DE2439556A1

DE2439556A1 - Verfahren und vorrichtung zur temperaturmessung von loetgeraeten

Info

Publication number: DE2439556A1
Application number: DE2439556A
Authority: DE
Inventors: William Samuel Fortune
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-08-22
Filing date: 1974-08-17
Publication date: 1975-03-06
Also published as: US3886798A; JPS5072848A; JPS5751610B2

Description

DIPL-IN6. DR. IUR. DIPL.-INS.

VOLKER BUSSE DIETRICH BUSSE

45 OSNABRDCk₅ den 16. August 197²I

MDSERSTRASSE 2O/24 L/NÖ "

William Samuel Fortune
1*1250 Dearborn Street,
Panorama City, California, USA

Verfahren und Vorrichtung zur Temperatur-

messung von Lötgeräten

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der Übergangstemperatur" zwischen einem Lötgerät und einem zu lötenden Schaltbauteil mittels einer Temperatursonde.

Temperatursonden sind in vielen Ausführungsformen bekannt. Einige von ihnen messen die Temperatur einer heißen Flüssigkeit oder anderer Materialien erhöhter Temperaturen. Keine der bekannten Temperatursonden ist jedoch zum Messen der Übergangstemperatur, und zwar insbesondere der Anfangsübergangstemperatur, zum An-schlußende eines Schaltungsbauteils, während dieses gelötet wird, geeignet. In einigen Fällen ist es zweckmäßig, die Veränderung der Temperatur während des Lötprozesses zu verfolgen, insbesondere, wenn das Löten eine beträchtliche Zeit in Anspruch nimmt. .

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IA J y b b b

Bei einer bekannten Temperatursonde (US-PS 3 151 484) wird diese gegen eine Leitung gedrückt, die"ihrerseits eine heiße Flüssig keit führt. Dies kann dadurch bewerkstelligt werden, daß z.B. durch Schweißen ein die Temperatursonde enthaltendes Rohr mit der die heiße Flüssigkeit führenden Leitung verbunden wird. Eine ähnliche Temperatursonde zum Messen der Temperatur eines flüssigkeitsgefüllten .Systems ist aus.der US-PS 3 531 993 bekannt.

Es ist ferner bekannt, die Verbindungsstelle eines Thermoelementes an eine dünne Metallscheibe anzuschweißen, um eine schnell Reaktion des Temperaturfühlers zu erreichen. Ein Temperaturanzeiger dieser Art ist aus der US-PS 3 465 315 bekannt. Ein auf ähnlichen Prinzipien basierender Leistungsmesser zur Strahlungsmessung ist aus der US-PS 3 596 514 bekannt. In diesem Fall kann die Metallscheibe aus Aluminium bestehen, um eine rasche übertragung der Wärmeleitung von der·zu messenden Oberfläche zum Thermoelement herbeizuführen.

Bei einem weiter bekannten Temperaturmeßgerät (US-PS 3 321 974) ist das Thermoelement an der zu messenden Oberfläche angebracht. Zur Herabsetzung des Wärmeflusses werden Isolatoren verwendet.

Bei keiner dieser bekannten Vorrichtungen ist die Temperatur-Bonde zum Messen der Übergangstemperatur zwischen einem Lötgerät und dem Ausschlußende eines Schaltungsbauteils bestimmt oder geeignet.

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INSPECTED

Die Erfindung schafft hier Abhilfe und erreicht dies mit einem Verfahrai zur Temperaturmessung eines Lötgerätes unter Verwendung« eines Fühlknopfes aus Metall dadurch, daß der Fühlknopf mit einem Lötflußmittel benetzt, der benetzte Fühlknopf mit der Spitze des Lötgerätes in Berührung gebracht und die Temperatur des Fühlknopfes zur Messung der Übergangstemperatur zwischen dem Lötgerät und einem zu lötenden· Schaltungsbauteil gemessen wird.

Eine insbesondere zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Vorrichtung zur Temperaturmessung eines Lötgerätes mit einer Temperatursonde, die ein Thermoelement mit einer Verbindungsstelle zur Temperaturmessung aufweist, ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatursonde ein Metallrohr mit einem offenen Ende zur Unterbrindung des Thermoelementes aufweist, das offene Ende des Metallrohrs mit einer Metallscheibe als Fühlknopf versehen ist, die Verbindungsstelle des Thermoelements in wärmeübertragender Berührung mit der Metallscheibe steht und die Metallscheibe aus einem mit einem Lötflußmittel benetzbarem Metall besteht.

Auf diese Weise kann die tatsächliche Temperatur an der Spitze des Lötgerätes gemessen werden. Hierbei ist nicht nur die anfängliche Übergangstemperatur, sondern auch die weitere bzw. endgültige Übergangstemperatur zwischen der Lötspitze und einem zu lötenden Schaltungsbauteil meßbar.

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Die Verbindungsstelle des Thermoelementes steht mit der Metallscheibe in wärmeübertragender Berührung, Die Metallscheibe besteht aus einem Metall, das eine Benetzung oder Beschichtung mit einem Lötflußmittel (Compound) ermöglicht, damit auf diese Weise die tatsächliche Temperatur an der Spitze des Lötgeräts gemessen werden kann. Wenn die Temperatursonde nicht mit dem Lötflußmittel benetzt werden kann, unterliegen die Messungen den Auswirkungen einer verschmutzten Oberfläche oder einer solchen Oberfläche, die nicht insgesamt glatt ist, oder sie erfolgen in Abhängigkeit von Veränderungen des Drucks der Temperatursonde. Der Film des Lötflußmittels zwischen der Temperatursonde und der Spitze des Lötgeräts hingegen schaltet diese Unsicherheitfaktoren aus.

Es ist eine Vielzahl von Metallen bekannt, die ohne weiteres mit einem Lötflußmittel benetzt werden können. Unter diesen sei z.B. sogenanntes handelsübliches reines Eisen erwähnt, das z.B. von der Firma Armko bezogen werden kann. Besonders geeignet ist ein handelsübliches reines Eisen unter der Bezeichnung Elektromagneteisen, das ebenfalls bei der Firma Armko erhältlich ist.

Bei Elektromagneteisen sind Veränderungen der magnetischen Eigenschaften bei erhöhten Arbeitstemperaturen auf ein Minimum herabgesetzt. Elektromagneteisen ist mit Aluminium und Titan stabilisiert, um die kleinen Mengen von Kohlenstoff und Stickstoff

zusammenzubinden, die normalerweise im Eisen vorhanden sind. Diese Elemente wurden anderenfalls eine langsame Veränderung der magnetischen und mechanischen Eigenschaften herbeiführen, was in der Regel mit Altern bezeichnet wird. Es ist auch zu beachten, daß Elektromagneteisen weniger Oberflächenfehler aufweist, was wahrscheinlich dazu beiträgt, daß es auf einfache Weise mit einem Lötflußmittel benetzt oder beschichtet werden kann. In jedem Fall ist dieses handelsübliche reine Eisen von der Firma Armko erhältlich.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachstehenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, in der mehrere Ausführungsbeispiele des Gegenstands der Erfindung veranschaulicht sind. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines herkömmlichen Lötgerätes in Verbindung mit einer Temperatur-Meßvorrichtung nach der Erfindung;

Fig. 2 einen Querschnitt in vergrößertem Maßstab durch die Spitze der Temperatursonde nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 3 einen schematischen Schaltplan eines Thermoelementes mit einer Einrichtung für eine regulierbare Verringerung der vom Thermoelement erzeugten Ausgangsspannung, die mit einem Anzeigegerät verbunden, ist;

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Pig, 4 einen Querschnitt durch die Spitze einer Temperatursonde zur Veranschaulichung einer anderen Ausbildung des Metallknopfes zur Wärmeübertragung;

Fig. 5 einen Querschnitt ähnlich Fig. 4, bei der der Knopf mit dem Thermoelement verlötet, jedoch mit Abstand von dessen Außenrohr gezeigt ist;

Fig. 6 eine Ansicht eines herkömmlichen Lötgeräts und einer Temperatursonde, die erfindungsgemäß lösbar mittels eines einstellbaren Halters an der Spitze des Lötgerätes gehalten ist; und

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht des Halters nach Fig. 6,

In den Fig. 1 bis 3 ist als Beispiel eine der Ausführungsformen der Erfindung dargestellt. Die Temperatursonde 10 berührt die Spitze 11 eines herkömmlichen Lötgerätes 12. Das Lötgerät 12 besitzt ein Heizelement 14, das sich in einen Handgriff 15 hineinerstreckt, welcher an seinem dem Heizelement 14 benachbarten Ende mit einem Pufferring 16 versehen sein kann.

Die Temperatursonde 10 ist von einem Metallrohr 20 gebildet, das z.B. aus rostfreiem Stahl besteht und in dem ein Thermoelement 21 mit einer Verbindungsstelle 22 angeordnet ist. Der rückwärtige Bereich der Leiter des Thermoelementes 21 kann mit einer Isolierung 23 umhüllt sein. Das offene Ende 2¹I des rostfreien Stahlrohres 20 kann von einer Metallscheibe als Fühlknopf 25 abgedeckt sein. Der Knopf 25 besteht aus einem solchen Metall,

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z.B. handelsüblichem reinem Eisen oder Elektromagneteisen, das, wie eingangs aufgeführt, auf einfache Weise mit einer Schicht eines Lötflußmittels versehen werden kann.

Der Knopf 25 besteht vorzugsweise aus einem verhältnismäßig dünnem Blechmetall, das z.B. eine Dicke von 0,25 bis 0,5 mm (10 bis 20 mils) und einen Durchmesser von 3,2 mm (1/8") aufweist. Die Verbindungsstelle 22 kann mit der Metallscheibe 25 punktverschweißt oder mit dieser z.B. mittels Silberlot verlötet sein. Eine Punktschweißung führt jedoch zu einer dauerhafteren Verbindung, die höheren Temperaturen standhält.

Wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich ist, kann der Metallknopf 25 einen sich nach hinten erstreckenden rohrförmigen Ansatz 26 aufweisen, in dem eine äußere zylindrische Ausnehmung 27 mit einem solchen Durchmesser vorgesehen ist, daß sie das offene Ende des Metallrohres 20 aufnehmen kann. Der Knopf 25 und das Metallrohr 20 können durch Schweißen oder Silberlöten verbunden sein. Stattdessen können sie einfach durch Klemmwirkung, d.h. durch engen Preßsitz, in gegenseitigem Verbindungseingriff gehalten sein.

Die Leiter 28 des Thermoelementes 21 können sich in ein Gerät mit einer Skala 31 und einem Zeiger 32 zur Temperaturanzeige erstrecken. Bekanntlich erzeugt die Verbindungsstelle 22 des Thermoelementes eine elektrische Spannung, die die Temperatur

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der Verbindungsstelle anzeigt. Dementsprechend kann das Meßgerät 30 ein Voltmeter sein, der für eine Anzeige der Temperaturen auf der Skala 31 eingerichtet bzw, geeicht ist.

Die Verbindung zwischen dem Knopf 25 und der Spitze 11 des Lötgerätes 12 kann durch eine Vorbeschichtung des Knopfes 25 mit dem Lötflußmittel hergestellt werden. Dies erbringt eine Messung der anfänglichen Übergangstemperatur an dem Lotgerät 12 und dem Ende des zu lötenden Schaltelements, Mit anderen Worten, aufgrund der Schicht des Lötflußmittels auf dem Knopf 25 ist die an der Spitze 11 des Lötgeräts 12 gemessene Temperatur gleich der bei einem normalen Lötvorgang auftretenden Temperatur,

Das Stahlrohr 20 kann in einem geeigneten Handgriff 3^ angeordnet sein, der einen sich nach außen erweiternden Bereich 35 aufweisen kann. Dieser kann als Puffer für das Gerät dienen. Die Leiter 28 des Thermoelements 21 sind selbstverständlich in ihrem Bereich zum Gerät 30 isoliert.

Um Veränderungen in der Lötbelastung auszugleichen, kann ein Regulierknopf 37 im Handgriff 3Ί vorgesehen sein. Mittels des Regulierknopfes 37 ist die an das Gerät 30 angelegte Spannung veränderbar. Dies kann z.B. dadurch erreicht werden, daß ein regelbarer Widerstand in R ine mit einem der Leiter 28 des Thermoelements 21 geschaltet wird. Dies ist in Fig. 3 veranschaulicht, wonach ein Widerstand 40 in Reihe mit einem der

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Leiter 28 geschaltet ist. Ein Schiebekontakt 4l kann einen ausge· wählten Bereich des Widerstands 40 überbrücken oder kurzschließen, wobei der Schiebekontakt 4l mittels des in Pig, I dargestellten Knopfes 37 betätigt werden kann.

Die Fig, 4 und 5 zeigen eine weitere Ausfuhrungsform der Temperatursonde nach der Erfindung. Hierbei ist der Knopf 25 mit dem äußeren Metallrohr* 20 durch einen Gesenkpreßvorgang verbunden. Dies bewirkt eine mechanische Verbindung zwischen dem Knopf 25 und dem Gehäuserohr 20 für das Thermoelement.

Wie die Explosivdarstellung der Temperatursonde nach Fig. 5 zeigt, ist der Knopf 25 mit einem sich nach hinten erstreckenden rohrförmigen Bereich 44 versehen. Andererseits besitzt das Metallrohr 20 einen nach innen gekrümmten Endbereich 45 mit einer zentrischen Öffnung 46. Der rohrfömige Bereich 44 wird nun durch einen Gesenkpreßvorgang nach außen in innigen Kontakt mit dem gekrümmten Endbereich 45 des Rohres 20 gedrückt. Dies ist bei 47 in Fig. 4 veranschaulicht.

Es versteht sich, daß eine Vielzahl anderer Verbindungsarten zwischen dem Knopf 25 und dem Rohr 20 Anwendung finden können. Die Verbindungsstelle 22 des Thermoelementes 21 kann wiederum durch eine Punktschweißung an der Innenfläche des Knopfes 25, wie oben ausgeführt, befestigt sein.

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In einigen Fällen kann es erwünscht sein, nicht nur die anfängliche Übergangstemperatur, sondern auch die Endübergangstemperatur zwischen der Spitze 11 eines Lötgerätes und einem zu lötenden Bauteil einer Schaltung zu messen. Dies ist insbesondere für lange und schwere Lötvorgänge von Bedeutung, In einei derartigen Fall ist es zweckmäßig, eine Einrichtung vorzusehen, durch die ein inniger Kontakt mit einem eingestellten Druck zwisc der Spitze 11 des Lötgerätes und der Temperatursonde während der gesamten Dauer des LötVorganges aufrechterhalten werden kann. Hierzu ist der in den Fig. 6 und 7 dargestellte Halter mit Vorteil verwendbar.

Dieser Halter ermöglicht es, die Temperatursonde 10 lös- und einstellbar mit der Spitze 11 des Lötgeräts in Berührung zu halten. Der Halter besteht aus zwei Teilen 50 und 51, die vorzugsweise einstückig ausgeführt sind, jedoch auch aus zwei Stücken hergestellt sein können und rechtwinklig zueinander verlaufen. Der Teil 50 des Halters ist mit einer Feststellschraube 52 versehen, die sich durch eine Gewindeöffnung in einen Schieber 53 erstreckt. Der Schieber 53 ist in einer Öffnung 5^ im Halterteil 50 verschiebbar und besitzt einen unteren, W-förmig auslaufenden Endbereich 55, der mit einem V-förmigen Schlitz 56 zusammenwirkt. Demzufolge kann durch Heben oder Senken des Klemm organs 53 der Bereich 14 des Lötgerätes 12 lösbar zwischen dem mittleren Bereich des Schiebers 53 und dem Bodenbereich des Schlitzes 56 eingeklemmt bzw. festgelegt werden.

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Der andere Teil 51 des Halters ist mit einem Schlitz 58 versehen, entlang welchem ein mutterförmiges Glied 60 mit einer kreisförmigen Queröffnung 6l und einem Freischlitz 62 zum Anziehen des auf diese Weise gebildeten Bereiches der Mutter 60 bewegbar ist. Eine weitere Feststellschraube 63 erstreckt sich durch den Freischlitz 62 und den Schlitz 58 im Halterteil 51 zu einer Mutter 65. Demzufolge ist das Klemmorgan bzw. die Mutter 60 entlang dem Schlitz 58 gleitbar. Sie kann um ihren Feststeller 63 gedreht werden und hält im angezogenen Zustand das Rohr 20 der Temperatursonde 10 sicher in einem vorgegebenen Winkel in bezug auf die Spitze 11 des Lötgerätes 12,

Der Halter 50,51 ermöglicht es dem Bedienungspersonal, zu löten und gleichzeitig die Temperatur der Spitze des Lötgerätes durch das Anzeigegerät 30 zu beobachten.

Mittels der beschriebenen Meßvorrichtung ist ein Messen der Temperatur eines Lötgerätes und insbesondere die Übergangstemperatur auf ein zu lötendes Bauteil einer Schaltung bzw. dess Anschlußende möglich. Die Temperatursonde besitzt einen scheibenförmigen Temperaturfühlknopf aus einem Metall, das mit einem Lötflußraittel beschichtet bzw. benetzt werden kann. Auf diese Weise werden nicht nur Bedingungen geschaffen, die denen des Lötgerätes während des Lötvorganges gleich sind, sondern es werden auch Temperaturveränderungen aufgrund von Oberflächenverunreinigungen, Veränderungen des Berührungsdruckes oder

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Veränderungen der Oberflächenglätte ausgeschlossen. Der Temperaturfühlknopf kann in verschiedener Weise an dem Metallschutzrohr befestigt sein. Die Temperaturablesung kann für verschiedene Lötbelastungen und dgl. einstellbar sein. Schließlich kann durch den beschriebenen Halter die Temperatursonde lös- und einstellbar am Lötgerät festgelegt werden.

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Claims

- 13 Patentansprüche:

1. Verfahren zur Temperaturmessung eines Lötgerätes mittels eines Pühlknopfes aus Metall, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühlknopf mit einem Lötflußmittel benetzt, der benetzte Fühlknopf mit der Spitze des Lötgerätes in Berührung gebracht und die Temperatur des Fühlknopfes zur Messung der Übergangstemperatur zwischen dem Lötgerät und einem zu lötenden Schaltungsbauteil gemessen wird.

2. Vorrichtung zur Temperaturmessung eines Lötgerätes, mit einer Temperatursonde, die ein Thermoelement mit einer Verbindungsstelle zur Temperaturmessung aufweist, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatursonde (10) ein Metallrohr (20) mit einem offenen Ende zur Unterbringung des Thermoelementes (21) aufweist, das offene Ende des Metallrohres mit einer Metallscheibe (25) als Fühlknopf versehen ist, die Verbindungsstelle (22) des Thermoelementes in wärmeübertragender Berührung mit der Metallscheibe steht und die Metallscheibe aus einem mit einem Lötflußmittel benetzbaren Metall besteht,

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstelle (22) des Thermoelementes (21) mit der Metallscheibe (25) silberverlötet ist.

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4. Vorrichtung nach Anspruch J, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstelle (22) des Thermoelementes (21) mit
der Metallscheibe (25) verschweißt ist.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallscheibe (25) mit einer in das Metallrohr (20) einfügbaren rückwärtigen Verlängerung (26;44) versehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verlängerung (26) der Metallscheibe (25) eine äußere zylindrische Ausnehmung (27) in einem rohrförmigen Bereich besitzt, in die das offene Ende des Metallrohrs (20) mit Verbindungseingriff eingepaßt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch. 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verlängerung (44) der Metallscheibe (25) rohrförmig
ausgebildet und mit dem Metallrohr (20) durch einen Gesenkpreßvorgang verbunden ist.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anzeigegerät (30) mit dem Thermoelement (21) zum Anzeigen der von der Verbindungsstelle (22) gemessenen Temperatur verbunden ist,

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2

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bis 8_} gekennzeichnet durch eine elektrische Reguliereinrichtung (^0,41) zum Kompensieren der vom Thermoelement (21) erzeugten Ausgangsspannung für ein Eichen der Temperatursonde (10),

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatursonde (10) mittels eines Halters (50,51) am Lötgerät (12) festlegbar ist, der einen ersten, am Lötgerät anbringbaren Teil (50) mit einer Klemmeinrichtung (55) zum Ergreifen des Lötgerätes, einen zweiten, starr mit dem ersten Teil verbundenen Teil (51) mit einem Aufnahmeorgan (60,6l) für die Temperatursonde und eine Befestigungseinrichtung (63) aufweist, die mit dem Aufnahmeorgan and dem zweiten Teil des Halters für ein einstellbares Festlegen der Temperatursonde am Lötgerät zusammenwirkt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Teil (51) des Halters (50,51) mit einem Schlitz (58) versehen ist, mittels dessen das Aufnahmeorgan (6O,6l) in Längsrichtung des zweiten Teils des Halters einstellbar festlegbar ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Befestigungseinrichtung (63) das Aufnahmeorgan (6O,6l) für eine Winkeleinstellung zwischen der Temperatursonde (10) und dem Lötgerät (12) drehbar und am zweiten Teil (51) des Halters mit dem eingestellten Winkel festlegbar ist.

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