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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft
Lötkolbenspitzen,
die schützende äußere Schichten
aufweisen.
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Hersteller von Lötkolben (als auch von Kolben
zur Auflösung
von Lötstellen)
verwenden typischerweise Kupfer (Cu) oder Materialien auf Kupferbasis
für die
Spitze der Lötkolben.
Kupfer bietet eine hohe Wärmeleitfähigkeit
bei relativ geringen Kosten. Darüber
hinaus kann Kupfer leicht in die gewünschte Geometrie der Spitze
maschinell bearbeitet werden. Zum Beispiel stellt 1 eine beispielhafte Spitze 1 dar,
die durch spanabhebende Bearbeitung eines Stangenmaterials aus Kupfer
oder einer Kupferlegierung 2 ausgebildet ist.
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Jedoch weisen Kupferspitzen auch
eine Anzahl von unerwünschten
Eigenschaften auf. Wenn sie auf hohe Temperaturen erwärmt werden,
die für das
Löten erforderlich
sind, können
sich die Spitzen im Lötmittel
auflösen
und/oder in Luft korrodieren. Des Weiteren können sich die Spitzen verformen, wenn
mechanischer Druck auf sie ausgeübt
wird. Aus diesem Grund weisen einfache Lötspitzen auf Kupferbasis eine
relativ kurze Standzeit als Spitze auf.
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Der Stand der Technik hat sich dieses
Problems durch Beschichten der Kupferspitzen mit einer oder mehreren äußeren Schichten
angenommen. Insbesondere, wie in 2 dargestellt,
wird das Ende des sich verjüngenden
Abschnitts der Spitze 1 (als "Arbeitsende" bezeichnet) mit einer äußeren Schicht 4 aus
Eisen (Fe) beschichtet. Die Eisenbeschichtung 4 schützt den
weicheren Kupferkern 2 vor Verformung während der Löttätigkeit und vor dem Auflösen im Lötbad. Eisen
ist ebenfalls leicht netzbar durch geschmolzenes Lötzinn. Der
verbleibende Rest der Lötkolbenspitze 1 ist
mit anderen Arten von Material 6 wie eine Schicht Chrom
(Cr) oder eine Schicht Chrom, die über einer Schicht Nickel (Ni) ausgebildet
ist, bedeckt. Diese Schichten 6 stellen eine gute elektrische
Verbindung zwischen der Spitze des Lötkolbens und der Masse bereit,
wodurch ein niedriges Spitze-zu-Masse Spannungspotential sowie ein
ebensolcher Widerstand sichergestellt werden. Diese Schichten 6 schützen auch
das Kupfer 2 vor Korrosion in Luft. Des Weiteren ist Chrom
nur schlecht durch Lötzinn
netzbar und verhindert daher, dass das Lötzinn vom Arbeitsende die Spitze
hinauf kriecht und dadurch die Leistung der Lötkolbenspitze verschlechtert.
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Typischerweise werden diese Materialien
auf die Kupferspitze durch eine Ablagerungstechnik aufgebracht,
die als stromloses Überziehen
oder als Elektroplattieren bekannt ist. Elektroplattieren umfasst
das Anlegen einer Spannung zwischen der Lötkolbenspitze (Kathode) und
Teilen des Metalls, das abgelagert werden soll (die Anode) durch
ein auf Säure
basierendes wässriges
Elektrolytbad. Die Lötkolbenspitze
und die Metallanode werden beide in dem Elektrolyt untergetaucht.
Die angelegte Spannung lässt
Metall-Ionen von der Anode zur Kathode (Lötkolbenspitze) durch das Elektrolyt
wandern, wodurch auf diese Weise Metal auf der Spitze des Lötkolbens
auf kontrollierte weise abgelagert wird. Zum Beispiel schlägt die US-Patentschrift
Nr. 3,315,350 eine Technik zum Elektroplattieren einer Schicht Eisen
auf einer Kupferspitze und anschließendes Elektroplattieren einer
zusätzlichen
Schicht von Nickel und Chrom auf der Eisenschicht vor. Die US-Patentschrift
Nr. 3,986,653 schlägt
das Elektroplattieren einer äußeren Schicht
aus Osmium oder Ruthenium (oder eine Legierung derselben) auf der
Lötkolbenspitze
vor.
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Elektroplattieren von Lötkolbenspitzen
aus Kupfer weist Nachteile auf. Erstens erzeugt Elektroplattieren
manchmal eine Beschichtung von nicht gleichmäßiger Dicke an der Spitze,
besonders in Bereichen, wo sich der Umriss der Spitze stark ändert. Zweitens
ist das Verfahren von Natur aus nicht stabil, was zu Unterschieden
in der Beschichtungsdicke und -qualität von einem Herstellungslos
zum anderen führt.
Drittens ist Elektroplattieren relativ teuer, was teilweise daran
liegt, dass bei dieser Technik eine große Menge an manueller Arbeit
erforderlich ist und ein Bedarf gegeben ist, die chemischen Lösungen, die
im Verfahren eingesetzt werden, in einer umweltverträglichen
Weise zu entsorgen.
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Aus diesen Gründen haben einige Hersteller nach
alternativen Wegen des Aufbaus von Spitzen Ausschau gehalten, die
gehärtete äußere Schichten aufweisen.
Zum Beispiel offenbart die US-Patentschrift Nr. 4,055,744 eine Technik
zum Ausbilden einer gehärteten äußeren Schicht
auf dem Arbeitsende einer Lötkolbenspitze
durch getrenntes Ausbilden einer Eisenkappe und anschließendes mechanisches Auf
quetschen der Kappe auf die Lötkolbenspitze. Der
zusammengesetzte Aufbau der Kappe und der Spitze wird weiter geformt
durch manuelles Aushämmern
der Verbundstruktur oder durch Verwenden einer Hämmerschmiedemaschine. Während hierbei die
Probleme, die dem Elektroplattieren innewohnen, vermieden werden,
kann das Aufquetschen der Kappe auf die Kupferspitze dazu führen, dass
die Kappe nur an ausgewählten
Stellen der Spitze an eben diese angebunden ist, so am Ansatz der
Spitze, wodurch die Berührungsfläche zwischen
der Spitze und der Kappe verringert wird. Dies kann seinerseits
wiederum die Wärmeleitung
von der Spitze auf die Kappe verringern, wodurch die Leistung oder
der Wirkungsgrad des Lötkolbens
herabgesetzt wird.
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Ein anderes Problem, das durch die
vorliegende Erfindung angesprochen wird, betrifft Lötkolben,
die "Heizelemente" umfassen. Wie in 3 und 4 dargestellt, ist ein Heizkörper 8 der
Bauteil des Lötkolbens,
der tatsächlich
Wärme erzeugt.
Das heißt, die
elektrischen Spulen des Lötkolbens
(nicht gezeigt) übertragen
Energie auf den Heizkörper 8,
welcher seinerseits die Wärme
auf das Arbeitsende der Lötkolbenspitze 1 überträgt. In einer Spitzengestaltung,
die durch den Zessionar der vorliegenden Erfindung hergestellt wird,
umfasst das Heizkörperelement 8 einen
plattierten Drahtabschnitt, der einen inneren Kern 12 und
eine äußere Schicht 10 umfasst, die
darauf ausgebildet ist. Das Heizkörperelement 8 ist
in eine spanabhebend ausgeführte
Bohrung 14 eingepresst, die an der Rückseite der Spitze 1 angeordnet
ist. Die mechanische Schnittfläche 16 (in 4) zwischen dem Heizkörper 8 und
der Spitze 1 gestattet den Übergang von Wärme vom
Heizkörper 8 auf
die Spitze 1.
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Es ist daher eine beispielhafte Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, eine Technik zur Herstellung von Lötkolbenspitzen
bereitzustellen, die wirtschaftliche und verlässliche Massenproduktion von
Spitzen, vorzugsweise ohne Einsatz von Elektroplattieren, ermöglicht.
Es ist eine weitere beispielhafte Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
eine Technik zur Herstellung von Lötkolbenspitzen bereitzustellen,
die keine Schnittflächen
bedingen, die den Übergang
von Wärme
vom Heizkörper
auf die Spitze erschweren.
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KURZFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Diese und andere beispielhafte und
vorteilhafte Merkmale werden gemäß der Erfindung
bereitgestellt, die eine Lötkolbenspitze
gemäß Anspruch
1 umfasst. Die Lötkolbenspitze
wird durch Schneiden einer Länge
von plattiertem Draht in eine Mehrzahl von Abschnitten hergestellt,
wobei jeder Abschnitt ein Kernmaterial (wie Kupfer) und eine äußere Schutzschicht
(wie Edelstahl, Nickel hoher Reinheit, Chrom hoher Reinheit, Fe-Ni-Legierungen wie Legierungen
vom Invar-Typ oder anderes geeignetes Material) umfasst. Jeder plattierte
Drahtabschnitt wird dann durch einen Kaltstauchvorgang oder einen
anderen Metallumformvorgang in eine Lötkolbenspitze in Form gebracht.
An der fertig gestellten Spitze ist die äußere Schutzschicht "hinter" dem Arbeitsende der
Spitze angeordnet und stellt eine gute elektrische Leitfähigkeit
zwischen der Spitze und der Erde bereit, wodurch ein niedriges Spitze-zu-Erdung-Spannungspotential
und ein ebensolcher Spannungswiderstand aufrecht erhalten wird.
Die äußere Schicht
schützt auch
den inneren Kern (aus Kupfer) vor Oxidation und zeigt nur geringe
Netzbarkeit, was verhindert, dass sich Lötzinn ebendort anlegt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung kann der plattierte Drahtabschnitt weiter umgeformt
werden, um ein integrales Heizelement, das an einem Ende der Spitze
angeordnet ist, zu bilden.
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Da das Heizelement aus dem gleichen
Abschnitt des plattierten Drahtabschnitts wie die Spitze selbst
ausgebildet ist, stellt diese Technik die metallurgische nicht unterbrochene
Verbindung zwischen dem Heizkörper
und der Spitze sicher und verbessert dadurch den Übergang
der Wärme
zwischen dem Heizkörper
und der Spitze durch Ausschalten der mechanischen Schnittfläche 16,
gezeigt in 4.
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Die oben beschriebenen Metallumformschritte
können
auf einem Draht- (oder Stab-)abschnitt ausgeführt werden, der keine schützende äußere Schicht
umfasst.
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Gemäß der Erfindung wird eine schützende äußere Schicht
für das
Arbeitsende der Lötkolbenspitze
durch Aufschieben einer gesondert ausgebildeten Kappe aus Eisen
(oder einem ähnlichen
Material) über
den Arbeitsendenabschnitt der Spitze ausgebildet. Insbesondere umfasst
die Technik das Herstellen eines dünnen Streifens oder einer dünnen Tafel
aus schützendem
Beschichtungsmaterial wie Eisen. Sich verjüngende Kappen werden dann aus
der Tafel unter Verwendung eines Stempels ausgestanzt, der eine
Form aufweist, die der Form der Lötkolbenspitze ähnlich ist.
Die Kappen, die auf diese Weise ausgebildet werden, werden dann über das
Arbeitsende der Lötkolbenspitzen
aufgeschoben und daran durch Aufbringen von Lötmaterial auf die Kappen oder
die Spitzen und anschließendem
Schmelzen oder Sintern des Lötmaterials
befestigt. Alternativ dazu kann das Lötmaterial direkt auf den Materialstreifen
(bevor das Stanzen ausgeführt
wird) aufgebracht werden, um das Fertigungsverfahren weiter zu beschleunigen.
In jedem der zwei Fälle
verbessert der Einsatz von Löten
oder ähnlichen
Techniken die Wärmeleitfähigkeit
zwischen der Spitze und der Kappe, indem eine enge metallurgische
Verbindung zwischen der Spitze und der Kappe im Vergleich zur Technologie
des Aufquetschens der Kappe auf die Spitze des Stands der Technik
hergestellt wird.
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Gemäß eines anderen Aspekts der
vorliegenden Erfindung wird ein plattierter Draht oder Stababschnitt
verwendet, um eine Lötkolbenspitze
auszubilden, die eine oder mehrere äußere Schichten auf dem Arbeitsende
der Lötkolbenspitze
umfasst.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die vorangehenden und andere Aufgaben, Merkmale
und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden beim Lesen der folgenden
genauen Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen leichter
verständlich,
wobei:
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1 eine
spanabhebend bearbeitete Lötkolbenspitze
gemäß dem Stand
der Technik zeigt;
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2 eine
spanabhebend bearbeitete Lötkolbenspitze
mit Schichten von Material, die darauf unter dem Einsatz von Elektroplattieren
abgelagert sind, gemäß dem Stand
der Technik zeigt;
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3 eine
spanabhebend bearbeitete Lötkolbenspitze,
die ein spanabhebend gefertigtes Loch in ihrer Hinterseite umfasst,
um ein Heizelement aufzunehmen, gemäß dem Stand der Technik zeigt;
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4 eine
spanabhebend bearbeitete Lötkolbenspitze
mit einem Heizelement, das mit Presssitz in ein spanabhebend hergestelltes
Loch in der Hinterseite der Spitze eingepasst ist, gemäß dem Stand
der Technik zeigt;
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5–8 die Umwandlung eines plattierten Drahtabschnitts
in eine Lötkolbenspitze
zeigt, die eine schützende äußere Beschichtung
aufweist;
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9 eine
beispielhafte Technik zum Formen des plattierten Drahtabschnitts
zeigt;
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10 eine
beispielhafte Technik zum Herstellen einer Lötkolbenkappe gemäß der Erfindung zeigt;
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11 eine
beispielhafte perspektivische Ansicht der Lötkolbenkappe zeigt, die durch
die in 10 gezeigte Technik
hergestellt ist;
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12 eine
beispielhafte Art der Anbringung der Kappe auf der Lötkolbenspitze
zeigt;
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13–14 die Umwandlung eines plattierten Drahtabschnitts
in eine Lötkolbenspitze
zeigen, die eine schützende äußere Beschichtung
auf ihrem Arbeitsende gemäß einer
anderen Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung aufweist; und
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15–17 die Umwandlung eines plattierten Drahtabschnitts,
der zumindest zwei äußere Schichten
aufweist, in eine Lötkolbenspitze
zeigen, die eine mehrschichtige äußere Beschichtung
aufweist.
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GENAUE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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In der folgenden Beschreibung sind
zu Zwecken der Erklärung
und nicht zur Beschränkung
besondere Einzelheiten dargestellt, um ein genaues Verständnis der
Erfindung zu gewährleisten.
Jedoch wird es für
einen Fachmann auf diesem Gebiet der Technik offensichtlich sein,
dass die vorliegende Erfindung in anderen Ausführungsformen umgesetzt werden
kann, die von diesen besonderen Einzelheiten abweichen. In anderen
Bereichen werden Beschreibungen gut bekannter Verfahren und Vorrichtungen
ausgelassen, um so die Beschreibung der vorliegenden Erfindung nicht
mit unnötigen
Einzelheiten zu überdecken.
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Des Weiteren ist die sich ergebende
Besprechung um der Kürze
willen in den Zusammenhang von Lötkolben
eingebettet. Jedoch sind die hierin offenbarten Lehren gleichermaßen für Kolben
zur Auflösung
von Lötverbindungen
anwendbar. Kolben zur Auflösung
von Lötverbindungen
erwärmen
und entfernen zuvor aufgebrachtes Lot.
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1. Ausbildung
einer Lötkolbenspitze
unter Verwendung eines plattierten Drahtabschnitts oder -stabs
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Die Lötkolbenspitzen (oder Entlötungskolbenspitzen)
werden aus plattiertem Draht oder einem plattierten Stabmaterial
hergestellt. Wie in 5 in einer
Querschnittsdarstellung gezeigt, umfasst ein plattierter Drahtabschnitt
(oder Stababschnitt) 20 einen Kern aus Material 24,
mit welchem eine andere elektrisch leitende Schutzschicht 22 metallurgisch verbunden
ist. Das Kernmaterial 24 kann ein Metall wie hochreines
Kupfer wie die Kupferlegierungen Nr. C10100 oder C10200 umfassen,
die einen Kupfergehalt von 99,99% Cu beziehungsweise 99,95% Cu aufweisen.
Um die Zerspanbarkeit des Kerns zu fördern, kann eine Kupferlegierung
unter Einschluss von Tellur wie die Kupferlegierung Nr. C14500 (bestehend
aus 99,5% Cu, 0,5% Te und 0,008% P) verwendet werden. Die Schutzschicht 22 kann
hochreines Nickel, hochreines Chrom oder eine Legierung daraus wie
Fe-Ni (z. B. Legierungen vom Invar-Typ), Fe-Ni-Cr oder andere geeignete
Materialien umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein. Die Schicht 22 kann
auch Edelstahl umfassen. Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
kann plattierter Draht, der durch Anomet Products Inc. aus Shrewsbury, Mass.
hergestellt wird, verwendet werden, um Lötkolbenspitzen gemäß der hierin
offenbarten Techniken herzustellen.
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Eine zur Hälfte fertiggestellte Spitze,
die aus dem plattierten Drahtabschnitt 20 hergestellt ist,
wird in 6 (in einer
Schnittdarstellung) gezeigt, während
eine fertiggestellte Spitze, die aus dem plattierten Drahtabschnitt 20 hergestellt
ist, in 7 (in einer Schnittdarstellung)
gezeigt wird. Mit Bezugnahme auf 7 weist
die Spitze einen zylindrischen Abschnitt 23 auf, der an
einen zylindrischen Abschnitt 21 kleineren Durchmessers
angefügt
ist. Der Abschnitt 21 endet in einem sich verjüngenden
Arbeitsende 28. Die äußere Schicht 22 des
plattierten Drahts bedeckt den darunter liegenden Kupferkern 24 ausgenommen
das Arbeitsende 28 der Spitze.
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In der fertiggestellten Lötkolbenspitze
dient die äußere Schutzschicht 22 für eine Anzahl
von Zwecken. Erstens schützt
die Schicht 22 den darunter liegenden Kupferkern 24 vor
Korrosion in Luft. Zweitens stellt die äußere Schicht 22 eine
guten elektrischen Kontakt zwischen der Spitze und der Erdung her,
was verhindert, dass sich eine Spannung zwischen der Spitze und
der Erdung aufbaut, die sich während
des Lötvorgangs
entladen und die Bauteile beschädigen
könnte,
auf die Lötzinn
aufgebracht wird. Im Falle des Lötens
von elektrischen Bauteilen erfordern die Militärgerät spezifischen Anforderungen
ein Spitze-zu-Erdung
Spannungspotential von nicht mehr als 2 Millivolt (mV) und einen
Spitze-zu-Erdung Widerstand von nicht mehr als 2 Ohm Drittens bietet
die äußere Schicht 22 eine
relativ geringe Netzbarkeit für
Lötzinn
und verhindert dadurch, dass Lötzinn
sich über
das Arbeitsende der Lötkolbenspitze
hinaus ausbreitet. Im Allgemeinen schließt der Einsatz des plattierten
Drahtes oder Stabes als ein Ausgangsmaterial die Notwendigkeit aus,
die äußere Schutzschicht 22 durch
Elektroplattieren in einer späteren
Stufe in der Herstellung der Spitze auszubilden, und schließt daher
die oben beschriebenen Nachteile des Elektroplattierens aus.
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2. Ausbildung
eines integrierten Heizelements
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Ein anderer Aspekt der Erfindung
schließt die
Ausbildung eines Heizelements mit ein, welches integral mit der
Lötkolbenspitze
ist. Zum Beispiel, wie in 8 gezeigt,
umfasst die fertiggestellte Lötkolbenspitze
(oder zur Hälfte
fertiggestellte Lötkolbenspitze)
mit einem integralen Heizelement einen zylindrischen Abschnitt 23,
der zwischen den zylindrischen Abschnitt 21 und einem Heizelement 26 (wie
in einer Schnittdarstellung gezeigt) zwischengelegt ist. Das Heizelement 26 und
die Spitze selbst werden aus demselben plattierten Drahtabschnitt
(oder Stababschnitt) 20 ausgebildet. Als solches ergibt
sich eine metallurgische Kontinuität zwischen dem Heizelement 26 und
der Spitze, was den Übergang
von Wärmeenergie
vom Heizelement 26 auf die Spitze möglich macht. Die äußere Schicht 22 des
plattierten Drahtes bedeckt die Spitze unter Einschluss des Heizelements 26,
bedeckt aber nicht den sich verjüngenden
Endabschnitt 28 der Spitze.
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Wie oben erwähnt, kann die Schutzschicht 22 Edelstahl,
hochreines Nickel, hochreines Chrom oder eine Legierung davon wie
Fe-Ni (z. B. Legierungen vom Invar-Typ), Fe-Ni-Cr oder anderes geeignetes Material
umfassen, ohne darauf beschränkt
zu sein. Insbesondere Legierungen vom Invar-Typ unterschiedlicher Zusammensetzungen
können
ausgewählt
werden, um unterschiedliche Lötkolbenleistungsstärken bereitzustellen.
Zum Beispiel können fortschreitend
größere Leistungsstärken durch Schichten
von: (1) 42% Ni, 6% Cr, 52% Fe; (2) 42% Ni, 58% Fe; (3) 44% Ni,
56% Fe; und (4) 52% Ni, 48% Fe angeboten werden.
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3. Herstellung
einer Lötkolbenspitze
unter Einsatz von Metallumformen
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Fachleute auf diesem Gebiet der Technik werden
anerkennen, dass es viele Techniken zum Umformen des plattierten
Drahtsegments (oder Stabsegments) 20, gezeigt in 5, in eine gewünschte Spitzengeometrie
(wie die Spitzenformen, die in 6, 7 oder 8 gezeigt sind) gibt, wobei das spanabhebende
Bearbeiten des Draht- oder Stabsegments 20 in die gewünschte Form
miteingeschlossen ist. Alternativ kann gemäß der vorliegenden Erfindung
ein Metallumformverfahren wie Kalt- oder Warmanstauchen eingesetzt
werden, um die Spitze herzustellen.
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9 stellt
eine beispielhafte Technik dar, die einen Kaltanstauchvorgang für Köpfe zum
Umformen eines Drahtabschnitts in eine fertiggestellte oder zur
Hälfte
fertiggestellte Spitze einsetzt. Die beispielhafte Technik beginnt
mit dem Zuführen
einer Länge von
plattiertem Draht von einer Spule Draht zu einem Abschneider (Schritt
S1), welcher ein Segment Draht vorgeschriebener Länge abschneidet
(Schritt S2). Im Anschluss an die Abschneidetätigkeit wird das Segment dann
zu einer ersten Schlagmatrizenkammer befördert (Schritt S3), wo eine
oder mehrere Schlagmatrizen einen oder mehrere Schläge ausüben, um ein
Ende des Segments zu verjüngen
(Schritt S4), um so einen Abschnitt 21 zu formen, der einen
verringerten Durchmesser aufweist, wie in 6 gezeigt, der dann weiter bearbeitet
wird, um ein sich verjüngendes
Arbeitsende 28, wie in 7 gezeigt,
zu formen. Kaltanstauchen an sich ist auf diesem Gebiet der Technik
gut bekannt und daher sind die Einzelheiten eines solchen Verfahrens
den Fachleuten auf diesem Gebiet der Technik vertraut. Als Beispiel
dienend stellen die US-Patentschriften Nr. 3,669,334, 3,934,293,
4,058,865 und 5,146,668 beispielhafte Einzelheiten typischer Kaltanstauchmaschinenausrüstung und
-techniken zum Umformen von Drahtsegmenten bereit.
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Der Vorgang kann die Schritte S5
und S6 überspringen,
worauf der Teil in Schritt S7 ausgeworfen wird. In diesem Stadium
in der Herstellung der Spitze kann die Schutzschicht 22 vom
Arbeitsende 28 der Spitze durch spanabhebendes Bearbeiten oder
durch eine ähnliche
Technik entfernt werden. Eine Schutzschicht kann auf dem Arbeitsende 28 in einem
späteren
Stadium der Herstellung unter Einsatz einer beliebigen geeigneten
Technik wie durch Einsetzen des Elektroplattierens oder durch Anpassen
einer Kappe auf dem Arbeitsende 28 (was später besprochen
wird) hinzugefügt
werden.
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Wenn ein integrales Heizelement erwünscht ist,
kann die Spitze, die in 7 gezeigt
ist, zu einer zweiten Schlagmatrizenkammer befördert werden (Schritt S5),
wo eine andere Schlagmatrize einen oder mehrere Schläge ausübt, um das
Heizelement 26 an einem Ende der Spitze auszubilden (Schritt S6),
wie in 8 gezeigt, wodurch
die fertiggestellte Spitze mit einem integrierten Heizelement 26 hergestellt
ist. Die fertiggestellte Spitze wird in Schritt S7 ausgeworfen.
Die Schritte S5 und S6 sind in einer gestrichelt dargestellten Umrandung
einge schlossen, um zu zeigen, dass sie ausgelassen werden können, um
eine Spitze ohne ein integriertes Heizelement herzustellen, wenn
dies gewünscht
ist.
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Alternative Verfahren zum Aufbauen
der Spitze umfassen ein Heißanstauchverfahren
(an Stelle eines Kaltanstauchverfahrens) oder Ausbilden des Heizelements 26 vor
dem Ausbilden der Abschnitte 21, 28 oder Ausbilden
des Heizelements 26 gleichzeitig mit den Abschnitten 21, 28 (z.
B. durch das gleichzeitige Ausüben
einer Mehrzahl von Schlägen
mit einer Mehrzahl von Matrizen). Die beispielhaften Schritte, die
in 9 gezeigt werden,
können völlig automatisiert
sein oder können
die Handhabung von Teilen und/oder Maschinausrüstung durch einen Arbeiter
erfordern. Des Weiteren können
die Spitzenabschnitte (z. B. Abschnitte 21, 23)
ausgebildet werden, wobei sie jede gewünschte Geometrie aufweisen.
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Der Vorgang, der oben besprochen
wurde, formt das plattierte Drahtsegment 20 um, das in 5 gezeigt ist. Jedoch kann
die Technik auch angewandt werden, um Drahtsegmente umzuformen, die
keine äußere Schutzschicht 22 aufweisen.
In dieser Ausführungsform
könnte
die Schutzschicht 22 als weiterer Herstellungsschritt auf
den geformten Spitzen durch Elektroplattieren oder ähnliche
Techniken ausgebildet werden.
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4. Ausbildung
einer Kappe als Außenschicht
auf dem Arbeitsende der Spitze
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10–12 stellen ein anderes Merkmal
der vorliegenden Erfindung zum Ausbilden einer gehärteten Außenschicht
auf dem Arbeitsende der Spitze dar. Die Technik, gezeigt in
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10 bis 12, besitzt eine breite Anwendbarkeit
auf viele Arten von Spitzen, die mit unterschiedlichen Techniken
hergestellt werden. Zum Beispiel kann die Technik, die in 10 bis 12 gezeigt wird, eingesetzt werden, um
eine gehärtete
Außenschicht
auf dem freiliegenden Ende 28 der Lötkolbenspitze, die durch das
Verfahren hergestellt ist, das mit Bezugnahme auf 5 bis 9 beschrieben
wurde, aufzubringen oder sie kann eingesetzt werden, um eine gehärtete äußere Schicht
für spanabhebend
bearbeitete Kupferkerne wie den spanabhebend bearbeiteten Kern 2,
gezeigt in 1, bereitzustellen.
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Wie in 10 gezeigt,
wird ein fortlaufender, dünner
Streifen Material 30 hergestellt (z. B. ein Streifen, der
eine Dicke von 5 mils (127 μm)
aufweist). Gemäß den beispielhaften
Ausführungsformen
kann das Material hochreines Eisen (z. B. Eisen, das eine Reinheit
von 99,5% in einer beispielhaften Ausführungsform aufweist), Nickel
oder ein anderes Material oder eine andere Legierung umfassen. Danach
werden eine Mehrzahl von Kappen 34 unter Verwendung des
Stempels 32 ausgestanzt, der mit der Matrize 35 zusammen
passt. Nur ein Matrizenpaar (32, 35) wurde zum
Zwecke der Beschreibung gezeigt, obwohl eine Mehrzahl von Matrizenpaaren (32, 35)
eingesetzt werden können.
Die Matrize 32 weist eine Außenkontur 37 auf,
welche die innere Kontur der Kappe 34 definiert, während die
Matrize 35 eine Vertiefung aufweist, die eine Kontur 39 besitzt,
welche die äußere geometrische
Form der Kappe 34 definiert. 11 zeigt
eine solche beispielhafte Kappe 34, die ein sich verjüngendes
Ende 38 und einen zylindrischen Abschnitt 36 aufweist.
Die Kappe 34 kann alternativ durch andere Techniken, wie
ein Tiefziehvor gang, ausgebildet werden, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.
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Die Kappe 34 wird dann über das
Arbeitsende 33 einer Spitze 41 in der Art, die
in 12 gezeigt ist, aufgeschoben.
Die Kappe 34 ist vorzugsweise an der Spitze 41 durch
eine metallurgische Verbindungstechnik wie Löten oder eine ähnliche
Technik befestigt. Zum Beispiel kann eine kleine Menge (z. B. ungefähr 0,2 mils
(5 μm) von
hochreinem Silber oder "CUSIL" (72% Ag, 28% Cu)
auf eine berührende Oberfläche entweder
der ausgestanzten Kappe 34 oder der Spitze 41 aufgebracht
werden und dann geschmolzen oder gesintert werden, um die Kappe
metallurgisch mit der Spitze zu verbinden. Alternativ kann, um den
Wirkungsgrad in der Herstellung weiter zu steigern, das Lötmaterial
auf den Materialstreifen 30 vor dem Ausstanzen aufgebracht
werden. Während
des Schmelzens bilden Silber und Kupfer ein CuAg-Eutektikum, das
die Kappe mit der Spitze verbindet.
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Als eine Alternative zum Ausstanzen
der Kappe 34 aus einer Tafel aus Material wie Eisen, kann
die Kappe durch Kaltanstauchen oder Umformen von Drahtsegmenten
oder metallenen Formen (z. B. Kugeln) in die gewünschte sich verjüngende Form
hergestellt werden. Die Einzelheiten eines solchen Vorgangs werden
den Fachleuten auf diesem Gebiet der Technik bekannt sein und werden
daher nicht in weiteren Einzelheiten beschrieben. Als Beispiel dienend,
offenbart die US-Patentschrift Nr. 3,669,334 eine solche Technik.
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Die fertiggestellte Lötkolbenspitze 41,
die in Schnittdarstellung in 12 gezeigt
wird, umfasst einen Kupferkern 40, der ein sich verjüngendes
Arbeitsende 33 aufweist. Die Kappe 34 wird über das Arbeitsende 33 übergeschoben.
Die Kappe 34 kann mit einer anderen Schicht 42 (oder
einer Reihe von Schichten) in Berührung stehen. Diese zusätzlichen Schichten 42 können durch
jede geeignete Technik ausgebildet werden. Zum Beispiel können diese Schichten 42 durch
die Technik, die in 5–9 vorgestellt wird, oder
durch Elektroplattieren ausgebildet werden. Alternativ dazu können diese
Schichten 42 selbst getrennt als Kappen ausgebildet werden
und über
den Kern 40 vor dem Aufschieben der Kappe 34 geschoben
werden, so dass die Spitze eine Mehrzahl von überlappenden Kappen aufweist.
In jedem Fall weisen diese Schichten 42 vorzugsweise geringe Netzbarkeit
durch Lötzinn
auf und besitzen ein niedriges Spitzen-zu-Erdung Potential, wie
vorher beschrieben. Während
die Spitze 41, gezeigt in 12, kein
integriertes Heizelement umfasst, kann diese Technik schließlich eingesetzt
werden, um Kappen 34 für
Spitzen bereitzustellen, die integrierte Heizelemente umfassen (wie
die Spitze, die in 8 gezeigt ist).
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Gemäß der beispielhaften Ausführungsform, gezeigt
in 12, passt die äußere Kontur
des Arbeitsendes 33 im Wesentlichen zur inneren Kontur der
Kappe 34. Alternativ dazu braucht das abschließende Ende
der Spitze nicht mit der inneren Kontur der Kappe 34 übereinstimmen.
Zum Beispiel kann das abschließende
Ende der Spitze entlang der Linie 61 gekürzt sein,
wodurch ein Zwischenbereich zwischen dem Ende der Spitze und der
Kappe 34 ausgebildet wird. Dieser Zwischenbereich wird
mit einer Lötzusammensetzung
(oder einer anderen metallischen Substanz) ge füllt, um die Wärmeleitfähigkeit zwischen
der Spitze und der Kappe 34 zu verbessern.
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Insbesondere in einer Ausführungsform
wird eine Menge Lötmaterial
der Innenseite 63 der Kappe 34 vor dem Befestigen
der Kappe 34 auf das Ende der Spitze hinzugefügt. Das
Lötmaterial
kann auf das Innere der Kappe in einer Paste, fest oder in Pulverform
oder auf einige andere Arten aufgebracht werden. Sobald es aufgebracht
ist, wird die Kappe 34 (mit dem darin angeordneten Lötmaterial)
erwärmt, um
das Lötmaterial
zu schmelzen oder zu sintern, wodurch das Lötmaterial mit der Innenseite
der Kappe an ihrem fernen Ende verbunden ist. Nachdem die Kappe 34 abgekühlt ist,
wird die Kappe über
das Ende der Spitze geschoben und daran durch eine geeignete Technik
wie Löten
oder Sintern angebracht.
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In noch einer anderen Ausführungsform kann
die Kappe 34 am Ende der Spitze befestigt werden, bevor
das Lötmaterial
abkühlt,
auf die Art, dass das Lötmaterial
noch in geschmolzener Form vorliegt oder zumindest noch weich ist.
Diese Technik stellt des Weiteren sicher, dass die Verbindung zwischen dem
Ende der Spitze und der Kappe keine Luftspalten enthält. Noch
andere Formen der Erfindung umfassen das Befestigen der Kappe 34 am
Ende der Spitze und das anschließende Hinzufügen des
Lötmaterials
in die innere Hohlkammer zwischen der Kappe 34 und der
Spitze durch, zum Beispiel, ein Loch in der Kappe (nicht gezeigt).
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5. Ausbildung der äußeren Schicht
auf dem Arbeitsende unter Verwendung von plattiertem Draht
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Dies ist nur ein veranschaulichendes
Beispiel, das nicht in den Umfang der Ansprüche fällt. Es umfasst die Herstellung
der Lötkolbenspitzen
(oder Entlötungskolbenspitzen),
die eine äußere Schicht auf
dem Arbeitsende der Spitze aufweisen, aus einem plattierten Drahtsegment
oder einem plattiertem Stabsegment. Wie in 13 in Schnittdarstellung gezeigt, umfasst
das plattierte Drahtsegment (oder Stabsegment) einen Materialkern 70,
der aus Kupfer oder einer Kupferlegierung hergestellt ist. Die Schutzschicht 71 kann,
ohne darauf beschränkt
zu sein, hochreines Eisen, Nickel oder ein ähnliches Material oder eine
Legierung umfassen.
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Dieses Segment kann gemäß jeder
der oben besprochenen Techniken in die gewünschte Spitzengeometrie wie
die beispielhafte Spitzengeometrie, die in 14 in Schnittdarstellung gezeigt ist,
spanend geformt oder umgeformt werden. Wie in 14 gezeigt, umfasst die Spitze einen
Kupferkern 70, der eine äußere Schicht 71 (z.
B. Eisen umfassend) aufweist, die im Wesentlichen die gesamte Oberfläche der
Spitze unter Einschluss des Arbeitsendes 72 umfasst. Die äußere Schicht 71 kann
am fernen Ende des Arbeitsendes 72 durch jede geeignete
Technik wie durch Quetschen des fernen Endes des Arbeitsendes 72 verbunden
werden. Des Weiteren können, obwohl
nicht gezeigt, zusätzliche
Schichten auf der äußeren Schicht 71 ausgebildet
werden, wie eine Schicht, welche die Eigenschaften, die im Zusammenhang
mit 5 oben besprochen
wurden, aufweist (umfassend, aber nicht auf hochreines Nickel, hochreines
Chrom oder einige Legierungen davon wie Fe-Ni oder andere Invar-Legierungen,
Fe-Ni-Cr, Edelstahl
oder anderes geeignetes Material beschränkt). Diese zusätzlichen
Schichten können
auf der äußeren Schicht 71 durch
jede geeignete Technik, wie Elektroplattieren, ausgebildet werden.
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An Stelle des Elektroplattierens
zusätzlicher Schichten
auf die Schicht 71 umfasst noch eine weitere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung das Ausbilden einer Spitze, die zwei
oder mehrere äußere Schichten
aufweist, durch spanend Formen oder Umformen eines plattierten Drahtsegments,
das zwei oder mehrere äußere Schichten
aufweist, wie in 15 in
Schnittdarstellung gezeigt. Insbesondere umfasst das plattierte
Drahtsegment (oder Stabsegment), gezeigt in 15, einen Materialkern 80, der aus
einem Metall wie Kupfer oder einer Kupferlegierung hergestellt ist.
Eine erste plattierte Schicht 82 umfasst, aber ist nicht
darauf beschränkt,
hochreines Eisen, Nickel oder ein ähnliches Material oder eine ähnliche
Legierung. Eine zweite äußere plattierte Schicht 84 kann,
ohne darauf beschränkt
zu sein, hochreines Nickel, hochreines Chrom oder eine Legierung
davon wie Fe-Ni oder andere Invar-Legierungen, Fe-Ni-Cr, Edelstähle oder
ein anderes geeignetes Material umfassen.
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Dieses Segment kann gemäß jeder
der oben besprochenen Techniken in eine gewünschte Spitzengeometrie wie
die beispielhafte Spitzengeometrie, die in 16 gezeigt ist, spanend geformt oder umgeformt
werden. Wie in 16 in
Schnittdarstellung gezeigt, umfasst die Spitze den Kupferkern 80, der äußere Schichten 82 und 84 aufweist,
die im Wesentlichen die gesamte Oberfläche der Spitze unter Einschluss
des Arbeitsendes 86 bedecken. Die äußere Schicht 84 kann
entfernt werden, um die äußere Schicht 82 (die
zum Beispiel aus Eisen ausgebildet ist) auf dem Arbeitsende 86 hervortreten
zu lassen, wie in 17 in Schnittdarstellung
gezeigt. Die äußere Schicht 84 kann
durch jede geeignete Technik wie spanend Abtragen entfernt werden.
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Die oben beschriebenen beispielhaften
Ausführungsformen
verstehen sich in allen Aspekten der vorliegenden Erfindung als
veranschaulichend, nicht als beschränkend. Daher sind für die vorliegende
Erfindung Abänderungen
in der genauen Umsetzung möglich,
die sich aus der hierin gegebenen Beschreibung durch einen Fachmann
auf diesem Gebiet der Technik ableiten lassen und die nicht vom
Umfang der angeschlossenen Ansprüche
abweichen.