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Die
Erfindung geht aus von einer Löt-
beziehungsweise Schweißvorrichtung
nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei einer bekannten Lötvorrichtung
dieser Gattung (DE-A1 34 04 945) ist die den Löt- beziehungsweise Schweißvorgang
beeinflussende, geregelte Größe die Zeit,
die zwischen dem Aufsetzen des Lotdrahtes auf die Lötstelle
und dem Abschmelzen einer vorgegebenen Drahtlänge vergeht. Diese Zeit wird
vorzugsweise zwischen zwei aufeinanderfolgenden Lötungen mit
einer Sollzeit in einem Komparator verglichen, dessen Ausgangssignal
die Leistung der Heizquelle steuert. Dadurch ist gewährleistet,
daß die
Lötzeit
auch dann noch innerhalb eines vorgegebenen Sollwertes bleibt, wenn sich
Lötparamter ändern oder
Störeinflüsse auftreten,
weil in solchen Fällen
die Leistung der Heizquelle entsprechend nachgestellt wird. Das
ist von besonderer Bedeutung in automatischen Fertigungsanlagen,
deren einzelne Bearbeitungsstationen taktgebunden miteinander verkettet
sind. Das Konstanthalten der Heizleistung über jeweils einen Lötvorgang hinweg
hat jedoch zur Folge, daß am
Beginn des Lötvorganges
durch das Aufheizen der zu verbindenden Bauteile das Abschmelzen
des Lotdrahtes u.U. merklich verzögert einsetzt. Zudem kann es
vorkommen, daß die
Bauteile unnötig
stark erwärmt
werden, wenn ihre Lötparameter
von denen der vorher verlöteten Bauteile
entsprechend abweichen.
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Aus
der
DE 37 27 343 A1 geht
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Dosieren der Lotmenge bei einer
Lötvorrichtung
mit einer Regeleinrichtung für eine
Vorschubeinrichtung hervor, wobei die Vorschubgeschwindigkeit anhand
der auf den Zusatzwerkstoff ausgeübten motorischen Vorschubkraft proportional
zur Andruckkraft des Zusatzwerkstoffes an der Lötstelle geregelt wird.
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Aus
der
DE 36 38 553 A1 geht
weiterhin eine automatische Lötzin-Zuführ-Einrichtung
hervor, bei der von einem Geber die Vorschubgeschwindigkeit des
Lotdrahtes erfasst wird. Die Lotdrahtzuführung wird stillgesetzt bzw.
umgepolt, wenn der Geber keine Vorschubgeschwindigkeit dedektiert.
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Vorteile der
Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Anordnung
mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den
Vorteil, daß jeder
Löt- beziehungsweise
Schweißvorgang
exakt auf die jeweils vorliegenden Lötparameter der zu verbindenden Bauteile
selbsttätig
abgestimmt ist, so daß bauteilspezifische
Toleranzen, beispielsweise von Spalten, Geometrien, Werkstoffen
und Beschichtungen keinen Einfluß auf das Ergebnis der Verbindung
haben. Ferner stellt sich am Beginn eines jeden Löt- beziehungsweise
Schweißvorgangs
selbsttätig
eine erhöhte
Leistung der Heizquelle ein, so daß die Bauteile schnell auf
Arbeitstemperatur erwärmt
und dadurch die Prozeßzeiten
erheblich reduziert werden. Nach dem Aufschmelzen des Zusatzwerkstoffs
stellt sich widerum selbsttätig
eine verringerte Heizleistung ein, wobei der Sollwert der Abschmelzgeschwindigkeit
so wählbar
ist, daß die
Temperatur an der Löt- beziehungsweise
Schweißstelle
knapp über
der Schmelztemperatur des Zusatzwerkstoffs liegt. Dadurch läßt sich
außer
der Prozeßdauer
auch der Energieverbrauch der Vorrichtung verringern beziehungsweise
optimieren. Die Prozeßsicherheit
kann durch Erfassen und Auswerten weniger Meßgrößen wie Abschmelzgeschwindigkeit
und Wärmezufuhr, gewährleistet
werden.
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Durch
die in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen der Anordnung nach dem Hauptanspruch
möglich.
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Die
Abschmelzgeschwindigkeit des Zusatzwerkstoffs kann sicher durch
einen Tachogenerator erfaßt
sein, der vom Zusatzwerkstoff bei dessen Vorschubbewegung angetrieben
ist.
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Damit
sich am Ende eines Löt-
beziehungsweise Schweißvorgangs
der Zusatzwerkstoff problemlos zurückziehen läßt, wird vorgeschlagen, daß dann die
Leistung der Heizquelle kurzzeitig über den der geregelten Abschmelzgeschwindigkeit
des Zusatzwerkstoffs entsprechenden Wert erhöht ist.
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Die
Prozeßzeit
kann weiter verkürzt
werden, wenn die Heizquelle bereits vor dem Auftreffen des zugeführten Zusatzwerkstoffs
auf die Löt-
beziehungsweise Schweißstelle
zum Vorheizen der zu verbindenden Bauteile aktiviert ist.
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Der
Prozeßablauf
läßt sich
exakt steuern, wenn als Heizquelle ein Laser vorgesehen ist.
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Zeichnung
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert. Es
zeigen 1 vereinfacht eine Vorrichtung zum Weichlöten mit
einem Laser als Heizquelle, 2 ein Blockschaubild
des Regelkreises und 3 ein Funktionsschaubild der Vorrichtung
nach 1.
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Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
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Die
dargestellte Lötvorrichtung
hat als Heizquelle einen Laser 10, dessen Leistung von
einer anhand der 2 beschriebenen Regeleinrichtung 12 gesteuert
ist. Vom Laser 10 führt
ein Lichtwellenleiter 14 über eine insgesamt mit der
Bezugszahl 16 bezeichnete Bearbeitungsoptik zu einer Lötstelle 18,
an der Kontaktstifte 20 mit Anschlußdrähten 22 in gesteuerter
Folge miteinander verbunden werden. An die Bearbeitungsoptik 16 sind
zum Beobachten und Festhalten des Lötprozesses ein Leistungssensor 24 und über eine
Kamera 26 ein Bildschirm 28 eines den gesamten
Lötprozeß steuernden
Rechners angeschlossen.
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Beim
Lötvorgang
wird der Lötstelle 18 ein Zusatzwerkstoff
in Form eines Lotdrahtes 30 automatisch zugeführt. Dafür ist eine
Einrichtung 32 vorgesehen, die einen Träger 34 hat, der auf
einem ortsfesten Gestell 36 zwischen der dargestellten
Lötposition und
einer durch einen Anschlag 38 vorgegebenen Rückzugsposition
gesteuert hin- und herbewegbar ist. Die Bewegung des Trägers 34 kann
beispielsweise durch einen hydraulischen oder pneumatischen Kraftantrieb 40 erfolgen,
der vom Rechner über
ein Magnetventil 41 gesteuert ist. Der Träger 34 könnte jedoch
auch gestellfest angeordnet und statt dessen ein Träger für die Lötstelle 18 zwischen
einer Lötposition
und einer Rückzugsposition
beweglich angeordnet sein.
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Auf
dem Träger 34 ist
ein Schlitten 42 in Richtung des Pfeiles 44 verschiebbar
gelagert, den zwei sich am Träger 34 axial
abstützende
Federn 46, 48 in der dargestellten Mittellage
halten, An den Stirnseiten des Schlittens 42 sind zwei
Führungsrohre 50, 52 für den Lotdraht 30 befestigt,
deren Achsen in einer Fluchtlinie und zur Lötstelle 18 gerichtet
sind. Im Schlitten 42 selbst ist der Lotdraht 30 durch
eine Bohrung 54 hindurchgeführt. Ferner ist am Schlitten 42 eine
Konsole 56 befestigt, auf der eine Spule 58 für einen
Lotdrahtwickel drehbar gelagert ist.
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Der
Lotdraht 30 ist im Schlitten 42 zwischen zwei
Reibrädern 60, 62 hindurchgeführt, die
durch in der Zeichnung nicht dargestellte Mittel reibungsschlüssig an
den Lotdraht 30 angedrückt
sind. Das Reibrad 60 ist von einem Elektromotor 64 angetrieben,
der wie das Magnetventil 41 vom Rechnerprogramm gesteuert
ist. Ferner ist am Schlitten 42 der bewegliche Teil eines
am Träger 34 befestigten
Meßwertaufnehmers 66 befestigt,
der auf Relativbewegungen des Schlittens 42 gegenüber dem
Träger 34 anspricht
und beim Auftreten einer solchen Bewegung die Stromzufuhr zum Elektromotor 64 unterbricht.
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Die
zu verlötenden
Bauteile 20, 22 können paarweise vorbereitet
auf nicht dargestellten Werkstückträgern sitzen,
die programmgesteuert angetrieben sind und nach einem beendeten
Lötvorgang
das nächstfolgende
Bauteil an die Lötstelle 18 heranführen. Dabei
wird der Lotdraht 30 über
den am Träger 34 angreifenden
Kraftantrieb 40, vorübergehend
von der Lötstelle 18 entfernt,
so daß der
Bauteilwechsel unbehindert erfolgen kann. Wenn danach der Träger 34 seine
in 1 dargestellte Lötposition wieder erreicht hat,
wird der Elektromotor 64 aktiviert, der über die
Reibräder 60, 62 den
Lotdraht 30 bis zur Anlage an die Lötstelle 18 verschiebt.
Wenn der Anlagedruck des Lotdrahtes 30 einen vorgegebenen
Wert erreicht, weicht der Schlitten 34 nach hinten aus,
bis vom Meßwertaufnehmer 66 ein
den Antriebsmotor 64 stillsetzendes Signal an den Rechner
gelangt.
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Durch
die vom Laser 10 erzeugte Heizenergie wird die Lötstelle 18 auf
Löttemperatur
erhitzt und der Lotdraht 30 zum Abschmelzen gebracht. Dabei wird
der Schlitten 42 durch Federkraft wieder in die Mittelstellung
zurückgeführt, in
welcher der Antriebsmotor 64 erneut eingeschaltet wird
und den Lotdraht 30 bis zur vorgegebenen Kraft an die Lötstelle 18 andrückt beziehungsweise
an dieser angedrückt
hält. Der
Lötvorgang
ist beendet, wenn beispielsweise eine bestimmte Länge des
Lotdrahtes 30 abgeschmolzen ist, und/oder wenn eine vorgegebene,
auf den jeweiligen Anwendungsfall abgestimmte Zeitspanne vergangen
ist.
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Zur
Erzielung eines auf die jeweils vorliegenden Lötparameter optimal abgestimmten
Abschmelzverhaltens des Zusatzwerkstoffs wird erfindungsgemäß die Abschmelzgeschwindigkeit
und somit die pro Zeiteinheit abgeschmolzene Menge des Zusatzwerkstoffes
erfaßt
und über
die Regeleinrichtung 12 geregelt. Zu diesem Zweck ist am
Schlitten 42 ein Tachogenerator 70 vorgesehen,
dessen Antriebsrad ebenfalls reibungsschlüssig am Lotdraht 30 anliegt. Der
Tachogenerator 70 setzt die Vorschubgeschwindigkeit des
Lotdrahtes 30 in ein Spannungssignal x um, welches als
ein dem Istwert der Regelgröße "Abschmelzgeschwindigkeit" entsprechendes Signal
in einem Komparator 72 mit dem Signal w eines Sollwertgebers 74 verglichen
wird. Der Komparator 72 bildet daraus ein Stellsignal y
in Form eines Spannungssignals, das ein Stellglied 76 in
eine die Leistung des Lasers 10 beeinflussende Stellgröße umsetzt.
Der Laser 10 ist wie der Tachogenerator 70 ein Teil
der Regelstrecke der Regeleinrichtung 12.
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Die
Wirkungsweise der Regeleinrichtung 12 geht im einzelnen
aus dem Funktionsschaubild nach 3 hervor.
Auf diesem ist auf der Abszisse die Zeit t des Lötprozesses aufgetragen. Auf
der Ordinate sind im unteren Bereich die Abschmelz- beziehungsweise
Lotdrahtvorschubgeschwindigkeit v und im oberen Bereich korrespondierend
dazu das Spannungssignal y des Komparators 72 aufgetragen.
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Zum
Zeitpunkt t = 0 sec. soll der Träger 34 in die
in 1 gezeigte Lötstellung
zurückgeführt sein. Nach
1,5 sec. wird der Elektromotor 64 aktiviert und der Lotdraht 30 an
die Lötstelle 18 angelegt.
Weil diese jedoch noch kalt ist oder zumindest noch eine unterhalb
der Schmelztemperatur des Lotdrahtes 30 liegende Temperatur
hat, setzt das Abschmelzen des Lotdrahtes 30 nicht unmittelbar
ein. Das hat zur Folge, daß das
Stellsignal y anfänglich
eine hohe Spannungsspitze y1 hat, welche
den Laser 10 zur Abgabe einer hohen Heizleistung veranlaßt. Dadurch
wird die Lötstelle
sehr schnell auf Arbeitstemperatur erhitzt, so daß bereits
zum Zeitpunkt t = 1,8 sec. der vorgegebene Sollwert v = 3,8 mm/sec.
der Abschmelzgeschwindigkeit erreicht ist.
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Nach
diesem Zeitpunkt erfolgt der Regeleingriff so, daß die Abschmelzgeschwindigkeit
v den vorgegebenen Sollwert etwa kontinuierlich beibehält. Am Ende
eines Lötvorgangs,
das zum Zeitpunkt t = 2,8 sec. vorgesehen ist, wird programmgesteuert
der Elektromotor 64 stillgesetzt und der Kraftantrieb 40 zum
Zurückfahren
des Trägers 34 aktiviert,
gleichzeitig wird, ebenfalls programmgesteuert, das Stellsignal
y kurzzeitig erhöht,
was sich im Schaubild als zweite Spannungsspitze y2 darstellt.
Durch diese Maßnahme
wird bei extern gesteuertem Abschluß des Lötvorgangs ein problemloses
Zurückziehen
des Zusatzwerkstoffs sichergestellt.
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Die
Regelcharakteristik der Einrichtung 12 kann mit einfachen
Mitteln so gewählt
beziehungsweise geändert
werden, daß sich
für jeden
Anwendungsfall ein optimales Abschmelzverhalten des Zusatzwerkstoffs
ergibt. Anstelle eines konstanten Sollwertes für die Abschmelzgeschwindigkeit
kann selbstverständlich
auch ein zeitlicher Sollwertverlauf mit sich ändernden Sollwerten vorgegeben
werden. Ferner kann, wie im Funktionsschaubild durch die gestrichelt
gezeichneten Linienabschnitte y3 und y4 angedeutet ist, eine Vorheizung der zu
verlötenden Bauteile
vor dem Aufsetzen des Lotdrahtes 30 auf die Lötstelle 18 programmgesteuert
erfolgen.