DE2612071C2 - Verfahren und Vorrichtung zum selbsttätigen Löten von Anschlußdrähten mit den Anschlußelementen elektrischer Bauteile - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum selbsttätigen Löten von Anschlußdrähten mit den Anschlußelementen eines elektrischen Bauteiles, wobei man das von seiner Isolation befreite Ende eines Anschlußdrahtes mit dem Anschlußelement verbindet, sodann von einer Lotdraht-Vorratsrolle eine portionierte Menge Lotdraht abschneidet, diese Menge über den Lötort in einen schmelzflüssigen Zustand versetzt und abschließend das aufgeschmolzene Lot der mit einem Flußmittel benetzten Lötstelle zuführt; fernerhin bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Ausübung eines derartigen Verfahrens.

In der älteren deutschen Patentanmeldung P 24 45 376 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Lötverbinden eines Anschlußdrahtes mit einem Anschlußelement eines elektrischen Bauteiles beschrieben und dargestellt. Der Verfahrensablauf erfolgt in der vorgenannten Reihenfolge. Hier wird von einer Lötdraht-Vorratstrommel eine bemessene Portion einer Trennvorrichtung zugeführt, wobei mittels eines Trennmessers diese Portion vom Lötdraht abgetrennt wird. Das Trennmesser hat hier zwei Funktionen; es dient einerseits zum Trennen der Lötportion vom Lötdraht und andererseits auch als Lötkolben zum Verlöten des Anschlußdrahtes mit einem Anschlußelement. Das Trennmesser ist ein Trennlötstempel; dieser fördert die abgeschnittene Lotportion auf die Lötstellen. Die Geschwindigkeit des Trennlötstempels ist derart abgestimmt, daß er der fallenden Lotportion folgt und diese um den Kopf des Anschlußelementes formt; dabei wird auch das Lot aufgeschmolzen und so die Lötung vollzogen.

Ferner ist aus der DT-AS 11 72 334 eine automatisch steuerbare Lötvorrichtung, z. B. zum Kontaktieren von

^5 Leiterbahnen mit den Anschlußelementen von Schaltungselementen bekannt. Diese Lötvorrichtung besitzt einen mit einer Aufnahmebohrung ausgerüsteten und senkrecht zur Lötstelle hubbeweglich geführten Lötkol-

ben; er besitzt eine trichterförmige Bohrung, in welcher der Lötdraht eingeführt und dabei eine Lotportion abgeschmolzen wird. Diese Lotportion wird auf die miteinander zu verlötenden bzw. zu kontaktierenden Elemente abgelegt. Die mittels des Lötkolbens vom Lötdraht abgeschmolzene Lotmenge entspricht der zum Kontaktieren der Anschlußelemente erforderlichen Lotmenge.

Bei allen bisher bekannten Lötverfahren wird die für den Lötvorgang benötigte Wärmemenge von einem Energieträger, z. B. einem Lötkolben als Prozeßwärme zugeführt. Es ist auch bekannt, das Werkstück vor dem Löten vorzuwärmen, damit beim Aufbringen des schmelzflüssigen Lotes lettieres in seinem Fließverhalten und seiner Benetzungsfähigkeit nicht beeinträchtigt wird. Zum Aufschmelzen des Lotes ist eine bestimmte, von der Art und Menge des Lotes, aber auch von der zur Anwendung kommenden Schmelzvorrichtung abhängige und in einer vorgegebenen Zeit aufzubringende Wärmemenge erforderlich. Diese Wärmemenge entspricht in der Regel nicht jener, in der Zeiteinheit aufzubringenden Wärmeeinheit, die zum Vo^rsvärmen eines oder beider miteinander zu verlötender Teile erforderlich ist. Bei Lötvorrichtungen oder Lötautomaten war es bisher üblich, die am Lötvorgang beteiligten Elemente und Stoffe nur von einer regelbaren Wärmequelle auf die zum Löten erforderliche Temperatur aufzuheizen. Dies hat zur Folge, daß eine Abstimmung der Einzelparameter auf die optimalen Verhältnisse nicht möglich ist. Die einzelnen Parameter sind abgeschlossene und voneinander unabhängige Systeme, wobei in jedem System die Störgrößen, wie z. B. die Wärmeableitung des Werkstückes, seine Wärmestrahlung, die zeitlich begrenz'» Aggressivität des Flußmittels u. dgl. unterschiedlich sein können und auch meist sind. Sofern die einzelnen Parameter nicht optimal aufeinander abgestimmt sind, kommt es zu »Fehllötungen«; dies soll jedoch vermieden werden. Ferner wird es bei den bekannten Lötverfahren und Vorrichtungen als nachteilig empfunden, daß sie sich zum vollautomatischen Kontaktieren nicht gut eignen; entweder sind die Werkzeuge zu raumgreifend oder aber nicht auf die vorgenannten Parameter abstimmbar.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zu schaffen, bei deren Ausübung biw. Anwendung es möglici. ist, bei optimaler Einhaltung aller Parameter und weitgehende unabhängig von der Formgestaltung der miteinander zu verlötenden bzw. kontaktierenden Werkstücke den Lötvorgang automatisch durchzuführen. Insbesondere soll jedoch das Lötkontaktieren von Anschlußleisten elektrischer Bauteile mit den zugehörigen Anschiußdrähten automatisiert werden. Ausgehend vom eingangs genannten Verfahren besteht die Erfindung darin, daß man selbsttätig und unabhängig voneinander vor dem Löten einerseits die portionierte Lotmenge in einen schmelzflüssigen Zustand überführt und andererseits die miteinander zu verbindenden Anschlußelemente auf die Werkstück-Löttemperatur so weit vorwärmt, bis das Flußmittel die Werkstückoberfläche reduziert und sodann ebenfalls selbsttätig die schmelzflüssigc Lotportion der Lötstelle zuführt.

Durch diese erfinderische Verfahrensweise wird es möglich, die einzelnen Parameter, die einerseits zum Aufschmelzen des Lotes und andererseits zum Erwärmen der miteinander zu verlötenden Teile erforderlich sind, in optimaler Größe r/: bemessen. In der Befolgung dieses erfinderischen Verfahrens werden Kaltlötstellen.

aber auch ein Entstehen unsauberer Lötstellen ausgeschlossen. Nach einem weiteren Merkmal dsr Erfindung ist vorgesehen, daß man die von einem Lotdraht abgeschnittene Lotportion an einem ersten Ort

s zunächst auffängt und vorlagert und in einem nachfolgenden Arbeitsschritt an einem zweiten Ort verbringt, an dem sie zu einem dritten Ort, nämlich dem Lötort vorpositioniert ist und aufgeschmolzen wird und letztlich in einem abschließenden Verfahrensschritt zum

ίο Lötort verbracht und den zu verlötenden Teilen zugeführt wird. Die einzelnen Verfahrensschritte erfolgen selbsttätig nacheinander.

Die zur Ausübung des Verfahrens dienende Vorrichtung beinhaltet eine Lotr engen-Portionierungssektion, bestehend aus einer Löi iraht-Zuführungsrolle, einem Portioniermechanismus für den Lötdraht, einem Messer zum Abtrennen der Lotportion vom Lötdraht, wobei gemäß der Erfindung ferner weitere funktionell miteinander arbeitende Sektionen vorhanden sind, nämlich

a) eine die Lotportion übernehmende Lotschmelzsektion, die eine mit einem ersten Heizelement ausgerüstete Schmelzrinne und eine Lötsektion mit mindestens einem in und aus der Lötposition stellbaren, die zu verlötenden Teile erwärmenden zweiten Heizelement, aufweist, wobei die Schmelzrinne in die Lötsektion stellbar ist,

b) einen Steuersignalgeber, der in vorgegebenen Zeiten die zu den Sektionen gehörenden Funktionsorgane steuert.

Mittels dieser vorgenannten Vorrichtung ist es möglich, den Lötvorgang automatisch und weitgehendst unabhängig von der Form und Art der zu verbindenden bzw. kontaktierenden Elemente durchzuführen. Die konstruktive Ausbildung der einzelnen Sektionen ist im wesentlichen von der Art der miteinander zu verlötenden bzw. kontaktierenden Werkstücke abhängig. Am Steuersignalgeber sind die einzelnen Parameter einstellbar, vorzugsweise die Menge(n) der Lotportion(en), die Soll-Temperatur der Schmelzrinne und die Einwirkungsdauer des zweiten Heizelementes auf die zu verlötenden Teiie. Die Steuersignale zur kinematischen Betätigung der einzelnen Sektionsorgane erfolgen entweder nach einem festen Programm und/oder durch eine Ablaufsteuerung.

Anhand der Zeichnungen werden im nachfolgenden das erfinderische Verfahren näher erläutert sowie die Funktionen der einzelnen Sektionen der Vorrichtungen näher beschrieben.

F i g. 1 zeigt den schematischen Aufbau der Lötvorrichtung zur Ausübung des Verfahrens. Ein elektrisches Bauteil 1 befindet sich in einer Schlittenführung 2 einer hier nicht dargestellten automatischen ZustelTvorrichtur.g; ed ist in die Lötposition gestellt. Das Bauteil trägt Anschlußfahnen 3, in welche die abisolierten Endeii 4 von Anschlußdrähten 6 eingesteckt werden.

Die Anschlußdrähte sollen mit den Anschlußfahnen bzw. den Anschlußelementen des Bauteiles durch Löten kontaktiert werder Hierzu ist es erforderlich, daß einerseits die Lötfahnen 3 auf die zum Löten notwendige Temperatur erwärmt werden und andererseits das zum Löten dienende schmelzflüssige Lot den Lötstellen zugeführt wird.
Der Lötvorgang erfolgt selbsttätig. Von einer hier

f>5 nicht dargestellten Steuerautomatik wird mittels eines Vorschubapparates 7 von einer Lotdraht-Vorratsrolle 8 (bei mehreren Lötstellen entsprechende Anzahl) eine LotDortion 9 einer Schneidvorrichtune 10 zugeführt.

welche die voreingestellte Menge / vom Lotdraht abschneidet. Im Moment des Abschneidens wird ein als Schieber 11 ausgebildeter Lotportion-Übertrager in Richtung des Pfeiles 12 vorgeschoben, so daß die nach erfolgtem Abschneiden vom Lotdraht freie Lotportion in einen in Form einer Nut ausgebildeten Auffänger 13 fällt. Mit dem Vorhub des Schlittens 11 kommt das vordere Ende der Lotportion 9 in den nahen Bereich einer Lötrinne 14. Ein auf dem Schlitten 11 geführter Stößel 15 ist als Auswerfer 16 gebildet; bei seiner Betätigung schiebt der Stößel die Lotportion 9 in die Rinne 14. Die Lotportion befindet sich nunmehr in der dargestellten Lage. Der Schlitten 11 fährt in seine Ausgangslage zurück. Zur Hi ι- und Herbewegung des Schlittens dient ein pneumat sch arbeitender Schieber 17. Der Schlitten 11 ist in einer Führung 18 einer Konsole 19 geführt. Die Lötrinne 14 ist in einem aus einem Lo! abreißenden Matrrial gphiMplpn «"hwrnkbaren Lötblock 20 eingebracht. In diesem Block befindet sich eine Bohrung 21, in der ein Heizelement 22 eingesetzt ist. Der Lötblock 20 ist in Doppelgelenken 23, 24 schwenkbeweglich gelagert. An der Gelenkstange 23 greift eine Gelenkgabel 24 eines pneumatischen Steuerschiebers 25 an. Wird der Steuerschieber betätigt, so schwenken die Lenker 23 und 24 in die gestrichelt dargestellte Lage, die Spitze 20' des Lötblockes 20 steht jetzt in der gestrichelt dargestellten Lötpositon. Infolge ihrer Oberflächenspannung behält die über die Spitze 20' des Lötblockes 20 hinausragende schmelzflüssige Lotportion beim Schwenken des Lötblockes ihre Form. Sie kommt jedoch in der Lötposition in Berührung mit dem mit einem Flußmittel benetzten Anschlußelement 3; das Flußmittel reduziert die Oberflächenspannung der über den Lötblock herausragenden Spitze der Lotportion, so daß das Lot auf die Lötstelle(n) 26 fließt. Damit ist der Lötvorgang beendet. Durch ein gegebenes Steuerkommando erfolgt der Rückhub der vom Steuerschieber 25 betätigten Gabel 24, so daß der Lötblock 20 in die scharf ausgezogene Lage zurückschwenkt. Die Lötvorrichtung zur Ausübung des Verfahrens besteht aus mehreren Sektionen 51 bis 54. Die Portionier-Sektion 5 1 beinhaltet die Lotdraht-Vorratsrolle(n) 8. den Vorschubapparat 7 für den Lötdraht mit dem Antriebsmotor T sowie das in einer Konsole 27 gelagerte und mittels eines Hubmechanismusses 28 betriebene Trennmesser 9. Die Auffang- und Übergabe-Sektion S 2 besteht aus dem Schlitten 11 und der Konsole 19 einschließlich der Huborgane 16 und 17. Die Lotschmelzsektion 53 besteht aus der Lötrinne 14, dem beheizbaren LötblocW 20 mit zugehörigen Stellmechanismen 23 bis 25; letztlich beinhaltet die Lötsektion 54 ein Heizelement 29 mit zugehörigen Regel- und Stellorganen sowie den das elektrische Bauteil 1 aufnehmenden Schlittenträger 30.

In den F i g. 2 bis 5 ist der verfahrensmäßige Ablauf unabhängig von der in F i g. 1 dargestellten Ausführungsform in vier Verfahrensschritten erläutert

Zur Ausübung des Verfahrens dienen zwei unabhängig voneinander arbeitende Heizelemente 22 und 29; das Element 29 hier in Form eines beheizbaren Kolbens fo dargestellt; es dient dazu, den mit dem Bauteil 1 verbundenen, zu kontaktierenden Gegenstand 3 mit einem Anschlußdraht 4 auf die zum Löten erforderliche Temperatur aufzuwärmen. Das Heizelement 22 ist die im Lötbiock 20 (F i g. i) eingesetzte Heizpatrone. Diese '··■'■ Lötrinne 13 dient zum Schmelzen einer Lotportion. Der Trennstempel 10 ist oberhalb des Lötdrahtes 31, der gegen eine Unterlage 32 lastet angeordnet.

Wie aus Fi g. 3 ersichtlich, fördert der Trennstempel 10 die vom Lotdraht 31 abgeschnittene Lotportion 9 in die Lötrinne 13. Die Geschwindigkeit des Trennstempels 10 ist derart gehalten, daß sie größer ist. als die Fallgeschwindigkeit der Lotportion. Nachdem die Lotportion der Schmelzrinne 13 abgelagert ist, erfolgt ihr Aufschmelzen, wobei gleichzeitig oder vorher das Heizelement 29 in die Lötposition gestellt wird. Das Heizelement erwärmt die zu verbindenden Teile 3 und 4 im Bereich der Lötstelle 33.

Wie weiterhin aus Fig. 4 hervorgeht, wird der Lötdraht 31 um das Maß /nachgestellt; das Heizelement 29 wird in die Ausgangslage zurückgeführt und die Lötrinne 13 auf die Lötstelle 33 geschwenkt. Dabei kommt die aufgeschmolzene Lotportion 9 in Berührung entweder mit dem Flußmittel am Anschlußelement 4 des Bauteiles oder dem zu kontaktierenden Bauteil 3, so daß — wie vorbeschrieben — das Lot die Lötstellen benetzt Es erfolgt die Verlötung der miteinander zu kontakticrenden Teile 3 und 4. Nach erfolgtem Verlöten schwenkt auch der Lötblock 11 in die gestrichelt dargestellte Lage zurück(F ig. 5).

Wie weiter aus Fig. 5 zu ersehen ist. fährt nunmehr eine rotierende Bürste 34 in die Lötrinne 13 des Lötblockes 11 und säubert diese von den zurückgebliebenen Oxydresten der Lotstücke. Nach dem Rückführen der Bürste in die Ausgangslage ist die in F i g. 2 dargestellte Ausgangsposition wiederum erreicht. Es beginnt der nächste Lötvorgang.

F i g. 6 zeigt eine Anordnung eines Heizelementes 29 zum Vorwärmen eines mit einem Anschlußdraht 4,6 zu kontaktierenden Anschlußelementes 3. Im vorliegenden Beispiel ist das Heizelement 29 als Gasbrenner ausgebildet und in Form einer U-förmigen Schleife gebildet. Düsen 35 sind auf die Anschlußelemente gerichtet, derart, daß die Brennerflammen 36 die Anschlußelemente beaufschlagen.

Das Heizelement 29 ist in einem Schwenkarm 37 gelagert und trägt einen Gasanschlußstutzen 38 zurr Befestigen eines mit einer Gasquelle in Verbindung stehenden Schlauches. Der Gasbrenner 29 wird ständig betrieben und mittels eines Schwenkmagneten 39 urr seine Drehachse 40 in und aus der Arbeitspositior geschwenkt. Die Erwärmung der Anschlußfahnen 3 erfolgt hier zeitabhängig. Durch Vorversuche wird die zum Vorwärmen der Anschlußelemente erforderliche Zeit ermittelt. Anstelle eines Gasbrenners könner indessen auch andere Wärmeenergie-Spender, z. B. eine Hochfrequenzschleife treten. Im Beispiel ist die Funktion des Heizelementes derart abgestellt, daß n?"l· erfolgtem Vorwärmen und Ausschwenken des Heizele mentes der Lötblock 20 in seine in der F i g. 1 gestricheli dargestellte Position fährt Es besteht auch dit Möglichkeit nach erfolgtem Kontaktieren beim Vor schub des Werkstückes 1 die Drähte unter dem Büge (z. B. einer Hochfrequenzschleife) hindurchzuziehen ohne daß eine Änderung der Position des Heizelemen tes vorgenommen wird. Der Betrieb des Heizelemente; erfolgt dann nur durch Ein- und Ausschalten dei Heizung.

F i g. 7 zeigt in Form eines Blockschaltbildes einet Kleinprozeßrechner 40, der über Steuerleitungen 41 mi Signalumsetzern 42 verbunden ist Der Signalumsetzei 43, z. B. für die Zufuhr einer portionierten Lotmengi zum Schneidwerkzeug, erhält vom Prozeßrechner 4! einen Steuerbefehl; dieser liefert ein mittels eine Handhabe 44 voreingestelltes Vorschubsignal an dei Vorschubapparat 7. Der Signalumsetzer 45 ist den

lhibmcchanismiis 28 fin den Schneidstempel 10 zugeordnet: er liefert den öffnungsimpuls für den pneumatischen Hubzylinder; die Impulsbreite ist bei 46 einstellbar. Die linderen .Signalumsetzer werden in entsprechender Weise tiitig. Im Lötblock 20 befindet sich ein Thermostat 47. wobei hier der Signalumsetzer 48 das analoge Tcmperatursignal in ein Digitalsignal iimse··, und dies dem Rechner zuführt. Überschreitet

der gemessene IST-Wert den SOU.-Wert, so schaltet der Signalumsetzer 49 die Heizung aus; im anderen (alle erfolgt ein Einschalten der Heizung. Die Programmierung im Prozeßrechner kann in bekannter Weise als Ablaufsteuerung, aber auch in Form eines Handprogrammes. wie symbolisch bei 50 dargestellt, aber auch durch l.inzclanstcuerung, wie symbolisch bei 51 dargestellt, in an sich bekannter Weise erfolgen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

809 613/367

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum selbsttätigen Löten von Anschlußdrähten mit den Anschlußeiementen eines elektrischen Bauteiles, wobei man das von seiner Isolation befreite Ende eines Anschlußdrahtes mit dem Anschlußelement verbindet und von einer Lotdraht-Vorratsrolle eine portionierte Menge Lotdraht abschneidet, diese Menge über den Lötort in einen schmelzflüssigen Zustand versetzt und abschließend das aufgeschmolzene Lot der mit einem Flußmittel benetzten Lötstelle zuführt, d a durch gekennzeichnet, daß man selbsttätig und unabhängig voneinander vor dem Löten einerseits die portionierte Lotmenge in einen schmelzflüssigen Zustand überführt und andererseits die miteinander zu verbindenden Elemente auf die Werkstück-Löttemperatur so weit vorwärmt, bis das Flußmittel die Werkstück-Oberfläche reduziert und sodann ebenfalls selbsttätig die schmelzflüssige Lotportion der Lötstelle zuführt.

2. Verfahren nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß man die von einem Lotdraht (31) abgeschnittene Lotportion (9) an einem ersten Ort (13) zunächst auffängt und in einem nachfolgenden Arbeitsschritt an einem zweiten Ort (14), und zwar in bezug auf den Lötort (33) vorpositioniert und hier in einen schmelzflüssigen Zustand versetzt und letztlich in einem abschließenden Verfahrensschritt die auf die Löttemperatur erwärmte Lotportion den zu verlötenden Teilen zuführt

3. Vorrichtung zur Ausübung aes Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, beinhaltend eine Lotmengen-Portionierungssektion, bestehend aus mindestens einer Lötdraht-Zuführungsrolle, einem Portioniermechanismus für den Lötdraht, mindestens einem Messer zum Abtrennen der jeweiligen Lotportion vom Lötdraht, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner nachfolgende funktionell miteinander arbeitende Sektionen (S2, S3 und S 4) aufweist, nämlich

a) eine, die Lotportion (9) übernehmende Lotschmelzsektion (S2, 53), die eine mit einem ersten Heizelement (22) ausgerüstete Schmelzrinne (14,20) aufweist, und eine Lötsektion (S4) mit mindestens einem in und aus der Lötposition stellbaren, die zu verlötenden Teile (3, 4) erwärmenden zweiten Heizelement (29), wobei die Schmelzrinne in die Lötsektion stellbar ist und

b) einen Steuersignalgeber (Fig.7) besitzt, der in vorgegebenen Zeiten die zu den Sektionen gehörenden Funktionsorgane steuert.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuersignalgeber Handhaben zur Einstellung der Größe der Lotportion sowie der Temperatur der Schmelzrinne (20, 14) und der Einwirkungsdauer für das zweite Heizelement (29) aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Lotauffang-Sektion (S 2) besitzt, bestehend aus einem Schlitten (11) mit einer Aufnahmekammer (13) zum Auffangen der Lotportion (9), wobei der Schlitten in Richtung auf die Schmelzrinne (14) vor und in die Auffangstellung für die Lotportion (9) mittels eines Hubmechanismusses (17) stellbar ist.

6. Vorrichtung nach Ansprüchen 3 oder 5, dadurch

gekennzeichnet, daß auf den Schlitten (11) ein Auswerfer (15, 16) zum Ausstoßen der Lotportion aus der Auflangkammer (13) in die Schmelzrinne (14) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Ansprüchen 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzrinne (14) in einem mit einem Heizelement (22) versehenen kippbaren Lötblock (20) angeordnet ist, wobei der Lötblock mittels einer Hubvorrichtung (25) über eine Gtienksteuerung (23, 24) von der Beladestellung in die Lötstellung schwenkbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zum Erwärmen der Werkstücke (3, 4) dienende Heizelement (29) ein beheizbarer Kolben oder eine Hochfrequenzschleife bzw. ein Gasbrenner ist, wobei das Heizelement (29) mittels einer Vorrichtung (39) in und aus der Arbeitsposition stellbar ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des von einer Heizpatrone (22) erwärmten Lötblockes (20) mittels eines Thermostates (47) vom Steuersignalgeber (50) nach einem SOLL- und IST-Wert-Vergleich geregelt und die Einwirkungsdauer des Heizelementes (29) gemäß einer am Steuersignalgeber voreingestellten Zeit erfolgt.