DE69223956T2

DE69223956T2 - Temperaturselbstregelnde Hitzer und Lötkolben

Info

Publication number: DE69223956T2
Application number: DE69223956T
Authority: DE
Inventors: Mark J Cowell; Steven A Daniel
Original assignee: Metcal Inc
Current assignee: Delaware Capital Formation Inc
Priority date: 1992-08-05
Filing date: 1992-10-29
Publication date: 1998-07-30
Anticipated expiration: 2012-10-30
Also published as: CA2081721C; JPH0813412B2; EP0582011A1; CA2081721A1; JPH0687070A; US5329085A; DE69223956D1; EP0582011B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft selbstregelnde Curie-Punkt-Heizkörper und insbesondere Curie-Punkt-Lötkolben mit selbsttätiger Temperaturregelung.
In dem US-Patent Nr.4 745 264 wird ein selbstregelnder Curie-Punkt-Lötkolben offenbart, der mit einem Netzteil zur Konstantstromspeisung einer Wicklung betrieben wird, die induktiv mit einem durch einen hohen u-Wert gekennzeichneten Werkstoff gekoppelt ist, der eine Schicht auf einem sich an die Lötkolbenspitze anschließenden Kupferschaft bildet. Die im Handel erhältliche Ausführung eines Konstantstromnetzteils ist für 13,56 MHz ausgelegt und relativ teuer.
Wie in dem genannten und dem US-Patent Nr.4 839 501 offenbart wurde, gehören zu dem darin vorgeschlagenen Lötkolben ein Griff und eine in diesen einsetzbare Patrone. Bestandteil der Patrone sind im wesentlichen die Heizkörperanordnung einschließlich der Wicklung, das Material mit einem hohen u-Wert und die Lötkolbenspitze. Die elektrische Verbindung zwischen der Patrone und einem Zuleitungskabel vom Netzteil, das am Griff angeschlossen ist, wird durch Einsetzen der Patrone in den Griff hergestellt.
Die Patronen sind ebenfalls recht hoch im Preis. Doch der Einsatz von austauschbaren Patronen für unterschiedliche Temperaturen ist dadurch gerechtfertigt, daß sie leicht austauschbar sind und die Nutzung verschiedener Lötspitzenformen erlauben. Insbesondere ist die Temperatur, auf die die Selbstregelung der Patrone eingestellt ist, eine Funktion des verwendeten Materials mit hoher Permeabilität
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen selbstregelnden Curie- Punkt-Heizkörper zur Verfügung zu stellen, der die gleiche Leistung wie der Lötkolben des genannten Patents aufweist, jedoch für eine niedrigere Frequenz ausgelegt und zum Anschluß an ein kostengünstigeres Netzteil bestimmt ist.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen selbstregelnden Curie-Punkt-Heizkörper bereitzustellen, der effektiv im Frequenzbereich 100 kHz bis 1 MHz eingesetzt werden kann.
Zudem besteht ein Ziel der vorliegenden Erfindung darin, die Kosten von Lötkolbenpatronen zu senken.
Und schließlich besteht ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung darin, geringere Gesamtkosten eines Lötkolbensystems zu erzielen, bei dem Curie-Punkt- Heizkörper mit selbsttätiger Temperaturregelung eingesetzt werden.
Entsprechend einem erfindungsgemäßen Aspekt wird zur Reduzierung der Kosten eine niedrigere Frequenz des Netzteus vorgesehen und diese speziell so gewählt, daß sie die Entwicklung eines leistungsfähigen Lötkolbens erlaubt, der mit dem für diese niedrigere Frequenz ausgelegten Netzteil betrieben wird.
Die niedrigere Frequenz des Netzteils macht Änderungen an der Lötkolbenpatrone erforderlich.
Das Prinzip eines selbstregelnden Heizkörpers, bei dem die Curie-Punkt-Regelung Anwendung findet, beruht auf der Tatsache, daß der Strom infolge des Skineffekts in der äußeren Schicht eines Leiters konzentriert ist. Bei den Heizkörpern, die in den oben genannten Patenten vorgestellt werden, wird auf einen Leiter mit hoher Leitfähigkeit eine Ummantelung oder Schicht mit hoher lmpedanz und hohem u- Wert aufgebracht. Unterhalb der Curie-Temperatur ist der größte Teil des Stroms auf Eindringtiefen in die äußeren Schichten des Leiters von 2,5 bis 3,5 konzentriert. Die Eindringtiefe (S.D.) wird nach der folgenden Gleichung berechnet:
S.D. = 5030 [p/uf cm
worin p der spezifische Widerstand des Materials mit hohem u-Wert, u die Permeabilität des Materials mit hohem u-Wert und f die Frequenz ist. Wird beispielsweise die Frequenz des Stroms von 13,56 MHz auf 435 kHz verringert, nimmt die Eindringtiete auf das 5,583fache zu. Für die Heizkörper der vorliegenden Erfindung wird eine Eindringtiefe des Materials mit hohem u-Wert im Bereich von 2,5 bis 3,5 gewählt, um sicherzustellen, daß unterhalb der Curie-Temperatur des Materials der größte Anteil des Stroms im Material mit hohem Widerstand konzentriert bleibt, so daß eine rasche Erwärmung gewährleistet ist. Nähert sich die Temperatur des Materials mit hohem u-Wert der effektiven Curie-Temperatur, so strebt die Permeabilität des Materials gegen Eins, und da P=I²R gilt, I konstant ist und R sich verringert, weil der Strom zum Material mit geringem Widerstand abfließt, nimmt die Aufheizgeschwindigkeit des Geräts ab. Aufgrund der Permeabilitätsänderung sinkt die Temperatur unter die effektive Curie-Temperatur, und der Vorgang wiederholt sich.
Der Terminus "Konstantstrom" bezeichnet in dieser Beschreibung einen Strom, der durch die folgende Gleichung gekennzeichnet ist:
ΔI / I < - 1/2 ΔR / R
worin I für den Strom in der Wicklung und R für den Widerstand des Heizkörpers steht.
Der Terminus "effektive Curie-Temperatur" drückt aus, daß bei einer Temperatur unterhalb der absoluten Curie-Temperatur, in dem Bereich 1 bis 100 ºC, je nach dem entsprechenden Werkstoff, die Aufheizgeschwindigkeit so weit verringert ist, daß sich die Temperatur des Heizkörpers auf einem Wert unterhalb der Curie- Temperatur stabilisiert. Bei den Werkstoffen mit hoher Permeabilität kann es sich um ferromagnetische, ferrimagnetische oder andere Werkstoffe handeln, deren magnetische Permeabilität mit der Temperatur abnimmt. Nachfolgend soll unter "ferromagnetisch" die gesamte Palette dieser Werkstoffe verstanden werden.
Die Wahl einer niedrigeren Frequenz ist von einer Anzahl von Problemen begleitet, die bei 470 kHz und einer Permeabilität von etwa 250 nicht durch Vergrößerung der Dicke der ferromagnetischen Schicht, beispielsweise auf etwa 0,005 bis 0,007 Zoll (0,12 bis 0,18 mm) gelöst werden kann. Mit einem Heizkörper, bei dem im Vergleich zu dem vorstehend aufgeführten Patent Nr.4 745 264 allein die Eindringtiefe geändert wird, können keine optimalen Ergebnisse erzielt werden.
Ein erstes Problem, auf das man stieß, ist die Abnahme des Widerstands des Heizkörpers. Es wurde festgestellt, daß der Widerstand des Heizkörpers bei der niedrigeren Frequenz kleiner ist als bei höheren Frequenzen. Es gilt nämlich:
R = p L / A
worin R der Widerstand und A die Fläche des ferromagnetischen Werkstoffs ist. Da A größer wird, nimmt R ab. Somit wird die erforderliche Heizleistung nicht erreicht. Erfindungsgemäß kann dieses Problem dadurch überwunden werden, daß die Anzahl der Windungen der Wicklung, über die der Heizkörper mit Strom gespeist wird, vergrößert und vorzugsweise die Amplitude des Stroms auf etwa das 1,4fache erhöht wird. Die Anzahl der Windungen der Wicklung kann auf 18 bis 22 je Lage verdoppelt werden, so daß dadurch der Widerstand, der bei der ursprünglichen Ausführungsform erreicht worden wäre, vervierfacht wird.
Selbst nach Vornahme der oben genannten Modifikationen wäre die Heizleistung an der Lötspitze nicht ausreichend. Aufgrund der größeren Länge der Wicklung und somit auch der Länge des sich an die Lötspitze anschließenden beschichteten Schafts nahm der Wärmefluß vom distalen Ende des Schafts zur Lötspitze einen unzureichenden Wert an. Mit anderen Worten, der Widerstand gegenüber dem Wärmefluß von den entfernteren Bereichen des Heizkörpers ließ keinen ausreichenden Wärmefluß zur Erhöhung der Wärme vom proximalen Ende des Heizkörpers zu, als daß ein angemessenes Temperaturverhalten erzielt werden konnte. Es wurde festgestellt, daß durch Vergrößerung des Durchmessers (des Querschnitts) des Schafts der Widerstand gegenüber dem Wärmefluß vom distalen Ende des Schafts zur Lötkolbenspitze in ausreichendem Maße verringert werden und somit das angestrebte Selbstregulierungsverhalten erzielt werden konnte.
Ein weiteres Merkmal besteht darin, daß bei Patronen, bei denen die Wicklung einen festen Bestandteil bildet, um die Wicklung herum eine Hülse aus ferromagnetischem Material mit einem Curie-Punkt vorgesehen werden muß, der ausreichend höher als der des Heizkörpers ist. Der radiale Abstand zwischen dem Heizkörper und der Wicklung sollte wesentlich kleiner als der radiale Abstand zwischen der Wicklung und der Hülse sein. Die Hülse ist im allgemeinen an einem Ende geschlossen und hat eine Öffnung zur Aufnahme des sich an die Lötspitze anschließenden Schafts auf, sitzt so auf der Wicklung, daß die Außenfläche des im allgemeinen geschlossenen Endes an der Rückseite der Lötspitze und die Innenfläche des geschlossenen Endes am proximalen Ende der Wicklungswindungen zum Anliegen kommt. Diese Anordnung führt dazu, daß die Wicklung nahezu unmittelbar am hinteren Ende der Lötspitze anliegt, während sie andererseits eine Kopplung zwischen dem Magnetfeld und dem Material mit geringem Widerstand wie Kupfer verhindert.
Bei einer weiteren Ausführungsform werden die Kosten der Patrone dadurch gesenkt, daß die Wicklung und die Hülse, so vorgesehen, zu einem festen Bestandteil des Griffs werden, so daß die Patrone nur den Heizkörper, die Lötspitze, einen Erdungsleiter und einen Schaft aufnimmt. Der Heizkörper wird, wenn die Patrone in den Griff eingesetzt wird, zur Gewährleistung eines minimalen Abstands zwischen der Wicklung und dem Heizkörper unmittelbar an die Wicklung angrenzend positioniert, wobei Schutzabdeckungen der Wicklung und des Heizkörpers aneinander zum Anliegen gebracht werden.
Durch diese Maßnahme wird eine wesentliche Kostenverringerung der Patronen erzielt. Zwar steigen die Kosten des Griffs leicht, aber dieser wird nicht sehr häufig ausgetauscht. Im Gegensatz dazu wird das Austauschen eines vollständigen Satzes von Lötspitzen bei normalem Gebrauch deutlich kostengünstiger.
Durch die nachfolgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen und die dabei erfolgende Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen sollen nun die oben genannten Merkmale und anderen Merkmale, Ziele und Vorteile der vorhegenden Erfindung sowie die zur Umsetzung der Erfindung in die Praxis angebotenen besten Lösungen, die die Autoren der vorliegenden Erfindung vorschlagen, näher erläutert werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Patrone als Querschnitt,
Fig. 2 eine Rückansicht der erfindungsgemäßen Patrone,
Fig. 3 einen Querschnitt eines Teils eines Griffs zur Aufnahme für die Patrone von Fig. 1,
Fig. 4 einen Querschnitt eines Griffs zur Aufnahme für die Patrone von Fig. 1,
Fig. 5 Einzelheiten des Griffs 30 von Fig. 4,
Fig. 6 eine Explosivdarstellung einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 7 einen vergrößerten Querschnitt der erfindungsgemäßen Wicklung und der angrenzenden Bereiche und
Fig. 8 eine Einzelheit der Wicklungsbaugruppe von Fig. 6.

Ausführliche Beschreibung der vorliegenden Erfindung

Wenden wir uns nun den zu dieser Erfindung gehörenden Zeichnungen und speziell Fig. 1 zu, die im Querschnitt eine Lötkolbenheizkörperpatrone 2 entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Eine äußere zylindrische Hülse 4, die aus unmagnetischem, nichtrostendem Stahl mit geringer Wärmeleitfähigkeit gefertigt sein kann, umschließt die Lötkolbenbestandteile von der Lötspitze 6 aus nach hinten. Die vorzugsweise aus Kupfer bestehende Lötspitze 6 ist konisch ausgeführt und hat eine Rückwand 8, an der die Hülse 4 anliegt. Ein ringförmiger Ansatz 10 erstreckt sich von der Lötspitze 6 vom Außenrand der Wand 8 aus und nimmt das Ende der Hülse 4 auf. Ein zylindrischer Schaff 12 mit einer Beschichtung aus einem ferromagnetischen Material 14 sitzt an der Rückseite 8 der Lötspitze (links) in einer Bohrung 11. Durch den Curie-Punkt der Beschichtung 14 wird die Selbstregelungstemperatur des Lötkolbens bestimmt.
Eine Drahtwicklung 16, die erfindungsgemäß in zwei Lagen, mit jeweils 18 bis 22 Windungen, gewickelt ist, umgibt die Beschichtung 14. Eine zylindrischen Hülse 18 hat auf der in bezug auf die Lötspitze 6 distalen Seite ein offenes Ende und eine Stirnwand 20 oder eine daran anliegende Unterlegscheibe mit mittiger Öffnung 22, durch die der Schaft 12 hindurchgeführt ist. Die Stirnwand 20 liegt an der Wand 8 an, und die Wicklung 16 sitzt so nahe wie möglich an der Stirnwand 20. Auf diese Weise ist die Wicklung 16 zuverlässig positioniert und liegt, soweit dies die Abmessungen der Wand 20 zulassen, eng an der Wand 8 und damit an der Lötspitze 6 an.
Die Hülse 18 und die Stirnwand 20, die auch aus einem Stück gefertigt sein können, bestehen aus einem ferromagnetischen Material, das eine Curie-Temperatur aufweist, die ausreichend höher als die des ferromagnetischen Materials 14 ist, so daß dessen hohe magnetische Permeabilität innerhalb des gesamten Betriebstemperaturbereichs des Lötkolbens aufrechterhalten bleibt. Die Hülse trägt dazu bei, daß der von der Wicklung erzeugte Fluß auf die Schicht 14 konzentriert bleibt, verhindert dabei gleichzeitig die induktive Kopplung mit der Lötspitze und verringert die Krafflinienstreuung an die Umgebung.
Wie vorstehend bereits festgestellt wurde, traten viele Probleme bei der Umstellung des Lötkolbens von der Betriebsfrequenz von 13,56 MHz bzw. allgemeiner von dem Bereich 5 bis 20 MHz auf eine Betriebsfrequenz im Bereich 100 kHz bis 5 MHz auf. Eine Änderung der Betriebsfrequenz auf beispielsweise 470 kHz bedeutete eine erforderliche Vergrößerung der Dicke der Schicht 14 auf einen Wert, der der 5,3fachen Eindringtiefe ( 13,56/0,47) des alten Lötkolbens bei der neuen Frequenz entspricht, und zwar in diesem Falle auf 0,005 bis 0,007 Zoll (0,12 bis 0,18 mm).
Es ist bekannt, daß bei der Eindringtiefe Eins 63,2 % des Stroms in der ferromagnetischen Schicht und daß bei einer Eindringtiefe von 1,8 mehr als 80 % des Stroms auf das ferromagnetische Material konzentriert sind. Somit konzentriert sich der größere Anteil des Stroms in einem Bereich hohen Widerstands, denn die Legierung 42 weist einen spezifischen Widerstand von etwa 75x10&supmin;&sup6; Ω -cm und einen u-Wert von etwa 250 auf. Wird das ferromagnetische Material unmagnetisch, so ergibt sich aus der Eindringtiefengleichung eine Vergrößerung der Eindnngtiefe Eins um einen Faktor von etwa 16 ( 250), so daß der größere Anteil des Stroms im Kupfer fließt, das einen spezifischen Widerstand von etwa 2x10&supmin;&sup6; aufweist. Damit verringert sich die Heizleistung spürbar.
Es wurde jedoch festgestellt, daß die Leistung eines Lötkolbens nach Vornahme einer solchen Änderung immer noch zu gering ist. Zuvor wurde nachgewiesen, daß eine Vergrößerung der Dicke der ferromagnetischen Schicht zu einer Verringerung des Wirkwiderstands der ferromagnetischen Schicht auf unakzeptable Werte führt. Zur Erhöhung des Widerstands des Heizkörpers wurde die Anzahl der Windungen der Wicklung 16 vergrößert, wobei der Effekt dadurch verdoppelt wurde, daß die Stromversorgung der 18 bis 22 Windungen je Lage mit einer Frequenz von 470 kHz erfolgte. Die Drähte der Wicklung 16 und das Leiterpaar 17 sind mit einem Steckverbinder verbunden, der von der Hülse 4 auf der der Wicklung gegenüberliegenden Seite aufgenommen wird. Die Stromstärke wurde von 0,7 A bei dem vorhergehenden Modell des Lötkolbens auf 1 A bei dem vorliegenden Modell des Lötkolbens erhöht.
Trotzdem kann die Leistung des Lötkolbens weiterhin unzufriedenstellend sein, da sich die Selbst regelung über einen zu großen Temperaturbereich erstreckt und dabei allerdings nur eine geringe Leistung zu erwarten ist. Es wurde festgestellt, daß durch eine Verlängerung des Schafts 12, die sich dadurch erforderlich machte, daß die größere Anzahl von Windungen der Wicklung 16 aufgenommen werden mußte, die Anordnung einen solch hohen Wärmewiderstand erhielt, daß die am distalen Ende des Heizkörpers erzeugte Wärme nicht in ausreichendem Maße auf die Wärme an der Lötspitze Einfluß nehmen konnte, um das erforderliche Wärmeverhalten bei sich verändernder Belastung zu gewährleisten. Das Problem wurde dadurch gelöst, daß der Querschnitt des Schafts 12 (der Durchmesser des Schafts in diesem Fall) vergrößert wurde, um dessen Wärmewiderstand zu verringern und eine relativ rasche Reaktion des Heizkörpers an seinem distalen Ende zur Verbesserung der Temperaturregelung zu erlauben.
Somit umfaßt die Umstellung des Lötkolbens von der Betriebsfrequenz von 13,56 MHz auf eine wesentlich niedrigere Betriebsfrequenz vorzugsweise die Schritte Vergrößerung der Dicke der ferromagnetischen Schicht des Heizkörpers, Vergrößerung der Anzahl der Windungen der Wicklung, Erhöhung des Stroms (von 0,7 A auf 1 A), durch den die Erregung des Heizkörpers erfolgt, und Vergrößerung des Durchmessers des Heizkörpers und speziell des Schafts 12 sowie der ferromagnetischen Schicht 14. Ein zusätzliches kennzeichnendes Merkmal ist die Nutzung der Hülse 18 mit der Stirnwand oder der Unterlegscheibe, mit deren Hilfe die Wicklung 16 zuverlässig so nahe wie möglich an der Lötspitze 6 und speziell an der Wand 8 positioniert wird.
Die Seite der Hülse 4 auf der der Lötspitze gegenüberliegenden Seite ist im allgemeinen D-förmig ausgebildet, wie in der Rückansicht von Fig. 2 dargestellt ist. Die Hülse 4 nimmt einen zweipoligen Stecker 24 mit den Steckerstiften 26 und 28 auf, die an das Leiterpaar 17 angeschlossen sind. Der Griff 30 ist innen so gestaltet, daß er die Lötkolbenheizkörperpatrone 2 dicht umschließt. Des weiteren weist der Griff 30 speziell einen D-förmigen Innenraum 32 auf, so daß die Steckerstifte 26 und 28 beim Einsetzen in die Buchsenkontakte 34 und 36 einer Buchse, wie es genauer in Fig. 4 dargestellt ist, geführt werden. Das äußere Teil 40 des Griffs ist elektrisch leitend und stellt den elektrischen Kontakt zur Hülse 4 her, wenn die Patrone in den Griff eingesetzt wird. Das Teil 40 ist an die Erdleitung über das Netzteil für den Lötkolben angeschlossen, wodurch die Hülse mit dem Erdpotential der Netzteilanschlußleitung verbunden ist. Diese Art des Anschlusses dient als Schutz des Bedieners gegen einen elektrischen Schlag.
Die Hülse 4 erstreckt sich vom Griff 30 ausgehend über eine relativ große Länge, so daß sie unmittelbar am Griff bereits recht kühl ist, wobei trotzdem direktes Berühren nicht empfohlen wird.
In Fig. 4 der beigefügten Zeichnungen ist der Griff 30 genauer dargestellt. Dieser besteht aus einem im wesentlichen zylindrischen äußeren Kunststoffgehäuse 31, das auf der linken Seite, wie in Fig. 4 dargestellt ist, aufgeweitet ist, um einen konischen Griff 33 mit einer Öffnung zu bilden. Ein elektrisch leitender Einsatz 35 wird in das offene Ende des Gehäuses 31 unter Druck eingesetzt und bildet die D- Form, die zur Führung beim Einsetzen der Steckerstifte 26 und 28 der Patrone in die Buchsenkontakte 34 und 36 des Griffs dient. Ein Schlitzring 15 aus elastischem Werkstoff ist bei 29 offen, so daß er einen strammen Sitz der Patrone gewährleistet.
Wenden wir uns nun Fig. 5 zu. Ein hohles Messingteil 49 ist an vier Stellen 21 mit Schlitzen versehen, von denen allerdings nur einer dargestellt ist, wodurch eine Anzahl von Federn 45 und 47 entstehen, die eine Buchse 37 mit den darin befindlichen Buchsenkontakten 34 und 36 aufnehmen. Die Buchse hat auf der rechten Seite, wie Fig. 5 zu entnehmen ist, außen einen Bund 25, der bei 23 Schlitze aufweist, und diese werden so auf die Schlitze 21 im Teil 49 ausgerichtet, daß die Federn 45, 47 usw. an der Buchse 37 anliegen. Ein elastischer Drahtring 27 wird über die Federn 45, 47 usw. geschoben, in die Nut 17 eingesetzt und drückt so die Federn gegen die Buchse 37, um diese zu arretieren. Die Federn 45, 47 usw. sind elastisch, weil der Durchmesser einer jeden Feder bei 19 verringert wurde.
Sämtliche Metallteile des Griffs sind aus Messing gefertigt.
Die Schlitze 21 sind auf das D-förmige Teil 35 ausgerichtet, damit die Buchsenkontakte und Steckerstifte des Steckverbinders achsfluchtend geführt werden. Die Federn 45, 47 usw. berühren die äußere Hülse 4 der Patrone. Das in Fig. 4 rechte Ende des Hohlzylinders 49 läuft in einen Abschnitt 51 mit verringertem Durchmesser aus, der mit der Umfiechtung 53 eines Kabels 55 über den Leiter 13 verbunden ist. Diese Umflechtung ist zur Erdung des Lötkolbens mit dem Netzteil verbunden. Ein Leiter des Leiterpaars 57 des Kabels 55 ist entweder an den Buchsenkontakt 34 oder 36 und der andere Leiter an den entsprechenden zweiten Kontakt angeschlossen, so daß der Stromkreis geschlossen ist.
Sämtliche Teile, die mit der im Griff angeordneten Buchse zusammenwirken, werden entsprechend Fig. 4 von rechts unter Druck eingesetzt und zudem durch einen ebenfalls unter Anwendung von Druck in den Griff eingesetzten Einsatz 59 gehalten. Der Griff nimmt an seinem Ende weiterhin eine Standard- Kabelzugentlastung 61 auf.
Wenden wir uns nun den Fig. 6, 7 und 8 der beigefügten Zeichnungen zu. Sie zeigen eine alternative Ausführung von Griff und Patrone für den erfindungsgemäßen Lötkolben. Bei dieser Ausführung befindet sich die Wicklung nicht in der Patrone, sondern im Griff. Der Griff 42 hat ein zylinderförmiges Verlängerungsstück 44, das aus Metall oder Kunststoff gefertigt sein kann und mit einem Außengewinde 46 versehen ist. An den Griff 42 und das Verlängerungsstück 44 schließt sich ein Hohlschaft 48 aus nichtrostendem Stahl mit einem daran über dessen distales Ende angeordneten Zylinder 50 mit vergrößertem Durchmesser an. In den Zylinder mit vergrößertem Durchmesser ist eine Wicklung 72 (Fig. 8) eingesetzt, und der elektrische Anschluß erfolgt über Leiter, die durch den Schaft 48, das Verlängerungsstück 44 und den Griff 42 geführt sind, an ein nicht dargestelltes vom entsprechenden Netzteil kommendes Kabel.
In den Hohischaft 48 mit der ferromagnetischen Schicht des Heizkörpers, der koaxial und im allgemeinen in gleicher Richtung mit der vorn Teil 50 aufgenommenen Wicklung angeordnet ist, kann eine austauschbare Lötspitze 54 eingesetzt werden.
Am Ende der Patrone hinter der Lötspitze 54 ist ein ringförmiger Ansatz 56 angeordnet, der so ausgebildet ist, daß er an einer mit einer Öffnung versehenen Stirnwand 58 einer zylinderförmigen Hülse 60 zum Anliegen kommt. Die Hülse 60 ist Teil des Griffs und wird nicht mit der Patrone ausgetauscht. Die Hülse paßt über die Teile 44, 48, 50 und 52, wobei die Stirnwand 58 an dem Ansatz 56 zum Anliegen kommt. Die Hülse 60 hat einen nach außen geformten kreisförmigen Bund 66, der so ausgebildet ist, daß er an dem Teil 44 sowie an einer mit einer Öffnung versehenen Stirnwand 62 einer Mutter 64 zum Anliegen kommt. Die Mutter ist mit ihrem Innengewinde auf das Verlängerungsstück 44 aufzuschrauben, wodurch sie am Bund 66 zum Anliegen kommt und die Hülse 60 gegen das Verlängerungsstück 44 drückt.
Zur näheren Erläuterung der die Wicklung und den Heizkörper umgebenden Bereiche des Griffs und der Patrone dient Fig. 8. Die Außenwand 68 des Wicklungsbereichs 50 von Schaft 48 weist eine radial abgesetzte Wand 70 mit einem Bereich 71 mit einem offenen Ende auf, in das eine Wicklung 72 eingesetzt wird. Auf einem Wicklungsträger 76 stützt sich die Wicklung 72 ab und bildet zwei oder mehr Lagen, je nach der entsprechenden Ausführungsform Der Wicklungsträger 76 ist im Bereich 71 geklebt oder anderweitig arretiert und wird am rechten Ende des Bereichs 71 durch eine Stirnwand 78 abgedeckt, die gleichzeitig zur Abdichtung dient. Zur Aufnahme der Patrone 52 ist die Stirnwand mit einer mittigen Öffnung 80 ausgeführt.
Die Patrone ist auf dem Kupferstab 52, an den sich die Lötspitze 54 anschließt, mit einer Schicht 82 aus ferromagnetischem Material versehen. Die Innenwand des Wicklungsträgers 76 hat zur Gewährleistung eines guten Kontakts zur Schicht 82 eine Dicke von etwa 10 x 10³ Zoll (0,25 mm) und dient außerdem der elektrischen Isolierung der Wicklung und der Schicht 82. Der Schaft 48 ist bei dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aus nichtrostendem Stahl 400 (AISI-Bezeichnung) gefertigt, ist somit also ferromagnetisch und für dieselben Funktionen wie die Hülse 18 von Fig. 1 vorgesehen. In Fig. 1 besteht die Hülse 4 aus nichtrostendem Stahl 300 (AISI-Bezeichnung), der nicht ferromagnetisch ist. Die Hülse 60 ist unmagnetisch und entspricht somit der Funktion der Hülse 4 von Fig. 1. Zahlreiche Modifikationen sind denkbar, insbesondere bei der Ausführungsform der Fig. 6 bis 8. Der Bereich 71 der Hülse 48 kann auch ein gesondertes Teil sein, das an das Teil 48 angeschweißt oder auf andere Weise daran arretiert sein kann. Das Teil 44 kann leitend oder nichtleitend sein.
Für den erfindungsgemäße Heizkörper können verschiedene Netzteile genutzt werden, von den drei in den dem Anmelder erteilten US-Patenten Nr.4 626 767, 4 752 864, 4 769 519 ('519) und 4 795 886 ('886) offenbart sind. In den beiden letzteren werden Pulsbreitenmodulationskonzepte vorgeschlagen, bei denen der Wechselstrom der Pulse im Megahertz-Bereich liegt. Der Frequenzbereich dieser Netzteile läßt sich herabsetzen, indem die Überlagererfrequenz herabgesetzt wird und entsprechende Änderungen bei den Schaltungsparametern vorgenommen werden, so daß der erforderliche Betrieb des Netzteils gewährleistet ist. Das Netzteil des Patents '519 wird bevorzugt, da es am besten an eine niedrigere Frequenz angepaßt werden kann und von den genannten Netzteilen das einfachste ist. Es können allerdings auch andere gegenwärtig für diesen Einsatzbereich verfügbare Netzteile benutzt werden.

Claims

1. Verfahren zur Anpassung eines selbstregelnden Curiepunkt-Lötkolbens für den Einsatz bei Frequenzen, die niedriger sind als jene, für die das Gerät ursprünglich ausgelegt war, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke einer auf einem Schaft (12, 52) der Spitze (6, 54) des Lötkolbens (2) aufgebrachten ferromagnetischen Schicht (14, 82) bei niedrigen Frequenzen auf Eindringtiefen von ca. 2,5 bis 3,5 vergrößert wird, die Anzahl der für die Erregung der ferromagnetischen Schicht (14, 32) notwendigen Wicklungswindungen (16, 72) so weit erhöht wird, daß ein Widerstand erzielt wird, der im allgemeinen gleich dem des mit einer höheren Frequenz arbeitenden Kolbens ist und der Querschnitt des Schafts (12, 52) der Lötspitze (6, 54) vergrößert wird, um eine angemessene Wärmeübertragung von den von der Spitze (6, 54) weiter entfernt liegenden Wicklungen (16, 72) zu erreichen und damit die Temperatur der Lötspitze unter den Bedingungen sich verändernder Belastungen innerhalb eines vorgeschriebenen Temperaturbereiches zu halten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Wicklung (16,72) in einer einseitig geschlossenen Hülse (18, 48, 50) aus einem ferromagnetischen Material mit hohem Curiepunkt befindet, wobei das geschlossene Ende (20, 78) der Hülse (18, 48, 50) zwischen der Lötspitze (6, 54) und der Wicklung (16, 72) liegt und eine Öffnung (22, 80) an dem geschlossenen Ende (20, 78) der Hülse (18, 48) vorgesehen ist, die den Lötspitzenschaft (12, 52) aufnimmt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 bzw. 2 dadurch gekennzeichnet, daß der auf die Wicklung (16, 72) übertragene Strom um etwa 40 % erhöht wird.

4. Selbstregelnder Curiepunkt-Lötkolben, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Lötkolben mit Lötspitzenschaft zusammensetzt aus einer mit einer Spitze (6, 54) aus einem elektrisch und thermisch leitfähigen Material versehenen Patrone (2), einer auf den Lötspitzenschaft aufgebrachten Schicht aus einem ferromagnetischen Material (14, 82) mit Eindringtiefen von ca. 2,5 bis 3,5 bei Betriebsfrequenz, wobei das ferromagnetische Material und der hochleiffähige Lötspitzenschaft einen Heizkörper bilden, sowie aus einer elektrisch leitenden Wicklung (16, 72), die um den Heizkörper herumgelegt ist, um selbigen zu erregen, wobei die Wicklung (16, 72) soviele Windungen besitzt, daß ein Systemwiderstand erzeugt wird, der eine ausreichende Wärmeerzeugung im Heizkörper gewährleistet und der Lötspitzenschaft (12, 52) einen Querschnitt aufweist, der sichert, daß die Wärme, die in einem von der Spitze (6, 54) weiter entfernt liegenden Bereich des Heizkörpers erzeugt wird, an die Spitze (6, 54) übertragen wird, wobei die spitze (6, 54) bei sich ändernden Belastungen bis auf eine Temperatur nahe der effektiven Curietemperatur der Schicht (14, 82) erwärmt wird.

5. Selbstregelnder Curiepunkt-Lötkolben nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß er ferner eine aus einem ferromagnetischen Material gefertigte und mit einer Stirnwand (20, 78) versehene Hülse (18, 48, 50) besitzt, wobei die Stirnwand zwischen der Wicklung (16, 72) und der Lötspitze (6, 54) so angeordnet ist, daß sie im wesentlichen sowohl mit der Wicklung als auch mit der Spitze in Berührung kommt und über eine Öffnung (22, 80) verfügt, um den Lötspitzenschaft (12, 52) aufzunehmen.

6. Lötkolben nach Anspruch 4 bzw. 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Lötkolben mit Lötkolbenschaft (48, 50) ein Griff (42) vorgesehenen ist, wobei die Wicklung (72) in dem Lötkolbenschaft in einem Kreisring (50) liegt, der eine zentral axial verlaufende Öffnung in dem Griff (42.) umgibt und sich der Schaft (52) der Lötspitze (54) so in den Griff (42) hineinschieben läßt, daß der Heizkörper (82, 52) radial zur Wicklung (16, 72) angeordnet ist.

7. Lötkolben nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kreisring (50) durch ein ferromagnetisches Material begrenzt ist, dessen effektive Curietemperatur ausreichend über der effektiven Curietemperatur der Schicht (82) des ferromagnetischen Materials liegt, um seine magnetische Permeabilität innerhalb des Betriebstemperaturbereichs des Heizkörpers beizubehalten.

8. Lötkolben nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß er ferner eine Hülse (18,48, 50) aus einem ferromagnetischen Material besitzt, dessen effektive Curietemperatur ausreichend über der effektiven Curietemperatur der Schicht (14, 82) des ferromagnetischen Materials liegt, um seine magnetische Permeabilität innerhalb des Betriebstemperaturbereichs des Heizkörpers aufrechtzuerhalten, wobei die Hülse (18, 48, 50) an einem Ende geschlossen ist (20, 78) und mit einer Öffnung (22, 80) versehen ist, die groß genug ist, um den Lötspitzenschaft (12, 52) durchschieben zu können und die Hülse (18, 48, 50) über der Wicklung (16, 72) liegt und eine Curietemperatur aufweist, die gewährleistet, daß ihre Permeabilität innerhalb des Betriebstemperaturbereichs des Heizkörpers im wesentlichen erhalten bleibt.

9. Lötkolben nach einem der Ansprüche 4, 5 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß er ferner mit einem Griff (30) für die Patrone (2) versehen ist, wobei die Patrone (2) einen mehrpoligen Steckverbinder (24) besitzt, der sich an dem der Lötspitze (6) entgegengesetzten Ende befindet und mit Leitungen (17) ausgestattet ist, die mit der Wicklung (16) verbunden sind und der Griff (30) über einen Mehrfachstecker (32) verfügt, der zu dem mehrpoligen Steckverbinder (24) paßt, wobei die Patrone (2) und der Griff (30) so konfiguriert sind, daß die mehrpoligen und Mehrfach-Steckverbinder (24, 32) axial richtig ausgerichtet sind, damit sie zusammenpassen, wenn die Patrone (2) in den Griff (30) hineingeschoben wird.

10. Lötkolben nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß er eine nichtmagnetische Hülse (4) besitzt, die den sich hinter der Lötspitze (6) befindenden Heizkörper umschließt, wobei eine der Lötspitze (6) entgegengesetzt liegende Seite der Hülse (4) so konfiguriert ist, daß sie den mehrpoligen Steckverbinder (24) aufnehmen kann und so geformt ist, daß eine axiale Ausrichtung im Griff (30) ermöglicht wird.