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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum flußmittelfreien
Löten in reduzierender Atmosphäre von elektrischen Wickelenden der Wicklungen elektrischer
Bauelemente, insbesondere elektrischer Spulen und Drahtwiderstände, an draht- oder
schichtförmige elektrische Anschlußelemente. deren Träger die Wickelträger der Bauelemente
sind.
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Durch die DE-OS 24 28 360 ist ein Verfahren zum serienmäßigen und
in einer reduzierenden Wasserstoffflamme erfolgenden flußmittelfreien Anlöten von
elektrischen Anschlußdrähten an kappenlose elektrische Schichtwiderstände, die stirnseitig
mit Metallisierungen versehen sind, bekannt, bei dem ein Widerstandskörper, an dessen
Stirnfläche elektrische Anschlußdrähte zum Zwecke der nachfolgenden Lötung zunächst
mechanisch befestigt sind, waagerecht durch eine mit geschmolzenem Lot angefüllte
Wanne derart geschleppt wird, daß seine Längsachse senkrecht zur Bewegungsrichtung
steht, und bei dem während des Schleppvorganges die Stirnflächen des Widerstandskörpers
und Bereiche der Anschlußdrähte nahe dem Widerstandskörper in eine reduzierende
Atmosphäre einer Wasserstoffflamme eingehüllt werden. Voraussetzung für die Durchführbarkeit
dieses bekannten Verfahrens ist, daß die Anschlußdrähte und die Stirnflächen des
Schichtwiderstandsträgers mit Lot benetzbar sind. Die auf den sogenannten Lötschienen
aufliegenden Teile der Anschlußdrähte werden dabei während des Lötvorganges in Abhängigkeit
von ihrer Benetzbarkeit unterschiedlich stark in Lot eingebettet.
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Untersuchungen haben gezeigt, daß diese bekannte Art der serienmäßigen
Fertigung von Schichtwiderständen nicht ohne weiteres auf die üblicherweise ebenfalls
in sogenannten Fließstraßen erfolgende Fertigung von Drosseln, insbesondere HF-Drosseln,
übertragbar ist.
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Gründe hierfür bestehen in Benetzungsschwierigkeiten - so sind beispielsweise
die lackisolierten elektrischen Wickelenden und die Klebflächen nicht mit Lot benetzbar~,
in einer unzureichenden Einbettung der mit den Wickelenden bewickelten Drahtanschlußteile
in das Lot und in einer untragbaren Verschlechterung der Drosselgüte und Drahtabzugsfestigkeit.
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Zur Behebung dieser Nachteile schlägt die deutsche Patentschrift
DE- 30 36 197 C 2 vor, daß die axial bedrahteten und gewickelten HF-Drosseln waagerecht
durch das geschmolzene Lot geschleppt werden, derart, daß anschließend die zu verlötenden
und in eine Wasserstofflamme eingehüllten Bereiche mit dem Lot in Berührung gelangen,
und daß das Lot mindestens auf eine die Isolation der elektrischen Wickelenden zerstörende
Temperatur aufgeheizt und jeweils als Lotstrahl bzw.
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Lotschwall ausschließlich zu den zu verlötenden Bereichen geführt
wird.
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Dieses Verfahren, das im wesentlichen eine Kombination aus Wasserstoffflammenlötung,
Schlepplötung und Lotstrahlbzw. Schwall-Lötung darstellt, besitzt erhebliche Vorteile.
So benötigt die Wasserstofflammenlötung,
bei der das für eine Lötung
üblicherweise erforderliche Flußmittel durch die reduzierenden Zonen der Wasserstofflamme
ersetzt ist, keine Wasch- und Trockenstrekken nach der Lötung, wodurch die Fließstraßenlänge
verkürzt wird und gleichzeitig die sonst unvermeidbaren Qualitätsabstriche entfallen,
wie sie z.B. durch Kolophoniumreste verursacht werden, die die Haftfestigkeit der
anschließenden Lackierung der Bauelemente beeinträchtigt.
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Die sogenannte Schlepplötung, bei der fortlaufend axial bedrahtete
Bauelemente waagerecht durch die Lötbäder geschleppt werden, wobei nur die Lötbereiche
der Bauelemente mit dem Lot in Berührung gelangen, hat bei Fließstraßenfertigung
den Vorteil, daß die auch bei Wasserstofflammenlötung in geringen Mengen auftretende
Lötkrätze bereits durch die Bauelemente ständig aus den Lötbädern geschleppt wird.
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Die Lötung mittels eines Lötstrahls genügend hoher Lot temperatur
gewährleistet schließlich die sichere Zerstörung der unerwünschten lackisolierten
Wickelenden. Die hierfür benötigten hohen Löttemperaturen von z.B. = 4000C würden
zwar genügen, um die Klebstellen und die Lackierung der Wicklung in einem für die
Güte und Drahtabzugsfestigkeit der HF-Drossel unzulässigen Maße zu beschädigen;
durch eine entsprechend kurz gewählte Lötzeit kann dies jedoch verhindert werden.
Da bei dieser Art der Lötung die Lotzufuhr nicht von der Benetzbarkeit der lacksiolierten
Wickeldrahtenden abhängt, werden zudem ausreichend geringe Schwankungen der Wärmezufuhr
erreicht. Die Lottemperatur wird dabei durch entsprechende Temperaturregelungen
des Lotreservoirs stabilisiert.
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Obwohl das vorgenannte Lötverfahren die beschriebenen wesentlichen
Vorteile besitzt, hat sich dennoch gezeigt, daß es nicht einwandfrei geeignet ist,
um eine mit äußerst geringer Ausfallquote durchführbare, fortlaufende Lötung zu
ermöglichen, die zudem jede Beschädigung der elektrischen Bauelemente - so auch
sogenannte Wackelkontakte - und damit jede unerwünschte Beeinträchtigung der elektrischen
und magnetischen Werte ausschließt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren der eingangs genannten Art sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses
Verfahrens zu schaffen, welche auch die vorstehend genannten Nachteile des Verfahrens
und der Vorrichtung nach der deutschen Patentschrift DE- 30 36 197 C 2 vermeiden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren der eingangs genannten Art sieht zur
Lösung dieser Aufgabe vor, daß jedes Bauelement mit seinem zu verlötenden Bereich
über ein Lot-. bad geführt, dabei in eine Wasserstofflamme eingehüllt und das Lot
durch Benetzung eines gegen den Lötbereich und vorzugsweise mit Abstand gegen das
Lotbad geführten benetzbaren Elements zum Lotbereich hochgezogen wird.
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Die zu lötenden Teile der Bauelemente und ihrer draht- oder schichtförmigen
elektrischen Anschlußelemente durchfahren quasi einen Lotvorhang und gelangen dadurch
stets in sichere Berührung mit dem Lot.
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Das Lot, das sich in einem Lötbadbehälter befindet, wird umlaufend
und zwar mit einer einem konstanten Lotangebot entsprechenden Fließgeschwindigkeit
durch düsenartig gestaltete Teile des Lötbadbehälters in die Nähe des Lötbereiches
geführt, wobei in den Lotumlauf eine Vorrichtung zur Reinigung des Lotes geschaltet
sein kann.
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Zusätzlich wird benachbart zum Lötbereich in Lot-
umlaufrichtung ein
Plättchen hoher Benetzbarkeit in den düsenartig gestalteten Teil des Lötbadbehälters
geschaltet, unter dessen Wirkung das Lot zusätlich in Richtung zum Lötbereich hochgezogen
wird, derart, daß die Konstanz der im Lötbereich angebotenen Lotmenge erhöht wird.
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Durch die gegen das Lotbad geführten benetzbaren Elemente, durch
die Aufrechterhaltung einer konstanten Fließgeschwindigkeit des Lotes und durch
die benetzbaren Plättchen im Lotumlauf wird nicht nur -wie bereits erwähnt - der
Lotvorhang und die Umlaufgeschwindigkeit des Lotes im Sinne eines ausreichend hohen
und konstanten Lotangebots aufrecht erhalten, sondern der Lotschwall an sich stabilisiert.
Die zur Gewährleistung einer einwandfreien Verlötung zunächst einem Lotüberangebot
ausgesetzten, zu verlötenden Teile der Bauelemente und ihrer Anschlußelemente werden
durch entsprechende Ausbildung der über die Düsenaustrittsöffnungen hinausgreifenden
Stirnenden der Plättchen als Lotabstreifer beim Verlassen der Lötbereiche von überschüssigem
Lot befreit.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher
erläuter. Es zeigt Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Lötvorrichtung gemäß
der Erfindung in teils geschnittener und gebrochener Darstellung parallel zur Transportrichtung
der Bauelemente, Fig. 2 Teile der Lötvorrichtung nach Fig. 1 in teilweise geschnittener
und gebrochener Darstellung senkrecht zur Transportrichtung der Bauelemente, Fig.
3 eine HF-Drosselspule, gefertigt mittels einer Vorrichtung nach Fig. 1, 2, im Längsschnitt
und in vergrößertem Maßstab, Fig. 4 einen Drahtwiderstand, gefertigt mittels einer
Vorrichtung nach Fig.l, 2, in der Darstellung nach Fig.3, Fig. 5 ein zweites Ausführungsbeispiel
einer Lötvorrichtung gemäß der Erfindung in teilweise geschnittener und gebrochener
Darstellung parallel zur Transportrichtung der Bauelemente, Fig. 6 Teile der Lötvorrichtung
nach Fig. 5 in teils geschnittener und gebrochener Darstellung senkrecht zur Transportrichtung
der Bauelemente, Fig. 7 eine zur Bearbeitung in einer Lötvorrichtung nach Fig. 5,
6 bestimmte Drosselspule in Chipbauform in perspektivischer und teils geschnittener
Ansicht, Fig. 8 einen Ausschnitt aus der Drosselspule nach Fig. 7 in der Darstellung
nach Fig. 7.
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Gleiche Teile sind in der Zeichnung mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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Die Lötvorrichtung nach Fig. 1, 2 besitzt einen mit flüssigem Lot
2 gefüllten Lötbadbehälter 1 in dem z.B.
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unter der Wirkung einer in der Zeichnung nicht dargestellten, rotierenden
Förderschnecke das erhitzte, flüssige Lot 2 in Pfeilrichtung B längs einer Umlaufbahn
transportiert wird. In den durch eine Trennwand 6 voneinander getrennten Bereichen
4, 4 ist die Lotumlaufbahn düsenartig verengt, wobei die Düsenöffnungen beider Bereiche
4,4 in eine gemeinsame randoffene Ausnehmung münden.
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Entsprechend der Anzahl der Lötbereiche, die üblich zwei beträgt,
ist - wie dies in Fig. 2 dargestellt ist~ zu der in Fig. 1 dargestellten Lötstelle
spiegelbildlich versetzt eine zweite, durch eine weitere Trennwand 11 von der ersten
Lötstelle versetzte Lötstelle angeordnet.
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Die Versorgung der in Fig, 1, 2 strichliniert angedeuteten, zum Schutz
gegen Oxidation dienenden Wasserstoffglocke 8 mit Wasserstoff erfolgt über Leitungen
7,
die mit einem nicht dargestellten Wasserstoffbehälter verbunden
sind.
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Durch eine in der Zeichnung nicht dargestellte Transportvorrichtung
werden die z.B. in Fig. 3 bzw. 4 detailliert dargestellten HF-Drosselspulen 9 bzw.
Drahtwiderstände 30 mit ihren zu lötenden Bereichen durch Lotvorhänge im Lötstellenbereich
geführt. Die Lotvorhänge werden dabei durch bevorzugt schwenkbare plättchenförmige
Arme 5, 5 hoher Benetzbarkeit verursacht, die im Lötbereich mit Abstand gegen die
Düsenaustrittsöffnungen geführt werden und durch ihre Benetzung mit Lot das Lot
vorhangartig in Richtung zu den Armen 5,5 hochziehen.
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Jeweils benachbart zu den Lötstellenbereichen sind Plättchen 3, 3
gleichfalls hoher Benetzbarkeit in die düsenartigen Austrittsöffnungen geschaltet,
unter deren Wirkung das Lot 2 zusätzlich in Richtung zum Lötbereich hochgezogen
wird. Durch diese Plättchen wird die Konstanz der im Lötbereich angebotenen Lotmenge
nochmals erhöht. Mit ihren vom Lötbadbehälter 1 abgekehrten Stirnenden, wobei diese
Stirnenden zweckmäßigerweise als (Lotabstreifer") für überschüssiges Lot 2 gestaltet
sind, wird gewährleistet, daß trotz zunächst hohem Lotangebot die fertigen Bauelemente
in ihren Lötbereichen keinen Lotüberschuß aufweisen.
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Die schwenkbaren Arme 5, 5 und die Plättchen 3, 3 bestehen z.B. aus
Reinnickel, das sich durch hohe Benetzbarkeit auszeichnet. Die Trennwand 11 und
in Fig. 2 geschnitten und gebrochen angedeutete, mit Lot nicht benetzbare Wärmeschilde
10 schützen die lötfreien Bereiche der Bauelemente gegen zerstörend wirkende Wärmestrahlung.
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Die Arme 5, 5 und Plättchen 3, 3 sind bevorzugt in einen Stromkreis
geschaltet, der geschlossen ist, falls das Lot 2 zu den Armen 5, 5 hochgezogen ist.
Tritt eine Störung im Transport der Bauelemente 9 ein, so schwenken die Arme 5,5
aus ihrer in Fig. 1, 2 gezeigten Stellung aus wodurch der Lotvorhang abreißt und
der Stromkreis unterbrochen wird. Die Unterbrechung löst ihrerseits ein Signal aus,
das die Löt- und/oder Transporteinrichtung steuert, insbesondere in den Stillstand
versetzt. Die mögliche federnde Auslenkung der Lotvorhanghalter bzw. Arme 5, 5 stellt
zudem sicher, daß diese bei eventuell auftretenden Störungen ohne Schaden zu nehmen
ausweichen und wieder in ihre Arbeitsstellung zurückkehren können.
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Die mit Hilfe der Vorrichtung nach Fig. 1,2 gefertigte HF-Drosselspule
nach Fig. 3 besitzt als Träger der Wicklung 23 einen Ferritkern 20, in dessen Sacklöcher
21 die drahtförmigen Anschlußelemente 22 bereits zu Beginn der Lötung mittels Kleber
21 drehsicher fixiert sind. Nach erfolgter Lötung der elektrischen Wickelenden 24
an die Anschlußelemente 22 werden die Stirnseiten der HF-Drosselspulen 9 mit einem
Kleber 26, insbesondere mit einem Einkomponentenkleber bedeckt und dieser ausgehärtet.
Abschließend wird das Bauelement mit einer Lackschicht 27 beschichtet.
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Beim Drahtwiderstand 30 nach Fig.4, bei dem im übrigen gleiche Teile
mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, ist der Ferritkern 20 durch einen Keramikkern
31 ersetzt. Die Wickelenden 34 der Drahtwicklung 33 sind im Unterschied zur HF-Drosselspule
nach Fig. 3 in hochschmelzendes Lot 36 eingebettet, das auch in die Sacklöcher 25
eingedrungen ist.
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Die Lötvorrichtung nach Fig. 5,6, die im wesentlichen jener nach
Fig. 1, 2 entspricht, zeigt eine mit 41 schematisch angedeutete Transportvorrichtung
z.B. für HF-Drosselspulen 40 in Chipbauweise (siehe Fig. 7, 8). In
Anpassung an die
Chipbauweise der HF-Drosselspulen 40 sind die zu den HF-Drosselspulen 40 gekehrten
Stirnenden der Plättchen 3 im Unterschied zu jenen nach Fig. 1, 2 nicht rampenförmig
sondern parallel zu den Spulen gewählt. Gleichwohl sind Abweichungen von dieser
geometrischen Gestaltung denkbar.
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Die bereits anhand der Vorrichtung nach Fig. 1, 2 erwähnte Steuerungsmöglichkeit
bei auftretenden Störungen in der Löt- und/oder Transporteinrichtung gestattet die
selbsttätige Aussortierung fehlerhafter Bauelemente und damit eine vollautomatische
Fertigung.
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Die HF-Drosselspulen 40 nach Fig. 7, 8 besitzen Ferritkerne 42 mit
quaderförmigem Umriß mit einem zur Aufnahme einer Wicklung 44 bestimmten Wickelraum
43. Bereits die zur Lötvorrichtung geführten, bewickelten Ferritkerne 42 sind im
Bereich ihrer Stirnkanten 46.
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47 mit elektrischen Kontaktschichten beschichtet. Die Beschichtung
erfolgt üblicherweise durch das bekannte Nickelkarbonylverfahren, das z.B. aus der
Fertigung von Schichtwiderständen hinlänglich bekannt ist. Die Stirnkanten 46, 47
besitzen Aussparungen 45 mit zum Teil keilförmigen Stirnenden 48 für die "Verankerung"
der Wickelenden 49 der Wicklung 44.
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Die derart vorbearbeiteten Halbprodukte werden durch die Transportvorrichtung
41 zum Lötbereich der Lötvorrichtung 5, 6 befördert und beim Durchfahren des Lotvorhanges
in den Nickelkarbonyl-Schichtbereichen und in den entsprechenden Aussparungen 45
mit Lot beschichtet. Die Lotmenge ist dabei so gewählt, daß eine sichere Einbettung
der Wickelenden 49 in das Lot gewährleistet ist.
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Das beschriebene Verfahren und die Vorrichtung zur Durchführung dieses
Verfahrens sind nicht auf die Herstellung der vorstehend erläuterten Bauelemente
beschränkt. Beispielsweise können die Bauelemente 40 durch in ihrer Raumform hiervon
abweichende ersetzt sein. Anstelle der Ferritkerne sind auch Kerne aus Isoliermaterial
und dergleichen denkbar.