-
Die Erfindung betrifft ein Zufuhrsystem mit mindestens einer Zuführvorrichtung zur Zuführung von kugelförmigem Lotgut sowie ein Verfahren zum Zuführen des Lotguts und eine Verwendung des Zufuhrsystems bei der Durchführung des Verfahrens.
-
Stand der Technik
-
Eine Bestückungsmaschine ist eine Maschine, die bei der Fertigung von Leiterplatten benutzt wird, um Bauelemente auf die Leiterplatte zu platzieren, die danach in einem Lötprozess verlötet werden. Die einzelnen Bauteile werden der Bestückungsmaschine bzw. dem Bestückungsautomaten in seiner Bauteilversorgungsstation („Feeder“) zur Verfügung gestellt
-
Bei der maschinellen Bestückung von Lotkugeln werden die zu verarbeitenden Lotkugeln einem Bestückungsprozess zugeführt, der typischerweise über einen Schablonendruck erfolgt. Die erforderliche Vorrichtung ist in einer autark arbeitenden Maschine verbaut, die in der Regel als Modul in einer Fertigungslinie zusätzlich integriert wird. Ändern sich die Maße der Lotkugeln, die Anzahl oder das Bestückungslayout auf dem Bauelementeträger, so ist neben einer neuen Schablone auch ein nicht unerheblicher Umrüstungsaufwand erforderlich.
-
Die
DE 197 19 177 C1 beschreibt ein „Verfahren und Einrichtung zum Wiederaufbringen von Lotkügelchen auf BGA-Bauteile“. Ein Siebteil wird oberhalb eines von einer Leiterplatte abgelöteten, von Restlötmengen befreiten BGA-Bauteiles derart angeordnet, dass die Kontaktpads des BGA-Bauteiles zu den Bohrungen des Siebteils ausgerichtet sind. Danach werden Lotkügelchen auf das Siebteil aufgebracht und es wird dieses hin- und herbewegt, bis in den Bohrungen Lotkügelchen angeordnet sind. Überschüssige Lotkügelchen, die nicht in Bohrungen angeordnet sind, werden von der Oberfläche des Siebteils entfernt. Das BGA-Bauteil wird erhitzt, bis die Lotkügelchen schmelzen und sich mit den Kontaktpads verbinden. Das Siebteil wird anschließend von dem BGA-Bauteil entfernt.
-
Die
DE 100 34 160 A1 beschreibt eine „Vorrichtung zur Vereinzelung von Kugeln“. Es ist ein die Kugeln führender Kugelkanal vorgesehen. Die Vorrichtung umfasst eine Sperre, vor der sich in dem Kugelkanal eine Reihe gegeneinander anliegender Kugeln aufstauen kann, wobei sich die Sperre unter Durchlass einer vorbestimmten Anzahl von Kugeln vorübergehend entfernen lässt. Während die Sperre entfernt ist, sorgt eine Halteeinrichtung dafür, dass den durchgelassenen Kugeln in der Reihe folgende Kugeln festgehalten werden. Zur Überführung der Kugeln aus einem die Kugeln als Schüttgut enthaltenden Kugelvorratsgehälter in den Kugelkanal kann eine Vorrichtung verwendet werden, die einen den Boden des Vorratsbehälters bildenden Schieber aufweist, wobei in dem Schieber eine Kugelaufnahmerille gebildet ist, die durch Bewegung des Schiebers an einem offenen Ende mit dem Kugelkanal in Verbindung gebracht werden kann.
-
Die
DE 195 33 171 A1 offenbart ein „Verfahren und Vorrichtung zur Applikation von Verbindungsmaterial auf einer Stubstratanschlußfläche“. Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Applikation von stückigem, insbesondere kugelförmigem Verbindungsmaterial auf einer Substratanschlußfläche offenbart, bei dem das Verbindungsmaterial von einer Platziereinrichtung aufgenommen und nachfolgend auf der Substratanschlußfläche platziert wird, wobei vor der Platzierung des Verbindungsmaterials durch die Platziereinrichtung eine Vereinzelung und eine Zentrierung des Verbindungsmaterials gegenüber der Platziereinrichtung erfolgt.
-
Die
DE 39 16 671 A1 offenbart ein „Verfahren und Vorrichtung zum aufeinanderfolgenden Fördern von flachen Gegenständen“. Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum aufeinanderfolgenden Fördern von flach ausgebildeten Gegenständen, z. B. tafelartigen Gegenständen, wie Süßigkeiten oder Keksen, zur Ausbildung von Sätzen, welche aus einer Anzahl von hochkant angeordneten Gegenständen bestehen, offenbart. Diese Gegenstände werden in flacher Lage aufeinanderfolgend auf einem Förderer zum Einlass eines abwärts verlaufenden, im Wesentlichen einen Bogen von 90° aufweisenden gekrümmten Kanals transportiert, längs welchem die Gegenstände in Anlage aneinander abfallen. Am Auslass des gekrümmten Kanals werden die hochkant angeordneten Gegenstände in dieser Stellung gehalten und aufeinanderfolgend sowie getrennt innerhalb jeweiliger Kammern oder Taschen eines Förderers, die durch zwei tangierende, gegenläufig drehende Schnecken abgegrenzt werden, einer Verarbeitungsvorrichtung zugeführt.
-
Bekannt ist ebenfalls das Zuführen über sogenannte Gurt-Feeder bzw. Tape & Reel-Feeder. Die Zuführung von Bauelementen zu einem Abholsystem eines Bestückkopfes einer Bestückungsmaschine erfolgt in der Regel durch spezielle Zuführvorrichtungen für Bauelemente. Bei den Bestückungsmaschinen sind seitlich einer Transportstrecke für die Bauelementeträger bzw. Leiterplatten Zuführvorrichtungen für die Bauelemente angebracht. Durch eine Bauelemente-Zuführvorrichtung werden während eines Bestückungsprozesses, d.h. während des Bestückens von Bauelementeträgern bzw. Leiterplatten mit Bauelemente, die Bauelemente an einer Abholposition bereitgestellt. Ein durch ein Positioniersystem verfahrbarer Bestückkopf holt dann die Bauelemente an der Abholposition ab und verfährt diese zu einem Bestückbereich der Bestückungsmaschine. Dort werden dann die Bauelemente vom Bestückkopf auf dem Bauelementeträger bzw. der Leiterplatte abgesetzt.
-
Für die Bereitstellung werden die genannten Gurt-Feeder oder Tape & Reel-Feeder eingesetzt, die zum Transport von in Bauelementegurten gelagerten Bauelementen geeignet sind. Die Bauelementegurte weisen dabei üblicherweise taschenartige Vertiefungen, in denen die Bauelemente gelagert sind, sowie für den Transport eine Perforation auf.
-
Die beschriebene Bauelementezuführung für SMD-Maschinen [surface mounted device] hat den Nachteil der aufwendigen Gurtung, von anfallendem Abfall und begrenzter Anzahl an Bauelementen auf einer Rolle, was wiederum zu einem erhöhten Aufwand beim Handling der Bauelemente führt.
-
Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Kontrollierbarkeit, das Zuführen und Vereinzeln von Lotkugeln auf eine einfache, kostengünstige und insbesondere Platz- und ressourcensparende Weise zu ermöglichen.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Die Erfindung wird durch die Merkmale des Hauptanspruchs sowie der Nebenansprüche gelöst. Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der sich an den Hauptanspruch und den Nebenanspruch anschließenden weiteren Ansprüche.
-
Es wird ein Zuführsystem mit zumindest einer Zuführvorrichtung sowie ein Verfahren zum Zuführen und vereinzelten Bereitstellen von kugelförmigem Lotgut beschrieben sowie eine Verwendung des Zuführsystems mit der Zuführvorrichtung. Dies erfolgt in einem Bereitstellungsbereich für eine weitere Verarbeitung bzw. Handhabung der zugeführten vereinzelten Lotkugel. Die Offenbarung betrifft insbesondere eine Zuführvorrichtung zum Bereitstellen von Lotkugeln zum Zwecke der automatischen Bestückung von Lotkugeln auf einen Bauelementeträger in einer Bestückungsmaschine o.dgl.
-
Das Zuführsystem kann in eine bestehende Bestückungsmaschine integriert werden. Die maschinelle Bestückung der Lotkugel erfolgt hierbei durch die Bestückungsmaschine selbst. Die Zuführung der Lotkugeln erfolgt dabei derart, dass diese an einer definierten Bauelement-Abholposition vereinzelt bereitgestellt werden, um dann von dort schnell und zuverlässig von einem Bestückkopf der Bestückungsmaschine oder ähnlicher Systeme aufgegriffen und in einer vorgegebenen räumlichen Lage und Orientierung auf dem betreffenden Bauelementeträger, also z.B. einer Leiterplatte, aufgesetzt werden zu können.
-
Das Lotgut, das insbesondere als Lotkugeln ausgebildet ist, wird als Schüttgut der Zuführvorrichtung zugeführt. Die Zuführvorrichtung des Zuführsystems weist ein Chassis mit kundenangepassten Schnittstellen, eine Steuer- und Regelelektronik, eine elektrische und bei Bedarf eine drahtlose Schnittstelle für einen Remote-Zugriff [HMI] sowie bei Bedarf ein durch einen vibrationserzeugenden Aktor angetriebenen Bunker, eine durch einen vibrationserzeugenden Aktor angetriebene Förderstruktur mit einem vorgelagerten Lotkugelspender sowie eine durch einen drehenden Aktor angetriebene Vereinzelung auf. Der Lotkugelspender kann auch eine Bunkerfunktion übernehmen.
-
Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine Zuführung zum Transportieren von Lotkugeln mittels Vibration von einem bauteilangepassten Bunker, der die Lotkugeln in Form von Schüttgut enthält, in einen Bereitstellungsbereich beschrieben. Die Zuführvorrichtung ist gemäß dem erfindungsgemäßen Konstruktionsprinzip ausgebildet und weist wahlweise und bei Bedarf Sensoren zur Erfassung von Füllständen und Schwingverhalten der einzelnen Vibrationsaktoren auf. Auch kann die Zuführvorrichtung kundenspezifische mechanische und elektrische Schnittstellen zu gegebenen Bestückungsmaschinen aufweisen. Eine Softwareschnittstelle stellt die kollisionsfreie Übergabe der vereinzelt bereitgestellten Lotkugel im Übergabebereich sicher.
-
Das Verfahren zum Zuführen von Lotgut umfasst mindestens die folgenden Schritte:
- a) Zuführen von Lotgut an eine Zuführvorrichtung (100) des Zuführsystems
- b) Vereinzeln von einzelnen Bestandteilen des Lotguts mit einer Vereinzelungseinrichtung
- c) Bereitstellen des vereinzelten Lotguts in Form von Lotkugeln an einer definierten Bauelement-Abholposition eines Bereitstellungsbereiches
- d) Übergeben des vereinzelt bereitgestellte Lotguts an einer Softwareschnittstelle in einem Übergabebereich
- e) Aufgreifen des Lotguts vom Übergabebereich von einem Bestückkopf einer Bestückungsmaschine
- f) Aufsetzen in einer vorgegebenen räumlichen Lage und Orientierung auf einen Bauelementeträger, wobei das Lotgut nacheinander angereiht in die Förderschiene (630) prozesssicher eingebracht wird und die Aufnahme des vereinzelten Lotguts mit der Vereinzelungsvorrichtung (700) durch den positionierfähigen dritten Aktor (710) mittels eines Schrittmotors oder eines Servomotors angetriebenen rotierend getakteten Aufnahmescheibe (730) mit eingebrachten bauteilangepassten Taschen erfolgt und die Aufnahmetaschen bauteilangepasst sind und jeweils bei jeder Taktung eine Lotkugel des vereinzelten Lotguts aufnehmen, wobei zugleich an einer weiteren definierten Stelle die Entnahme der Lotkugel durch den Bestückkopf einer Bestückungsmaschine erfolgt.
-
Das erfindungsgemäße Zuführsystem mit der Zuführvorrichtung sowie das Verfahren haben dabei den Vorteil, dass hierdurch die Notwendigkeit einer Integration einer zusätzlichen Maschine in die Fertigungslinie sowie der Aufwand einer Umrüstung bei Änderung der Maße und der Anzahl der Lotkugeln oder des Bestückungslayouts auf dem Bauelementeträger entfällt.
-
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Figurenbeschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen entnehmbar.
-
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
- 1 zeigt eine Zuführvorrichtung,
- 2 zeigt einen Bunker für die Zuführvorrichtung,
- 3 stellt eine Förderstruktur für die Zuführvorrichtung dar, und
- 4 zeigt eine Vereinzelungseinrichtung,
wobei alle Figuren jeweils isometrische Ansichten zeigen.
-
In 1 ist eine Zuführvorrichtung 100 bzw. Lotkugelzuführvorrichtung 100 dargestellt, die als Zuführsystem („Feeder“) mehrerer Module zum Zuführen und vereinzeltem Bereitstellen von kugelförmigem Lotgut ausgebildet ist. Die Module sind beispielsweise ein unten genanntes „Chassis“ 200, eine „Steuer- und Regeleinrichtung“ 300, eine „Schnittstelle“ 400, ein „Bunker“ 500, eine „Förderstruktur“ 600 und eine „Vereinzelungseinrichtung“ 700.
-
Unter dem Begriff „Bauelementeträger“ können hierbei jede Art von bestückungsfähigen Substraten, insbesondere Leiterplatten, verstanden werden. Ein Bauelementeträger kann starr oder auch flexibel sein.
-
Unter dem Begriff „Chassis“ 200 kann jede Rahmen- oder Trägerstruktur verstanden werden, welche die einzelnen Komponenten der Lotkugelzuführvorrichtung 100 trägt. An dem Chassis 200 ist insbesondere eine geeignete Schnittstelle 400 angebracht oder ausgebildet, über welche eine Zuführvorrichtung 100 in einer Ausbildung als Lotkugelzuführvorrichtung 100 an einer Bestückungsmaschine lösbar angeordnet werden kann.
-
Eine Steuer- und Regeleinrichtung 300 mit einer Steuer- und Regelelektronik kann als jegliche Steuerschaltung sowie elektrische Regel- und Treiberschaltung ausgebildet sein. Die Steuerschaltung umfasst einen Controller mit einer Software zur Steuerung der Lotkugelzuführvorrichtung 100 und umfasst sowohl analoge als auch digitale Eingänge für Sensoren wie z.B. Füllstandsensoren und Beschleunigungssensoren sowie analoge als auch digitale Ausgänge für Aktoren wie z.B. Vibrationserzeuger für den Bunker 500 und die Förderstruktur 600 als auch den motorischen Antrieb für die Vereinzelungseinrichtung 700. Der Controller übernimmt auch die Kommunikation über ein entsprechendes Hardwareinterface zur Bestückungsmaschine.
-
Die Steuer- und Regeleinrichtung 300 in einer Ausbildung als Human-Machine-Interface = Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) 300 ist jegliche Art von Benutzerschnittstelle oder auch Nutzerschnittstelle, mit der ein Bediener mit der Lotkugelzuführvorrichtung 100 in Interaktion tritt, um z.B. diese zu bedienen, deren Status abzulesen oder Prozesse durch eine Eingabe beeinflussen kann.
-
Die Steuer- und Regeleinrichtung 300 in einer Ausbildung als „drahtlose Schnittstelle für einen Remote-Zugriff“ 300 ist jegliche Art von kabellosen Übertragungsverfahren wie z.B. WiFi, WLAN oder Bluetooth zur Datenübertragung für die Bedienung, Parametrierung, Wartung, Auslesen von Ist- und Sollzuständen sowie Updates über ein externes Gerät wie ein PC, Notebook, Smartphone oder Tablet u.dgl. zu verstehen.
-
Eine Schnittstelle 400 kann nicht nur eine rein mechanische Schnittstelle 400 umfassen. Auch eine elektrische Schnittstelle 400, beispielsweise für eine Energieversorgung der Bestückungsmaschine zu der (Lotkugel)-Zuführvorrichtung 100 und/oder eine Datenschnittstelle für eine Kommunikation zwischen Bestückungsmaschine und der Lotkugelzuführvorrichtung 100 kann an der Lotkugelzuführvorrichtung 100 vorgesehen sein.
-
Gemäß einer Ausbildungsvariante mit dem Bedarf an großer autarker Laufzeit ist der Bunker 500 in einer in 2 detaillierter beschriebenen Ausbildung verbaut. Je nach Losgröße bzw. gewünschter autarker Laufzeit des Zuführsystems oder Kugeldurchmesser der Lotkugeln ist dieser Bestandteil der Zuführvorrichtung 100 und versorgt auf Anforderung durch die nachgelagerte Förderstruktur 600 diese mit einer einstellbaren Lotkugelmenge. Der Bunker 500 ist von der Förderstruktur 600 vibrationsentkoppelt und beeinflusst hierdurch nicht das Verhalten dieser und ist insoweit unabhängig von der Füllmenge bzw. vom Gewicht.
-
2 zeigt den Bunker 500. Dieser Bunker 500 für die Zuführvorrichtung 100 weist in einem Ausführungsbeispiel ein durch einen vibrationserzeugenden ersten Aktor 510 angetriebenes Behältnis 520 zur Bevorratung einer bestimmten Menge an Lotkugeln und mit einer bauteilangepassten Öffnung zur Ausgabe der Lotkugeln auf. In dieses Behältnis 520 können händisch Lotkugeln als Schüttgut nachgefüllt werden.
-
3 stellt eine Förderstruktur 600 dar. Dieses Ausführungsbeispiel zeigt eine durch einen vibrationserzeugenden zweiten Aktor 610 angetriebene bauteilangepasste Förderschiene 630 mit einem vorgelagertem, festverschraubtem speziell bauteilangepassten Spender 620. Die bauteilangepasste Förderschiene 630 transportiert die Lotkugeln vom speziell bauteilangepassten Spender 620 zur Vereinzelungseinrichtung 700 und dient zugleich als Puffer.
-
Gemäß einer Ausführungsvariante kann der speziell bauteilangepasste Spender 620 zugleich die Funktion eines Bunkers übernehmen. Insbesondere nach dieser Ausführungsvariante kann der Bunker 500 entfallen.
-
Der Spender 620 ist lotkugelgerecht so konstruktiv ausgelegt, dass er mit der Förderschiene 630 eine miteinander verbundene Einheit bildet und die Lotkugeln nacheinander angereiht in die Förderschiene 630 prozesssicher einbringt bzw. nacheinander angereiht auf die Förderschiene 630 prozesssicher aufbringt.
-
4 zeigt eine Vereinzelungsvorrichtung 700. Dabei ist eine durch einen positionierfähigen dritten Aktor 710, z.B. einen Schrittmotor oder einen Servomotor angetriebene rotierend getaktete Aufnahmescheibe 730 mit eingebrachten bauteilangepassten Taschen zur Aufnahme einer Lotkugel ausgebildet. Die Aufnahmetaschen sind bauteilangepasst und nehmen jeweils bei jeder Taktung eine Lotkugel auf, wobei zugleich an einer weiteren definierten Stelle die Entnahme einer Kugel durch den Bestückkopf einer Bestückungsmaschine entnommen wird. Das Aufnahmegehäuse 720 sowie dessen Abdeckung stellen die Position der Lotkugel innerhalb der Tasche bei der rotierenden Positionierung bis zum Erreichen der Bauelement-Abholposition sicher.
-
Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und den Zeichnungen dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
-
Bezugszeichenliste
-
- 100
- Zuführvorrichtung (Lotkugelzuführvorrichtung)
- 200
- Chassis
- 300
- Steuer- und Regeleinrichtung
- 400
- Schnittstelle
- 500
- Bunker
- 510
- erster Aktor
- 520
- Behältnis
- 600
- Förderstruktur
- 610
- zweiter Aktor
- 620
- Spender
- 630
- Förderschiene
- 700
- Vereinzelungseinrichtung
- 710
- dritter Aktor
- 720
- Aufnahmegehäuse
- 730
- Aufnahmescheibe
