DE4014760A1 - Dispenserkopf zum aufbringen kleiner mengen einer pastoesen masse fuer die oberflaechenmontage elektronischer bauteile - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Dispenserkopf zum Aufbringen kleiner Mengen einer pastösen Masse, z. B. Kleber oder Lötpaste, auf Leiterplatten und für die Oberflächenmontage elektronischer Bauteile.

Aus der DE-OS 37 28 054 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Dosieren und Auftragen kleiner Mengen einer pastösen Masse dieser Art bekannt. Dabei wird eine Kartusche, die mit dem Kleber oder der Lötpa­ ste gefüllt ist, benutzt. In ihr ist ein Kolben angeordnet, der mit Druckluft beaufschlagt werden kann. Weiterhin hat die Kartusche eine Kanüle, durch die die pastöse Masse beim Aufbringen auf eine Leiter­ platte strömt. Die Kartusche ist außen mit einer Heizung in Form einer Heizspirale umwickelt, um sie auf einer gewünschten, konstanten Tempe­ ratur zu halten.

Bei der vorbekannten Vorrichtung muß die gesamte Kartusche ausge­ tauscht werden, wenn der Vorrat an pastöser Masse erschöpft ist. Im Gegensatz hierzu wird einem Dispenserkopf die pastöse Masse von einem Vorratsbehälter, der beispielsweise eine Kartusche sein kann, zuge­ leitet und befindet sich im Dispenserkopf selbst jeweils nur eine sehr geringe Menge an pastöser Masse. Ein Dispenserkopf ist nur für das portionsweise Auftragen der pastösen Masse zuständig, die Aufbewahrung der pastösen Masse erfolgt außerhalb des Dispenserkopfes. Gegenüber einer gefüllten Kartusche nach dem Stand der Technik ist ein Dispenser­ kopf, wie er der Erfindung zugrunde liegt, daher leichter und kleiner, zudem ändert sich seine schwere Masse nicht mit schwankendem Füll­ stand, schließlich kann er kontinuierlich mit pastöser Masse versorgt werden, der Arbeitsablauf muß nicht unterbrochen werden, um eine leere Kartusche auszutauschen.

Ein Dispenserkopf der hier vorliegenden Art ist in der nicht vorveröf­ fentlichten DE-OS 39 35 709 der Anmelderin vorgeschlagen. Der dort beschriebene Dispenserkopf hat jedoch keine Temperiereinrichtung. Weiterhin wird die auszustoßende Menge an pastöser Masse im wesentli­ chen durch den Druck, unter dem die pastöse Masse steht, durch ihr Fließverhalten und die Zeitdauer bestimmt, in der die Düsennadel vom Dichtsitz abgehoben ist.

Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, eine Dispensereinrich­ tung anzugeben, die kontinuierlich mit pastöser Masse versorgt werden kann, ohne daß die Gefahr besteht, daß diese abbindet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Dispenserkopf zum Auf­ bringen kleiner Mengen einer pastösen Masse, z. B. Kleber oder Lötpa­ ste, auf Leiterplatten für die Oberflächenmontage elektronischer Bau­ teile gelöst, der ein im wesentlichen rohrförmiges Gehäuse hat, das unten eine Düse und einen Dichtsitz aufweist und in dessen Innenraum ein Einlaß für die pastöse Masse mündet. In diesem Gehäuse ist ver­ schiebbar ein Ventilelement angeordnet, das eine mit dem Dichtsitz zusammenwirkende Düsennadel aufweist, durch eine Feder in Schließstel­ lung mit Düsennadel am Dichtsitz vorbelastet ist und mit einem Kolben verbunden ist, der in einem Zylinder des Gehäuses angeordnet ist. Schließlich wird das Gehäuse in freiem Abstand von einem rohrförmigen Mantel umgeben, wodurch eine Ringkammer zwischen Gehäuse und Mantel gebildet wird, durch die im Betrieb ein Kühl- oder Heizgas strömt und die einen oberen Anschluß für eine das Gas zuführende Leitung und eine untere Ausströmöffnung ins Freie hat.

Die in diesem Dispenserkopf befindliche geringe Menge an pastöser Masse wird durch das die Ringkammer axial durchströmende Gas ständig auf einer gewünschten Temperatur gehalten. Dadurch ist die Gefahr, daß pastöse Masse innerhalb des Dispenserkopfes abbindet und dabei den Weg zur Düse versperrt, gebannt. Wird der Dispenserkopf beispielsweise für das Aufbringen von Kleber eingesetzt, so können längere Produktions­ pausen, beispielsweise auch während Wochenenden, eingelegt werden, ohne daß die Gefahr eines Abbindens des Klebers im Dispenserkopf be­ steht. Insbesondere ermöglicht der erfindungsgemäße Dispenserkopf aber eine stets gleichbleibende Dosierung und Ausgabe einer Menge der pa­ stösen Masse, unabhängig von dem Füllstand eines Vorratsbehälters, der Temperatur oder sonstigen Parametern der Umgebung.

Als sehr vorteilhaft hat es sich erwiesen, den das Gas zuführenden Anschluß rohrförmig auszubilden und so anzuordnen, daß sich der Einlaß für die pastöse Masse in ihm befindet, hierdurch kann die die pastöse Masse zuführende Leitung vollständig von einem Mantel umhüllt sein, in dem das Kühl- oder Heizgas strömt. Weiterhin kann die Versorgung des Dispenserkopfes mit Kühl- oder Heizgas an einer ortsfesten Station erfolgen, die beispielsweise gemäß der genannten DE-OS 39 35 709 als Zwischenstation, in anderer Weise aber auch als Vorratsbehälter ausge­ bildet sein kann.

Weiterhin ist es vorteilhaft, die Ausströmöffnung nach unten in Rich­ tung des Auslasses der Düse auszurichten und ringförmig auszubilden. Das nach unten ausströmende Gas heizt bzw. kühlt das unterste Ende des Dispenserkopfes, so daß ein Abbinden oder Erhärten der pastösen Masse in diesem Bereich verhindert wird.

Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, die Düsennadel kegel­ stumpfförmig auszubilden und das Volumen, das sie zwischen ihren bei­ den Positionen verdrängt so zu wählen, daß es im wesentlichen dem Volumen der aufzubringenden Menge an pastöser Masse entspricht. Da­ durch bewirken Düsennadel und zugehöriger Dichtsitz eine Dosierung der jeweils aufzubringenden Menge an pastöser Masse. Im Gegensatz zur Arbeitsweise der Vorrichtung nach der DE-OS 37 28 054 wird also die pastöse Masse nicht durch Druckluft aus der Düse herausgedrückt und auf die Leiterplatte aufgetragen, vielmehr drückt die Düsennadel in Art eines Kolbens die sich vor ihr befindende Menge an pastöser Masse in Richtung zur Düse, wodurch in etwa das dem Bewegungshub entspre­ chende Volumen ausgestoßen wird. Damit ist die aufgetragene Menge an pastöser Masse nicht abhängig von dem Druck, unter dem die pastöse Masse steht, oder von ihrer Viskosität. Erfindungsgemäß wird der Druck, unter dem die pastöse Masse innerhalb des Dispenserkopfes steht, so gewählt, daß die Masse bei abgehobener Düsennadel nicht aus der Düse ausströmt, vielmehr erst ausströmt, wenn die Düsennadel nach unten, in Richtung auf ihren Dichtsitz zu, bewegt wird.

Weiterhin ist es vorteilhaft, das Gehäuse aus einem Rohrkörper und einem mit diesem lösbar verbindbaren Düsenstock zusammenzusetzen, der Düse und Dichtsitz ausbildet. Durch Austausch eines Düsenstocks gegen einen anderen läßt sich die pro Hub der Düsennadel ausgestoßene Menge an pastöser Masse vorgehen. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, den Düsenstock aus einem Metall mit guter Wärmeleitung herzustellen. Dabei soll die Ausströmöffnung sich in unmittelbarer Nähe des Düsen­ stocks befinden. Der Düsenstock wird so durch das ausströmende Gas auf einer gewünschten Temperatur gehalten, die im Düsenstock befindliche, relativ geringe Menge an pastöser Masse bleibt dadurch ebenfalls tem­ periert.

Schließlich hat es sich als vorteilhaft erwiesen, im Dispenserkopf, vorzugsweise in der Betätigungsvorrichtung für die Düsennadel, einen elektrischen Kontakt vorzusehen, der in einer Endstellung der Düsenna­ del, beispielsweise in der Öffnungsstellung, geschlossen ist. Dadurch kann die Funktion des Dispenserkopfes überprüft werden. Vorzugsweise ist der Hub der Düsennadel mechanisch einstellbar. Auch hierdurch kann die Menge der pro Hub ausgestoßenen pastösen Masse eingestellt werden.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den übri­ gen Ansprüchen sowie der nun folgenden Beschreibung eines nicht ein­ schränkend zu verstehenden Ausführungsbeispiels, das unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert wird. In dieser zeigen:

Fig. 1 eine im wesentlichen als Axialschnitt durchgeführte schnitt­ bildliche Darstellung des Dispenserkopfes und

Fig. 2 ein Schnittbild durch eine Stellschraube mit elektrischen Kon­ takten.

Der Dispenserkopf hat ein im wesentlichen rohrförmiges Gehäuse 20, das aus mehreren Teilen zusammengesetzt ist, nämlich im wesentlichen aus a) einem rohrförmigen Mittelstück 22, b) einem an dieses unten ange­ schraubten Düsenstock 24 und c) einen topfförmigen Teil 26, das am anderen Ende des Mittelstücks 22 angeschraubt ist. Axial durch das Gehäuse 20 erstreckt sich ein stabförmiges Ventilelement 28, es hat an seinem unteren, freien Ende eine Düsennadel 30, die mit einem Dicht­ sitz 32 des Düsenstocks 24 zusammenwirkt. Im Bereich des Übergangs zwischen Mittelstück 22 und topfförmigem Teil 26 sind Stopfen 34 und ringförmige Dichtscheiben 36 angeordnet, die das in diesem Bereich zylindrische Ventilelement abdichtend umgreifen. Der Anordnung aus dem Stopfen 34 und den Dichtscheiben 36 sind Federn 38 zugeordnet, sie spannen die Abdichtungsanordnung elastisch vor und bewirken ein auto­ matisches Nachstellen im Falle von Verschleiß. Eine radiale Entlastungsbohrung ist vorgesehen.

An ihrem oberen Ende ist das stangenförmige Ventilelement 28 mit einem flachen Kolben 40 verbunden, der sich im Innenraum des topfförmigen Teils 26, das dort einen Zylinder ausbildet, befindet und gegenüber der Zylinderinnenwand abgedichtet ist. In der gezeigten Darstellung befindet sich der Kolben 40 in seiner tiefsten Stellung, dementspre­ chend ist die Düsennadel 30 in Berührung mit dem Dichtsitz 32. Unter­ halb des Kolbens 40 befindet sich ein Einlaßkanal 42 für Druckluft, er endet radial in einem Anschluß für Druckluft. Wird hier Druckluft zugeführt, so bewegt sich der Kolben 40 nach oben. Dies erfolgt gegen die Kraft einer ihn ständig belastenden Feder 44, die zwischen der Oberseite des Kolbens 40 und einem Deckel 46 angeordnet und als Schraubendruckfeder ausgebildet ist. Der Deckel 46 verschließt das topfförmige Teil 26 nach oben hin und ist Bestandteil des Gehäuses 20.

Zwischen Ventilelement 28 und dem Mittelstück 22 bleibt ein ringförmi­ ger Raum 48 frei, seine lichte Weite beträgt einige Millimeter, bei­ spielsweise drei Millimeter. Er ist über einen radialen, als Stutzen ausgebildeten Kanal 50 mit einer Anschlußverschraubung verbunden, die wiederum an eine Leitung 52 angeschlossen ist, in der sich pastöse Masse unter Druck (siehe DE-OS 39 35 709) befindet. Beim praktischen Betrieb ist der gesamte Raum 48 mit pastöser Masse gefüllt.

Wird das Ventilelement 28 mittels des Kolbens 40 aus der gezeigten Ruhelage nach oben bewegt, hebt sich die Düsennadel 30 vom Dichtsitz 32 ab. Dadurch vergrößert sich das Volumen des Raumes 48. Die entspre­ chende Menge an pastöser Masse wird durch die Leitung 52 nachgelie­ fert. Der Druck, unter dem die pastöse Masse steht, ist jedoch nicht so groß, daß allein durch den Druck die pastöse Masse am Dichtsitz 32 vorbei strömt. Vielmehr wird die pastöse Masse erst dadurch nach unten gefördert, wenn sich die Düselnadel 30 wieder nach unten bewegt und damit die vor ihr befindliche Menge an pastöser Masse nach unten schiebt.

Es soll hier ausdrücklich betont werden, daß die beschriebene Arbeits­ weise des erfindungsgemäßen Dispenserkopfes bevorzugt ist, der Dispen­ serkopf aber auch anders betrieben werden kann. So kann der Druck, der in der pastösen Masse herrscht, auch so groß sein, daß er das Ausströ­ men der pastösen Masse unten aus dem Düsenstock 24 bewirkt und Düsen­ nadel 30 sowie Dichtsitz 32 lediglich in Art einer Klappe wirken, die den Weg der pastösen Masse absperren oder freigeben.

In den Düsenstock 24 ist unten eine Düse 54 eingeschraubt, die an ihrem freien Ende eine Kanüle trägt.

Das Mittelstück 22 wird von einem Mantel 56 mit Abstand umgriffen, hierdurch wird eine Ringkammer 58 ausgebildet, die konzentrisch zum Raum 48 verläuft. Der Mantel 56 besteht im gezeigten Ausführungsbei­ spiel aus hülsenförmigen Kunststoffteilen. Der Freiraum zwischen dem Mantel 56 und der Außenwand des Mittelstücks 22 ist gering gewählt, er liegt bei ca. zwei Millimetern. Vorzugsweise, jedoch nicht darge­ stellt, hat der Mantel 56 schmale, nach innen vorspringende Rippen oder Noppen, die an der Außenwand des Mittelstücks 22 anliegen und für einen gleichmäßigen Abstand zwischen Mittelstück 22 und Mantel 56 sorgen. Die Ringkammer 58 steht in Verbindung mit einem radialen Kanal 60, der in einen Anschluß 62 übergeht. Er verläuft koaxial zum Kanal 50, den er umgibt. Am Anschluß ist eine Leitung 64 (strichpunktiert) befestigt, durch sie strömt Gas im Sinne des Pfeiles 66 durch den Kanal 60 in die Ringkammer 58. Das Gas strömt weiter im Sinne des Pfeiles 67 durch die Ringkammer und tritt im Sinne des Pfeiles 68 an einer ringförmigen Ausströmöffnung 70 ins Freie. Es streicht dabei an der Außenwand des Düsenstocks 24 vorbei und kühlt diesen. Der Düsen­ stock 24 ist aus einem Material mit guter Wärmeleitung, beispielsweise ein Metall, gefertigt.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird ein Teilstück des Mantels, das das Bezugszeichen 72 trägt, durch eine Bohrung in einer Aufnahme ge­ bildet, in die der Dispenserkopf gesteckt und von der er mechanisch gehalten wird. Der (nicht dargestellten) Aufnahme sind Antriebe quer zur Axialrichtung und in Axialrichtung zugeordnet. Auf diese Weise wird der Dispenserkopf in eine gewünschte Position oberhalb einer (nicht dargestellten) Leiterplatine gebracht und auf diese abgesenkt.

Der Hub des Ventilelementes 28 wird (wie in Fig. 1 dargestellt) nach unten durch Anschlag der Düsennadel 30 an den Dichtsitz 32 begrenzt, für die Begrenzung der Bewegung nach oben ist eine Einstellvorrichtung vorgesehen, auf die im folgenden eingegangen wird. Zentrisch im Deckel 46 ist eine Stellschraube 74 vorgesehen, die in ein Innengewinde des Deckels greift. Ihr ist eine Kontermutter zugeordnet. Wie Fig. 2 zeigt, ist die aus einem elektrisch isolierenden Material, z. B. einen Kunststoff hergestellte Stellschraube in Axialrichtung zweifach dezen­ tral durchbohrt, in die Bohrungen sind elektrische Leiter 76 einge­ fügt. Sie sind am unteren Ende der Stellschraube 76 jeweils mit einem Kontakt 78 verbunden, entsprechende Kontakte 80 sind im Kopf der Stellschraube 74 vorgesehen. Die Stellschraube 74 begrenzt dadurch mechanisch den Weg des Ventilelementes 28 nach oben, daß dessen oberer Endbereich gegen das untere Ende der Stellschraube 74 schlägt. Da das Ventilelement 28 aus Metall gefertigt ist, überbrückt in diesem Zu­ stand das obere Ende des Ventilelementes 28 die beiden Kontakte 78, so daß der Zustand des Anschlags des Ventilelementes 28 an die Stell­ schraube 74 elektrisch über die beiden Kontakte 80 erfaßt werden kann.

Claims (9)

1. Dispenserkopf zum Aufbringen kleiner Mengen einer pastösen Masse, z. B. Kleber oder Lötpaste auf Leiterplatten für die Oberflächen­ montage elektronischer Bauteile, a) mit einem im wesentlichen rohr­ förmigem Gehäuse (20), das unten eine Düse (54) und einen Dichtsitz (32) aufweist und in dessen Innenraum (48) ein Einlaß für die pa­ stöse Masse mündet, b) mit einem in diesem Gehäuse (20) verschieb­ bar angeordneten Ventilelement (28), das eine mit dem Dichtsitz (32) zusammenwirkende Düsennadel (30) aufweist, durch eine Feder (44) in Schließstellung der Düsennadel (30) am Dichtsitz (32) vor­ belastet ist und mit einem Kolben (40) verbunden ist, der in einem Zylinder des Gehäuses (20) angeordnet ist, und c) mit einem das Gehäuse (20) so mit Abstand umgebenden, rohrförmigen Mantel (56), daß eine Ringkammer (58) zwischen Gehäuse (20) und Mantel (56) gebildet wird, durch die im Betrieb ein Kühl- oder Heizgas strömt und die einen oberen Anschluß (62) für eine das Gas zuführende Leitung (64) und eine untere, im Freien mündende Ausströmöffnung (70) hat.

2. Dispenserkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der das Gas zuführende Anschluß (62) den Einlaß für die pastöse Masse um­ gibt.

3. Dispenserkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausströmöffnung (70) nach unten in Richtung des Auslasses der Düse (54) gerichtet und ringförmig ausgebildet ist.

4. Dispenserkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Düsennadel kolbenartig ausgebildet ist, insbeson­ dere kegelstumpfförmig ist, und bei ihrer Hubbewegung ein Volumen verdrängt, das im wesentlichen dem Volumen der aufzubringenden Menge an pastöser Masse entspricht.

5. Dispenserkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Gehäuse (20) einen Düsenstock (24) und ein Mit­ telstück (22) aufweist, die lösbar mit einander verbunden sind, und daß der Düsenstock den Dichtsitz (32) und die Düse (54) ausbildet.

6. Dispenserkopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenstock (24) aus einem Material mit guter Wärmeleitfähigkeit gefer­ tigt ist.

7. Dispenserkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Hubbegrenzung dem Ventilelement (28) eine Stell­ schraube (74) zugeordnet ist.

8. Dispenserkopf nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß an der Stellschraube (72) Kontakte (78, 80) für eine elektrische Kontakt­ erfassung des Anschlags des Ventilelements (28) an die Stellschraube (74) vorgesehen sind.

9. Verfahren zum Betreiben eines Dispenserkopfes nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck, unter dem die im Raum (48) befindliche pastöse Masse steht, so gewählt ist, daß die pa­ stöse Masse bei geöffnetem Ventil aus Düsennadel (30) und Dichtsitz (32) praktisch nicht aus der Düse (54) ausströmt.