DE3739771C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung besteht aus einem die Wärme abgebenden Stempel zum Erwärmen von Teilen, beispielsweise zum Wärmebehandeln oder zum Verbinden von Teilen z. B. durch Schweißen, Löten oder Kleben. Dieser Stempel ist mit einem oder mehreren Haltern ausgeführt und kann beweglich oder starr in einer Vorrichtung montiert sein.

Die Wärme kann entweder durch Strahlung oder durch einen durch Krafteinwirkung entstehenden direkten thermischen Kontakt auf das betreffende Teil abgegeben werden oder über ein weiteres Medium, so z. B. ein den Wärmebehandlungsvorgang förderndes Flußmittel oder eine andere Flüssigkeit.

Ferner kann ein derartiger Stempel entweder zeitlich kontinuierlich seine Wärme abgeben oder durch verschiedene äußere Kriterien für eine bestimmte Zeit auf eine Temperatur geheizt werden. Dies ist üblicherweise z. B. bei Erreichen einer voreingestellten Kraft der Fall. Weitere Angaben sind in den Fachartikeln in "Elektronik" Heft 25 (1986) Seite 57 bis 64 und Heft 4 (1982) Seite 93 bis 96 aufgeführt.

Verschiedene Möglichkeiten sind bekannt, um einen derartigen Stempel auf eine voreinstellbare Temperatur zu heizen. Hier seien als thermische Energiequelle ein heißes Gas und auch ein zusätzlicher elektrisch geheizter Widerstand erwähnt, der seine Wärme auf diesen Stempel abgeben kann. Auch Strahlungswärme ist für dieses Verfahren geeignet.

Für den hier beschriebenen Stempel ist besonders die direkte Erwärmung durch elektrischen Strom vorteilhaft, der durch den Stempel fließt. Damit wird eine impulsweise Erwärmung bekannterweise besonders einfach möglich und die Zeit für den Temperaturanstieg an der die Wärme abgebenden Fläche erheblich reduziert.

Ein bekannter Stempel (DE-AS 28 48 519) besteht aus einem Heizwiderstand in der mechanischen Grundform eines "U", wobei zwei oder mehr angeschraubte oder angeschweißte Halter die der Wärme abgebende Fläche mechanisch halten und auch gleichzeitig zum Zuführen des für die Heizung erforderlichen Stromes dienen. Ein derartiger Stempel kann z. B. aus Blech gebogen sein (DE 31 44 048 A1 und DE 31 37 860 C1), oder aber aus einem vollen Material ausgearbeitet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Übertragung von thermischer Energie auf wenigstens eines der Teile zu verbessern und damit eine schnellere Erwärmung des oder der Teile möglich zu machen. Ferner soll dadurch eine mögliche Wärmeableitung in dem/den Teilen weitestgehend kompensiert werden.

Üblicherweise sind derartige zusätzliche Übertragungen thermischer Energie nur mit aufwendigen externen Einrichtungen möglich. Auch erfordern die üblichen Verfahren erheblich Zeit, was für diesen Vorgang nicht vorteilhaft ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem Stempel zusätzlich ein auf wenigstens einen der Körper gerichteter thermischer Strahler zugeordnet ist, der die Übertragung der thermischen Energie erhöht.

Durch zweckmäßige Form, Anordnung und Temperatur des zusätzlichen Strahlers lassen sich Körper mit unterschiedlichen Größen und thermischen Eigenschaften thermisch behandeln. Dabei bleiben die Vorteile des ersten die Wärme direkt durch thermische Kontakt übertragenden Stempels erhalten.

Die nachfolgenden Abbildungen veranschaulichen diesen Vorgang.

Fig. 1 zeigt zunächst den Stand der Technik. Hier ist der die Wärme durch thermischen Kontakt abgebende Heizwiderstand (1) mit den elektrischen und mechanischen Anschlüssen (2) z. B. durch Verschweißen verbunden. Über diese Anschlüsse wird mit der Kraft (3) der thermische Kontakt zu den zu verbindenden Teilen (4, 5) mit der die Wärme abgebenden Fläche (1a) hergestellt, die dann vorzugsweise durch Impulsheizung (9) thermisch behandelt werden, so z. B. miteinander verlötet werden. Teil (4) kann z. B. der Kontakt-Anschluß eines elektronischen Bauteiles (6) sein, wobei auch mehrere Anschlüsse dieses Bauteiles gleichzeitig thermisch behandelt werden können.

Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführung zur Verbesserung der Wärmeübertragung auf eines der Teile.

Zusätzlich zum Heizwiderstand (1) mit der durch thermischen Kontakt auf den Körper (5) die Wärme abgebenden Fläche (1a) ist erfindungsgemäß ein zusätzlicher Strahler (7) angeordnet, der an seiner Wärme abgebenden Fläche (8) durch Wärmestrahlung thermische Energie auf die Kontakte (4) des Körpers (5) überträgt. Die "Temperatur" dieses Strahlers (7) kann erfindungsgemäß von der des Heizwiderstandes (1) unterschiedlich sein, vorzugsweise jedoch höher. Auch lassen sich Fläche und Form beliebig gestalten und somit den Anforderungen anpassen.

Fig. 3 zeigt eine mögliche praktische Ausführungsform einer derartigen Anordnung mit getrenntem Heizwiderstand bzw. -Strahlern. Der Heizwiderstand (1) mit der durch thermischen Kontakt übertragenden Fläche (1a) wird durch einen zweiten Strahler (7) ergänzt, der seine thermische Energie in der Form von Strahlung von einer Wärme abgebenden Fläche (8) auf einen Körper abgibt.

Eine derartige Anordnung hat erfindungsgemäß den Vorteil, daß beide thermischen Quellen vollkommen mechanisch voneinander getrennt sind und auch thermisch getrennt voneinander gesteuert bzw. geregelt werden können. Auch das zeitliche Verhalten kann so vollkommen getrennt voneinander eingestellt werden.

Fig. 3a zeigt einen Querschnitt durch eine derartige mögliche Anordnung. Hier ragt der zusätzliche Strahler (7) mit seiner Strahlung durch den Heizwiderstand (1). Die elektrischen Anschlüsse (7a) sich ähnlich aufgebaut, wie dies in Fig. 1 für den Heizwiderstand (1) dargestellt wurde.

Fig. 3b zeigt eine mögliche Alternative für diese getrennte Anordnung. Hier ist der Strahler (7) mit der Strahlungsfläche (8) vor den Heizwiderstand (1) mit dem thermischen Kontakt angeordnet. Dies kann für einige Anwendungen gewisse Vorteile haben.

Fig. 4 zeigt verschiedene Ausführungsformen einer Anordnung, bei denen erfindungsgemäß beide thermische Quellen durch Stromfluß aus einer gemeinsamen elektrischen Quelle gespeist werden. Bei den gezeigten Beispielen teilt sich der elektrische Strom (9) zunächst in den Heizstrom (10) für den Heizwiderstand (1) und zusätzlich in den Heizstrom (11) für den Strahler (7). Der Stromfluß kann durch bekannte Formgebungen z. B. bei (12) in verschiedener Weise unterschiedlich beeinflußt werden. Hierdurch lassen sich dann auch die Temperaturen verschieden einstellen.

Der Strahler (7) kann erfindungsgemäß unterschiedlich angeordnet werden, wie dies in den weiteren Darstellungen gemäß Fig. 4 gezeigt wird. Hierdurch werden unterschiedliche thermische Auswirkungen auf dem zu behandelnden Körper erzeugt und es kann auch mit unterschiedlichen Temperaturen gearbeitet werden.

(12) stellt eine Ausführung dar, bei der die abstrahlende Fläche (8) weitestgehend mit dem Heizwiderstand (1) abschließt (vergleiche Fig. 2). (13) ist eine ähnliche Anordnung, jedoch fehlt hier der Spalt zwischen den beiden Energiequellen. Bei der Anordnung (14) ist der Strahler innerhalb des Bereiches des Widerstandes (1) angeordnet. Anordnung (15) zeigt eine Darstellung, bei der der Strahler über den Heizwiderstand (1) herausragt.

(16) zeigt eine Anordnung des Strahlers, der bis über die die Wärme abgebende Fläche (1a) herunter ragen kann. Damit können unterschiedliche Körper beeinflußt werden.

Zur Veranschaulichung ist mit (17) noch ein anderer Schnitt dargestellt, hier von oben gesehen. Er zeigt symbolisch die mögliche Anordnung der Strahler zwischen dem Heizwiderstand (1).

Fig. 4a zeigt eine etwas andere Anordnung für den Fluß des elektrischen Stromes. Hier wird der Strom (9) im Stempel bereits früher auf die beiden thermischen Quellen (18) und (19) aufgeteilt. Dies hat den Vorteil, daß thermische Belastungen sich weniger gegenseitig beeinflussen und auch verschiedene Regelkreise möglich sind.

(20) zeigt eine symbolische Draufsicht dieser Anordnung, wobei auch hier der Strahler unterschiedlich angeordnet sein kann, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist.

Fig. 4b zeigt mögliche unterschiedliche Formen des Strahlers (7). Hier können Rippen (21) und Schlitze (22) angeordnet sein, die sich den Formen des die Wärme aufnehmenden Körpers (4, 5) anpassen können. Hierdurch wird eine erheblich bessere thermische Wärmeübertragung möglich.

Ferner kann der Strahler (7) auf den nicht die Wärme abgebenden Seiten erfindungsgemäß mit einer thermischen Schutzschicht (23) versehen werden. Dadurch wird die abgegebene thermische Energie lediglich auf Sollflächen begrenzt.

Fig. 5 zeigt die dreidimensionale Darstellung der Anordnung nach Fig. 4a zur besseren Anschauung. Die beiden getrennten elektrischen Stromkreise sind hier deutlich zu sehen.

Fig. 5a zeigt in dreidimensionaler Darstellung weitere mögliche Ausführungen, wobei hier zwei verschiedene Anordnungen der Strahler symbolisch zu sehen sind. Bei dieser Anordnung ist jedoch zusätzlich die Stromführung (9) für die Heizung der beiden Quellen durch elektrische Serienschaltung der beiden thermischen Quellen (25, 26) hergestellt worden. Auch die elektrischen Anschlüsse (27, 28) für den elektrischen Strom können unterschiedlich ausgebildet sein.

Fig. 6 zeigt eine dreidimensionale Darstellung der Grundausführungen nach Fig. 4 zur besseren Anschauung. Verschiedene Einschnitte (37) können vorgesehen werden, um in bekannter Weise den Stromfluß und die thermischen Eigenschaften der beiden thermischen Quellen zu beeinflussen.

Fig. 7 zeigt eine erfindungsgemäße modifizierte Form der Anordnungen nach Fig. 4. Hier hat der Heizwiderstand (1) andere geometrische Abmessungen als der Strahler (7), kann also auch kürzer sein.

Fig. 7a zeigt zwei weitere erfindungsgemäße Ausführungen (29, 29′) des Strahlers bzw. seiner Montage an dem Heizwiderstand bzw. dessen Stromzuführung.

(29) zeigt den Strahler als gebogenes Blech, montiert an den stromzuführenden Teilen des Heizwiderstandes. Dieses Blech kann auch als ein getrenntes Teil montiert werden, was die Kosten einer solchen Anordnung erheblich beeinflussen kann. Auch unterschiedliche Materialien können erfindungsgemäß verwendet werden.

(29′) zeigt eine ähnliche Anordnung, jedoch ist hier der Strahler (7) auf der anderen Seite montiert und die möglichen Schweißpunkte sind deutlich zu sehen.

Fig. 8 zeigt eine zusätzliche erfindungsgemäße Möglichkeit der Erzeugung und Handhabung der Strahlungswärme für den Strahler (7). Hier wird ein zusätzlicher Gasstrahl (30) über die Düse (31) dem zu behandelnden Körper (4, 5) zugeführt, der z. B. auf eine höhere Temperatur eingestellt werden kann. Hierdurch wird der Strahler (7) in seiner Wirkung unterstützt. Dieser Gasstrahl kann durch Bohrungen (32) in dem Strahler (7) geführt werden, so daß sich hier gegenseitig Beeinflussungen in der Temperatur ergeben und die Vorgänge sich unterstützen können.

Nach dem thermischen Vorgang kann dann dieser Gasstrahl erfindungsgemäß gleichzeitig durch ein kaltes Gas die gesamte Anordnung oder nur Teile davon wieder abkühlen.

Ferner kann dieser Gasstrahl erfindungsgemäß auch dazu dienen, die Temperaturen auf Sollwerte zu regeln.

Claims (17)

1. Stempel zur Übertragung thermischer Energie, vorzugsweise mittels elektrischer Impulsheizung, auf einen oder mehrere zu verbindende Körper durch thermischen Kontakt unter Einwirkung von Kraft, dadurch gekennzeichnet, daß dem Stempel zusätzlich ein auf wenigstens einen der Körper (4, 5, 6) gerichteter thermischer Strahler (7) zugeordnet ist, der die Übertragung der thermischen Energie erhöht.

2. Stempel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizwiderstand (1) des elektrisch impulsgeheizten Stempels und der Strahler (7) getrennt voneinander beweglich sind.

3. Stempel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahler (7) zum Heizwiderstand (1) in verschiedenen Ebenen (12 bis 16) angeordnet ist.

4. Stempel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahler (7) als getrenntes Teil (29, 29′) auf dem Heizwiderstand (1) oder dessen Zuführungen (2) montiert ist.

5. Stempel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die Wärme abgebende Fläche (8) mit Rippen (21) und Aussparungen (22) versehen ist, die sich vorzugsweise den die Wärme aufnehmenden Körpern (4, 5, 6) anpassen.

6. Stempel nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahler (7) zusammen mit dem Heizwiderstand (1) eine gemeinsame elektrische Energiequelle aufweist.

7. Stempel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufteilung (18, 19) des Stromes (9) für den Heizwiderstand (1) und den Strahler (7) dicht oder unmittelbar an den Anschlüssen (2) des Heizleiters erfolgt.

8. Stempel nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahler (7) mit dem Heizleiter (1) derart angeschlossen ist, daß der elektrische Strom (9) parallele oder serielle Heizströme (10, 11; 18, 19 bzw. 25, 26) bildet.

9. Stempel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahler (7) einen getrennten Temperatur-Regelkreis aufweist.

10. Stempel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine Düse (31) für einen Gasstrahl (30) vorgesehen ist, der die Übertragung thermischer Energie auf wenigstens eines der Teile (4, 5, 6) verbessert.

11. Stempel nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Düse (31) eine Bohrung (32) durch den Strahler (7) dient.

12. Verfahren zum Betrieb des Stempels nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahler (7) zeitlich unterschiedlich gesteuert wird.

13. Verfahren zum Betrieb des Stempels nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahler (7) vor dem Einschalten der Kontaktwärme des Heizwiderstandes (1) aktiviert wird.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß zur Temperaturregelung als Sollgröße die Temperaturen des Strahlers (7), des Heizwiderstandes (1) oder deren geeignetes Verhältnis herangezogen wird.

15. Verfahren zum Betrieb des Stempels nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Gases getrennt vom Heizwiderstand geregelt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas zur Temperaturregelung bei der thermischen Behandlung der Körper verwendet wird.

17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasführung gleich­ zeitig zum Kühlen der thermisch behan­ delten Körper verwendet wird.