SE534501C2 - Metod och anordning för pinnlödning - Google Patents

Abstract

Metod för styrning av en lödningsprocess, innefattandet åtgärderna atttillföra svetsström genom en mot en metallyta hos ett arbetsstycke trycktelektrod (52) och separera elektroden (52) från metallytan under bildande aven svetsbåge. Svetsströmmen mäts och mängden tillförd energi bestäms.Tillförseln av digitalt omvandlad ström från en Iikströmkälla (10) avbryts närförutbestämd energimängd har tillförts. Värme tillförs batterier hos lik-strömskällan (10), när temperaturen hos batterierna är under ett förutbestämtvärde. Anordningen innefattar en styrmodul (31), innefattande en centralen-het (26) och en effektstyrenhet (28), varvid centralenheten (26) och styrenhe-ten (28) är operativt förbundna för fortlöpande mätning av svetsströmmen, enav effektstyrenheten (28) styrd omkopplingskretsmodul (12) för åstad-kommande av väsentligen konstant svetsström vid en förutbestämd nivå.Värmeöverföringsorgan (34; 70) är anordnade i termisk kontakt med batteri-ema, varvid centralenheten (26) är utförd att aktivera Värmeöverföringsorga- net (34; 70) när batteriernas temperatur understiger ett förutbestämt värde AH p4247se00 sv psooc 1006-18 ver. 22

Description

15 20 25 30 534 501 2 pinnlödning sker utomhus då temperaturen kan variera mellan - 30°C och mer än +50°C. Nu tillgängliga högeffektbattericeller kan tillhandahålla tillräck- liga strömstyrkor vid normala temperaturer, men lider av låg kapacitet vid mycket låga temperaturer.

UPPFINNINGEN I SAMMANFATTNING Ett syfte med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett batteridri- vet lödningssystem som ger förutsägbara resultat under varierande förhål- landen. En ny styrmetod säkerställer att en jämn strömlntensitet tillförs. I ett utförande isoleras batterier hos en likspänningskälla och bibehålls vid lämplig drifttemperatur. Det finns också organ anordnade för att upprätthålla lämplig temperaturi samband med att batteriema laddas. Lödningssystemet i enlig- het med uppfinningen är allmänt sett lämpligt för olika elektrodtyper och mycket lämpligt att användas som ett pinnlödningssystem, hos vilket en lod- pinne används som elektrod.

Ström frän likspänningskällan omforrnas med digitala komponenter och mäts fortlöpande. De digitala komponentema styrs för att upprätthålla konstant strömstyrka, även under varierande driftsförhållanden. Även den tíd under vilken ström tillförs hålls på konstant nivå. Genom att styra såväl strömstyrkan som den tid under vilken ström tillförs kan kvaliteten hos löd- ningsprocessen säkerställas. Under lödningsprocessen hålls också den till- förda energin på konstant nivå.

I ett utförande innefattar likspänningskällan ett flertal uppladdningsbara celler ordnade i grupper av parallell- och seriekopplade celler. Cellema är anordnade på en värmeavgivande matta i en apparatlåda. Apparatlådan är företrädesvis värmeisolerad. Åtminstone en temperaturgivare är anordnad i närheten av cellerna för att känna av temperaturdata. En styrenhet övervakar fortlöpande celltemperaturen och styr tillförsel av effekt till den värmeavgi- vande mattan, närhelst temperaturen faller under en för cellerna föredragen arbetstemperatu r.

AH p4247as00 sv pmdoc 10-06-18 var. 22 10 15 20 25 30 534 501 3 Den värmeavgivande mattan kommer också att medverka till att över- föra värme från cellema, när temperaturen höjs under intensiva urladdnings- sekvenser. Värmeavgivning fràn cellema genom den värrneavgivande mattan kan förbättras i sådana utföranden då apparatlàdan är av metall.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA För bättre förståelse av det sätt på vilket ovan angivna fördelar och syften med uppfinningen kan åstadkommas beskrivs den ovan översiktligt angivna uppfinningen mera utförligt med hänvisning till särskilda utföranden av den, vilka visas på efterföljande figurer.

Med förståelse för att dessa figurer endast visar typiska utföranden av uppfinningen och därför inte ska anses begränsa dess utsträckning kommer uppfinningen att beskrivas och förklaras mera i detalj med hjälp av bifoade figurer, på vilka Fig. 1 schematiskt visar ett kretsschema över ett grundläggande utförande i enlighet med uppfinningen, Fig. 2 är en perspektivvy ovanifrån av en apparatlàda, som utgör del av ett praktiskt utförande av uppfinningen, Fig. 3 är en sidovy delvis i tvärsektion en apparatlàda, som utgör del av ett praktiskt utförande av uppfinningen, Fig. 4 är ett blockschema över ett utförande av en anordning i enlighet med uppfinningen, Fig. 5 visar grafer över utsignaler från en pulsbreddsmodulationskrets upptill och en resulterande utström nedan och Fig. 6 är ett schematiskt diagram som visar aktueil ström som en funktion av tiden under en pinnlödningsprocess.

UPPFINNINGEN AH p4247se00 av pmdoc 10-06-18 ver. 22 10 15 20 25 30 534 501 4 Det schematiska diagrammet i Fig. 1 visar ett utförande av grund- läggande elektroniska och elektriska komponenter som kan användas i en anordning i enlighet med uppfinningen. Det torde noteras att alla enskilda komponenter som visas i Fig. 1 ska betraktas som grundläggande funktionel- la element som kan ersättas av kretsar eller kompletterande komponenter, vilka ger samma eller motsvarande funktioner.

Erforderlig energi för drift av en pinnlödningspistol och pinnlödnings- processen kommer från en uppsättning battericeller 10. Ström från cellerna leds till en omvandlingskretsmodul 12. Kommersiellt tillgängliga omvand- lingskomponenter, som till exempel krafttransistorer av typen MOSFET, kan användas. En omkopplingsfrekvens på omkring 30 kHz används vanligen.

Omvandlingskretsmodulen 12 kommer att avge ström av mycket hög styrka som kommer att möjliggöra pinnlödning.

En utgångsinduktans 14 är ansluten mellan omvandlingskretsmodulen 12 och en första utgång 16 hos anordningen. En andra utgång 18 är vanligt- vis förbunden med jord. En kondensator 20 är parallellkopplad med batteri- cellema 10 i stabiliserande syfte.

En shuntresistor 22 är kopplad i serie med battericellema 10. l det vi- sade utförandet är shuntresistom 22 ansluten vid den andra utgången 18. All ström som tillförs pinnlödningsprocessen kommer att passera genom shunt- resistom 22 och genom att mäta spänningen över shuntresistom 22, som har ett känt och väldefinierat värde, kan den verkliga tillförda strömmen be- stämmas. En diod 24 är kopplad mellan shuntresistorn 22 och utgångsinduk- tansen 14. Utgångsinduktansen 14 och dioden 24 kommer att medverka till en väldefinierad och jämn utström.

En centralenhet 26 är ansluten för att mäta utströmmen. I det visade utförandet erhålls en utströmmen indikerande signal genom mätning av spänningen över shuntresistom 22. Två ingångsledningar till centralenheten 26 är anslutna till shuntresistom 22 med en på vardera sidan om den. Även utspänningen, som mäts på den första utgången 16 överförs till centralenhe- ten 26 via ytterligare en ingångsledning.

Omvandlingskretsmodulen 12 styrs och drivs av effektstyrenhet 28 ge- AH 942478600 sv 98.600 10-06-18 ver. 22 10 15 20 25 30 534 501 5 genom en mellan en utgång hos styrenheten 28 och en styringång 29 hos omvandlingskretsmodulen 12 ansluten styrledning. Styrenheten 28 har ytter- ligare två styringàngar, vilka är anslutna för att ta upp ett värde som repre- senterar utströmmen. l det visade utförandet är de två ytterligare inkopplade över shuntresistorn 22. I andra utförandet mäter effektstyrenheten 28 och centralenheten 26 utströmmen med andra strömmätningstekniker.

Effektstyrenheten 28 avger pulsbreddmodulationssignaler till omvand- lingskretsmodulen 12 för att upprätthålla en förutbestämd utström från om- vandlingskretsmodulen 12. Effektstyrenheten 28 är också förbunden med centralenheten 26 för mottagning av instruktioner och för att utbyta data samt är förbunden med en in- och utgångsenhet 30. ln- och utgångsenheten 30 är förbunden med ett flertal omkopplare och knappar 32 som används för inställning och installation. Effektstyrenheten 28, centralenheten 26 och in- och utgångsenheten 30 kan vara anordnade i en styrmodul 31. l vissa utföranden är battericellema 10 anordnade på en värmeavgi- vande matta 34 som, även under låga temperaturförhållanden, åstadkommer lämplig arbetstemperatur för cellema. Den värrneavgivande mattan styrs av centralenheten med hjälp av en i närheten av battericellema anordnad första temperaturgivare 36. En andra temperaturgivare 37 är också anordnad i när- heten av battericellerna för att förse en laddare med relevant temperaturin- formation, när battericellema laddas. Den första temperaturgivaren 36 och den andra temperaturgivaren 37 är operativt förbundna med centralenheten 26.

Ett grundutförande av en apparatlåda 38 visas i Fig. 2. Apparatlàdan 38 är utformad som en låda med rektangulär tvärsektion och med sidoväggar 40 och en botten 41. Alla invändiga delar av väggarna 40 är täckta av ett värrneisolerande lager 42. En värrneavgivande matta 34 är anordnad på bottnen 41 och täcker den fullständigt i det visade utförandet. I vissa utföran- den är värmeavgivande mattor av samma typ som den på bottnen 41 an- vända mattan anordnade på vissa eller samtliga värrneisolerande skikt som täcker väggarna. Den värrneavgivande mattan 34 utgör ett underlägg för bat- AH p4247se00 sv psdoo 10-06-18 var. 22 10 15 20 25 30 534 501 6 tericellema 10. En frontpanel 44 uppbär strömuttag, omkopplare och liknan- de anordningar, se Fig. 3 och beskrivningen nedan.

Fig. 3 visar arrangemanget med battericellema 10 och den värmeavgi- vande mattan 34. Under normala förhållanden kommer den värmeavgivande mattan att överföra värme från de enskilda battericellema till följd av den höga värmeavgivningen från battericellema. Om den första temperaturgiva- ren 36 detekterar en temperatur under ett första förutbestämt värde, kommer styrmodulen att säkerställa att energi tillförs den värmeavgivande mattan 34 till dess att en önskad temperatur nära battericellema uppnås. Om den tem- peratur som detekteras av den första temperaturgivaren 36 faller utanför ett förutbestämt intervall, bestämt av battericellemas önskvärda arbetsförhål- landen, stoppar styrrnodulen 31 fortsatta lödningsprocesser, tills temperatu- ren åter ligger inom nämnda intervall.

Endast en uppsättning battericeller visas. I ett utförande används totalt trettiosex celler. Cellema är parallell- och seriekopplade för att kunna avge lämpliga ström- och effektnivåer. Omkopplare 46, knappar 32 och uttag 48 är anordnade på frontpanelen 44 och förbundna med styrmodulen 31. Den andra temperaturgivaren 37 är förbunden med ett laddningsuttag 49, i vilket en laddare kan förbindas för laddning av battericellema. Styrmodulen 31 är anordnad ovanför battericellema 10. Ett lock (ej visat) kan anordnad på kon- ventionellt sätt.

När laddaren är förbunden via Iaddningsuttaget 49 överförs ett från den andra temperaturgivaren 37 erhållet aktuellt temperaturvärde till ladda- ren. Om temperaturvärdet inte ligger inom ett förutbestämt temperaturinter- vall, kommer någon laddningsprocess inte att ske.

Det i Fig. 4 visade blockschemat visar olika logiska eller funktionella block som kan implementeras i separata kretsar eller som kombinationer av hårdvarukomponenter och mjukvarufunktioner. Huvudmoduler är en pinnlöd- ningspistol 50 med en lodpinne 52. Pinnlödningspistolen 50 är förbunden med en effektenhet 54 för tillförsel av effekt och till en pistolstyrenhet 56. Pi- stolstyrenheten 56 är förbunden med en lödningsstyrenhet 57, som bildar en del av centralenheten 26. Effektenheten 54 kan innefatta kondensatorn 20 AH p4247sa00 av psdoc 10-06-18 ver. 22 10 15 20 25 30 534 501 7 20 och dioden 24. Pinnlödningspistolen 50 innefattar elektriska, hydrauliska eller pnumatiska organ för att automatiskt föra Iodpinnen 52 fram mot en yta 83 hos ett arbetsstycke under pinnlödningsprocessen för att upprätthålla vä- sentligen konstant avstånd mellan Iodpinnen 52 och ytan 83 hos arbets- stycken medan lödströmmen tillförs. ln- och utgångsenheten 30 är förbunden med tidsinställnings- och ln- och utgångssektion 58 hos centralenheten 26. In- och utgångssektionen 58 är operativt förbunden med en timer 60. Timem 60 används för att styra en omvandlingsmodul 62, som är anordnad för omvandling av den tillgängliga batterispänningen från battericellema till driftsspänningar för elektronikkretsar och till pistolstyrenheten 56. En spänningsreferenskrets 64 tillhandahåller referensspänningar till omvandlingsmodulen 62 och är också förbunden med en startstyrkrets 66, vilken är en del av styrrnodulen 31. Timem 60 kommer också att mäta en inaktivitetstid då ingen pinnlödning sker. Om inaktivitetsti- den överstiger en förutbestämd inställd tid, till exempel 20 minuter, kommer alla strömförbrukande komponenter att stängas av.

Styrrnodulen 31 innefattar också en systemstyrenhet 68, vilken är för- bunden med extema temperaturgivare 36, 37. Beroende på temperaturgi- varnas temperatur kommer systemstyrenheten 68 att styra ett uppvärrnnings- och kylorgan 70, som är termiskt förbundet med battericellema. Upp- värmnings- och kylorganet 70 innefattar värmeöverföringsmattan 34.

Lödningsstyrsystemet 57 är förbundet med en pulsbreddsmodulatork- rets 72 och med en lödningstlmer 73. En effektmoduleringssignal överförs från pulsbreddsmodulatorkretsen 72 till effektenheten 54 genom en drivkrets 74, vilken åstadkommer erfordertig förstärkning av modulationssignalen. Ef- fektenheten är förbunden med pinnlödningspistolen 50 och med en första nivåstyrenhet 76. Den första nivåstyrenheten 76 omvandlar en lödsspänning från effektenheten 54 till lämplig nivå för en spänning- och strömingångsen- het 78 hos styrrnodulen 31.

Spänning- och strömingångsenheten 78 är också förbunden med en andra nivåstyrenhet 80, som tillhandahåller ett den verkliga lödströmmen an- visande mätvärde. l det visade utförandet erhålls lödströmmen som en spän- AH p4247se00 sv psnoc 10-06-18 var, 22 10 15 20 25 30 534 501 8 spänning över en shuntresistor 22. Pinnlödningspistolen 50 tar emot och uppbär en Iodpinne 52 på konventionellt sätt. En jordningsanordning 82, som är fäst i en metallyta 83 där en förbindelse ska åstadkommas, sammanbinder en sluten krets med lodpinnen 52. l ett utförande innefattar jordningsan- ordningen 82 en jordningsmagnet.

Den övre grafen i Fig. 5 visar schematiskt en spänningsutsignal UpwM från pulsbreddsmodulationskretsen 72. Denna signal förstärks ytterligare i drivkretsen 74 och leds sedan till effektenheten 54, som förser pistolen 50 med effekt. Effektenheten 54 innefattar omvandlingskretsmodulen 12, kon- densatom 20, dioder 24 och utgångsinduktansen, se Fig. 1. Den nedre gra- fen i Fig. 5 visar schematiskt en utgàngsström som tillförs pistolen 50 och lodpinnen 52. De i Fig. 5 visade svängningama hos utgångsströmmen är endast små och utgångsströmmen hålls på väsentligen konstant nivå under lödningsprocessen.

Frekvensen hos spänningsutsignalen är ungefär 30 kHz, vilket ger en period på ungefär 33 ps. Tack vare dioden 24 och utgàngsinduktansen 14 (se Fig. 1) kommer utsignalströmmen att jämnas ut. Utsignalsströmmen för- blir vid en konstant nivå under varje pinnlödningsprocess i enlighet med Fig. 6.

En pinnlödningsprocess varar ungefär 1 sekund eller något mera. Som framgår av Fig. 6 kommer den ström som verkligen används under proces- sen att stiga mycket snabbt till en förutbestämd nivå, som i det visade ex- emplet är 260 A, där den förblir under en förutbestämd tid. Längden pinnlöd- ningsprocessen motsvarar erforderlig energi och bestäms av olika faktorer som lodpinnens storlek, volym och material. Värdet på strömmen justeras enkelt genom styrenheten 57 och pulsbreddmodulationskretsen 72. Lödning med kolelektrod kräver normalt tillförsel av mer energi. Även vid vanlig användning av en pinnlödningspistol kan organet för framdrivning av lodpinnen kräva justeringar då och då för att säkerställa att avståndet mellan lodpinnen och ytan hos arbetsstycket hålls väsentligen konstant. Kortare avstånd kunde i tidigare kända system leda till kortare pinn- lödningstider och viss osäkerhet beträffande kvaliteten. Om avståndet skulle AH p4247ae00 sv pmdoc 10-06-18 ver. 22 534 501 9 skulle överstiga ett föredraget värde, kan pinnlödningsprocessen avbrytas för tidigt.

Sådana effekter undviks fullständigt i enlighet med uppfinningen efter~ som såväl strömnivå som pinnlödningstiden hålls på förutbestämda och in- ställbara nivåer väsentligen oberoende av det verkliga avståndet. Även den totala energin som används under pinnlödningsprocessen hålls konstant.

AH p4247se00 sv padoc 10-06-18 var. 22

Claims (11)

10 15 20 25 30 534 501 10 PATENTKRAV

1. Metod för styming av en Iödningsprocess, innefattandet åtgärderna att tillföra svetsström genom en mot en metallyta hos ett arbetsstycke tryckt elektrod (52) och separera elektroden (52) från metallytan under bildande av en svetsbåge. k ä n n e te c k n a d av åtgärderna fortlöpande mätning av svetsströmmen och svetstiden, fortlöpande bestämning av tillförd energi baserat på svetsströmmen och svetstiden, digital omvandling av ström tillförd från en likströmskälla (10) så att väsentligen konstant svetsström upprätthålls, avbrytning av tillförseln av svetsströmmen när förutbestämd ener- gimängd har tillförts och upptagning av ett första temperaturvärde indikerande temperaturen hos batterier ingående i likströmskällan (10) och tillförsel av värme till batteri- ema, när batteriemas temperatur är under ett förutbestämt värde, så en drift- temperatur hos batteriema upprätthålls och erforderlig svetsström åstad- koms.

2. Metod i enlighet med krav 1, varvid även ingår åtgärden upptagande av ett andra temperaturvärde som indikerar temperaturen hos de batterier som ingår i likströmskällan och sätta laddning av batterierna ur stånd, när tempe- raturen hos batteriema är under en förutbestämd nivå.

3. Metod i enlighet med krav 1, varvid även ingår åtgärden fortlöpande mät- ning av svetsströmmen, upprätthållande svetsströmmen vid en förutbestämd nivå genom pulsbreddmodulering av en likström från likströmskällan (1 O).

4. Metod i enlighet med krav 1, varvid lödningsprocessen är en pinnlöd- ningsprocess och varvid även ingår åtgärden framdrivning av en lodpinne (52) automatiskt mot en yta (83) hos ett arbetsstycke under pinnlödningspro- cessen för att upprätthålla väsentligen konstant avstånd mellan lodpinnen (52) och arbetsstyckets yta (83) medan svetsströmmen tillförs. AH p4247se00 sv psdoc 10-06-18 ver. 22 10 15 20 25 30 534 501 11

5. Metod i enlighet med krav 1, varvid även ingår åtgärdema fortlöpande mätning av en stopptid efter avslutning av en lödningsprocess och avstäng- ning av effektförbrukning när stopptiden överstiger en förutbestämd tid.

6. Anordning för styming av en pinnlödningsprocess under vilken en lodpin- ne (52) förbinds med en metallyta (83) hos ett arbetsstycke, innefattande en likströmskälla (10), en första utgång (16) för tillförsel av svetsström, en andra utgång (18) för mottagning av svetsströmmen, k ä n n e te c k n a d av en styrmodul (31), innefattande en centralenhet (26) och en effekt- styrenhet (28), varvid centralenheten (26) och styrenheten (28) är operativt förbundna för fortlöpande mätning av svetsströmmen, en av effektstyrenheten (28) styrd omkopplingskretsmodul (12) för åstadkommande av väsentligen konstant svetsström vid en förutbestämd nivå, varvid centralenheten (26) är utförd att avbryta tillförseln av svetsström när förutbestämd energimängd har tillförts, en första temperaturgivare (36) är anordnad i närheten av de i lik- strömskällan (10) ingående batteriema och operativt förbunden med central- enheten (26) och värmeöverföringsorgan (34; 70) är anordnade i termisk kontakt med batteriema, varvid centralenheten (26) är utförd att aktivera värmeöver- föringsorganet (34; 70) när batteriernas temperatur understiger ett förutbe- stämt värde så att en driftstemperatur hos batterierna upprätthålls och erfor- derlig svetsström åstadkoms.

7. Anordning i enlighet med krav 6, varvid omkopplingskretsmodulen (12) är en pulsbreddmodulationskrets.

8. Anordning i enlighet med krav 6, varvid batterierna är anordnade i en ap- paratlàda med en botten (41) och med bottnen (41) vattentätt förbundna väg- gar (40). AH p4247se00 av psooc 10-06-18 ver. 22 10 534 501 12

9. Anordning i enlighet med krav 8, varvid värmeöverföringsorganet (70; 34) innefattar en bottnen (41) åtminstone delvis täckande värrneöverförande matta (34) och varvid den täckta delen har en yta som är tillräcklig för att uppbära batterierna.

10. Anordning i enlighet med krav 8, varvid åtminstone en väsentlig del av väggama (40) är täckta av ett isolerande skikt (42).

11. Anordning i enlighet med krav 8, varvid en andra temperaturgivare (37) är anordnad i närheten av de i likströmskällan (10) ingående batteriema och är operativt förbunden med en anslutning (49) för laddare. AH [342479600 Sv 98.006 10-06-18 var. 22