DE2346993B1 - Lotbad zum flussmittelfreien Verzinnen mittels Ultraschall - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Lotbad zum flußmittelfreien Verzinnen mittels Ultraschall, bestehend aus einem, das schmelzflüssige Lot aufnehmenden Behälter oder einer, schmelzflüssiges Lot führenden Rinne mit mehreren durch den Boden des Behälters oder der Rinne geführten Sonotroden.

Bei einem bekannten Lotbad (DT-AS 2 017 862) ist durch den Boden des Lotbadbehälters eine Sonotrode geführt, die einen im Bereich einer Schwingungsknotenebene gelegenen Ringteller bzw. Bund aufweist, mittels dem sie, von Dichtungsmanschetten gehalten, mit dem Boden des Lotbadbehälters verbunden ist. Durch diese konstruktive Ausbildung der Dichtungen der Sonotrode im Durchführungsbereich des Bodens werden die von der Sonotrode ausgehenden Ultraschallschwingungen gegenüber dem Boden des Behälters isoliert, so daß Interferenzen bzw. Schallöschungen in der Lotschmelze vermieden werden. Derartige Lotbäder dienen z. B. zum flußmittelfreien Beloten von

" kleinen Bauteilen, die in das mit Ultraschallwellen durchsetzte Lotbad eingetaucht werden. Diese Art der Belotung ermöglicht einen gut haftenden Lotüberzug auf die zu belotenden Bauteile ohne die Verwendung

ίο eines Flußmittels und der dadurch bedingten bekannten Nachteile (nachträgliches Abwaschen von Flußmittelresten, Beschädigung der Teile durch Flußmitteldämpfe). In einem derartigen Lotbad ist es jedoch nicht möglich, lange schmale Teile, z. B. Stiftleisten und Steckerleisten, wie vorbeschrieben einwandfrei zu beloten, denn die hierzu benötigten breiten Sonotroden bedingen eine ungleichmäßige Amplitudenverteilung über deren Stirnfläche und somit auch innerhalb des über die Stirnflächen der Sonotroden stehenden oder fließenden Lotes. Eine ungleichmäßige Amplitudenverteilung hat zur Folge, daß örtlich am zu belotenden Werkstück der zu erzielende Kavitationseffekt nicht oder nur ungenügend eintritt und somit Fehlstellen im Lotauftrag des Werkstückes auftreten.

Es sind Lotbäder bekannt (US-PS 3 266 136), bei denen durch den Boden einer Lotrinne mehrere Sonotroden geführt sind. Jede Sonotrode ist im Bereich ihrer Durchführungsstelle durch den Boden mit einer Dichtung umgeben. In einer Ausführungsform sind die Sonotroden mit einer ihnen gemeinsamen Schwingplatte gekoppelt, von der die Schallwellen in das schmelzflüssige Lot abstrahlen. Eine derartige Platte besitzt jedoch eine eigene Schwingungscharakteristik, so daß — selbst unter der Voraussetzung, daß die Sonotroden gleichphasig schwingen — eine ungleichmäßige Amplitudenverteilung innerhalb der Lotschmelze vorherrscht. Auch bedingt eine derartige Anordnung, und zwar durch die für jede Sonotrode notwendige Dichtung und der sonstigen Befestigungselemente, einen größeren Abstand der einzelnen Sonotroden voneinander; auch bei Entfall einer ihnen gemeinsamen Schwingplatte entstehen daher im Bereich der Zwischenräume der Sonotroden schallarme Zonen innerhalb der Lotschmelze.

Aus der DT-OS 1 597 015 ist eine Einrichtung zur Ausstrahlung von Ultraschallschwingungen in flüssige Medien bekannt. Diese Einrichtung besteht aus einem Badbehälter, durch dessen Boden mehrere mit jeweils einem Ultraschallkopf versehene Sonotroden geführt sind. Die Ultraschallköpfe sind im Erregerstromkreis parallel geschaltet, so daß sie gleichphasig schwingen. Aber auch hier stehen die Sonotroden weit auseinander, wobei außerdem durch die Art der Durchführung der Sonotroden durch den Boden des Badbehälters die durch die Parallelschaltung erzwungene Gleichphasigkeit der Ultraschallschwingungen innerhalb der Badflüssigkeit durch Überlagerungen gestört wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lotbad zu schaffen, welches auch zum Tauchverzinnen von langgestreckten Teilen geeignet ist. Insbesondere soll das Lotbad so beschaffen sein, daß innerhalb der Tauch- oder Durchführungszone des Werkstückes, das schmelzflüssige Lot gleichmäßig mit Ultraschallwellen durchsetzt ist. Gegenseitige Löschungen durch Interferenzen, die von verschiedenen Sonotroden oder den Wandungsteilen des Behälters ausgehen, sollen vermieden werden.
Ausgehend von einem Lotbad der eingangs genann-

ten Art, besteht die Erfindung darin, daß die Sonotroden im Bereich ihrer Schwingungsknotenebene durch einen Steg miteinander verbunden und zu einem Bauteil vereinigt sind, wobei die mit den Sonotroden verbundenen Schallköpfe — wie an sich bekannt — einen gemeinsamen Oszillatorkreis aufweisen. Durch diese konstruktive Ausbildung und Anordnung der Sonotroden erhält man eine gleichmäßige Amplitudenverteilung über den Stirnflächen der Sonotroden im Bereich der Belotungs- bzw. Kavitationszone der Lotschmelze. Bedingt dadurch, daß die Sonotroden im Bereich ihrer Schwingungsknotenebene durch einen Steg miteinander verbunden sind, ist es möglich, diese zu einem Bauteil zu vereinigen und somit sehr nahe benachbart zueinander, beispielsweise in einem Abstand von weniger als 0,3 mm, gleichphasig zu betreiben. Der im Bereich der Schwingungsknotenebene der Sonotroden gelegene Steg ist unschädlich in bezug auf eine mögliche gegenseitige Beeinflussung der Sonotroden. In der Befolgung dieser erfinderischen Lehre ist es möglich, eine Vielzahl von eng benachbarten Sonotroden in einer Reihe oder in einem Block anzuordnen, derart, daß im Bereich der Belotungs- bzw. Kavitationszone das schmelzflüssige Zinn mit gleicher Phasenlage schwingt. In einem derartigen Bad können daher langgestreckte, aber auch größere flächige Teile ohne Flußmittel einwandfrei belotet werden.

Besonders vorteilhaft ist es, die durch einen Steg miteinander verbundenen Sonotroden aus einem Block zu bilden. Der Block wird durch parallel zur Schwingungsrichtung der Sonotroden bis auf die Höhe des Steges oder der Stege geführte Schlitze in mehrere zueinander formgleiche Sonotroden unterteilt. Jede der so gebildeten Sonotroden ist eine Sektion aus einem allen Sonotroden gemeinsamen Block. Der »Sonotrodenblock« besitzt einen ihn umgebenden Einspannbund, der im Bereich der Stege bzw. der allen Sonotroden gemeinsamen Schwingungsknotenebene verläuft und mittels zwei Dichtungs- und Schwingungs- bzw. schallisolierende Manschetten klemmend mit dem Boden des Badbehälters oder der Rinne verbunden ist. Durch diese konstruktive Befestigung der Sonotrode bzw. des Sonotrodenblockes am Behälterboden wird einerseits eine gegenseitige nahe Anordnung der Sonotroden, aber auch eine gute Abdichtung und Isolierung der Sonotroden gegenüber dem Behälterboden ermöglicht.

In den Zeichnungen ist bzw. sind ein gemäß der Erfindung gebildetes Lotbad sowie Einzelheiten hierzu dargestellt.

F i g. 1 zeigt einen Lotbadbehälter 1, durch dessen Boden 2 zwei Sonotroden 3, 4, hindurchgeführt sind. Die Sonotroden sind hier aus einem gemeinsamen Block 5 durch Führen von zwei Schlitzen 6, 7 gebildet. Die Schlitze verlaufen parallel zu den Schwingungsrichtungen 8, 8' der Sonotroden und sind so angeord- net, daß die Sonotroden 3, 4 eine identisch gleiche Form aufweisen. Die Tiefe der Schlitze 6 und 7 ist derart bemessen, daß im Bereich einer der Schwingungsknotenebenen der beiden Sonotroden — wie hier nur teilweise strichpunktiert bei 9 dargestellt — ein Steg 10 entsteht, durch den die beiden Sonotroden miteinander verbunden sind. Bedingt dadurch, daß der Steg im Bereich der Schwingungsknotenebene gelegen ist, beeinflussen sich die beiden Sonotroden nicht. Ein Einspannbund 11 umgibt die beiden Sonotroden; er ist ebenfalls 6g im Bereich der Schwingungsknotenebene 9 geführt. Der Bund ist hier beidseitig in Manschetten 13, 14 mittels einer Klemmlasche 15 und mehreren Spannschrauben 16 gehalten. Der Einspannbund dient in Verbindung mit den Manschetten und der Klemmbacke zur Abdichtung und zur schwingungsisolierenden Halterung der Sonotroden im Bereich der Durchführungsöffnung 12 im Boden 2 des Lotbades 1. Das im Lotbadbehälter 1 enthaltende schmelzflüssige Lot 17 bedeckt die Stirnfläche 18, 18' der Sonotroden 3 und 4; über den Stirnflächen der beiden Sonotroden ist die Belotungszone gelegen. Über die Kopplungselemente 19,19' sind die Sonotroden 3 und 4 jeweils mit einem Schallkopf 20, 20' verbunden. Die Schallköpfe sind im vorliegenden Beispiel als piezokeramische Schwinger ausgebildet; sie sind im Erregerstromkreis 21 des Ultraschallgenerators 22 parallel geschaltet, so daß die Sonotroden gleichphasig schwingen. Das hier nur schematisch dargestellte Lotbad ist — wie bei Ultraschall-Lotbädern bekannt — mit einem hier nicht dargestellten Kühlgebläse zur Kühlung der Kopplungselemente 19 und 19' versehen; dadurch wird ein Übergang der Wärme auf die Schallköpfe 20 und 20' vermieden. Ferner besitzt das Lotbad eine thermostatisch gesteuerte Heizung.

Der den beiden Sonotroden gemeinsame Bund 11 ist vorteilhaft ebenfalls aus dem gemeinsamen Block 5 geformt.

In den F i g. 2 und 3 sind zwei aus einem Block 5 gebildete Sonotroden 3 und 4 in der Vorder- und Seitenansicht dargestellt. Die Breite ßder Schlitze 6, 7 soll nicht mehr als 0,3 mm betragen. Der Sonotrodenfuß 3' und 4' einer jeden Sonotrode kann als Ankopplungsteil zur Aufnahme der Kopplungs- bzw. Kühl- und Übertragungselemente 19 und 19' breiter ausgebildet werden; Gewindebohrungen 23 dienen zur Aufnahme von hier nicht dargestellten Kopplungszapfen der Kopplungselemente.

Wie durch Versuche ermittelt wurde, soll die Höhe H des Steges 10 beidseitig von der Schwingungsknotenebene 9 nicht mehr als fünf, vorteilhaft bei einer Frequenz von 20 KHz, drei Millimeter betragen.

Wie insbesondere aus der F i g. 4 zu ersehen ist, besteht auch die Möglichkeit, die Sonotroden 3, 4 als getrennte Bauteile zu bilden, und z. B. durch Zwischenfügung eines in Form einer Metallfolie gebildeten Steges die beiden Sonotroden durch Widerstandsschweißen zu verbinden. Indessen genügt es auch, den Steg 10' nur zwischen den beiden Sonotroden zu pressen. Eine derartige Anordnung bietet jedoch Schwierigkeiten; es ist in diesem Falle eine Spannvorrichtung erforderlich, deren Aufwand beträchtlich und zudem raumgreifend ist. Entsprechend kann auch hier der Bund 11' im Form eines Kragens gebildet sein, der sodann durch Schweißen, wie bei 24 dargestellt, mit den Sonotroden verbunden ist. Diese in F i g. 4 dargestellte Ausführungsform bedingt indessen einen höheren Aufwand zu ihrer Erstellung, so daß die in den F i g. 2 und 3 dargestellte Ausführungsform zu bevorzugen ist.

In entsprechender Weise, wie in den Figuren dargestellt, lassen sich Anordnungen auch mit mehr als zwei Sonotroden bilden. Wesentlich ist lediglich, daß die einzelnen Sonotroden akustisch nahezu entkoppelt sind und daher wie mehrere unabhängige Systeme arbeiten. Dadurch ist es möglich, nahezu beliebig langgestreckte Lotbäder mit Sonotroden derart auszurüsten, daß die Kavitationszone des Lotbades — wie in F i g. 1 bei 25 gestrichelt dargestellt — eine weitgehend gleichmäßige Amplitudenverteilung aufweist. Die enge Anordnung der Sonotroden ermöglicht es, eine größere Schalleistung als es bisher möglich war in das Lotbad zu über-

tragen. Ein besonderer Vorteil liegt noch darin, daß auf Grund der größeren wirksamen schallabstrahlenden Fläche auch eine größere Anzahl von Kleinbauteilen in einem Arbeitsgang flußmittelfrei verzinnt werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Lotbad zum flußmittelfreien Verzinnen mittels Ultraschall, bestehend aus einem(r) das schmelzflüssige Zinn aufnehmenden Behälter oder führenden Rinne, durch deren (dessen) Boden mindestens zwei, jeweils mit einem Schallkopf verbundene Sonotroden geführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonotroden (3, 4) im Bereich ihrer Schwingungsknotenebene (9) durch einen Steg (10) miteinander verbunden und zu einem Bauteil vereinigt sind, wobei die mit den Sonotroden verbundenen Schallköpfe (20, 20') — wie an sich bekannt — einen gemeinsamen Oszillatorkreis (21) aufweisen.

2. Lotbad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch einen Steg (10) miteinander verbundenen Sonotroden (3, 4) aus einem Block (5) gebildet sind.

3. Lotbad nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Block (5) durch parallel zur Schwingungsrichtung (8) bis auf die Höhe des Steges (10) geführte Schlitze (6, 7) in mehrere zueinander formgleiche Sonotroden (3,4 ) unterteilt ist.

4. Lotbad nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweils zwei Sonotroden (3, 4 ) verbindende Steg (10) in einer allen Sonotroden gemeinsamen Schwingungsknotenebene (9) gelegen ist.

5. Lotbad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonotroden (3, 4) durch Zwischenfügung einer Folie (10') miteinander zu einem Block (5) verbunden sind.

6. Lotbad nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (B) der Schlitze (6,7) höchstens 0,3 mm beträgt.

7. Lotbad nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe (2W) des Steges (10) höchstens 10 mm, vorzugsweise jedoch bei einer Frequenz von 20 KHz 6 mm beträgt.

8. Lotbad nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Steg (10) im Bereich der Einspannebene der Sonotroden (3, 4) angeordnet ist.

9. Lotbad nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der allen Sonotroden (3, 4) gemeinsame Spannbund (11) sowie der oder die Stege (10) in einer gemeinsamen Ebene (9) angeordnet sind.