Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, eine System bestehend aus mehreren Vorrichtungen sowie ein Verfahren zur gesteuerten Wärmeübertragung, insbesondere durch eine kondensierende Flüssigkeit auf Werkstücke größerer Abmessungen und Massen. Die Erfindung eignet sich insbesondere zum Löten von Lötgut in einer Dampfphasenzone. Bevorzugt sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ableiten und zur Rückgewinnung von Dampf, der beim Eintauchen des Werkstücks oder des Lötguts in die Dampfphasenzone aus der Kammer austritt, in der die Dampfphasenzone gebildet wird.

Stand der Technik

Beim Dampfphasenlöten kommt es im Zuge des Eintauchvorgangs des Lötguts in die Dampfphasenzone üblicherweise zu einem Austritt des durch das Lötgut und dessen Halteeinrichtung verdrängten Dampfes aus der beheizten Kammer, in der die Dampfphasenzone gebildet wird. Dies ist nachteilig, da die chemischen Substanzen zur Bildung der Dampfphasenzone teuer sind. Daher ist es wünschenswert Verluste, aufgrund des Austritts von Dampf beim Dampfphasenlöten gering zu halten.

Eine Möglichkeit besteht in der Verwendung von Schleusen oder darin, die Seitenwände der beheizten Kammer zu erhöhen, damit der durch das Lötgut verdrängten Dampf nicht aus der beheizten Kammeraustritt. Ein wesentlicher Nachteil hierbei ist jedoch, dass sich der Eintauchvorgang des Lötguts in die Dampfphasenzone durch die Erhöhung der Seitenwände der beheizten Kammer verlängert, da eine größere Strecke zurückgelegt werden muss, um das Lötgut in die Dampfphasenzone einzubringen. Dies wirkt sich negativ auf die Durchlaufzeit des Lötguts im Gesamtprozess aus.

In EP 0629 148 Bl ist eine einfache, platzsparende Transportvorrichtung zum Beschicken und Ausgeben von Lötgut in einer Dampfphasenlötanlage beschrieben, bei der das Lötgut über einen schwenkbaren Lötgutträger in die Dampfphase eingebracht bzw. daraus entfernt wird. Die Transportvorrichtung weist lediglich eine Schleuse auf, wodurch der Verlust von Dampf beim Einbringen bzw. Entfernen des Lötguts reduziert wird. Durch das Einbringen und Entfernen des Lötguts über eine einzige Schleuse verlängert sich jedoch die Durchlaufzeit des Lötguts im Fertigungsprozess. Weiterhin muss der Lötgutträger eine relativ komplexe Kinematik aufweisen. Ein besonderer Nachteil der beschriebenen Transportvorrichtung ist, dass durch die Bewegung des Lötgutträgers inklusive Lötgut große Massen bewegt werden, was sich nachteilig auf den Energieverbrauch des Gesamtprozesses auswirkt.

Die DE 199 11 887 CI bezieht sich auf ein Verfahren zum Reflow-Löten in einer Dampfphasenvakuumlötanlage bei dem das Lötgut, nachdem es in einer Dampfphase erhitzt wurde, in eine Vakuumkammer transportiert wird, um Lunker aus dem Lot zu entfernen. Die Vakuumkammer befindet sich oberhalb der Dampfphasenzone innerhalb der Dampfphasenkammer. Das Lötgut wird daher zuerst in die Dampfphase eingetaucht und danach zur Vakuumkammer angehoben, was abermals eine verhältnismäßig komplizierte Hub Vorrichtung erforderd, bei der es leicht zu Erschütterungen des Lötguts kommen kann.

Das Patent US 4,321,031 bezieht sich auf eine mehrstufige Vorrichtung zum Dampflöten, bei dem Dampf von oben auf das Lötgut geleitet wird und bei Kontakt die Wärme auf das Lötgut überträgt. Der dabei aus der Dampfkammer austretende Dampf wird über Transportgase rücktransportiert und der Dampfkammer wieder zugeführt, nachdem die Transportgase separiert wurden. Durch das Einleiten des Dampfes von oben lässt sich jedoch die Löttemperatur nur schwer regeln, was durch eine ungleiche Temperaturverteilung einen negativen Einfluss auf die Qualität des Lötguts haben kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt die daher die Aufgabe zu Grunde, eine gesteuerte Wärmeübertragung, insbesondere durch eine kondensierende Flüssigkeit, auf Werkstücke größerer Abmessungen und Massen zu ermöglichen. Durch Anwenden dieser Erfindung soll das Löten in einer Dampfphasenzone beschleunigt und insbesondere der Eintauchvorgang des Lötguts in die Dampfphase vereinfacht werden. Ziel ist ein erschütterungsfreier Prozeß durch Vermeidung einer Hubbewegung des Lötguts. Weiterhin ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung den überschüssigen Dampf, der durch das Eintauchen des Lötguts in die Dampfphasenzone aus der Dampfphasenzone austritt, abzuleiten und das gegebenenfalls entstehende Dampfkondensat dem Wärmeprozess bzw. dem Lötprozess wieder zuzuführen. Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen enthalten.

Im Folgenden wird die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit dem Löten von Lötgut erläutert; das Prinzip ist jedoch im Rahmen der Erfindung allgemein bei der Wärmeübertragung auf Werkstücke durch eine kondensierende Flüssigkeit einsetzbar.

Kurzbeschreibung der Figuren

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: Eine schematische Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung, vor dem

Eintauchen des Lötguts in die Dampfphasenzone;

Fig. 2: Eine schematische Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach dem

Eintauchen des Lötguts in die Dampfphasenzone;

Fig. 3: Eine schematische Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung als Teil eines In-

Line Produktionsprozesses;

Fig. 4: Eine schematische Ansicht des erfindungsgemäßen Systems mit zwei hintereinander angeordneten erfindungsgemäßen Vorrichtungen; und Fig. 5: Eine schematische Ansicht des erfindungsgemäßen Systems mit zwei der erfindungsgemäßen Vorrichtungen und einer Vakuumkammer.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung A zum Löten von Lötgut 5 in einer Dampfphasenzone 2, vor dem Eintauchen des Lötguts 5 in die Dampfphasenzone 2. Die Vorrichtung A weist eine erste Kammer 1 und eine zweite Kammer 3 auf. Vorzugsweise sind die erste und die zweite Kammer 1, 3 an ihrer Oberseite offen. Die erste Kammer 1 verfügt über eine Heizung 11 zum Erhitzen eines Fluids 22, dass der ersten Kammer 1 zugeführt wird, so dass sich eine Dampfphasenzone 2 im oberen Teil der ersten Kammer 1 bildet.

Die zweite Kammer 3 weist an einer ihrer Seiten mindestens eine erste Schleuse 6 auf, durch die das Lötgut 5 in die zweite Kammer 3 eingebracht wird. Weiterhin ist in der zweiten Kammer 3 eine Transport- und Haltevorrichtung 4 vorgesehen, auf der das Lötgut 5 in der zweiten Kammer 3 gehalten wird. Die Schleuse 6 befindet sich in vertikaler Richtung vorzugsweise auf Höhe der Haltevorrichtung 4. Vorzugsweise weist die zweite Kammer 3 außerdem eine zweite Schleuse 7 auf. Besonders bevorzugt befindet sich die zweite Schleuse 7 an einer Seite der zweiten Kammer 3, die der Seite gegenüberliegt, an der die erste Schleuse 6 vorgesehen ist.

Die Vorrichtung A verfügt weiterhin über eine Hubeinrichtung, um die erste Kammer 1 relativ zur Halteeinrichtung 4 vertikal zu bewegen und somit das Lötgut 5 in die Dampfphasenzone 2 der ersten Kammer 1 einzutauchen, wie in Fig. 2 dargestellt ist. Die erste Kammer 1 wird dabei durch die Hubeinrichtung angehoben, um das Lötgut 5 in die Dampfphasenzone einzutauchen bzw. abgesenkt, um das Lötgut 5 aus der Dampfphasenzone 2 zu entfernen. Die Halteeinrichtung 4 bleibt dabei vorzugsweise in ihrer ursprünglichen vertikalen Position innerhalb der zweiten Kammer 3. Alternativ kann die Hubvorrichtung derart ausgestaltet sein, dass sie die Halteeinrichtung 4 mitsamt dem Lötgut 5 hebt und senkt und somit das Lötgut 5 in die Dampfphasenzone 2 der ersten Kammer 1 eintaucht bzw. daraus entfernt.

Die Vorrichtung A verfügt weiterhin über eine Einrichtung zum Ableiten von Dampf 21, der aus der ersten Kammer 1, beim Eintauchen des Lötguts 5 in die Dampfphasenzone 2 verdrängt wird und an der geöffneten Oberseite der erste Kammer 1 austritt, wie in Fig. 2 durch die gestrichelten Pfeile schematisch dargestellt ist. Vorzugsweise kann die Einrichtung eine Rückführung aufweisen, die ausgebildet ist, um den abgeleiteten Dampf 21 bzw. gegebenenfalls entstehendes Dampfkondensat 22 zu sammeln und in die erste Kammer 1 zurückzuführen.

Fig. 3 zeigt schematisch die erfindungsgemäße Vorrichtung A als Teil eines In-line Produktionsprozesses gemäß der vorliegenden Erfindung. Hierbei wird das Lötgut 5 über ein erstes Transportband 50 zur ersten Schleuse 6 der zweiten Kammer 3 transportiert und auf der Halteeinrichtung 4 positioniert. Die Wärmeübertragung erfolgt, wie durch die vertikalen Pfeile in Fig. 3 dargestellt ist, durch Anheben der ersten Kammer 1, wodurch das Lötgut 5 in die Dampfphasenzone 2 eingetaucht wird. Die Halteeinrichtung 4 verbleibt dabei vorzugsweise horizontal oder geneigt in ihrer vertikalen Position innerhalb der zweiten Kammer 3. Nach der Wärmeübertragung wird das Lötgut 5 von der Halteeinrichtung 4 über die zweite Schleuse 7 zur weiteren Bearbeitung an ein zweites Transportband 51 übergeben und gegebenenfalls zu weiteren Einrichtungen des Produktionsprozesses transportiert.

Wie in Fig. 4 dargestellt ist, bezieht sich die vorliegende Erfindung außerdem auf ein System zum Löten von Lötgut 5 in einer Dampfphasenzone 2, das mindestens eine erste Vorrichtung A und mindestens eine zweite Vorrichtung B aufweist, die entlang einer Transportrichtung des Lötguts 5 (angedeutet durch die Pfeile von links nach rechts) hintereinander angeordnet sind. Die zweite Vorrichtung B des Systems ist vorzugsweise baugleich zur zuvor beschriebenen ersten Vorrichtung A. In Transportrichtung des Lötguts 5 kann das System weitere, gegebenenfalls baugleiche Vorrichtungen aufweisen.

Die erste Vorrichtung A des Systems ist mit der zweiten Vorrichtung B über eine Schleuse 8 verbunden. Durch die erste Schleuse 6 der Vorrichtung A wird das Lötgut 5 in die erste Vorrichtung A des Systems eingebracht und auf der Halteeinrichtung 4 positioniert. Die erste Vorrichtung A ist konfiguriert, um das Lötgut 5 durch Eintauchen in die Dampfphasenzone 2 vorzuwärmen. Durch die Schleuse 8 wird das vorgewärmte Lötgut 5 in die zweite Vorrichtung B transportiert, wo es durch Eintauchen in eine Dampfphasenzone 2 der Vorrichtung B, wie zuvor beschrieben, gelötet wird.

Wie in Fig. 5 dargestellt ist, kann das System weiterhin eine dritte Vorrichtung C aufweisen, die in Transportrichtung des Lötguts 5 hinter der zweiten Vorrichtung B angeordnet ist und konfiguriert ist, um durch Erzeugung eines Unterdrucks unerwünschtes gasförmiges Material aus dem Lot des Lötguts 5 zu entfernen. Die dritte Vorrichtung C ist dabei über eine weitere Schleuse 9 mit der zweiten Vorrichtung B verbunden.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zum Löten eines Lötguts 5 in einer Dampfphasenzone 2 mittels einer Vorrichtung A gemäß der vorliegenden Erfindung. In einem ersten Verfahrensschritt wird das Lötgut 5 durch die erste Schleuse 6 in die zweite Kammer 3 der Vorrichtung A eingebracht und auf der Halteeinrichtung 4 positioniert. Danach wird das Lötgut 5 in die Dampfphasenzone 2 der ersten Kammer 1 eingetaucht. Dies geschieht vorzugsweise durch Anheben der ersten Kammer 1 der Vorrichtung A, sodass die Dampfphase in der Dampfphasenzone 2 der ersten Kammer 1 das Lötgut 5 umgibt. Das Lötgut 5 wird so lange in der Dampfphasenzone 2 gehalten bis das Lot des Lötguts 5 schmilzt und der eigentliche Lötvorgang erfolgt. Danach wird das Lötgut 5 aus der Dampfphasenzone 2 entfernt. Dies geschieht vorzugsweise durch Absenken der ersten Kammer 1 relativ zur Halteeinrichtung 4. Danach wird das Lötgut 5 aus der zweiten Kammer 3 entweder durch die erste Schleuse 6, oder durch die zweite Schleuse 7 entfernt. Der beim Eintauchen des Lötguts 5 in die Dampfphasenzone 2 verdrängte Dampf 21 wird abgeleitet. Der abgeleitete Dampf 21 bzw. das daraus gegebenenfalls entstehende Dampfkondensat 22 wird vorzugsweise in die erste Kammer 1 zurückgeführt (nicht dargestellt).

Die vorliegende Erfindung umfasst weiterhin ein Verfahren zum Löten eines Lötguts 5 in einer Dampfphasenzone 2 mittels eines Systems, das, wie zuvor beschrieben wurde, aus mindestens zwei Vorrichtungen A und B besteht. Die einzelnen Verfahrensschritte in den Vorrichtungen A und B entsprechen dabei den zuvor beschriebenen Verfahrensschritten. Die Temperaturen der Dampfphasenzone 2 der Vorrichtung A und der Dampfphasenzone 2 der Vorrichtung B können sich unterscheiden, so dass das Lötgut 5 durch das Eintauchen in die Dampfphasenzone 2 der Vorrichtung A lediglich vorgewärmt und nicht gelötet wird. Alternativ kann die Temperatur der Dampfphasenzone 2 der Vorrichtung A gleich der Temperatur der Dampfphasenzone 2 der Vorrichtung B sein und eine Vorwärmung durch eine kürzere Verweildauer des Lötguts 5 in der Dampfphasenzone 2 der Vorrichtung A realisiert werden.

Nach der Vorwärmung des Lötguts 5 in der Vorrichtung A wird das Lötgut 5 durch die Schleuse 8 in die zweite Vorrichtung B eingebracht, in der der eigentliche Lötvorgang erfolgt. Hierzu wird das Lötgut 5, wie zuvor beschrieben, in der Dampfphasenzone 2 der zweiten Vorrichtung B eingetaucht und für eine gewisse Zeit dort gehalten bis das Lot aufgeschmolzen wurde, bevor es durch eine weitere Schleuse 9 aus der Vorrichtung B entfernt wird.

Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Löten eines Lötguts 5 in einer Dampfphasenzone 2 mittels eines Systems, das mindestens zwei Vorrichtungen A und B sowie eine dritte Vorrichtung C aufweist. Hierbei wird das Lötgut 5 durch die Schleuse 9 aus der Vorrichtung B in die Vorrichtung C eingebracht. Durch Erzeugung eines Unterdrucks in der dritten Vorrichtung C wird unerwünschtes gasförmiges Material aus dem heißen Lot des Lötguts 5 entfernt.

Mit den Merkmalen der erfindungsgemäßen Vorrichtung, des erfindungsgemäßen Systems sowie der erfindungsgemäßen Verfahren lässt sich der Transport von Lötgut innerhalb der Vorrichtung bzw. des Systems vereinfachen, was sich vorteilhaft auf die Durchlaufzeit des Lötguts im Lötprozess auswirkt. Weiterhin ist es mit der Vorrichtung, dem System sowie den Verfahren der vorliegenden Erfindung möglich sehr großes Lötgut in einer Dampfphasenzone zu löten, da das Lötgut beim Eintauchen in die Dampfphasenzone nicht selbst bewegt werden muss. Ein wesentlicher Vorteil gegenüber dem Stand der Technik besteht auch darin, dass während der Wärmeübertragung das Werkstück nicht bewegt wird und dennoch eine optimale Temperatursteuerung ermöglicht wird.

Durch die Vermeidung von Hubbewegungen des Werkstücks oder des Lötguts wird ein erschütterungsfreies Wärmebehandeln bzw. Löten bei gleichzeitiger Kontrolle und Steuerung der Temperaturübertragung durch Heben und Senken des Flüssigkeitstanks sichergestellt, so dass die Menge des kondensierenden Dampfes sehr gleichförmig und kontrollierbar verändert werden kann.

Weiterhin ist es mit der vorliegenden Erfindung möglich, den Dampf, der aufgrund des Eintauchens des Lötguts in die Dampfphasenzone aus der beheizten Kammer der Vorrichtung austritt, abzuleiten. Der abgeleitete Dampf bzw. das daraus entstehende Dampfkondensat kann wieder in die beheizte Kammer zurückgeführt werden. Somit werden Verluste der chemischen Substanzen, die für die Erzeugung der Dampfphase notwendig sind, reduziert.