WO2019174929A1 - Wellenlötmaschine und verfahren zur bestimmung der höhe der lötwelle - Google Patents

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WO2019174929A1
WO2019174929A1 PCT/EP2019/055112 EP2019055112W WO2019174929A1 WO 2019174929 A1 WO2019174929 A1 WO 2019174929A1 EP 2019055112 W EP2019055112 W EP 2019055112W WO 2019174929 A1 WO2019174929 A1 WO 2019174929A1
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WO
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wave
solder
nozzle
liquid solder
displacement body
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PCT/EP2019/055112
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Simon Hame
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Ersa Gmbh
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    • B23K2101/36—Electric or electronic devices
    • B23K2101/42—Printed circuits

Definitions

  • the invention relates to a wave soldering machine with a pump for conveying liquid solder, with at least one soldering nozzle, in which the liquid solder is conveyed to produce a solder wave, and with a reference nozzle, in which the liquid solder is conveyed to determine the wave height.
  • Wave soldering often a plurality of solder nozzles, for example, arranged on a nozzle plate so that the outlet openings of the solder nozzles in the soldering position have substantially vertically upwards.
  • soldering area specific shaped, and each solder nozzle is assigned to a specific area of the board to be soldered.
  • soldering the solder nozzle or the nozzle plate with the soldering nozzles arranged thereon from below to the board to be soldered moved up.
  • the interior of the solder nozzle or the nozzle plate with the soldering nozzles arranged thereon from below to the board to be soldered moved up.
  • Lötdüse flows through from below with liquid solder, which emerges wave-like at the top in the soldering position nozzle opening and wets the solder joints of the board positioned there so that the desired solder joint between the component to be soldered - or between the wire projection of the component - and the associated area Board trace is made.
  • a wave soldering machine with a wave height test system is known, for example, from DE 10 2015 212 960 A1.
  • a needle is used in a reference nozzle whose free end defines a test point of a test height.
  • an electrical signal is generated.
  • Test Height Device can only be determined if the test height is reached. It can not be determined by what degree the test height has fallen below or exceeded.
  • the measurement of the height of the shaft takes place in a branch, wherein the determination of the wave height in the branch takes place via a sensor.
  • CN 202591786 From CN 202591786 it is known to place a float on a wave of liquid solder to determine its height to a reference point.
  • the float can via a connection arrangement with a in a
  • volume change of the room the changing pressure in the room can be measured.
  • the present invention has for its object to provide a wave soldering machine, which determines the wave height in a simple and fast way and
  • Displacement body is provided, wherein the
  • Displacement body for measuring the wave height at least partially immersed in the liquid solder. Furthermore, a measuring device is provided which measures the buoyancy force acting on the displacer immersed in the liquid solder. In addition, an evaluation unit is provided with which, depending on the buoyancy force, the wave height in the reference nozzle, and thus also the wave height in the soldering nozzle, can be determined. Depending on the immersion depth of the
  • Displacement body in the reference shaft or the liquid solder changes the force acting on the displacement body, the force of gravity buoyancy.
  • Reference shaft of the reference nozzle is the displacement body deeper immersed in the liquid solder; the displacement force is comparatively high. With a lower reference wave in the reference nozzle of the displacement body is only slightly immersed in the solder wave, whereby the buoyancy force, which counteracts the force of gravity, is relatively low. From the buoyancy force measured by the evaluation unit can
  • the height of the reference wave forming in the reference nozzle corresponds to the height of the solder wave forming in the soldering nozzle.
  • the displacement body is stationary, so not
  • the measuring device does not measure a path traveled by the displacement body, but only the force acting on the displacement body.
  • Reference nozzle and in the respective solder nozzle for example, selectively varied and associated buoyancy forces are deposited for different wave heights.
  • the later operation of the wave soldering machine can then from the stored values of the buoyancy force to the respective wave height in the Reference nozzle and to be inferred in the respective soldering nozzle.
  • the evaluation unit is designed such that it regulates the pump as a function of the measured buoyancy force.
  • a closed control loop can be provided, wherein the wave height, or the buoyancy force resulting from the wave height, is the controlled variable
  • Wave soldering machine can depend. But also the composition of the liquid solder, the soldering temperature, the viscosity of the solder or the like can be used as input variables.
  • the buoyancy force may be configured to a function of the measured buoyancy force and / or the power of the pump
  • Pollution degree of at least one soldering nozzle and / or the Lot USsystems can determine. If contamination occurs in a soldering nozzle or within the Lot USsystems, for example by unwanted Lotablagerieux, residues and / or by forming crystals, so the flow resistance of the solder changes. In particular, in the pump tube, which may for example run under the crucible, such residues and / or crystals may accumulate. Overall, it can be deduced on the course of the buoyancy force and / or on the associated pump performance on a degree of contamination. Different threshold values can be defined. When exceeding a respective
  • Threshold an associated pollution level can be detected.
  • An advantageous wave soldering machine sees one
  • Display device with which the wave height determined by the evaluation and / or a degree of contamination are displayed to a user.
  • the display can do this
  • the displacement body may preferably have a tip and an adjoining body portion, wherein at least the tip is immersed in the solder wave at the reference nozzle during operation of the machine. It is advantageous if the tip is conical and when the body portion is cylindrical.
  • Body portion may be in particular circular cylindrical.
  • Such a displacement body which has a symmetrical design, may have comparatively small dimensions and nevertheless immerse selectively in the solder wave at the reference nozzle.
  • the displacement body preferably has a preferably vertical position on the side facing away from the solder wave
  • Displacer is coupled to the measuring device.
  • the measuring device can be arranged locally away from the wave of liquid solder and be housed protected accordingly.
  • Protective housing is surrounded, so that flowing out of the reference nozzle liquid solder between the outer wall of the
  • Reference nozzle and the inside of the protective housing can drain. This has the advantage that no impurities or undesired reaction of the solder can occur due to the provision of the reference nozzle. In addition, an undesirable Cooling of the liquid solder when flowing out of the reference nozzle prevented.
  • the protective housing is preferably at least substantially airtight and filled with a protective gas, in particular nitrogen, to avoid oxidation of the liquid solder.
  • a protective gas in particular nitrogen
  • the protective housing has a viewing window.
  • the method being provided in particular for operating a wave soldering machine according to the invention.
  • the liquid solder is conveyed into at least one solder nozzle and into a reference nozzle, wherein a displacement body is placed in the reference nozzle, so that the buoyancy force acting on the displacement body
  • the wave height of the solder wave in the soldering nozzle is determined depending on the measured buoyancy force.
  • the wave height can be determined in a simple yet very accurate manner.
  • a pump conveying the liquid solder is regulated as a function of the buoyancy force. Consequently, a setpoint-actual comparison is carried out and the pump is adjusted accordingly if it deviates from the setpoint value.
  • Another method provides that a degree of contamination of the at least one solder nozzle or the Loticosystems is determined in dependence on the buoyancy force.
  • Figure 1 is a schematic representation wave soldering machine with a Wellen eintownnmesssytem
  • FIG. 2 shows the wave height measuring system of the invention
  • Figure 3 is a front view of the Wellen ein einnmesssytems
  • FIG. 1 a wave soldering machine 10 according to the invention is shown systematically, with a pump 12, with which liquid solder in operation is pumped on the one hand into a soldering nozzle 14 and on the other hand into a reference nozzle 16.
  • the reference nozzle 16 is part of a Wellen Ecknmesssytems 17. Die
  • Wave soldering machine 10 may have a plurality of soldering nozzles 14, not shown.
  • each solder waves 18 are formed for soldering printed circuit boards.
  • the solder wave 18 in the soldering nozzle 14 has a wave height hi.
  • the reference nozzle 16 Due to the pressure generated by the pump 12, the reference nozzle 16 forms a reference shaft 20 whose height h 2 ideally corresponds to the height h 2 of the solder wave 18.
  • the height h 2 is slightly different from the height h 2 , for example due to flow differences,
  • Displacement body 22 is coupled via a connecting rod 24 with a measuring device 26. With the measuring device 26 which acts on the displacement body 22
  • Buoyancy force resulting from immersing the displacer 22 in the reference shaft 20 is measured.
  • Measuring device 26 is connected to an evaluation unit 28 which, depending on the measurement result of the measuring device 26, the wave height of the reference shaft 20, and thus also the
  • Reference nozzle 16 is arranged.
  • the pump 26 is preferably actuated by the evaluation unit 28.
  • Control of the pump 12 is carried out in dependence of the measured height h 2 of the reference shaft 20. It is also conceivable that the control of the pump 12 in response to other input variables 30, 32 takes place, for example, the
  • soldering components the soldering temperature and / or the
  • the height h 2 of the reference shaft 20 (and thus also the height h 2 of the solder wave 18) at a
  • a display device 29 may be provided with which the evaluated by the evaluation unit 28 data is displayed to a user.
  • FIGS. 2, 3 and 4 show a possible embodiment of a wave height measuring system 17.
  • the Wellen Ecknmesssytem 17 includes a transverse channel 30, which in operation with the
  • Lötwellenmaschine 10 can be arranged.
  • Transverse channel 30 can flow from the pump 12 promoted, liquid solder in the Wellen Ecknmesssytem 17.
  • the liquid solder which is identified by the reference numeral 32 in FIG. 4, first flows through a riser pipe 34 into the one
  • Nozzle top edge 36 having reference nozzle 16 having reference nozzle 16. In operation, the liquid solder 32 flows at least temporarily and
  • Protective housing 42 is formed. In the annular gap 40, the solder 32 flows downwards following gravity and leaves in the
  • the displacement body 22 is located in the reference nozzle 16
  • Displacement body 22 is hollow and has a conical tip 46 and a circular cylindrical
  • Body section 48 in liquid solder.
  • Transverse channel 30 facing away from the displacement body 22 of the connecting rod 24, which connects the displacement body 22 with the measuring device 26.
  • the measuring device 26 measures the gravity of the displacement body 22 together Connecting rod 24 minus the buoyancy force acting on the displacement body 22 or measures - in a "tare"
  • the protective housing 42 extends, as is clear from Figure 4, not only around the riser 34, but also to the
  • the protective housing 42 is hermetically sealed and filled with a protective gas, in particular nitrogen.
  • a fan 50 is provided for cooling the measuring device 26, a fan 50 is provided.
  • a support frame 52 is provided, with which the protective housing 42 and the measuring device 26 is attached to the transverse channel 30.
  • the protective housing 42 has a window 54.

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Abstract

Wellenlötmaschine (10) mit einer Pumpe (12) zum Fördern von flüssigem Lot in einem Lotfördersystem, mit wenigstens einer Lötdüse (14), in die das flüssige Lot zur Erzeugung einer Lötwelle (18) gefördert wird, und mit einer Referenzdüse (16), in die das flüssige Lot zur Bestimmung des Wellenhöhe (h1, h2) in der Lötdüse (14) und/oder in der Referenzdüse (20) gefördert wird, dadurch gekennzeichnet, dass in der Referenzdüse (16) ein ortsfest und nicht verschieblich angeordneter Verdrängungskörper (22) vorgesehen ist, der wenigstens abschnittsweise in das flüssige Lot eintaucht, dass eine Messeinrichtung (26) vorgesehen ist, die die auf den in das flüssige Lot eintauchenden Verdrängungskörper (22) wirkende Auftriebskraft misst, und dass eine Auswerteeinheit (28) vorgesehen ist, mit der im Betrieb die Wellenhöhe (h1, h2) in Abhängigkeit von der Auftriebskraft bestimmt wird.

Description

Titel: Wellenlötmaschine und Verfahren zur Bestimmung der Höhe der Lötwelle
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Wellenlötmaschine mit einer Pumpe zum Fördern von flüssigem Lot, mit wenigstens einer Lötdüse, in die das flüssige Lot zur Erzeugung einer Lötwelle gefördert wird, und mit einer Referenzdüse, in die das flüssige Lot zur Bestimmung der Wellenhöhe gefördert wird.
Bei der Herstellung bestückter Leiterplatten werden die auf der Leiterplatte angeordneten Bauteile durch Wellenlöten mit der Leiterplatte verbunden. Bei Anlagen zum selektiven
Wellenlöten werden häufig mehrere Lötdüsen beispielsweise auf einer Düsenplatte so angeordnet, dass die Austrittsöffnungen der Lötdüsen in der Lötposition im Wesentlichen vertikal nach oben weisen. Dabei ist der Querschnitt jeder Lötdüse
lötbereichsspezifisch geformt, und jede Lötdüse ist einem bestimmten zu lötenden Bereich der Platine zugeordnet. Zum Löten wird die Lötdüse bzw. die Düsenplatte mit den darauf angeordneten Lötdüsen von unten an die zu lötende Platine herangefahren. Dabei wird gleichzeitig der Innenraum der
Lötdüse von unten mit flüssigem Lot durchströmt, welches an der in Lötposition obenliegenden Düsenöffnung wellenartig austritt und die dort positionierten Lötstellen der Platine so benetzt, dass die gewünschte Lötverbindung zwischen dem zu verlötenden Bauteil - bzw. zwischen dem Drahtüberstand des Bauteils - und dem zugehörigen Bereich der Platinen-Leiterbahn hergestellt wird.
Einer exakten Kontrolle aller Prozessparameter, wie
beispielsweise Temperaturen, Lotdurchflussmengen, Abständen, Vorschubgeschwindigkeiten usw. kommt beim Wellenlöten sowie beim Multi-Wellenlöten mit mehreren Lötdüsen, eine hohe
Bedeutung zu, um mit hoher Reproduzierbarkeit qualitativ hochwertige Lötstellen zu erhalten. Eine zentrale Anforderung beim Wellenlöten liegt darin, dass die Höhe der Welle aus flüssigem Lot exakt bestimmt und nachjustiert werden kann.
Eine Wellenlötmaschine mit einem Wellenhöhentestsystem ist beispielsweise aus der DE 10 2015 212 960 Al bekannt. Dort findet in einer Referenzdüse eine Nadel Verwendung, deren freies Ende einen Testpunkt einer Testhöhe definiert. Bei Inkontaktkommen des freien Endes der Nadel mit dem flüssigen Lot wird ein elektrisches Signal erzeugt. Mit dieser
Vorrichtung kann lediglich bestimmt werden, ob die Testhöhe erreicht ist. Es kann nicht bestimmt werden, um welchen Grad die Testhöhe unterschritten oder überschritten ist. Ein
Nachregeln des Pumpenantriebs um eine konstante Testhöhe zu erreichen ist deshalb nicht oder nur bedingt möglich.
Aus der DE 10 2013 225 887 Al ist eine andere
Wellenlötmaschine bekannt, bei der ein Messelement in Form eines Messstreifens vorgesehen ist, an dem die Höhe der
Lötwelle letztlich abgelesen wird. Aus der DE 44 18 732 Al ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen und/oder Regeln der Höhe einer Lötwelle bekannt.
Die Messung der Höhe der Welle erfolgt dabei in einem Abzweig, wobei die Bestimmung der Wellenhöhe in dem Abzweig über einen Sensor erfolgt.
Aus der CN 202591786 ist es bekannt, einen Schwimmkörper auf einer Welle aus flüssigem Lot zu platzieren, um dessen Höhe zu einem Referenzpunkt zu bestimmen. Der Schwimmkörper kann dabei über eine Verbindungsanordnung mit einem in einem
geschlossenen Raum beweglichen Kolben verbunden sein, wobei über im Raum vorhandene Drucksensoren bei einer
Volumenänderung des Raumes der sich ändernde Druck in dem Raum gemessen werden kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wellenlötmaschine bereitzustellen, mit der auf einfache und schnelle Art und Weise die Wellenhöhe bestimmt und
nachgeregelt werden kann.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Wellenlötmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Dabei ist vorgesehen, dass in der Referenzdüse einen ortsfest angeordneten
Verdrängungskörper vorgesehen ist, wobei der
Verdrängungskörper zur Messung der Wellenhöhe wenigstens abschnittsweise in das flüssige Lot eintaucht. Ferner ist eine Messeinrichtung vorgesehen, die die auf den in das flüssige Lot eintauchenden Verdrängungskörper wirkende Auftriebskraft misst. Zudem ist eine Auswerteeinheit vorgesehen, mit der in Abhängigkeit von der Auftriebskraft die Wellenhöhe in der Referenzdüse, und damit auch die Wellenhöhe in der Lötdüse, bestimmt werden kann. Je nach Eintauchtiefe des
Verdrängungskörpers in die Referenzwelle bzw. das flüssige Lot ändert sich die auf den Verdrängungskörper, der Schwerkraft entgegen wirkende Auftriebskraft. Bei einer hohen
Referenzwelle der Referenzdüse ist der Verdrängungskörper tiefer in das flüssige Lot eingetaucht; die Verdrängungskraft ist vergleichsweise hoch. Bei niederer Referenzwelle in der Referenzdüse ist der Verdrängungskörper nur geringfügig in die Lötwelle eingetaucht, wodurch die Auftriebskraft, die der Schwerkraft entgegenwirkt, vergleichsweise gering ist. Aus der von der Auswerteeinheit gemessenen Auftriebskraft kann
letztlich auf die Wellenhöhe in der Referenzdüse und damit auch auf die Wellenhöhe in der Lötdüse rückgeschlossen werden.
Dabei ist zu berücksichtigen, dass im Idealfall die Höhe der sich in der Referenzdüse ausbildende Referenzwelle der Höhe der sich in der Lötdüse ausbildenden Lötwelle entspricht.
Unter Berücksichtigung der tatsächlichen Umstände sind die Höhen der beiden Wellen geringfügig unterschiedlich,
insbesondere aufgrund von unterschiedlichen Abständen zur Pumpe, von Strömungsunterschieden, von Verschmutzungen
und/oder unterschiedlichen Düsenanzahlen. In der Regel besteht allerdings eine eindeutige Abhängigkeit zwischen der
Wellenhöhe in der Referenzdüse zu der Wellenhöhe in der
Lötdüse .
Der Verdrängungskörper ist dabei ortsfest, also nicht
verschieblich innerhalb der Referenzdüse angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass keine zueinander bewegten Teile vorgesehen sind, welche einem Verschleiß oder einer Verschmutzung
unterliegen können. Die Messeinrichtung misst dabei keinen vom Verdrängungskörper zurückgelegten Weg, sondern lediglich die auf den Verdrängungskörper wirkende Kraft.
Dazu kann in einem Einlernprozess die Wellenhöhe in der
Referenzdüse und in der jeweiligen Lötdüse beispielsweise gezielt variiert werden und zugehörige Auftriebskräfte für unterschiedliche Wellenhöhen hinterlegt werden. Im späteren Betrieb der Wellenlötmaschine kann dann aus den hinterlegten Werten der Auftriebskraft auf die jeweilige Wellenhöhe in der Referenzdüse und in der jeweiligen Lötdüse rückgeschlossen werden .
Vorteilhafterweise ist die Auswerteeinheit so ausgebildet, dass sie in Abhängigkeit der gemessenen Auftriebskraft die Pumpe regelt. Hierdurch kann ein geschlossener Regelkreislauf bereitgestellt werden, wobei als Regelgröße die Wellenhöhe, bzw. die aus der Wellenhöhe resultierte Auftriebskraft
Verwendung findet. Selbstverständlich ist denkbar, dass auch weitere Eingangs- bzw. Regelgrößen berücksichtigt werden können, wie beispielsweise die Geometire der zu verwendenden Lötdüse oder des zu lötendenden Bauteils, von denen
insbesondere der Durchflusswiderstand des Lots durch die
Wellenlötmaschine abhängen kann. Aber auch die Zusammensetzung des flüssigen Lots, die Lottemperatur, die Viskosität des Lots oder dergleichen können als Eingangsgrößen Verwendung finden.
Es hat sich auch gezeigt, dass die Auswerteeinheit so
ausgebildet sein kann, dass sie in Abhängigkeit der gemessenen Auftriebskraft und/oder der Leistung der Pumpe einen
Verschmutzungsgrad der wenigstens einen Lötdüse und/oder des Lotfördersystems bestimmen kann. Tritt eine Verschmutzung in einer Lötdüse oder innerhalb des Lotfördersystems auf, beispielsweise durch ungewünschte Lotablagerungen, Rückstände und/oder durch sich bildende Kristalle, so ändert sich der Strömungswiderstand des Lots. Insbesondere im Pumpenrohr, das beispielsweise unter dem Tiegel verlaufen kann, können sich solche Rückstände und/oder Kristalle ansammeln. Insgesamt kann über den Verlauf der Auftriebskraft und/oder über die damit einhergehende Pumpenleistung auf einen Verschmutzungsgrad rückgeschlossen werden. Dabei können verschiedene Schwellwerte festgelegt werden. Bei Überschreiten eines jeweiligen
Schwellwertes kann ein zugehöriger Verschmutzungsgrad erkannt werden . Eine vorteilhafte Wellenlötmaschine sieht eine
Anzeigeeinrichtung vor, mit der die von der Auswerteeinheit bestimmte Wellenhöhe und/oder ein Verschmutzungsgrad einem Benutzer angezeigt werden. Die Anzeige kann dabei
beispielsweise kontinuierlich sein. Dadurch erhält der
Benutzer Informationen, ob die Wellenhöhen einen optimalen Wert aufweist und/oder ob eine Verschmutzung vorliegt.
Der Verdrängungskörper als solcher kann vorzugsweise eine Spitze und einen sich daran anschließenden Körperabschnitt aufweisen, wobei im Betrieb der Maschine zumindest die Spitze in die Lötwelle an der Referenzdüse eintaucht. Dabei ist vorteilhaft, wenn die Spitze konisch ausgebildet ist und wenn der Körperabschnitt zylindrisch ausgebildet ist. Der
Körperabschnitt kann insbesondere kreiszylindrisch sein. Ein solcher Verdrängungskörper, der eine symmetrische Ausbildung aufweist, kann vergleichsweise kleine Abmessungen aufweisen und dennoch gezielt in die Lötwelle an der Referenzdüse eintauchen .
Der Verdrängungskörper weist vorzugsweise auf der der Lötwelle abgewandten Seite einen sich vorzugsweise in vertikaler
Richtung erstreckenden Verbindungsstab auf, über den der
Verdrängungskörper mit der Messeinrichtung gekoppelt ist.
Dadurch kann die Messeinrichtung örtlich entfernt von der Welle aus flüssigem Lot angeordnet werden und entsprechend geschützt untergebracht werden.
Ferner ist vorteilhaft, wenn die Referenzdüse von einem
Schutzgehäuse umgeben ist, so dass aus der Referenzdüse ausströmendes flüssiges Lot zwischen der Außenwand der
Referenzdüse und der Innenseite des Schutzgehäuses abfließen kann. Dies hat den Vorteil, dass keine Verunreinigungen oder eine unerwünschte Reaktion des Lots aufgrund des Vorsehens der Referenzdüse erfolgen können. Zudem wird eine unerwünschte Abkühlung des flüssigen Lots beim Ausströmen aus der Referenzdüse unterbunden.
Vorteilhafterweise ist nicht nur die Referenzdüse vom
Schutzgehäuse umgeben, sondern auch der Verdrängungskörper.
Das Schutzgehäuse ist dabei vorzugsweise wenigstens weitgehend luftdicht und mit einem Schutzgas, insbesondere Stickstoff befüllbar, um eine Oxidation des flüssigen Lots zu vermeiden. Zur optischen Kontrolle des Verdrängungskörpers ist
vorteilhaft, wenn das Schutzgehäuse ein Sichtfenster aufweist.
Die eingangs genannte Aufgabe wird auch gelöst durch ein
Verfahren zur Bestimmung der Wellenhöhe einer aus flüssigem Lot bestehenden Lötwelle, wobei das Verfahren insbesondere zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Wellenlötmaschine vorgesehen ist. Gemäß dem Verfahren wird das flüssige Lot in wenigstens eine Lotdüse und in eine Referenzdüse gefördert, wobei in der Referenzdüse ein Verdrängungskörper platziert wird, so dass die auf den Verdrängungskörper wirkende Auftriebskraft
gemessen wird, und wobei die Wellenhöhe der Lötwelle in der Lötdüse in Abhängigkeit der gemessenen Auftriebskraft bestimmt wird. Über ein solches Verfahren kann auf einfache und dennoch sehr genaue Art und Weise die Wellenhöhe bestimmt werden.
Ferner ist vorteilhaft, wenn eine das flüssige Lot fördernde Pumpe in Abhängigkeit von der Auftriebskraft geregelt wird. Es wird folglich ein Soll-Ist-Vergleich durchgeführt und bei Abweichung vom Sollwert die Pumpe entsprechend eingestellt.
Ein weiteres Verfahren sieht vor, dass ein Verschmutzungsgrad der wenigstens einen Lotdüse bzw. des Lotfördersystems in Abhängigkeit von der Auftriebskraft bestimmt wird.
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausbildungen der
Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen, anhand derer ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben und erläutert wird.
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung Wellenlötmaschine mit einem Wellenhöhenmesssytem;
Figur 2 das Wellenhöhenmesssytem der erfindungsgemäßen
Wellenlötmaschine in perspektivischer Ansicht;
Figur 3 eine Vorderansicht des Wellenhöhenmesssytems
Referenzdüse gemäß Figur 2; und
Figur 4 einen Schnitt durch das Wellenhöhenmesssytem gemäß
Figur 3 entlang der Linie IV.
In der Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Wellenlötmaschine 10 systematisch gezeigt, mit einer Pumpe 12, mit der im Betrieb flüssiges Lot zum einen in eine Lötdüse 14 und zum anderen in eine Referenzdüse 16 gepumpt wird. Die Referenzdüse 16 ist dabei Teil eines Wellenhöhenmesssytems 17. Die
Wellenlötmaschine 10 kann mehrere, nicht dargestellte Lötdüsen 14 aufweisen. In den Lötdüsen 14 bilden sich jeweils Lötwellen 18 aus zum Löten von Leiterplatten. Die Lötwelle 18 in der Lötdüse 14 weist dabei eine Wellenhöhe hi auf. In der
Referenzdüse 16 bildet sich aufgrund des von der Pumpe 12 erzeugten Drucks eine Referenzwelle 20 aus, deren Höhe h2 im Idealfall der Höhe h2 der Lötwelle 18 entspricht. In der
Realität ist die Höhe h2 von der Höhe h2 etwas verschieden, beispielsweise aufgrund von Strömungsunterschieden,
Verschmutzungen und/oder unterschiedlichen Düsenanzahlen.
Jedenfalls kann aus der Höhe h2 der Referenzwelle 20 auf die Höhe hi der Lötwelle 18 rückgeschlossen werden. Zur Bestimmung der Wellenhöhe h2 - und damit auch zur Bestimmung der Wellenhöhe h2 - ist in der Referenzdüse 16 ein Verdrängungskörper 22 vorgesehen, der im Betrieb in das flüssige Lot der Referenzwelle 20 eintaucht. Der
Verdrängungskörper 22 ist über einen Verbindungsstab 24 mit einer Messeinrichtung 26 gekoppelt. Mit der Messeinrichtung 26 wird die auf den Verdrängungskörper 22 wirkende
Auftriebskraft, die aus dem Eintauchen des Verdrängungskörpers 22 in die Referenzwelle 20 resultiert, gemessen. Die
Messeinrichtung 26 ist mit einer Auswerteeinheit 28 verbunden, die in Abhängigkeit des Messergebnisses der Messeinrichtung 26 die Wellenhöhe der Referenzwelle 20, und damit auch der
Lötwelle 18 bestimmt. Je höher die Referenzwelle 20 ist, desto größer ist die auf den Verdrängungskörper 22 wirkende
Auftriebskraft. Je geringer die Auftriebskraft ist, desto geringer ist die Wellenhöhe h2 und damit auch die Wellenhöhe h2. Der Verdrängungskörper 22 ist dabei ortsfest in der
Referenzdüse 16 angeordnet.
Wie ebenfalls aus Figur 1 deutlich wird, wird die Pumpe 26 vorzugsweise von der Auswerteeinheit 28 angesteuert. Die
Ansteuerung der Pumpe 12 erfolgt dabei in Abhängigkeit der gemessenen Höhe h2 der Referenzwelle 20. Ferner ist denkbar, dass die Ansteuerung der Pumpe 12 in Abhängigkeit von weiteren Eingangsgrößen 30, 32 erfolgt, die beispielsweise die
Geometrie der Lötdüse 14, die Art und Geometrie der zu
lötenden Bauteile, die Lottemperatur und/oder die
Lotzusammensetzung beinhalten können.
Da sich in Abhängigkeit der Verschmutzung der Lötdüse 14 und/oder des Lotfördersystems die Höhe h2 der Referenzwelle 20 (und damit auch die Höhe h2 der Lötwelle 18) bei einer
vorgegebenen Pumpenleistung - bzw. sich die Pumpleistung der Pumpe 12 bei konstanter Höhe der Referenzwelle 20 oder der Lötwelle 18 - ändert, kann mit dem Wellenhöhenmesssytem 17 auch ein Verschmutzungsgrad bestimmt werden. Wie aus Figur 1 deutlich wird, kann eine Anzeigeeinrichtung 29 vorgesehen sein, mit der die von der Auswerteeinheit 28 ausgewerteten Daten einem Benutzer angezeigt werden.
In den Figuren 2, 3 und 4 ist eine mögliche Ausbildung eines Wellenhöhenmesssytems 17 gezeigt. Das Wellenhöhenmesssytem 17 umfasst einen Querkanal 30, der im Betrieb mit dem
druckbaufschlagten Bereich des Lotfördersystems verbunden ist und der beispielsweise auf einer Düsenplatte einer
Lötwellenmaschine 10 angeordnet werden kann. Durch den
Querkanal 30 kann von der Pumpe 12 gefördertes, flüssiges Lot in das Wellenhöhenmesssytem 17 einströmen. Das flüssige Lot, das in Figur 4 mit dem Bezugszeichen 32 gekennzeichnet ist, strömt zunächst durch ein Steigrohr 34 in die eine
Düsenoberkante 36 aufweisende Referenzdüse 16. In Betrieb strömt das flüssige Lot 32 zumindest zeitweise und
vorzugsweise zyklisch über die Oberkante 36 der Referenzdüse 16 in einen Ringspalt 40, der von der Mantelfläche des
Steigrohrs 34 und einem das Steigrohr 34 umgebenden
Schutzgehäuse 42 gebildet wird. Im Ringspalt 40 fließt das Lot 32 der Schwerkraft folgend nach unten und verlässt im
Fußbereich 44 das Wellenhöhenmesssytem 17.
Wie aus dem Schnitt gemäß Figur 4 deutlich wird, befindet sich in der Referenzdüse 16 der Verdrängungskörper 22. Der
Verdrängungskörper 22 ist hohl ausgebildet und weist eine konische Spitze 46 sowie einen kreiszylindrischen
Körperabschnitt 48 auf. In Betrieb befindet sich zumindest die Spitze 46 sowie vorzugsweise ein Abschnitt des
Körperabschnitts 48 im flüssigen Lot.
Wie ebenfalls aus Figur 4 deutlich wird, ist auf der dem
Querkanal 30 abgewandten Seite des Verdrängungskörpers 22 der Verbindungsstab 24 angeordnet, der den Verdrängungskörper 22 mit der Messeinrichtung 26 verbindet. Die Messeinrichtung 26 misst die Schwerkraft des Verdrängungskörpers 22 samt Verbindungsstab 24 abzüglich der auf Verdrängungskörper 22 wirkenden Auftriebskraft oder misst - bei einer "Tara"
Nullstellung der Kraft ohne die auf den Verdrängungskörpers 22 wirkende Auftriebskraft - die auf den Verbindungsstab 24 wirkende, der Schwerkraft entgegen gerichtete Kraft. Aus der gemessenen Kraft kann letztlich die Wellenhöhe bestimmt werden .
Das Schutzgehäuse 42 erstreckt sich, wie aus Figur 4 deutlich wird, nicht nur um das Steigrohr 34, sondern auch um den
Verdrängungskörper 22 sowie um den Verbindungsstab 24.
Vorzugsweise ist das Schutzgehäuse 42 luftdicht abgeschlossen und mit einem Schutzgas, wie insbesondere Stickstoff, gefüllt.
Zur Kühlung der Messeinrichtung 26 ist ein Ventilator 50 vorgesehen. Wie aus den Figuren 2 und 3 deutlich wird, ist ein Traggestell 52 vorgesehen, mit dem das Schutzgehäuse 42 sowie die Messeinrichtung 26 an am Querkanal 30 befestigt wird. Zur optischen Kontrolle der Referenzwelle weist das Schutzgehäuse 42 ein Fenster 54 auf.

Claims

Patentansprüche
1. Wellenlötmaschine (10) mit einer Pumpe (12) zum Fördern von flüssigem Lot in einem Lotfördersystem, mit
wenigstens einer Lötdüse (14), in die das flüssige Lot zur Erzeugung einer Lötwelle (18) gefördert wird, und mit einer Referenzdüse (16), in die das flüssige Lot zur Bestimmung des Wellenhöhe (hi, h2) in der Lötdüse (14) und/oder in der Referenzdüse (20) gefördert wird, dadurch gekennzeichnet, dass in der Referenzdüse (16) ein
ortsfest und nicht verschieblich angeordneter
Verdrängungskörper (22) vorgesehen ist, der wenigstens abschnittsweise in das flüssige Lot eintaucht, dass eine Messeinrichtung (26) vorgesehen ist, die die auf den in das flüssige Lot eintauchenden Verdrängungskörper (22) wirkende Auftriebskraft misst, und dass eine
Auswerteeinheit (28) vorgesehen ist, mit der im Betrieb die Wellenhöhe (hi, h2) in Abhängigkeit von der
Auftriebskraft bestimmt wird.
2. Wellenlötmaschine (10) nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (28) so
ausgebildet ist, dass sie in Abhängigkeit der gemessenen Auftriebskraft die Pumpe (12) regelt.
3. Wellenlötmaschine (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (28) so
ausgebildet ist, dass sie in Abhängigkeit der gemessenen Auftriebskraft und/oder in Abhängigkeit der
Pumpenleistung der Pumpe (12) einen Verschmutzungsgrad der wenigstens einen Lötdüse (14) und/oder des
Lotfördersystems bestimmt.
4. Wellenlötmaschine (10) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dass eine Anzeigeeinrichtung (29) vorgesehen ist, die die von der Auswerteeinheit (28) bestimmte Wellenhöhe (hi) und/oder den Verschmutzungsgrad einem Benutzer anzeigt.
5. Wellenlötmaschine (10) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der
Verdrängungskörper (22) eine Spitze (46) und einen sich daran anschließenden Körperabschnitt (48) aufweist, wobei im Betrieb der Maschine (10) zumindest die Spitze (46) in die Referenzwelle (20) eintaucht.
6. Wellenlötmaschine (10) nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, dass die Spitze (46) konisch ausgebildet ist und dass der Körperabschnitt (48) zylindrisch
ausgebildet ist.
7. Wellenlötmaschine (10) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am
Verdrängungskörper (22) ein Verbindungsstab (24)
vorgesehen ist, über den der Verdrängungskörper (22) mit der Messeinrichtung (26) gekoppelt ist.
8. Wellenlötmaschine (10) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzdüse (16) von einem Schutzgehäuse (42) umgeben ist, so dass aus der Referenzdüse (16) ausströmendes flüssiges Lot zwischen der Außenwand der Referenzdüse (16) und der Innenseite des Schutzgehäuses (42) abfließen kann.
9. Wellenlötmaschine (10) nach Anspruch 8, dadurch
gekennzeichnet, dass die Referenzdüse (16) samt
Verdrängungskörper (22) vom Schutzgehäuse (42) umgeben ist .
10. Verfahren zur Bestimmung der Wellenhöhe (hi) einer aus flüssigem Lot bestehenden Lötwelle, insbesondere zum Betreiben einer Wellenlötmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das flüssige Lot in wenigstens eine Lötdüse (14) und in eine Referenzdüse (16) gefördert wird, gekennzeichnet durch die Schritten:
- ortsfestes und nicht verschiebliches Platzieren eines Verdrängungskörpers (22) im flüssigen Lot der
Referenzdüse (16),
- Messen der auf den Verdrängungskörper (22) wirkenden
Auftriebskraft, und
- Bestimmen der Wellenhöhe (hi) in Abhängigkeit der gemessenen Auftriebskraft.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine das flüssige Lot fördernde Pumpe (12) in
Abhängigkeit von der gemessenen Auftriebskraft geregelt wird .
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch
gekennzeichnet, dass ein Verschmutzungsgrad in
Abhängigkeit der Auftriebskraft und/oder in Abhängigkeit von der Pumpenleistung der Pumpe (12) bestimmt wird.
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