KR20230083340A - 유도 납땜을 위한 납땜 도구 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유도 납땜을 위한 납땜 도구(13)에 관한 것으로,
- 유도 루프(13I) 및
- 유도 루프(13I)에 전기 전도성으로 연결된 유도 발전기(G)를 포함하며,
여기서 유도 루프(13I)는
- 금속 프로파일 요소, 바람직하게는 금속 솔리드 또는 중공 프로파일 요소로 구성되고,
- 적어도 하나의 U 자형 영역(13U) 또는 두 개의 U 자형 영역들(13U)을 가지며, 각 U 자형 영역(13U)에는 각 경우에 두 개의 다리들(13P)과 다리들(13P)을 연결하는 단부 영역(13E)을 가지며,
- 냉각수가 한쪽 다리(13P)의 내부를 통해 다른 영역(13)의 내부 중공 공간으로 통과할 수 있고 제2 다리(13P)의 내부로 전달되며,
- 적어도 하나의 U 자형 영역(13U)은 적어도 3 mm 내지 바람직하게는 500 mm의 길이(L) 및 2 mm 내지 30 mm의 폭(B)를 갖는다.
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- 적어도 하나의 U 자형 영역(13U)은 적어도 3 mm 내지 바람직하게는 500 mm의 길이(L) 및 2 mm 내지 30 mm의 폭(B)를 갖는다.
Description
본 발명은 납땜 도구 및 유도 납땜(inductive soldering)을 위한 납땜 도구가 통합된 장치에 관한 것이다.
현대의 자동차 또는 건축용 글래이징에는 안테나, 전기 히터 또는 전기 조명 요소와 같은 다양한 전기 기능이 있는 경우가 많다. 이들은 일반적으로 플레이트 표면에 납땜 연결 표면이 있는 전도체 구조물들에 의해 접촉된다. 전도체 구조물들은 일반적으로 상대적으로 높은 은 함량을 가진 잘 알려진 소성된 스크린 인쇄 페이스트의 두꺼운 필름으로 구성된다.
그 이후에, 접촉 요소들은 땜납을 통해 전도체 구조물에 납땜된다. 땜납은 전기적 연결을 형성하고 전도체 구조물들과 접촉 요소에 연결된 공급 라인들 사이에도 기계적 연결을 종종 형성한다.
납땜 작업은, 예를 들어 접촉 납땜 방법에 의해 수행될 수 있으며, 여기서 그들 사이에 일정한 거리를 갖는 두 개의 전극들이 전기 전도성 접촉 요소 위에 배치된다. 그런 다음 접촉 요소는 전기 저항 가열을 사용하여 한 전극에서 다른 전극으로 흐르는 전류에 의해 가열된다.
대안적으로, 납땜 작업은 유도 납땜에 의해 수행될 수 있다. 여기에서, 예를 들어 자기장, 고주파 자기장은 전도체 구조물로부터 먼 쪽을 향하는 플레이트의 표면에 위치한 코일에 의해 전도체 구조물, 땜납 및 접촉 요소에 결합된다. 이것은 접촉없이 플레이트를 통해 땜납을 녹이는데 필요한 에너지를 전달하는 자기장의 능력을 사용한다. 이러한 방법은 예를 들어 DE 10 2004 057 630 B3에 공지되어 있다.
유도에 의한 가열 또는 납땜을 위한 다른 방법은 예를 들어 CN 203936 495 U, JP H05 261526 A, JP 2014 232615 A, US 4 197 441 A 또는 US 4 415 116 A로부터 공지되어 있다.
본 발명의 목적은 이제 유도 납땜을 위한 개선된 납땜 도구를 명시하는 것이다.
이 목적은 청구항 1의 특징을 갖는 본 발명에 따른 납땜 도구에 의해 달성된다.
종속 청구항들의 특징들은 본 발명의 유리한 추가 개발들 및 납땜 도구를 갖는 장치를 나타낸다.
본 발명에 따른 방법은 추가 청구항의 특징을 통해 달성된다.
본 발명에 따른 유도 납땜을 위한 납땜 도구는 적어도 다음을 포함한다:
- 유도 루프(induction loop) 및
- 유도 루프에 전기 전도성으로 연결된 유도 발전기,
여기서 유도 루프는
- 금속 프로파일 요소, 바람직하게는 금속 솔리드(metal solid) 프로파일 요소 또는 금속 중공 프로파일 요소로 구성되고,
- 적어도 하나의 U 자형 영역 또는 두 개의 U 자형 영역들을 가지며, 각 U 자형 영역은 각각 두 개의 다리(leg)와 다리들을 연결하는 단부 영역을 가지고,
- 적어도 하나의 U 자형 영역은 길이(L)가 적어도 3 mm, 바람직하게는 3 mm 내지 500 mm이며, 폭(다리 사이의 거리)(B)은 2 mm 내지 30 mm, 바람직하게는 4 mm 내지 25 mm를 갖는다.
이하에서는, 제1 다리의 연장 방향이 제2 다리의 연장 방향의 반대 방향으로 반전되기 때문에, 단부 영역은 반전 영역이라고도 한다. 이 단부 영역 또는 반전 영역은 루프의 납땜 팁(tip) 역할을 한다. 다시 말해서, 단부 영역 또는 반전 영역은 납땜될 납땜 조인트 또는 납땜될 접촉 요소에 가장 가깝게 배열된다. 거기에서 유도장(induction field)은 납땜 조인트 또는 접촉 요소에 결합된다. 결과적으로 단부 영역 또는 반전 영역은 납땜 조인트의 가열에 필수적이며 따라서 가열을 위한 에너지 소스 역할을 한다.
본 발명에 따른 유도 루프는 완전한 코일 턴(coil turn)을 갖지 않거나, 다시 말해, 유도 루프는 국부적으로 폐쇄되지 않은 턴이다. "국부적으로 닫히지 않음"은 유도 루프로 둘러싸인 표면이 닫힌 표면의 표면 법선에 대한 돌출부에서 완전히 둘러싸이지 않음을 의미한다. 따라서, 유도 루프는 또한 종래 기술의 유도 루프와 다르다.
본 발명에 따른 유도 루프들은 특히 콤팩트하고 제조하기 쉬우며 많은 수의 공통 연결 요소들에 보편적으로 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 유도 루프는 금속 프로파일 요소로 구성된다. 금속 프로파일 요소는 적어도 하나의 금속, 바람직하게는 구리 또는 은 도금 구리, 알루미늄 또는 금속 소결 재료로 만들어진다. 금속들, 특히 구리 또는 알루미늄은 우수한 전기 전도체들이며 결과적으로 유도 발전기의 AC 전압 신호를 유도 루프의 단부 영역으로 안내하고 납땜 조인트 또는 접점 요소를 가열하기 위해 거기에서 단부 영역을 분리하는데 특히 적합하다.
금속 프로파일 요소는 바람직하게는 솔리드 프로파일 요소(solid profiled element) 또는 중공 프로파일 요소이다. 여기서, "솔리드(solid) 프로파일 요소"는 금속 프로파일 요소가 완전히 채워져 있고, 특히 어떤 구멍(pore)뿐만 아니라 공동(cavity)도 없는 것을 의미한다. 금속 프로파일 요소(metal profiled element)의 단면은 원칙적으로 어떤 단면도 가질 수 있다. 금속 프로파일 요소는 유리하게는 원형, 달걀형, 타원형 또는 원형 단면을 가지며 솔리드 프로파일 요소의 경우 와이어(wire)이거나 중공 프로파일 요소의 경우 튜브 또는 원형 튜브이다. 대안적으로, 금속 프로파일 요소는 각이 진 단면, 예를 들어 직사각형 또는 정사각형 단면을 가질 수 있다.
유도 루프는 바람직하게는 일체형으로 구현되며, 예를 들어 냉간 또는 고온 굽힘에 의해 금속 프로파일 요소로부터 형성된다. 이러한 유도 루프는 특히 제조하기 쉽다. 중공 프로파일 요소는 바람직하게는 그 연장 방향으로 이음매가 없다. 그러나 용접하거나 다른 방식으로 연결할 수도 있다.
유도 루프는 또한 동일하거나 상이한 재료들로 만들어진 복수의 금속 프로파일 단면들을 결합하고 연결함으로써 생산될 수 있다는 것은 말할 것도 없다.
본 발명에 따른 유도 루프의 유리한 일 실시예에서, 중공 프로파일 요소는 0.3 mm 내지 5 mm, 바람직하게는 0.5 mm 내지 3 mm, 특히 0.75 mm 내지 1.25 mm의 내부 직경(Di)을 갖는다. 본 발명에 따른 유도 루프의 다른 유리한 일 실시예에서, 중공 프로파일 요소는 0.75 mm 내지 7.0 mm, 바람직하게는 1.0 mm 내지 5.0 mm, 특히 1.25 mm 내지 2.5 mm의 외경(Da)을 갖는다.
다른 유리한 일 실시예에서, 본 발명에 따른 유도 루프는 유도 루프의 내부에 배열된 중공 공간에 연결되고 유도 루프의 내부를 통해 액체 냉각제를 펌핑하기 위한 냉각 장치에 연결하기에 적합한 적어도 두 개의 튜브 연결부를 갖는다. 액체 냉각제는 바람직하게는 냉각수를 함유하거나 냉각수이며 특히 바람직하게는 본질적으로 물 또는 물/글리콜 혼합물이다. 튜브 연결부들은 유리하게는 단부 영역에 연결되지 않은 다리들의 단부들에 위치한다.
유도 루프는 각 다리와 단부 영역 및 기타 공급 라인들이 연결된 중공 프로파일 요소를 형성하도록 설계된다. 이것은 다리의 중공 프로파일 요소가 각각의 경우 단부 영역의 중공 프로파일 요소에 연결되고 공통 중공 공간을 형성한다는 것을 의미한다. 하나의 공통 중공 공간은 튜브 연결부로 사용되는 두 단부를 제외하고 완전히 폐쇄된다. 따라서 냉각제, 예를 들어 냉각수는 하나의 튜브 연결부를 통해 유도 루프로 공급될 수 있고 제2 튜브 연결부을 통해 손실없이 유도 루프를 떠날 수 있다. 바람직하게는, 냉각수는 냉각수 회로에서 연속적으로 펌핑되고 냉각 유닛에서 냉각된다. 이것은 유도 루프의 과열을 방지한다.
본 발명에 따른 유리한 유도 루프는 정확히 하나의 U 자형 영역을 갖는다. 이 실시예는 특히 보편적이고 유연하게 사용될 수 있으며, 예를 들어 유리판들 위에 전도체 구조물들을 접촉하기 위한 접촉 요소들의 모든 일반적인 납땜 연결에 적합하다.
본 발명에 따른 다른 유리한 유도 루프는 다음에서 이중 U 자형 또는 W 자형이라고도 하는 정확히 두 개의 U 자형 영역들을 갖는다. 두 개의 U 자형 영역들은 하나의 평면에 배열될 수 있다. 대안적으로 두 U 자형 영역들은 또한 서로 평행하게 배열될 수 있으며 바람직하게는 서로 평행하고 일치되게 배열될 수 있다. 대안적으로, 두 개의 U 자형 영역들은 또한 각도, 바람직하게는 서로에 대해 90°각도를 가질 수 있다. 이러한 실시예들은 또한 특히 보편적이고 유연하게 사용될 수 있으며, 예를 들어 유리판들 위의 전도체 구조물를 접촉하기 위한 브리지형 접촉 요소들의 모든 일반적인 납땜 연결에 적합하고, 두 개의 납땜 연결 표면들을 동시에 납땜하는 기능을 제공한다.
본 발명에 따른 유도 루프의 유리한 일 실시예에서, 각각의 U 자형 영역의 단부 영역은 둥글고 바람직하게는 아치형이다. 특히 반원형 디자인, 특히 반경(R)이 2 mm 내지 20 mm인 반원형 디자인이 유리하다. 여기서, 각각의 U 자형 영역의 단부 영역은 바람직하게는 볼록한, 즉 다리들 및 단부 섹션에 의해 경계가 설정된 표면에 대해 외측으로 만곡된다. 이 실시예는 특히 보편적이고 유연하게 사용될 수 있으며, 예를 들어 유리판들 위의 전도체 구조물들을 접촉하기 위한 접촉 요소들의 모든 일반적인 납땜 연결에 적합하다.
본 발명에 따른 유도 루프의 유리한 일 실시예에서, 각각의 U 자형 영역의 단부 영역은 제1 아치형 섹션, 직선형 섹션 및 제2 아치형 섹션을 갖는다. 바람직하게는, 제1 아치형 섹션 및 제2 아치형 섹션은 0.5 mm 내지 5 mm의 곡률 각도(R1)를 갖는다. 유리하게는, 제1 아치형 섹션 및 제2 아치형 섹션은 각각의 경우에 1/4 원의 형상을 갖는다.
본 발명에 따른 U 자형 영역은 길이(L)가 적어도 3 mm, 바람직하게는 적어도 5 mm, 더욱 바람직하게는 적어도 10 mm, 더욱더 바람직하게는 적어도 30 mm, 특히 적어도 50 mm이다. 길이(L)는 단부 영역과 함께 다리의 길이에서 결정된다.
본 발명에 따른 U 자형 영역은 유리하게는 최대 500 mm, 바람직하게는 최대 300 mm, 더욱 바람직하게는 최대 50 mm, 특히 최대 30 mm의 길이(L)을 갖는다.
본 발명에 따른 대안적인 U 자형 영역은 3 mm 내지 500 mm, 바람직하게는 3 mm 내지 100 mm, 더욱 바람직하게는 3 mm 내지 50 mm, 더욱더 바람직하게는 5 mm 내지 50 mm이며, 특히 5 mm 내지 30 mm의 길이(L)을 갖는다.
본 발명에 따른 U 자형 영역의 다리들은 유리하게는 실질적으로 평행하게 이어진다. 이것은 특히 유도 루프의 컴팩트한 디자인과 쉬운 생산을 가능하게 한다. 이들은 또한 약간 구부러지거나 서로 상대적인 각도로, 바람직하게는 90°이하, 특히 바람직하게는 20°이하, 특히 10°이하의 각도로 연장될 수 있다.
본 발명에 따른 U 자형 영역은 2 mm 내지 30 mm, 바람직하게는 4 mm 내지 25 mm의 너비(B)를 갖는다. 너비(B)는 U 자형 영역의 다리들의 중심 사이 최대 거리(이하 다리 거리(leg distance)라고도 함)로 된다. 평행하는 다리들의 경우 너비(B)는 다리들의 전체 길이에 걸쳐 일정하다.
대안적으로, 각각의 U 자형 영역의 한쪽 또는 양쪽 다리는 또한 만곡될 수 있고 바람직하게는 볼록하게 만곡될 수 있다.
본 발명에 따른 납땜 도구의 유리한 일 실시예에서, 유도 루프는 자성을 갖지 않으며 바람직하게는 연자성(soft magnetic) 재료도 갖지 않는다. 연자성 재료는 강자성 재료이며 자기장에서 쉽게 자화될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 유도 루프는 연자성 접촉 요소, 연자성 땜납, 연자성 전도체 구조물들 및/또는 공급 라인(들)와 같이 납땜될 수 있는 연자성 구성 요소를 제외하고는 활성 영역에서 어떤 연자성 또는 강자성 물질도 없다. 여기서, 활성 영역은 납땜을 위해 유도장이 방사되는 영역, 즉 납땜할 부품이 가열될 수 있는 인덕션 루프 부근이다. 납땜될 부품 및 구조들이 본 발명에 따른 유도 루프의 일부가 아님은 말할 것도 없다.
유리한 일 실시예에서, 본 발명에 따른 납땜 도구는 유도 루프의 인클로저(enclosure)를 가지며, 이는 비자성이고, 적어도 부분적으로, 바람직하게는 비연자성이다. 특히 바람직하게는, 인클로저는 내열성 플라스틱 또는 세라믹으로 만들어진다.
본 발명에 따른 납땜 도구의 다른 유리한 일 실시예에서, 유도 루프의 인클로저가 납땜 동안 접촉 요소를 고정하기 위한 카운터홀더로서 적합하게 설계된다.
본 발명에 따른 납땜 도구의 다른 유리한 일 실시예에서, 유도 발전기는 최대 1500 kHz, 바람직하게는 5 kHz 내지 1100 kHz, 특히 바람직하게는 40 kHz 내지 1100 kHz, 더욱더 바람직하게는 400 kHz 내지 1100 kHz이며, 특히 700 kHz 내지 1100 kHz의 조정 가능한 주파수를 갖는다. 유도 발전기의 조정 가능한 출력 전력은 유리하게는 200 W 내지 15 kW이며 바람직하게는 400 W 내지 3 kW이다.
본 발명에 따른 장치는 다음을 포함한다:
- 납땜 작업 중 플레이트 고정 수단,
- 자기장을 방사하기에 적합한 본 발명에 따른 적어도 하나의 유도 루프를 갖는 본 발명에 따른 적어도 하나의 납땜 도구,
- 납땜 도구의 스위치 온(switched-on) 자기장이 접촉 요소와 납땜 조인트를 바람직하게는 납땜의 용융 온도보다 높은 온도로 가열하도록 납땜 도구와 바람직하게는 부드러운 금속성 접촉 요소를 상호 배치하기 위한 수단.
이를 위해, 최대 1500 kHz, 바람직하게는 5 kHz 내지 1100 kHz, 특히 바람직하게는 40 kHz 내지 1100 kHz, 더욱더 바람직하게는 400 kHz 내지 1100 kHz이며, 특히 700 kHz 내지 1100 kHz의 주파수를 갖는 교류 전압은 유리하게는 유도 발전기에 의해 생성되고 유도 루프에 도입된다.
따라서, 본 발명에 따른 장치는 비금속 플레이트 위의 적어도 하나의 전도체 구조물에 적어도 하나의, 바람직하게는 연자성 접촉 요소의 유도 납땜을 하는 역할을 한다.
본 발명에 따른 장치의 유리한 추가적인 실시예에서, 땜납은 납땜 조인트에서 납땜 온도까지 가열되고, 납땜 온도는 땜납이 인접한 연결 표면들이 있는 납땜 연결부에 들어갈 수 있거나 들어가는 땜납의 용융 온도보다 높은 온도이다.
본 발명에 따른 장치의 유리한 추가적인 실시예에서, 장치는 자기장의 필드 라인을 향하게 하고 안내하기 위한 구성 요소들을 포함하지 않으며, 특히 유도 루프의 활성 영역에 연자성 구성 요소들을 포함하지 않는다.
본 발명의 이러한 측면은 연자성 또는 강자성 강철, 특히 강자성 스테인리스 강으로 만들어진 접촉 요소를 사용할 때 납땜 도구에 의해 생성된 유도장을 필드 라인의 추가 안내없이 접촉 요소에 결합할 수 있다는 본 발명자들의 발견을 기반으로 한다.
본 발명에 따른 장치의 유리한 일 실시예에서, 유도 루프와 접촉 요소 사이의 최소 거리는 유도 루프의 단부 영역에 있다. 즉, 유도 루프는 단부 또는 반전 영역에서 접촉 요소에 가장 가깝게 다가간다. 특히, 유도 루프의 단부 영역과 접촉 요소 영역 사이의 최소 거리는 제2 납땜 연결 표면 넘어서 또는 위에 있다. 여기서, "넘어서 또는 위에"는 제 2 납땜 연결 표면으로부터 멀어지는 접촉 요소 쪽을 의미한다. 유도 루프의 단부 영역은 납땜 도구의 "납땜 팁(soldering tip)"이다. 접촉 요소를 가열하는 데 사용되는 자기 유도장은 유도 루프의 단부 영역에서 접촉 요소로 방사된다.
열은 접촉 요소의 금속 및 특히 강자성 구성 요소들에서 생겨서 인접한 땜납 증착물 및 그에 인접한 전도체 구조물를 가열하게 하여 납땜 조인트를 형성한다.
μr>>1의 강자성 강철로 만들어진 접촉 요소들, 바람직하게는 스테인리스 강자성 강철이 특히 적합하다. 이 그룹에는 특히 페라이트 강(ferritic steel) 및 스테인리스 페라이트 강, 마르텐사이트 강(martensitic steel) 및 스테인리스 마르텐사이트 강, 듀플렉스 강(duplex steel) 및 스테인리스 듀플렉스 강이 포함된다. 듀플렉스 강은 오스테나이트(austenite) 섬들이 있는 페라이트(α-철) 매트릭스로 구성된 2 상 구조의 강철이다. 이 강철들의 분극은 외부장과 일치하는 경향이 있으며 이를 채널링(channeling)하고 증폭한다.
접촉 요소가 충분한 양의 강자성 강철을 포함하는 것으로 충분하다는 것은 말할 필요도 없다. 즉, 예를 들어 부식 또는 녹 방지를 위해 또는 땜납에 의한 전기 전도성 또는 습윤성을 개선하기 위해, 예를 들어, 다른 재료의 더 얇은 층들이 접촉 요소 위에 또한 배열될 수 있다. 또한, 접촉 요소는 예를 들어 내열성 플라스틱 또는 세라믹으로 만들어진 인클로저와 같은 추가 비금속 구성 요소들을 포함할 수 있다. 접촉 요소가 전체적으로 강자성 스테인리스 강으로 만들어지는 것이 특히 바람직하다.
플레이트 위의 전도체 구조물는 (제1) 납땜 연결 표면을 포함한다. 접촉 요소는 (제2) 납땜 연결 표면을 포함한다. 납땜 연결 표면들은 납땜 증착물로부터 땜납으로 납땜 접합을 형성하는데 적합하다.
열 입력은 주로 접촉 요소를 통해 발생한다. 즉, 접촉 요소의 납땜 연결 표면이 직접 가열된다. 그 결과, 접촉 요소에 인접한 납땜 증착물이 가열되고, 그때까지는 플레이트 위 전도체 구조물의 납땜 연결 표면이 가열되지 않는다. 이것은 몇 가지 중요한 이점이 있다. 접촉 요소의 직접 가열로 인해, 적용되는 필요한 에너지가 바로 목표한 방식으로 사용되어 종래 기술들에 비해 에너지를 절약할 수 있다. 플레이트의 전도체 구조물 위의 납땜 연결 표면의 간접 가열만으로 인해, 매우 부드럽게 가열되어 전도체 구조물 및 플레이트에 손상이 적다.
납땜 도구는 또한 예를 들어 하나의 접촉 요소를 여러 개의 납땜 연결 표면에 납땜하거나(예를 들어, 브리지 구성에서) 동시에 여러 개의 접촉 요소를 서로 나란하게 납땜하기 위해(예를 들어, 다중 극 구성(multi-pole configuration)에서) 본 발명에 따른 하나 이상의 유도 루프를 가질 수 있다는 것은 말할 필요도 없다.
납땜 도구는 접촉 요소에 직접 인접하여 배열되어 납땜 조인트 및 전도체 구조물를 향하는 플레이트 쪽에 배열된다.
높은 납땜 품질을 일관되게 얻으려면 납땜 도구와 접촉 요소 사이의 거리를 각 플레이트와 가능한 한 동일하게 유지하는 것이 유리하다. 여기서, 접촉 및 전기 단락을 완전히 방지하기 위해 납땜 도구와 접촉 요소의 사이를 바람직하게는 0.1 mm 내지 5 mm, 특히 바람직하게는 0.25 mm 내지 5 mm, 특히 0.25 mm 내지 2 mm의 갭 치수를 갖는 매우 좁고 명확한 에어 갭을 제공하는 것이 유리하다.
대안적으로 또는 에어 갭과 결합하여, 납땜 도구는 접촉 요소를 향하는 표면에 전기 절연 중간층 또는 인클로저, 예를 들어 내열성 플라스틱 또는 세라믹을 가질 수도 있다. 이 구성에서 플레이트 자체가 중간층 역할을 하지 않는다는 것은 말할 것도 없다.
대안적으로 또는 상기와 결합하여, 접촉 요소는 또한 예를 들어 내열성 플라스틱 또는 세라믹으로 만들어진 납땜 도구를 향하는 그 표면에 전기 절연 중간층 또는 인클로저를 가질 수도 있다.
연속 생산의 경우, 도구는 납땜 연결을 만들기 위해 준비된 플레이트들이 삽입되고 배치되는 장치들 또는 납땜 스테이션들에 고정적으로 설치되는 것이 유리할 수 있다. 납땜 도구의 고정된 배열은 필요한 공급 라인들을 이동할 필요가 없다는 추가적인 이점이 있다. 대안적으로, 납땜 도구는 이동 가능하게 구현될 수 있고, 따라서 플레이트에 더 유연하게 위치할 수 있다. 또한 하나의 납땜 도구로 여러 연결들을 차례로 납땜할 수 있다.
본 발명의 유리한 일 실시예에서, 장치는 접촉 요소를 플레이트 위로 가압하기 위한 적어도 하나의 카운터홀더(counterholder)를 포함한다. 본 발명의 또 다른 유리한 일 실시예에서, 카운터홀더는 접촉 요소들을 위치시키기 위한 그립 도구(gripping tool)와 결합된다.
카운터홀더 또는 그립 도구들은 유리하게 납땜 도구와 독립적으로 구현된다. 납땜 도구에 거의 마모가 없다. 납땜 도구없이 납땜할 부품들을 배치하기 위한 카운터홀더 및 그립 도구를 보다 간단하고 보다 컴팩트하게 구현하고 보다 간단하게 교체할 수 있다.
대안적인 카운터홀더 또는 그립 도구들은 유리하게는 납땜 도구에 연결되고 특히 유도 루프 또는 유도 코일, 특히 유도 루프 또는 유도 코일의 인클로저로서 연결되도록 설계될 수 있다.
납땜 작업 중에 연결 부품들은 자기장에 의해 가열되지 않는 카운터홀더 및/또는 그립 도구들을 사용하여 플레이트 표면에 느슨하게만 눌러진다. 이러한 도구들은 예를 들어 플라스틱 또는 세라믹 또는 두 가지로 만들거나 납땜 조각과의 접촉 구역들에 적절한 비금속 삽입물들을 장착할 수 있다. 특히, 카운터홀더는 비 강자성, 특히 비 페라이트 소재들로만 만들어진다. 이것은 유도 발전기에 필요한 결합 전력을 줄일 수 있다.
또 다른 유리한 일 실시예에서, 본 발명에 따른 장치는 적어도 하나의 납땜 도구를 플레이트에 및/또는 플레이트를 납땜 도구에 안내하고 적용하기 위한 로봇을 포함한다.
또 다른 유리한 일 실시예에서, 본 발명에 따른 장치는 카운터홀더 및/또는 그립 도구들을 안내하고 적용하기 위한 로봇을 포함한다.
또 다른 유리한 일 실시예에서, 카운터홀더 및/또는 그립 도구는 자기장의 필드 라인들을 향하게 하고 안내하기 위한 구성 요소들을 갖지 않으며, 특히 강자성 또는 페라이트 구성 요소들을 갖지 않는다.
또 다른 유리한 일 실시예에서, 자기장의 필드 라인들을 향하게 하고 안내하기 위한 어떠한 구성 요소, 특히 납땜 조인트 부근에 강자성 또는 페라이트 구성 요소도 배열되지 않는다.
본 발명에 따른 플레이트들은 바람직하게는 자동차 부문 및 건축 부문에서 일반적으로 사용되는 바와 같이 단일 판유리 또는 두 개 이상의 개별 판유리들을 포함하는 복합 판유리들이다. 단일 판유리 또는 복합 판유리의 개별 판유리들은 바람직하게는 유리, 특히 바람직하게는 창문 판유리에 통상적인 바와 같이 소다 석회 유리로 제조된다. 그러나, 플레이트들은 또한 다른 유형의 유리, 예를 들어 석영 유리, 붕규산 유리 또는 알루미노실리케이트 유리, 또는 경질 투명 플라스틱, 예를 들어 폴리카보네이트 또는 폴리메틸 메타크릴레이트로 제조될 수 있다.
전도체 구조물들은 플레이트에 배열될 수 있고 납땜에 적합한 모든 유형의 전기 전도체들을 포함할 수 있다. 이들은 특히 인쇄된 은 전도체들인데, 은 함량이 상대적으로 높은 스크린 인쇄 페이스트로 인쇄된 후 소성된 두꺼운 필름으로 생산된다. 대안적으로, 접착하거나 다른 방식으로 부착된 금속 와이어 또는 금속 호일들이 전도체 구조물로 사용될 수도 있다.
본 발명은 적어도 하나, 바람직하게는 연자성, 특히 바람직하게는 강자성 접촉 요소를 비금속 플레이트 위의 적어도 하나의 전도체 구조물에 유도 납땜하기 위한 장치를 특히 포함하며, 다음을 포함한다:
- 납땜 작업 중 플레이트를 고정하는 수단,
- 본 발명에 따른 적어도 하나의 납땜 도구로서 다음을 포함한다:
- 유도 루프 및
- 상기 유도 루프에 전기 전도성으로 연결된 유도 발전기를 포함하고,
여기서 상기 유도 루프는
- 금속 프로파일 요소로 구성하고,
- 적어도 하나의 U 자형 영역 또는 두 개의 U 자형 영역을 가지며, 각 U 자형 영역은 각각 두 개의 다리와 다리들을 연결하는 단부 영역을 가지고, 및
- 적어도 하나의 U 자형 영역은 길이(L)가 적어도 3 mm, 바람직하게는
500 mm까지 이며, 폭(B)은 2 mm 내지 30 mm, 바람직하게는 4 mm 내지 25 mm이고,
- 납땜 도구의 스위치 온(switch-on) 자기장이 접촉 요소 및 이에 따라 납땜 조인트를, 바람직하게는 땜납의 용융 온도보다 높은 온도로 가열하도록 납땜 도구 및 접촉 요소를 상호 배치하기 위한 수단,
- 접촉 요소를 플레이트 위로 가압하기 위한 적어도 하나의 카운터홀더, 여기서 바람직하게는, 카운터홀더는 접촉 요소들을 위치시키기 위한 그립 도구들과 결합되고, 및
- 여기서 카운터홀더 및 선택적으로 그립 도구는 자기장의 필드 라인들을 향하게 하고 안내하기 위한 구성 요소를 갖지 않으며, 특히 유도 루프의 활성 영역에서 강자성 또는 페라이트 구성 요소를 갖지 않는다.
본 발명의 또 다른 측면은 본 발명에 따른 납땜 도구 및 적어도 하나, 바람직하게는 연자성, 특히 바람직하게는 강자성 접촉 요소뿐만 아니라, 바람직하게는 적어도 하나의 납땜 증착물 및 비금속 플레이트 위의 적어도 하나의 전도체 구조물를 갖는 본 발명에 따른 장치로 구성된 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 측면은 적어도 하나의 강자성 접촉 요소를 비금속 플레이트 위의 적어도 하나의 전도체 구조물에 납땜하는 방법을 포함하며, 여기서
a) 바람직하게는 유리 또는 플라스틱으로 제조되고 상부에 배열된 적어도 하나의 전도체 구조물 및 적어도 하나의 제1 납땜 연결 표면을 갖는 비금속 플레이트가 제공되고,
b) 적어도 하나의 제2 납땜 연결 표면을 갖는 강자성 강철로 만들어진 적어도 하나의 접촉 요소가 제공되고,
c) 적어도 하나의 납땜 증착물이 적어도 부분적으로, 제1 납땜 연결 표면 또는 제2 납땜 연결 표면 또는 둘 모두에 배열되고,
d) 제2 납땜 연결 표면은 제1 납땜 연결 표면 위에 배열되며, 여기서 납땜 증착물은 적어도 부분적으로, 제1 납땜 연결 표면과 제2 납땜 연결 표면 사이에 배열되고,
e) 유도에 의해 접촉 요소를 가열하고 그에 인접한 납땜 증착물을 용융시키기 위해, 미리 정의된 주파수를 갖는 자기장이 전기적으로 구동되는 유도 루프를 포함하는 납땜 도구에 의해 접촉 요소로 방사된다.
추가 공정 단계에서, 예를 들어 공급 전압을 끄거나 납땜 도구를 멀리 이동시킴으로써 자기장이 유리하게 제거되고, 그 결과 접촉 요소 및 납땜이 냉각되고 납땜이 응고된다.
본 발명에 따른 방법의 유리한 일 실시예에서, 유도 루프에 인가되는 교류 전압의 주파수는 커넥터 기하학적 구조에 맞게 조정되고 1500 kHz로 설정된다.
본 발명에 따른 방법의 유리한 일 실시예에서, 자기장의 주파수는 5 kHz 내지 1100 kHz, 바람직하게는 40 kHz 내지 1100 kHz, 특히 바람직하게는 400 kHz 내지 1100 kHz, 특히 700kHz 내지 1100 kHz의 범위이다. 400 kHz 이상, 특히 700 kHz 이상의 유도 전압의 이러한 고주파는 단지 작은 침투 깊이만을 갖는 자기장을 초래한다. 이것은 접촉 요소, 제2 납땜 연결 표면에 인접한 납땜 증착물, 이에 따라 간접적으로 또한 전도체 표면의 제1 납땜 연결 표면이 안정적으로 가열되지만, 제1 납땜 연결 표면 근처의 전도체 구조물는 약간만 가열되는 특별한 이점을 갖는다. 따라서, 전도체 구조물의 손상 및 플레이트로부터 전도체 구조물의 분리를 확실하게 방지할 수 있다.
유도 발전기의 조정 가능한 출력 전력은 유리하게는 200 W 내지 15 kW, 바람직하게는 400 W 내지 3 kW 범위로 설정된다.
본 발명에 따른 방법의 유리한 일 실시예에서, 납땜 도구는 직접 및/또는 전기 절연 중간층(특히, 플레이트 자체가 아님)을 통해 또는 좁은 에어 갭으로 접촉 요소에 적용된다.
본 발명에 따른 방법의 다른 유리한 일 실시예에서, 유도 루프의 단부 영역은 직접 및/또는 전기 절연 중간층(특히, 플레이트 자체가 아님)을 통해 또는 좁은 에어 갭으로 접촉 요소에 적용된다.
본 발명에 따른 방법의 유리한 일 실시예에서, 접촉 요소는 비강자성, 바람직하게는 비강자성, 비금속 카운터홀더들을 사용하여 납땜 전과 납땜 중에 플레이트 위에 고정된다.
본 발명에 따른 방법의 유리한 일 실시예에서, 플레이트, 접촉 요소 및 적어도 하나의 납땜 도구는 적어도 납땜 작업 동안 장치에 움직이지 않게 고정된다.
본 발명에 따른 방법의 유리한 일 실시예에서, 플레이트 위의 전도체 구조물의 제1 납땜 연결 표면 또는 접촉 요소의 제2 납땜 연결 표면 또는 둘 모두는 납 함유 또는 무연 납땜 증착물이, 바람직하게는 통합되거나 후속적으로 적용되는 플럭스와 함께 제공된다.
본 발명에 따른 방법의 유리한 추가 일 실시예에서 플레이트는 특히 납땜 연결 표면의 영역에서 납땜 도구로부터 멀어지는 면으로부터 추가로 가열된다. 이를 위해, 예를 들어 본 발명에 따른 장치는 히터를 포함한다. 추가 가열은 납땜 조인트 영역에서 온도 유도 응력(temperature induced stress)을 줄이고 유리 파손 또는 플레이트에서 전도체 구조물의 분리를 방지한다. 이것은 유리판의 경우에 특히 유리하다. 그 이유는 플레이트에 대한 전도체 구조물의 접착이 특히 민감하기 때문이다.
종래 기술의 유도 코일은 일반적으로 축(코일 코어라고도 함) 주위에 여러 번 감겨 있다.
길게 연장된 공기가 채워진 원통형 코일 내부의 자기 자속 밀도(B)는 B=μ0·I·N/L이 된다. 여기서 I는 전류 강도, N은 권선 수, L은 코일 길이이며, μ0는 자기장 상수이다. 축의 방향은 코일 길이(L)의 방향 및 유도 코일의 회전으로 둘러싸인 영역인 표면 법선(N)과 동일하다. 코일의 자기장을 증폭하기 위해 적합한 재료(예: 강자성 재료)가 종종 코일 내부에 도입된다. 자기장의 결과적인 증폭은 무차원 계수인 상대 투과율 μr로 위의 공식에 고려되어 자기 자속 밀도는 B=μ0·μr·I·N/L이 된다.
종래 기술이 교시하는 바와 같이 코일이 유도 코일로 사용되는 경우, 가열될 재료들은 자기장 선들이 코일 코어를 떠나 코일 내부를 제외하고 최대 값에 있기 때문에 코일 내부(특히 단순한 환상 코일의 경우) 또는 코일의 끝면 근처로 가져온다. 일반적으로 설계기술을 기반으로 납땜 조인트와 끝면 사이의 거리가 가장 짧기 때문에 납땜할 부품들의 납땜 연결 표면의 표면 법선들은 코일 축과 평행하게 배열된다(따라서 코일 회전의 표면 법선에 대해). 이것은 코일 코어가 공기로 채워져 있는지 또는 강자성 물질을 함유하는지 여부와 무관하다.
본 발명에 따른 납땜 도구는 완전히 다른 원리에 기초한다. 유도 루프에는 강자성 물질이 포함되어 있지 않다. 반대로, 유도 루프는 단부 영역이 강자성 접촉 요소로부터 최소 거리에 있도록 설계되어있다. 강자성 접촉 요소에서는 유도 루프의 단부 영역으로부터 방출되는 자기장이 집속되어 증폭된다. 이로써 더 멀리 떨어진 강자성 물질 또는 비자성 물질을 거의 가열하지 않고 강자성 접촉 요소를 집중가열할 수 있다. 가열된 접촉 요소는 또한 납땜 온도에 도달할 때까지 접촉 요소의 하나의(제2) 납땜 연결 표면 위에 또는 접촉하는 배열된 땜납을 가열한다. 그런 다음 용융된 땜납은 납땜할 다른 전도체 구조물의 하나의(제1) 납땜 연결 지점을 가열한다. 가열은 유도 루프의 단부 영역으로부터 강자성 접촉 요소로 자기장의 집중된 결합에 의해 필수적으로 달성된다. 납땜 온도는 바람직하게는 납땜이 인접한 납땜 연결 표면들과 납땜 조인트를 형성하는 용융 온도보다 높은 온도이다.
납땜 연결 표면들의 표면 법선이 코일 축에 평행하게 배열되고 따라서 코일 턴의 표면 법선에 평행한 종래 기술의 유도 코일들과는 대조적으로, 본 발명에 따른 유도 루프에서는 이것이 필요하지 않다. 유리하게는, 유도 루프의 표면 법선과 접촉 요소의 땜납 연결 표면의 표면 법선 사이의 각도 α(알파)는 0(영)과 같지 않다. 바람직하게는 각도 α(알파)는 30°, 특히 바람직하게는 45°이상, 특히 50° 내지 90°이다.
본 발명에 따른 솔루션의 추가 세부 사항 및 이점은 가능한 응용 실시예들의 첨부 도면들 및 그 상세한 설명들로부터 명백하다.
도면은 축척이 아니며 개략적으로 다음을 도시한다:
도 1은 본 발명에 따른 납땜 도구 및 본 발명에 따른 납땜 조인트의 확대된 상세를 갖는 본 발명에 따른 장치의 개략도이며,
도 2는 본 발명에 따른 접촉 요소들을 갖는 판유리의 도면이며,
도 3a는 평면도에서 도 1의 예시적인 유도 루프(13I)의 상세도이며,
도 3b는 좌측에서 본 측면도에서 도 3a의 예시적인 유도 루프(13I)의 상세도이며,
도 3c는 도 3a의 단면선 X-X' 및 도 3b의 단면선 Y-Y'에 의해 걸쳐진 단면 평면을 따른 횡단면도이며,
도 4는 직사각형 단면을 가진 중공 프로파일 요소로 만들어진 대안적인 유도 루프의 횡단면도이며,
도 5는 브리지 형태의 예시적인 접촉 요소를 갖는 본 발명에 따른 유도 루프의 투시도이며,
도 6a는 평면도에서 90°회전된 U 자형 영역을 갖는 본 발명에 따른 유도 루프의 다른 예시적인 일 실시예의 상세도이며,
도 6b는 좌측에서 본 측면도에서 도 6a의 유도 루프의 상세도이며,
도 7은 직선 반전 영역을 갖는 본 발명에 따른 유도 루프의 다른 예시적인 일 실시예의 상세도이며,
도 8은 본 발명에 따른 이중 U 자형 유도 루프의 다른 예시적인 일 실시예의 상세도이며,
도 9는 회전된 이중 U 자형 및 브리지 형태의 예시적인 접촉 요소를 갖는 본 발명에 따른 유도 루프의 투시도이다.
도면은 축척이 아니며 개략적으로 다음을 도시한다:
도 1은 본 발명에 따른 납땜 도구 및 본 발명에 따른 납땜 조인트의 확대된 상세를 갖는 본 발명에 따른 장치의 개략도이며,
도 2는 본 발명에 따른 접촉 요소들을 갖는 판유리의 도면이며,
도 3a는 평면도에서 도 1의 예시적인 유도 루프(13I)의 상세도이며,
도 3b는 좌측에서 본 측면도에서 도 3a의 예시적인 유도 루프(13I)의 상세도이며,
도 3c는 도 3a의 단면선 X-X' 및 도 3b의 단면선 Y-Y'에 의해 걸쳐진 단면 평면을 따른 횡단면도이며,
도 4는 직사각형 단면을 가진 중공 프로파일 요소로 만들어진 대안적인 유도 루프의 횡단면도이며,
도 5는 브리지 형태의 예시적인 접촉 요소를 갖는 본 발명에 따른 유도 루프의 투시도이며,
도 6a는 평면도에서 90°회전된 U 자형 영역을 갖는 본 발명에 따른 유도 루프의 다른 예시적인 일 실시예의 상세도이며,
도 6b는 좌측에서 본 측면도에서 도 6a의 유도 루프의 상세도이며,
도 7은 직선 반전 영역을 갖는 본 발명에 따른 유도 루프의 다른 예시적인 일 실시예의 상세도이며,
도 8은 본 발명에 따른 이중 U 자형 유도 루프의 다른 예시적인 일 실시예의 상세도이며,
도 9는 회전된 이중 U 자형 및 브리지 형태의 예시적인 접촉 요소를 갖는 본 발명에 따른 유도 루프의 투시도이다.
도 1은 접촉 요소(14)를 전도체 구조물(3)에 납땜하는 동안 본 발명에 따른 납땜 도구(13)를 갖는 본 발명에 따른 장치(100)의 개략도를 도시한다. 도 1은 영역 Z의 점선을 따른 횡단면도에 기초하여 도 2에 도시된 판유리(1)의 세부 사항을 도시한다.
도 2는 유리 또는 플라스틱으로 만들어진 사다리꼴 판유리(1)을 도시하며, 보는 방향의 상부 표면은 불투명하고, 예를 들어 흑색 전기 비전도성 코팅(단순함을 위해 여기에 표시되지 않음)이 에지를 따라 제공된다. 예를 들어, 이것은 곡률없이 단순화된 여기에 도시된 자동차의 후면 벽 판유리이다. 그 표면에는, 예를 들어, 가열 전도체들(5) 및 안테나 전도체(5')와 같은 전기 전도체 트랙 또는 구조들(3)이 또한 제공되며, 이는 판유리의 시야 위로 및/또는 불투명 코팅까지 에지에서 연장된다. 버스바들(4)은 판유리(1)의 좌측 및 우측 에지를 따라 제공된다. 또한, 버스바들(4)을 통한 전도체 구조물들(3)의 전기적 접촉을 위해 다수의 제1 납땜 연결 표면들(6)이 제공되며, 이는 나중에 더 상세히 논의될 것이다. 여기서, 버스바들 및 제1 납땜 연결 표면들(6)의 단순화된 동일한 미러 이미지 구성이 표시된다. 그러나 실제로 부스바들 및 납땜 연결 표면들의 구성은 판유리의 측면에 따라 다를 수 있다. 제1 납땜 연결 표면들(6)은 또한 여기에 도시된 판유리 형상의 긴 측면에 배열될 수 있다.
판유리(1)의 중심 시야에서 가열 전도체들(5) 및 안테나 전도체들(5')의 레이아웃은 단순화된 형태로만 도시되며 본 발명을 절대적으로 제한하지 않는다. 이것은 유도 열 생성과 함께 납땜에 의해 전도체 구조물들(3)의 전기적 연결(이 경우에는 에지에서)의 설정만을 논의하기 위한 것이기 때문에 본 설명과는 무관하다.
전도체 구조물(3), 버스바들(4) 및 제1 납땜 연결 표면들(6)은 일반적으로 후막 기술로 전기 전도성 인쇄 페이스트를 인쇄하고 후속 소성함으로써 생성된다. 유리판에 대한 소성은 바람직하게는 굽힘 작업중인 유리판의 가열 동안 수행된다. 인쇄는 스크린 인쇄에 의해 유리하게 수행된다. 전기 전도성 인쇄 페이스트는 유리하게는 은을 함유한다.
판유리(1)는 무엇보다도 납땜 도구(13) 및 판유리(1)를 배치하기 위한 수단들(11)을 포함하는 장치(100)에 삽입되고, 선택적으로 추가 정지 및 위치 조정 보조 장치를 포함한다. 여기서,지지 수단들(11)은 예를 들어 보는 방향에서 판유리(1)의 뒤/아래에 위치하며; 납땜 도구(13)는 판유리(1)의 앞/위에 위치한다. 특히, 장치에 고정된 납땜 도구(13)가 판유리 표면 수직 돌출부에서 제1 납땜 연결 표면(6) 위에 배열되어 있음을 알 수 있다.
또한, 접촉 요소들(14)이 도시된다. 접촉 요소들(14)은 각각의 경우에 제2 납땜 연결 표면(7)을 갖는다. 이것은 제1 납땜 연결 표면(6) 위의 판유리 표면에 수직 돌출부에 배열된다. 납땜 증착물(9)은 판유리(1)의 전도체 구조물(3)의 제1 납땜 연결 표면(6)과 접촉 요소(14)의 제2 납땜 연결 표면(7) 사이에 배열된다. 납땜 후, 납땜 연결은 제1 납땜 연결 표면(6)과 제2 납땜 연결 표면(7) 사이에 생성된다. 공급 라인 또는 연결 라인 또는 안테나 케이블들과 같은, 기능에 적합한 전기 공급 라인들(19)은, 예를 들어 크림핑(crimping), 스폿 용접, 나사 체결 또는 기타 연결 기술들에 의해 접촉 요소들(14)에 연결된다.
접촉 요소들(14)은 예를 들어 강자성 스테인리스 강을 포함하고 실질적으로이 재료로 만들어진다. 즉, 접촉 요소(14)는 적어도 강자성 스테인리스 강의 코어를 포함한다. 예를 들어, 접촉 요소(14)는 바람직하게는 적절한(전기 절연) 플라스틱으로 제조된 제2 납땜 연결 지점(7)으로부터 멀어지는 표면에 외장을 추가로 가질 수 있다. 또한, 접촉 요소(14)는 또한 코어의 표면 위에, 예를 들어 개선된 부식 방지를 위해 반드시 강자성이 아닌 다른 금속의 얇은 층을 가질 수 있다. 접촉 요소(14)의 강자성 특성의 특별한 역할은 아래에서 더 논의된다.
납땜 증착물(9)은 선택적으로 통합되거나 후속적으로 적용되는 플럭스(flux)를 갖는 납 함유 또는 무연 납땜의 얇은 층으로 구성된다. 선택적으로 납땜 증착물(9)을 각각의 경우에 납땜될 두 표면 중 하나에만, 즉 입력된 에너지가 양면에서 양호한 납땜을 위해 모든 구성 요소를 충분히 가열할 수 있으며 주석 처리되지 않은 표면은 납땜으로 젖을 수 있는지 확인한다면, 제1 땜납 연결 표면(6) 또는 제2 땜납 연결 표면(7)에 도포하는 것으로 충분할 수 있다.
접촉 요소(14), 납땜 증착물(9), 전도체 구조물(3) 및 판유리(1)는 여기서 단지 개략적으로만 도시된다. 이는 특히 표시된 두께들은 비율에 맞지 않음을 의미한다.
여기에서 예를 들어, 접촉 요소(14)는 하나 또는 복수의 카운터홀더(18)에 의해 판유리(1) 위로 눌러져 위치된다. 카운터 홀더(18)는 예를 들어, 또한 유리하게는 자동화된 생산 라인에서 원격으로 제어되는 그립 및 위치 지정 도구일 수 있다. 이들은 각각의 공급 매거진에서 초기에 느슨하게 움직일 수 있는 접촉 요소들(14)을 제거하고, 연관된 제1 납땜 연결 표면들(6)에 배치하고, 납땜이 응고될 때까지 납땜 작업 동안 고정적으로 유지한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 납땜 도구(13)는 접촉 요소(14) 바로 위에, 특히 제2 납땜 연결 표면(7) 및 납땜 증착물(9) 위에 배열된다.
여기서, 납땜 도구(13)는 상용 유도 발전기(13G)에 의해 주파수 및 전력을 조절할 수 있는 교류 전압이 공급되는 유도 루프(13I)를 포함한다. 또한, 유도 루프(13l)의 동작을 제어할 수 있는 스위치(13S)는 유도 발전기(13G)와 유도 루프(13I) 사이의 연결에 상징적으로 표시된다. 마지막으로, 납땜 도구(13)는 필요하다면 튜브 연결부(13C)를 통해 냉각될 수 있다. 도식적 표현에서 벗어나 냉각수 공급 및 전기 공급 라인은 선택적으로 결합된다. 예를 들어, 유도 루프(13I)는 예를 들어 냉각수가 흐르고 동시에 고주파 유도 루프로 작용하는 원형 단면을 갖는 금속 또는 금속 중공 프로파일 요소 형태의 금속 프로파일 요소로 구성될 수 있다. 예를 들어, 중공 프로파일 요소는 은 도금 구리로 만들어질 수 있다.
종래 기술의 고주파 유도 루프 또는 코일과 비교하여, 여기서 사용되는 납땜 도구(13)는 그 치수가 납땜 도구의 길이 및 폭에 실질적으로 상응하는 중공 프로파일 루프를 포함한다. 페라이트(ferrite) 또는 기타 유사하게 적합한 재료로 만들어진 본체를 사용하여 그 자체로 공지된 방식으로 중간 공간을 채우는 것은 불필요하다. 이러한 페라이트가 없는 납땜 도구들(13)은 특히 간단하고 유연하며 에너지 절약 방식으로 강자성 접촉 요소들(14)과 조합하여 사용될 수 있다.
접촉 요소(14)의 강자성 재료 바로 위에 납땜 도구(13)를 배열한 결과, 유도장에 의해 방사되는 자기장은 접촉 요소(14) 내부 또는 이를 통해 집중되고 최적화되어 납땜 접합부(2) 위에 가능한 한 강력하며 집중적으로 작용한다. 따라서 자기장을 특수 설계된 접점 요소(14)로 향하게 하는 것보다 넓은 영역에 걸쳐 높은 균질성을 달성하는 것은 덜 중요하다. 접촉 요소(14)의 가열은 제2 납땜 연결 표면(7)을 통해 납땜 증착물(9) 및 인접한 제1 납땜 연결 지점(6)의 빠르고 강렬한 가열을 초래한다.
납땜 도구(13)는 종래 기술의 유도 납땜 도구에서와 같이, 필드 라인을 형성하고 안내하기 위한 페라이트 요소들 또는 기능적으로 동일한 구성 요소들과 같은 특별한 요소를 요구하지 않는다. 납땜 도구(13) 부근의 카운터홀더들(18) 및 기타 가능한 구성 요소들도 페라이트 또는 강자성 재료 등을 포함하지 않는다. 납땜 조인트(2)에 대한 자기장의 집중은 강자성 접촉 요소(14)를 통해서만 이루어진다. 이것은 특히 효율적이고 에너지 절약이다. 동시에, 납땜 도구(13)는 다양한 연결 구성들에 특히 유연하게 적합하며 종래 기술에서 요구되는 바와 같이 각각의 접촉 요소(14)에 적응될 필요가 없다.
일관되게 높은 납땜 품질을 달성하기 위하여, 납땜 도구(13)와 접촉 요소(14) 사이의 거리를 각 판유리에 대해 가능한 한 거의 동일하게 유지하는 것이 유리하다. 여기서 본 발명에 따르면, 예를 들어 0.5 mm의 매우 좁고 잘 정의된 에어 갭(air gap)(17)이 납땜 도구(13)와 접촉 요소(14) 사이에 제공된다. 이러한 에어 갭(17)은 접촉 및 전기 단락을 완전히 방지할 수 있다.
대안적으로, 납땜 도구의 유도 루프(13I)는 접촉 요소(14)가 플레이트 위에 눌러 위치될 수 있는 인클로저(enclosure)를 가질 수 있다(여기에 도시되지 않음). 예를 들어, 인클로저는 열적으로 안정된 플라스틱 또는 세라믹으로 만들어지며 특히 연자성이 아니다.
대안적으로, 접촉 요소(14)는 예를 들어 내열성 플라스틱 또는 세라믹으로 만들어진 납땜 도구(13)를 향하는 표면 위에 전기 절연 중간층 또는 인클로저를 가질 수도 있다.
본 발명에 따른 콤팩트한 납땜 도구(13)는 문제없이 이동 가능하게 구현될 수 있으며, 예를 들어 로봇을 사용하여 처리될 판유리 위에 재현 가능한 위치로 배치될 수 있다. 예를 들어 항상 일관된 많은 수의 판유리들을 처리하지 않거나 동일한 장치에서 빈번한 모델 변경을 처리해야 하는 경우 이 방법이 선호된다.
물론, 납땜 도구(13)는 또한 장치(100)에서 고정된 위치/정지되게 배열될 수 있다. 처리될 각각의 판유리(1)는 이어서 지지 수단들(11) 위의 컨베이어(도시되지 않음)에 의해 배치되고 접촉 요소(14)가 삽입된 납땜 도구(13)로 이동된다.
납땜 연결을 설정하기 위해, 유도 루프(13I)는 전원 공급 장치를 켜서(스위치(13S)를 닫음) 원하는 주파수(예를 들어, 900 kHz)의 전류를 공급 받는다. 0.2 kW 내지 15 kW 범위의 일반적인 전력이 설정되며, 이는 루프로부터의 거리, 납땜 조인트의 (총)면적 및 가열될 질량에 따라 달라질 수 있다. 자기장은 과도한 감쇠없이 에어 갭(17) 또는 임의의 가능한 중간층들을 관통한다. 에어 갭이나 중간층 재료가 적을수록 감쇠가 적다.
인접한 납땜 증착물(9)을 가열하는 열은 금속, 특히 접촉 요소(14)의 강자성 구성 요소에서 발생한다.
예를 들어 900 kHz의 유도 전압의 본 발명에 따른 고주파는 단지 작은 침투 깊이만을 갖는 자기장을 생성한다. 이것은 접촉 요소(14), 제2 납땜 연결 표면(7)에 위치된 납땜 증착물(9) 및 이에따라 간접적으로 전도체 구조물(3)의 제1 납땜 연결 표면(6)도 확실하게 가열되지만, 제1 납땜 연결 표면(6) 부근의 전도체 구조물(3)는 약간만 가열되는 특별한 이점을 갖는다. 따라서, 전도체 구조물(3)의 손상 및 판유리(1)로부터 전도체 구조물물(3)의 분리가 확실하게 방지된다.
납땜 증착물(9)이 완전히 녹을 때까지 자기장의 필수 ON-타임과 최상의 주파수 범위는 테스트를 통해 간단하고 상당히 재현 가능하게 결정될 수 있으며 적절한 소프트웨어로 시뮬레이션할 수도 있다. 납땜 작업 후, 자기장은 꺼진다(스위치(13S) 개방). 판유리(1)는 납땜이 굳어지고 추가적인 기계적 고정 없이도 전기 연결이 제자리에 고정될 때까지 카운터홀더와 마찬가지로 잠시 동안 제자리에 고정된다. 그 후, 판유리(1)는 추가 처리를 위해 공급된다.
납땜 작업을 최적화하고 판유리(1) 및 전도체 구조물물(3)의 응력을 피하기 위해, 제1 납땜 연결 지점(6) 및 그 근처의 영역에서 전도체 구조물물(3)와 함께 판유리(1)를 예열하는 것이 유리할 수 있다. 이를 위해, 예를 들어, 히터(20)는 판유리(1) 아래(즉, 납땜 도구(13) 및 접촉 요소(14)로부터 멀어지는 쪽)에 배열될 수 있다.
도 3A, 3B 및 3C는 각각의 경우에 도 1의 예시적인 유도 루프(13I)의 상세도를 도시한다. 도 3A는 유도 루프(13I) 영역의 평면도를 도시하며; 도 3B는 도 3A의 평면도에 대한 좌측에서 본 측면도를 도시한다.
이 실시예에서, 유도 루프(13I)는 단부 영역(13E)에서 반원형이다. 반원형 단부 영역(13E)은 두 개의 평행한 다리들(13P)에 연결된다. 두 개의 다리들(13P) 및 그 사이에 배열된 단부 영역(13E)은 U 자형 영역(13U)을 형성한다.
단부 영역(13E)에서 유도 루프(13I)의 곡률 반경(R)은 예를 들어 3 mm이다. 곡률 반경(R)은 중공 프로파일 요소의 중심을 기준으로 한다.
여기서 유도 루프(13I)의 길이(L)는 예를 들어 20 mm이나; 더 짧거나 더 길 수도 있다. 여기서, 길이(L)은 다리들(13P)의 길이에 단부 영역(13E)의 길이를 더한 것을 포함한다. 중공 프로파일 요소는 추가 영역에서 더 길 수 있으며 튜브 연결부들(13C) 및 선택적으로 냉각 장치에 대한 다른 연결부들(공급 영역(13Z))을 통해 연결될 수 있다는 것은 말할 필요도 없다. 유도 루프(13I)는 금속으로 만들어지고, 따라서 유도 발전기(13G)로부터 유도 신호를 공급받는 전기 전도체로서 동시에 작용한다.
유도 루프(13I)의 폭(B)(각 경우 중공 프로파일 요소의 중심을 기준으로)은 다리들(13P) 사이의 거리와 같으며, 예를 들어 6 mm이다.
U 자형 영역(13U)은 두 개의 평행한 다리들(13P)을 통해 두 개의 튜브 연결부(13C)에 연결되며, 이를 통해 냉각수가 유도 루프(13I)를 통해 공급될 수 있다. 이를 위해, 유도 루프(13I)는 튜브 연결부(13C)와는 별도로 폐쇄된 연속적인 중공 프로파일 요소로 만들어진다. 이를 위해 다리들(13P) 및 단부 영역(13E)의 중공 공간이 서로 연결된다. 냉각수는 한쪽 다리(13P)의 내부를 통해 단부 영역(13)의 내부 중공 공간으로 통과될 수 있고, 이를 통해 제2 다리(13P)의 내부로 전달되어 유도 루프(13I)를 냉각시킬 수 있다.
도 3C는 도 3A의 단면선 X-X' 및 도 3B의 단면선 Y-Y'에 의해 걸쳐진 단면 평면을 따른 단면도를 도시한다. 이 실시예에서, 유도 루프(13I)는 내경(Di)은 1 mm이고 외경(Da)은 1.8 mm인 원형 단면을 가진 중공 프로파일 요소로 구성된다.
도 4는 직사각형 단면을 갖는 중공 프로파일 요소로 구성된 대안적인 유도 루프(13I)의 단면도를 도시한다. 직사각형 단면의 더 짧은 치수에서 내경(Di1)은 예를 들어 1 mm 이고; 상응하는 외경(Da1)은 예를 들어 1.8 mm이다. 직사각형 단면의 더 긴 치수에서 내경(Di2)은 예를 들어 2 mm이고; 상응하는 외경(Da2)는 예를 들어 2.8 mm이다.
도 5는 브리지 형태의 예시적인 접촉 요소(14)를 갖는 본 발명에 따른 유도 루프(13I)의 다른 예시적인 일 실시예의 투시도를 도시한다. 유도 루프(13I)의 반전 영역은 접촉 요소(14)의 두 개의(제2) 납땜 연결 표면(7) 중 하나 위에 배열된다.
도 6A 및 6B는 공급 영역(13Z)에 대해 90° 회전된 U 자형 영역(13U)을 갖는 본 발명에 따른 유도 루프(13I)의 다른 예시적인 일 실시예의 상세한 표현을 도시한다. 도 6A는 평면도를 도시하며; 도 6B는 좌측에서 본 측면도를 도시한다.
도 7은 직선 단부 영역(13E)을 갖는 본 발명에 따른 유도 루프(13I)의 다른 예시적인 일 실시예의 상세도를 도시한다.
U 자형 영역의 길이(L)은 예를 들어 20 mm이다.
유도 루프(13I)의 폭(B)은 예를 들어 6 mm이다.
다리(13P)을 연결하는 단부 영역(13E)은 여기서 실질적으로 직선이다. 단부 영역(13E)과 다리(13P) 사이의 전이에서 곡률 반경은 중공 프로파일 요소의 굽힘의 기술적 가능성에 의해 제한되며, 예를 들어 0.5 mm이다.
도 8은 이중 U 자형을 갖는 본 발명에 따른 유도 루프(13I)의 다른 예시적인 일 실시예의 상세도를 도시한다. 여기서, 유도 루프(13I)는 두 개의 U 자형 영역(13U)을 갖는다. U 자형 영역들(13U)은 예를 들어, 각각의 경우에 곡률 반경(R)이 예를 들어 4 mm인 반원형 단부 영역(13E)을 갖는다. U 자형 영역들(13U)의 폭(B)은 예를 들어 8 mm이다. 여기서, 두 개의 U 자형 영역들(13U)은 예를 들어 반원형 연결 영역(13V)에 의해 서로 연결된다. 여기서, U 자형 영역들(13U)의 중심선 사이의 거리(A)는 예를 들어 16 mm이다.
도 9는 회전된 이중 U 자형 및 브리지 형태의 예시적인 접촉 요소(14)를 갖는 본 발명에 따른 유도 루프(13I)의 다른 예시적인 일 실시예의 투시도를 도시한다. 이 유도 루프(13I)는 도 8의 유도 루프(13I)의 추가되는 개발이다. 여기서 다시, 유도 루프(13I)는 두 개의 특히 유리한 U 자형 영역(13U)으로 만들어지며, 이는 도 8의 한 평면에서의 배열과 달리, 회전되어 서로 평행하게 정렬된다. 이 설계의 결과로, 중간 구조(이 경우 표준 플러그 연결 요소)를 갖는 브리지형 접촉 요소(14)의 두(제2) 납땜 연결 표면들(7)이 동시에 가열되고 납땜될 수 있다. 여기서 폭(B)는 예를 들어 6 mm, 길이(L) = 20 mm, 거리(A) = 16 mm이다.
여기에 제시된 모든 예시적인 실시예들에서, 유도 루프(13I)는 특히 유도 전압이 단시간 동안 만 인가되거나 펄스화된다면 또한 솔리드 금속 프로파일로 만들어질 수 있다는 것은 말할 것도 없으며, 결과적으로 냉각이 생략될 수 있다.
예를 들어 여기에 도시된 모든 유도 루프들(13I)은 금속 프로파일 요소들, 특히 임의의 단면, 예를 들어 원형, 타원형, 직사각형, 정사각형 또는 삼각형 단면을 갖는 중공 프로파일 요소들을 가질 수 있다는 것은 더 말할 것도 없다.
또한, 여기에 도시된 본 발명에 따른 모든 유도 루프들(13I)은 길이(L), 폭(B) 및 곡률 반경(R)과 같은 치수들 및 개별적인 경우의 조건들에 따라 그 형상들로 조정될 수 있다는 것은 더 말할 것도 없다. 본 발명에 따른 치수들을 갖는 U 자형 또는 이중 U 자형은 특히 보편적이며 더욱 다양한 연결 요소들에 사용될 수 있다.
1 플레이트/판유리
2 납땜 조인트
3 전도체 구조물
4 버스바
5 가열 전도체
5' 안테나 전도체
6 제1 납땜 연결 표면
7 제2 납땜 연결 표면
9 납땜 증착
11 지지 수단
13 납땜 도구
13C 튜브 연결
13E 단부 영역, 반전 영역
13G 유도 발전기
13I 유도 루프
13P 다리
13S 스위치
13U U 자형 영역
13V 연결 영역
13Z 공급 영역
14 접촉 요소
17 에어 갭
18 카운터홀더
19 전기 공급 라인
20 히터
100 장치
A 거리
B 폭
L 길이
Di, Di1, Di2 내경
Da, Da1, Da2 외경
R, R1 반경
X-X', Y-Y' 단면선
Z 영역
2 납땜 조인트
3 전도체 구조물
4 버스바
5 가열 전도체
5' 안테나 전도체
6 제1 납땜 연결 표면
7 제2 납땜 연결 표면
9 납땜 증착
11 지지 수단
13 납땜 도구
13C 튜브 연결
13E 단부 영역, 반전 영역
13G 유도 발전기
13I 유도 루프
13P 다리
13S 스위치
13U U 자형 영역
13V 연결 영역
13Z 공급 영역
14 접촉 요소
17 에어 갭
18 카운터홀더
19 전기 공급 라인
20 히터
100 장치
A 거리
B 폭
L 길이
Di, Di1, Di2 내경
Da, Da1, Da2 외경
R, R1 반경
X-X', Y-Y' 단면선
Z 영역
Claims (14)
- 적어도 하나의 강자성 접촉 요소(14)를 비금속 플레이트(1) 위의 적어도 하나의 전도체 구조물(3)에 유도 납땜하는 방법에서,
a) 상부에 배열된 적어도 하나의 전도체 구조물(3) 및 적어도 하나의 제1 납땜 연결 표면(6)을 갖는 비금속 플레이트(1)가 제공되고,
b) 강자성 스테인레스 강으로 만들어지고 적어도 하나의 제2 납땜 연결 표면(7)을 갖는 적어도 하나의 접촉 요소(14)가 제공되고,
c) 적어도 하나의 납땜 증착물(9)이 적어도 부분적으로 제1 납땜 연결 표면(6) 상에 또는 제2 납땜 연결 표면(7) 상에 또는 둘 모두 상에 배열되고,
d) 제2 납땜 연결 표면(7)은 제1 납땜 연결 표면 위에 배열되며, 상기 납땜 증착물(9)은 적어도 부분적으로 제1 납땜 연결 표면(6)과 제2 납땜 연결 표면(7) 사이에 배열되고,
e) 유도에 의해 접촉 요소를 가열하고 이에 배치된 납땜 증착물(9)을 용융시키기 위해, 전기적으로 구동되는 유도 루프(13I)를 포함하는 납땜 도구(13)에 의해 미리 정의된 주파수를 갖는 자기장이 접촉 요소(14)로 방사되는 유도 납땜 방법으로서,
유도 납땜을 위한 상기 납땜 도구(13)는,
- 유도 루프(13I) 및
- 유도 루프(13I)에 전기 전도성으로 연결된 유도 발전기(G)를 포함하며,
상기 유도 루프(13I)는
- 금속 프로파일 요소로 구성되고,
- 적어도 하나의 U자형 영역(13U) 또는 두 개의 U자형 영역(13U)을 가지며, 각 U자형 영역(13U)에는 각 경우에 두 개의 다리(13P)과 상기 다리(13P)를 연결하는 둥근 단부 영역(13E)을 가지며,
- 적어도 하나의 U자형 영역(13U)의 길이(L)는 3 mm 내지 500 mm이며, 폭(B)은 2 mm 내지 30mm이고, 둥근 단부 영역(13E)은 유도 루프(13I)의 납땜 팁(tip)의 역할을 하며, 유도 루프(13I)의 둥근 단부 영역(13E)은 제2 납땜 연결 표면(7)으로부터 멀어지는 방향에 있는 접촉 요소(14)의 면위에서 접촉 요소(14)에 직접적으로 또는 전기 절연 중간층을 통하여 또는 좁은 간극을 갖고 적용되어, 유도 루프(13I)와 접촉 요소(14) 사이의 거리는 유도 루프(13I)의 단부 영역(13E)에서 최소가 되는, 유도 납땜 방법.
- 제1항에 있어서,
자기장이 제거되자마자 접촉 요소(14)와 납땜이 냉각되어 납땜이 응고되는, 유도 납땜 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 비금속 플레이트(1) 위의 전도체 구조물(3)의 제1 납땜 연결 표면(6) 또는 접촉 요소(14)의 제2 납땜 연결 표면(7) 또는 둘다 모두에 납 함유 또는 무연 납땜 증착물(9)이 제공되고 플럭스(flux)가 통합되어 가해지거나 또는 후속적으로 가해지는, 유도 납땜 방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
자기장의 주파수는 5 kHz 내지 1100 kHz인, 유도 납땜 방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
유도 발전기(G)의 조정 가능한 출력 전력은 200 W 내지 15 kW인, 유도 납땜 방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
접촉 요소(14)는 비강자성 카운터 홀더 또는 비강자성 비금속 카운터 홀더를 사용하여 납땜하기 전 및 납땜하는 하는 동안에 상기 비금속 플레이트(1)에 고정되는, 유도 납땜 방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
접촉 요소(14) 및 적어도 하나의 납땜 도구(13)는 적어도 납땜 작업을 하는 동안 장치에 움직이지 않게 고정되는, 유도 납땜 방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 비금속 플레이트(1)는 납땜 도구(13)으로부터 멀어지는 방향의 면으로부터 추가로 가열되는, 유도 납땜 방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
납땜 도구(13)의 단부 영역(13E)은 반원형이거나 반경(R)이 2 mm 내지 20 mm인 반원형인, 유도 납땜 방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
납땜 도구(13)의 단부 영역(13E)은 제1 아치형 섹션, 직선형 섹션 및 제2 아치형 섹션을 갖고, 제1 아치형 섹션 및 제2 아치형 섹션은 0.5 mm 내지 5 mm의 곡률 각도(R1)를 갖는, 유도 납땜 방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
납땜 도구(13)의 유도 루프(13I)는 활성 영역에서 연자성 재료를 갖지 않는, 유도 납땜 방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
납땜 도구(13)의 유도 루프(13I)는 구리 또는 은 도금된 구리, 알루미늄 또는 금속 소결 재료를 포함하거나 이로 만드는, 유도 납땜 방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
납땜 도구(13)의 유도 루프(13I)는 적어도 부분적으로 내열성 플라스틱 또는 세라믹으로 만든 비자성 인클로저 또는 비연자성 인클로저를 갖는, 유도 납땜 방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
납땜 도구(13)의 유도 루프(13I)는 중공 프로파일 요소이거나 또는 유도 루프(13I)의 내부에 배열된 중공 공간에 연결된 적어도 두 개의 튜브 연결부(13C)를 갖는, 유도 납땜 방법.
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