinheit verfahren und dort gereinigt wird. Dies hat den Vorteil, dass aus dem Löttiegel entnommene Lötdüsen nicht aussortiert werden müssen, sondern wiederverwendet werden können. Die Greifeinheit greift dann die Lötdüse im Löttiegel. Aufgrund der Ansteuerung der Verfahreinheit und der Antriebseinheit kann die gegriffene Lötdüse in die Reinigungseinheit bewegt werden. Gerade dann, wenn die Greifeinheit beheizbare Greiffinger umfasst, kann erreicht werden, dass beim Bewegen der entnommenen Düse aus dem Löttiegel hin zur Reinigungseinheit die Lötdüse nicht so stark abkühlt, dass eine Reinigung mittels der Reinigungseinheit nicht mehr oder nur noch schwerlich möglich ist. Besonders vorteilhaft ist natürlich, wenn mit der Greiffingerheizung erreicht wird, dass das an der Lötdüse anhaftende Lot nicht aushärtet. Die in der Reinigungseinheit gereinigte Lötdüse kann nach der Reinigung im Magazin abgesetzt werden.
Denkbar ist, dass eine Überwachungskamera den Reinigungsprozess und das Reinigungsergebnis überwacht. Erst dann, wenn sichergestellt ist, dass die Lötdüse entsprechend gereinigt ist, wird die jeweilige Lötdüse zum Magazin bewegt und dort abgesetzt.
Die Reinigungseinheit als solche kann eine rotierende Metallbürste zur Reinigung des Düsensockels umfassen.
Die Steuereinheit ist ferner so eingerichtet, dass mit ihr auch eine im oder am Löttiegel vorgesehene Lotpumpe zum Pumpen des flüssigen Lots ansteuerbar ist. Die Ansteuerung kann so sein, dass kurz vor Erreichen der Absetzlage flüssiges Lot durch eine oder in einer Düsenaufnahme gepumpt wird und die Lötdüse knapp oberhalb der Aufnahme zur Vorwärmung gehalten wird, bis die Lötdüse wenigstens weitgehend homogen vorgewärmt ist. Danach kann die Lotpumpe ausgeschalten werden und die Lötdüse in der Aufnahme des Löttiegels abgesetzt werden.
Die eingangs genannte Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Wechsel einer Lötdüse insbesondere einer erfindungsgemäßen Selektivlötanlage, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:

a. Verfahren der Verfahreinheit entlang der x-, y- und/oder z-Achse in eine Wechsellage, in der sich die zu ergreifende Lötdüse entlang der z-Achse vertikal unterhalb der Greifeinheit befindet,
b. Verfahren der Greifeinheit entlang der z-Achse nach vertikal unten in eine Greiflage und Ergreifen der sich im Magazin befindlichen Lötdüse mittels einer Greifeinheit. Dabei kann während des Verfahrens der Greifeinheit entlang der z-Achse nach vertikal unten die Verfahreinheit zeitgleich nach vertikal oben verlagert werden.
c. Bewegen der Greifeinheit samt Lötdüse entlang der z-Achse nach vertikal oben in eine Abhebelage. Dabei kann zeitgleich die Verfahreinheit entlang der z-Achse nach vertikal unten verlagert werden.
d. Verfahren der Verfahreinheit entlang der x-, y- und/oder z-Achse in eine Aufnahmelage, in der sich der Löttiegel, in den die Lötdüse eingesetzt werden soll, entlang der z-Achse unterhalb der gegriffenen Lötdüse befindet;
e. Verfahren der gegriffenen Lötdüse entlang der z-Achse nach vertikal unten in die Absetzlage, in der sich die Lötdüse im Löttiegel befindet und Freigeben der Lötdüse durch die Greifeinheit. Während des Verfahrens der Lötdüse entlang der z-Achse nach vertikal unten ist denkbar, dass die Verfahreinheit entlang der z-Achse nach vertikal oben verfahren wird.
f. Verfahren der Greifeinheit entlang der z-Achse nach vertikal oben in eine Ruhelage. Zeitgleich zum Verfahren der Greifeinheit entlang der z-Achse nach vertikal oben kann die Verfahreinheit nach vertikal unten verfahren werden.
g. Pumpen von flüssigem Lot durch die Lötdüse.

Dabei ist denkbar, dass während der Schritte a. bis e. flüssiges Lot im Löttiegel bzw. durch eine oder in einer Düsenaufnahme des Löttiegels gepumpt wird. In Schritt e. wird kurz vor Erreichen der Absetzlage die Lötdüse knapp oberhalb des Löttiegels zur Vorwärmung kurz gehalten, damit die Lötdüse von unten vom flüssigen Lot erwärmt und ggfs. von diesem angespült wird, bis die Lötdüse wenigstens weitgehend homogen vorgewärmt ist. Danach kann die Lotpumpe ausgeschalten werden und die Lötdüse im Löttiegel bzw. der Düsenaufnahme abgesetzt werden. Gemäß Schritt g. wird dann flüssiges Lot durch die Lötdüse gepumpt, wobei die Schritte f. und g. auch zeitgleich erfolgen können.
Danach ist denkbar, einen Lötwellenhöhentest durchzuführen, um sicherzustellen, dass die Lötdüse die geeignete Wellenhöhe aufweist. Ferner ist denkbar, die Lötdüse, bzw. das aus der Lötdüse austretende flüssige Lot mittels einer Kamera zu überwachen.
Besonders vorteilhaft ist, wenn das beschriebene Verfahren so durchgeführt wird, dass die Greiffinger vor dem Ergreifen der Lötdüse auf eine Vorheiztemperatur und/oder wenn die Lötdüsen im Magazin vor dem Ergreifen auf eine Vorheiztemperatur erwärmt werden. Dadurch kann ein Vorwärmen entfallen und es können insbesondere die Anlaufzeiten der Lötdüsen nach deren Einsetzen in den Löttiegel reduziert werden oder gar entfallen.
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen, anhand derer ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben und erläutert ist.
Es zeigen:

1 eine Vorderansicht einer erfindungsgemäßen Selektivlötanlage;
2 die Seitenansicht der Selektivlötanlage gemäß 1;
3 eine schematische Ansicht einer Verfahreinheit und einer Greifeinheit der Selektivlötanlage gemäß 1 und 2;
4 die Verfahreinheit und die Greifeinheit gemäß 3 in Seitenansicht in einer Wechsellage;
5 die Ansicht gemäß 4 in einer Greiflage;
6 die Ansicht gemäß 5 in einer Anhebelage;
7 die Ansicht gemäß 6 in einer Aufnahmelage;
8 die Ansicht gemäß 7 in einer Absetzlage im Löttiegel;
9 die Ansicht gemäß 8 in einer Reinigungslage;
10 die Ansicht gemäß 9 in einer Absetzlage im Magazin;
11 eine erste Ausführungsform eines Magazins;
12 eine zweite Ausführungsform eines Magazins; und
13 eine dritte Ausführungsform eines Magazins.

In den 1 und 2 ist eine Selektivlötanlage 10 zum Wellenlöten von Leiterkarten gezeigt. Die Anlage umfasst ein Gehäuse 12 mit einem das Gehäuse 12 verschließbaren Deckel 14, der im Betrieb der Selektivlötanlage 10 geschlossen ist. Innerhalb des Gehäuses 12 ist eine Verfahreinheit 16 vorgesehen, die in der horizontalen Ebene entlang einer x- und y-Achse und in vertikaler Richtung entlang einer z-Achse verfahrbar ist.
In der 3 ist die Verfahreinheit 16 schematisch dargestellt. Auf der Verfahreinheit 16 ist ein Löttiegel 40 zur Aufnahme von flüssigem Lot und ein Magazin 20 zur Aufnahme von insgesamt zehn Lötdüsen 22 vorgesehen, wobei im Magazin insgesamt fünf Lötdüsen 22 eingesetzt sind. Jeweils eine der Lötdüsen 22 ist dabei in den Löttiegel 40 einsetzbar. Der Löttiegel 40 weist eine Aufnahme 42 zur Aufnahme einer Lötdüse 22 auf.
Ferner ist auf der Verfahreinheit 16 eine Reinigungseinheit 24 zur Reinigung von Lötdüsen 22 vorgesehen. Wie ebenfalls aus 3 deutlich wird, ist zum Verlagern der Verfahreinheit 16 entlang der x-Achse ein Antrieb 26 und entlang der y-Achse ein Antrieb 28 vorgesehen. Zum Verlagern der Verfahreinheit 16 entlang der z-Achse ist ein z-Achs-Antrieb 30 vorgesehen. Die drei Antriebe 26, 28, 30 werden von einer Steuereinheit 32 angesteuert.
In vertikaler Richtung oberhalb der Ebene, in der sich die Verfahreinheit 16 befindet, ist eine Greifeinheit 34 vorgesehen, die über eine Antriebseinheit 36 in vertikaler Richtung entlang der z-Achse verfahrbar ist. Die Greifeinheit 34 weist zwei aufeinander zu und voneinander weg verfahrbare Greiffinger 38 auf. Die Antriebseinheit 36 sowie die Bewegung der Greiffinger 38 der Greifeinheit 34 sind über die Steuereinheit 32 steuerbar. Auch eine Betätigung der Reinigungseinheit 24 erfolgt durch die Steuereinheit 32.
Die Steuereinheit 32 ist dabei eingerichtet, die Verfahreinheit 16 sowie die Greifeinheit 34 mit der Antriebseinheit 36 derart anzusteuern, dass eine sich im Magazin 20 befindliche Lötdüse 22 mit der Greifeinheit 34 gegriffen, angehoben und im Löttiegel 40 abgesetzt werden kann.
Die Anordnung ist dabei vorzugsweise derart, dass die Greifeinheit 34 lediglich entlang der z-Achse und nicht entlang der x- und y-Achse verfahrbar ist.
Zum Wechseln der Lötdüse 22 kann in einem ersten Schritt, der in 4 gezeigt ist, die Verfahreinheit 16 entlang der x-, y- und z-Achse in Wechsellage verfahren werden, in der sich die im Magazin befindliche, zu ergreifende Lötdüse 22 entlang der z-Achse 44 unterhalb der Greifeinheit 34 befindet.
In einem nächsten Schritt wird dann die Greifeinheit 34 entlang der z-Achse 44 nach vertikal unten in eine Greiflage verfahren, wie sie in 5 gezeigt ist. Mit oder nach Erreichen der Greiflage werden die Greiffinger 38 aufeinander zu bewegt und die Lötdüse 22 wird gegriffen.
Die gegriffene Lötdüse wird dann, wie es in 6 gezeigt ist, in eine Anhebelage durch Verfahren der Greifeinheit 34 entlang der z-Achse 44 nach vertikal oben verlagert.
In einem nächsten Schritt wird dann, wie in 7 gezeigt, die Verfahreinheit 16 entlang der x-, y- und z-Achse horizontal verlagert, so dass in einer Aufnahmelage sich der Löttiegel 40, bzw. die Aufnahme 42 des Löttiegels 40, entlang der z-Achse 44 unterhalb der gegriffenen Lötdüse 22 befindet.
Danach wird, wie in 8 gezeigt, die Greifeinheit 34 entlang der z-Achse nach vertikal unten in eine Absetzlage bewegt, wobei dann die Greifeinheit 34 freigegeben wird und in einem nächsten Schritt die Greifeinheit 34 nach vertikal oben in eine Ruhelage bewegt werden kann.
Zur Verkürzung des beschriebenen Düsenwechselprozesses ist denkbar, dass dann, wenn die Greifvorrichtung entlang der x-Achse 44 bewegt wird, zeitgleich die Verfahreinheit 16 entlang der z-Achse in entgegengesetzter Richtung der Greifeinheit 34 bewegt wird, wodurch insgesamt kürzere Taktzeiten realisiert werden können.
Dabei ist denkbar, dass während des Verfahrens der Verfahreinheit 16 flüssiges Lot in die oder durch die Aufnahme 42 gepumpt wird. Kurz vor Erreichen der Absetzlage kann die Lötdüse knapp oberhalb in der oder aus der Aufnahme 42 strömenden Lötwelle gehalten werden, damit die Lötdüse 22 von unten durch die Lötwelle gewärmt und ggfs. von dieser angespült wird, bis die Düse 22 wenigstens weitgehend homogen vorgewärmt ist. Danach kann die Lotpumpe ausgeschalten und die Lötdüse 22 im Löttiegel 40 abgesetzt werden.
Die Steuereinheit 32 kann außerdem so eingerichtet sein, dass eine sich im Löttiegel 40 befindliche Düse 22 mit der Greifeinheit 34 gegriffen, angehoben und, falls die Düse 22 nicht weiter benötigt wird, abgeworfen wird. Für den Fall, dass die Düse 22 nochmals benötigt wird, kann diese gereinigt und dann im Magazin 20 abgesetzt werden.
Ein Reinigen der Düse 22 ist in den 9 angedeutet, in der eine aus dem Löttiegel 40 entfernte Düse 22 vor dem Absetzen in das Magazin 20 in die Reinigungseinheit 24 bewegt und dort gereinigt wird. Die Reinigungseinheit 24 umfasst dazu eine rotierende Metallbürste 46, auf welche der Düsensockel der jeweiligen Düse 22, wie in 9 gezeigt ist, aufgesetzt werden kann. Dadurch kann eine Reinigung zumindest des Metallsockels bewirkt werden. Nach der Reinigung des Metallsockels kann die Düse 22 auf das Magazin 20, an eine dafür vorgesehene Stelle, aufgesetzt werden.
Um die Temperatur der Lötdüse 22 während des Greifvorganges zu halten oder zu erhöhen, ist vorgesehen, dass an oder in den Greiffingern 38 eine in den 3 angedeutete Fingerheizung 48 vorgesehen ist. Bei der Fingerheizung 48 handelt es sich insbesondere um eine elektrische Widerstandsheizung, die durch entsprechende Bestromung für eine Vorheizung der Greiffinger sorgt. Die Fingerheizung 48 kann sich dabei insbesondere in Hohlräumen der Greiffinger 38 befinden, beispielsweise in dafür vorgesehenen Bohrungen. Die Ausbildung ist vorzugsweise derart, dass über die Fingerheizung 48 die Greiffinger auf eine Vorheiztemperatur von ca. 160°C erwärmt werden.
Ferner ist vorgesehen, wenn im Magazin 20, insbesondere in einem Magazinboden 50, wie er in den 11 bis 13 gezeigt ist, eine Magazinheizung 52 vorgesehen ist. Die Magazinheizung kann ebenfalls als elektrische Widerstandsheizung ausgebildet sein und beispielsweise als Flächen- oder Ringheizelement Verwendung finden.
Zur positionsgenauen Aufnahme der Lötdüsen 22 kann auf der Oberseite der Magazinböden 50 ein Aufnahmeelement 62, beispielsweise in Form eines Sockels, vorgesehen sein.
Bei den in den 11 bis 13 vorgesehenen Magazinen 20 ist der Magazinboden 50 mittels eines Abdeckelements 54, das beispielsweise als Deckelelement ausgebildet sein kann, abgedeckt. Zwischen dem jeweiligen Magazinboden 50 und dem Abdeckelement 54 sind Seitenwandungen 55 vorgesehen. Die Seitenwandungen 55 können dabei vorzugsweise an dem Magazinboden 50 angeordnet sein. Das Abdeckelement 54 kann insbesondere verschieblich angeordnet sein, so dass es in einer Öffnungslage den Zugriff auf die Lötdüsen 22 frei gibt.
Ein solches Abdeckelement 54 kann die im Magazin 20 vorhandenen Lötdüsen 22 schützen und kann zudem dazu beitragen, dass diese mit einer weitgehend konstanten Vorheiztemperatur bereitgestellt werden.
In der in 11 gezeigten Ausführungsform ist im Magazinboden 50 eine Magazinheizung 52 vorgesehen, die als elektrische Widerstandsheizung ausgebildet ist und als Flächenheizelement sich mehr oder weniger über den gesamten Boden 50 erstreckt. Im Abdeckelement 54 kann ebenfalls eine Magazinheizung 52 vorgesehen sein, so dass die Lötdüsen 22 auch von oben her vorgeheizt werden.
Bei der Ausführungsform gemäß 12 ist zwischen den Düsenhälsen 56 der Düsen 22 und dem Abdeckelement 54 ein Kontaktmaterial in Form von parallel zueinander verschieblich gelagerten Metallstiften 58 vorgesehen. Aufgrund der Gewichtskraft der einzelnen Metallstifte, die im Abdeckelement 54 verschieblich gelagert sind, wirken diese nach vertikal unten gegen die Düsenhälse 56. Aufgrund der im Abdeckelement 54 vorgesehenen Magazinheizung 52, die hier als Ringelement umlaufend ausgebildet sein kann, werden die Metallstifte 58 vorgeheizt und leiten so die Wärme in die Düsenhälse 56. Die Metallstifte 58 weisen vorzugsweise eine identische Länge auf, so dass dort, wo die freien Enden der Metallstifte 58 auf der Oberseite der Düsenhälse 56 zum Aufliegen kommen, die Metallstifte 58 in vertikaler Richtung über das Abdeckelement 54 überstehen. Insgesamt wird dadurch ein günstiger
Wärmeübergang von der Magazinheizung 52, die sich im oder am Abdeckelement 54 befindet, hin zu den Lötdüsen 22 realisiert.
Bei der Ausführungsform gemäß 13 ist ebenfalls im Abdeckelement 54 eine Magazinheizung 52 vorgesehen. Ferner ist auf der den Lötdüsen 22 zugewandten Innenseite des Abdeckelements 54 ein Kontaktmaterial in Form von Metallwolle 60 vorgesehen. Die Metallwolle 60ist dabei elastisch nachgiebig verformbar und kommt so bei aufgesetztem Abdeckelement 54 an den Düsenhälsen 56 zum Aufliegen. Auch bei dieser Ausführungsform kann ein geeigneter Wärmeübergang von der im Abdeckelement 54 vorgesehenen Magazinheizung 52 hin zu den Düsenhälsen 56 umgesetzt werden.
Die Ausbildung bei Vorhandensein eines Abdeckelements 54 ist vorzugsweise derart, dass das Abdeckelement 54 vor dem Ergreifen einer Lötdüse 22 automatisch abgehoben oder zur Seite geschwenkt wird, so dass die Greifeinheit 34 die dann frei zugänglichen Düsenhälse der Lötdüsen greifen kann.

Claims

Selektivlötanlage (10) zum selektiven Wellenlöten von Leiterkarten, mit einem Löttiegel (40), mit einer an dem Löttiegel (40) lösbar anordenbaren Lötdüse (22), die einen Düsensockel und einen Düsenhals (56) aufweist, an dessen freien Ende eine Düsenöffnung vorgesehen ist, wobei der Löttiegel (40) an einer Verfahreinheit (16) angeordnet ist, die entlang einer x- und y-Achse in einer horizontalen Ebene und entlang einer z-Achse (44) in vertikaler Richtung verfahrbar ist, und mit einer Steuereinheit (32) zur Ansteuerung der Verfahreinheit (16), dadurch gekennzeichnet, dass an der Verfahreinheit (16) ein Magazin (20) zur Aufnahme von unterschiedlichen Lötdüsen (22) angeordnet ist, dass eine von der Steuereinheit (32) ansteuerbare Greifeinheit (34) mit Greiffingern (38) zum Ergreifen der Lötdüse (22) vorgesehen ist, wobei die Greifeinheit (34) mit einer von der Steuereinheit (32) ansteuerbaren Antriebseinheit (36) entlang der z-Achse verfahrbar ist, und wobei die Steuereinheit (32) derart eingerichtet ist, dass sie die Verfahreinheit (16), die Antriebseinheit (36) und die Greifeinheit (34) derart ansteuert, dass eine sich im Magazin (20) befindliche Lötdüse (22) mit der Greifeinheit (34) gegriffen, angehoben und im Löttiegel (40) abgesetzt werden kann.
Selektivlötanlage (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Antriebseinheit (36) derart ausgebildet ist, dass die Greifeinheit (34) lediglich entlang der z-Achse (44) verfahrbar ist und dass bei gegriffener und angehobener Lötdüse (22) die Verfahreinheit (16) den Löttiegel (40) entlang der x-, y- und z-Achse bewegt.
Selektivlötanlage (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (32) derart eingerichtet ist, dass sie die Verfahreinheit (16) und die Antriebseinheit (36) so ansteuert, dass das Magazin (20) und die Greifeinheit (34) entlang der z-Achse (44) aufeinander zu und/oder voneinander wegbewegt werden.
Selektivlötanlage (10) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fingerheizung (48) zum Heizen der Greiffinger (38) vor und/oder während des Greifvorgangs auf eine Vorheiztemperatur vorgesehen ist.
Selektivlötanlage (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fingerheizung (48) als elektrische Widerstandsheizung ausgebildet ist, die an den Greiffingern (38) angeordnet oder in die Greiffinger (38) integriert ist.
Selektivlötanlage (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Magazinheizung zum Heizen des Magazins (20) und/oder der im Magazin (20) vorhandenen Lötdüsen (22) auf eine Vorheiztemperatur vorgesehen ist.
Selektivlötanlage (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Magazin (20) einen Magazinboden aufweist und dass im oder am Magazinboden die Magazinheizung vorgesehen ist.
Selektivlötanlage (10) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Magazin (20) ein Abdeckelement aufweist und dass im oder am Abdeckelement die Magazinheizung vorgesehen ist.
Selektivlötanlage (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Magazinheizung und den Lötdüsen (22) ein Kontaktmaterial zur Anlage an die Lötdüsen (22) vorgesehen ist.
Selektivlötanlage (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktmaterial aus Metallwolle gebildet ist.
Selektivlötanlage (10) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktmaterial von parallel zueinander verschieblich gelagerten Metallelementen gebildet wird, deren freie Enden gegen im Magazin (20) vorhandene Lötdüsen (22) wirken.
Selektivlötanlage (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine mittels der Steuereinheit (32) ansteuerbare Reinigungseinheit (24) zum Reinigen des Düsensockels einer aus dem Löttiegel (40) entnommenen Lötdüsen (22) angeordnet ist und dass die Steuereinheit (32) derart vorgesehen ist, dass eine aus dem Löttiegel (40) mit der Greifeinheit (34) gegriffene und angehobene Lötdüse (22) vor dem Absetzen im Magazin (20) in die Reinigungseinheit (24) bewegt und dort gereinigt wird.
Selektivlötanlage (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungseinheit (24) an der Verfahreinheit (16) vorgesehen ist.
Selektivlötanlage (10) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungseinheit (24) eine rotierende Metallbürste (46) zur Reinigung wenigstens des Düsensockels umfasst.
Verfahren zum Wechseln einer Lötdüse (22) einer Selektivlötanlage (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend folgende Schritte: a. Verfahren der Verfahreinheit (16) entlang der x-, y- und/oder z-Achse in eine Wechsellage, in der sich die im Magazin (20) befindliche, zu ergreifenden Lötdüse (22) entlang der z-Achse (44) vertikal unterhalb der Greifeinheit (34) befindet. b. Verfahren der Greifeinheit (34) entlang der z-Achse (44) nach vertikal unten in eine Greiflage und Ergreifen der sich im Magazin (20) befindenden Lötdüse (22) mittels einer Greifeinheit (34), c. Bewegen der Greifeinheit (34) samt Lötdüse (22) entlang der z-Achse (44) nach vertikal oben in eine Anhebelage; d. Verfahren der Verfahreinheit (16) entlang der x-, y- und/oder z-Achse in eine Aufnahmelage, in der sich der Löttiegel (40), in den die Lötdüse (22) eingesetzt werden soll, entlang der z-Achse (44) vertikal unterhalb der gegriffenen Lötdüse (22) befindet; e. Verfahren der gegriffenen Lötdüse (22) entlang der z-Achse (44) nach vertikal unten in eine Absetzlage, in der sich die Lötdüse (22) im Löttiegel (40) befindet und Freigeben der Lötdüse (22) durch die Greifeinheit (34), f. Verfahren der Greifeinheit (34) entlang der z-Achse (44) nach vertikal oben in eine Ruhelage.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Greiffinger (38) vor dem Ergreifen der Lötdüse (22) auf eine Vorheiztemperatur und/oder dass die Lötdüsen (22) im Magazin (20) vor dem Ergreifen auf eine Vorheiztemperatur erwärmt werden.