DE3722730A1 - Geheizter stempel - Google Patents

Description

Die Erfindung besteht aus einem oder mehreren die Wärme abgebenden Stempeln zum Erwärmen eines oder mehrerer Teile, wie es für zum Wärmebehandeln eines oder mehrerer anderer Teile und für Aufgaben zum Verbinden von Teilen z.B. durch Schweissen, Löten oder Kleben verwendet wird. Dieser Stempel ist mit einem oder mehreren Haltern ausgeführt und kann beweglich oder starr in einer Vorrichtung montiert sein.

Die Wärme kann entweder durch Strahlung oder durch einen durch Krafteinwirkung entstehenden direkten thermischen Kontakt auf eines oder auf mehrere Teile abgegeben werden oder mit/über ein weitere Medium, so z.B. ein den Wärmebebandlungsvorgang förderndes Flussmittel oder eine andere Flüssigkeit.

Ferner kann ein derartiger Stempel entweder zeitlich kontinuierlich seine Wärme abgeben oder durch verschiedene äussere Kriterien für eine bestimmte Zeit auf eine Temperatur geheizt werden. Dies ist üblicherweise z.B. bei Erreichen der voreingestellten Kraft der Fall. Weitere Angaben sind in dem Fachartikel "Elektronik Heft 25/1986 Seite 57" und "Heft 4/82, Seite 95" aufgeführt.

Verschiedene Verfahren sind üblich, um einen derartigen Stempel auf eine voreinstellbare Temperatur zu heizen. Hier seien ein heisses Gas als thermische Energiequelle erwähnt und auch ein zusätzlicher elektrisch geheizter Widerstand, der seine Wärme auf diesen Stempel abgeben kann. Auch Strahlungswärme ist für dieses Verfahren geeignet.

Für das hier beschriebene Verfahren ist besonders die direkte Erwärmung durch einen elektrischen Strom vorteilhaft, der durch den Stempel fliesst. Damit wird eine impulsweise Erwärmung bekannterweise besonders einfach möglich und die Zeit für den Temperaturanstieg an der die Wärme abgebenden Fläche erheblich reduziert.

Ein bekannter Stempel (28 48 519) besteht aus einem Heizwiderstand in der mechanischen Grundform eines "U"s, wobei zwei oder mehr angeschraubte oder angeschweisste Halter die die Wärme abgebende Fläche mechanisch halten und auch gleichzeitig zum Zuführen des für Heizung erforderlichen Stromes dienen. Ein derartiger Stempel kann z.B. aus Blech gebogen sein (P 31 44 048.7, P 31 37 859.5 und P 31 37 860.9), oder aber aus einem vollen Material ausgearbeitet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, besonders dünne Teile und/oder solche mit hoher thermischer Leitfähigkeit mit einem solchen Stempel zu bearbeiten. Hierbei tritt das Problem auf, dass für dieses Verfahren mit dem geheizten Stempel die Teile auf eine Unterlage gelegt werden müssen und der Stempel mit einer gewissen Krafteinwirkung die zu bearbeitenden Teile zusammenpresst. Diese Unterlage hat normalerweise eine wesentlich geringere Temperatur als der geheizte Stempel, sodass bei besonders dünnen Teilen eine hohe Temperaturdifferenz in den Teilen auftritt. Haben die Teile auch eine hohe thermische Leitfähigkeit, so muss mit einer erheblichen Wärmeableitung über die Teile gearbeitet werden und der Stempel eine wesentlich höhere thermische Energie aufbringen, als dies zum Behandeln der Teile normalerweise erforderlich wäre.

Üblicherweise wird die Wärmeableitung durch die Teile dadurch verringert, dass die Unterlage auf eine Temperatur geheizt wird, die noch etwas unterhalb der des Stempels liegt und somit der Stempel lediglich noch eine gewisse Temperaturdifferenz zum Behandeln der Teile liefert.

Dies hat den Nachteil, dass das/die gesamte(n) Teil(e) auf die Temperatur geheizt werden muss/müssen, die manchmal sehr hoch seien kann/können. Damit werden die Vorteile des Arbeitens mit einem Stempel erheblich eingeschränkt. Auch ist manchmal die Vorheiztemperatur für einige Teile ausserhalb des Gebietes des Stempels nicht erwünscht. Auch ist die erforderliche Zeit zum Heizen der gesamten Unterlage mit den Teilen recht hoch und auch das Abkühlen der Teile erfordert Zeit.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Aufnahme für die Teile mit einer Impulsheizung für die Bearbeitung mit dem Stempel ausgerüstet ist, die vorzugsweise räumlich begrenzt ist.

Diese zusätzlich geheizte Aufnahme kann die gleiche Fläche haben wie der die Wärme abgebende Stempel, aber auch wesentlich grösser oder kleiner sein. Dies hängt von der Form der Teile und von dessen Materialien ab.

Ferner kann die Temperatur der Aufnahme mit der des Stempels identisch sein, was die Wärmeableitung des Stempels in Richtung zur Aufnahme verringert. Für einige Anwendungen kann es erforderlich sein, die Temperatur der Aufnahme höher oder niedriger als die des Stempels zu machen. Dadurch können unterschiedliche thermische Ableitungen in den Teilen ausgeglichen werden.

Ferner kann die Temperatur der Aufnahme zeitlich schon vor dem Einwirken des Stempels auf die Teile einwirken und auch/oder früher/später enden, als die Einwirkung des Stempels.

Die nachfolgenden Abbildungen zeigen den Aufbau und die Wirkungsweise dieses Verfahrens.

In Fig. 1 ist 1 der die Wärme abgebende Stempel, der mit den Haltern 2 in einer Aufnahme gehalten wird, die hier nicht dargestellt sind. 3 zeigt die Heizfläche innerhalb des Stempels und der Halter. 4 sind hier Anschlüsse z.B. eines Bauteiles, die auf die Leiterbahnen 5 eines dünnen Trägers 6 aufgelötet werden sollen.

Bei einem bekannten Verfahren ist 7 die Unterlage, gegen die der Stempel 3 über die Teile 4, 5, 6 mit der Kraft 8 drückt. Die Wärme 3 des Stempels 2 wird nun auf die gut thermisch leitenden Teile 4 und 5 übertragen, um z.B. das dort vorher aufgetragene Lot zu schmelzen und die Teile miteinander zu verbinden. So sind z.B. für Lötverbindungen mit einem Zinnlot 250°C für die die Wärme abgebende Fläche 3 a erforderlich, um ein Schmelzen des Lotes sicherzustellen. Bei einer Temperatur der Aufnahme 7 von z.B 25°C entsteht in dem Teil 6 eine Temperaturdifferenz bis zu 225°C. Das Teil 6 kann z.B. aus einem thermisch schlecht leitendem Material sein, sodass an seiner Oberfläche 9 ca. 250°C entstehen und an seiner Unterseite 10 ca. 25°C. Dies kann dann das Teil 6 beschädigen. Problematisch ist dieser thermische Vorgang, wenn das Teil 6 aus einem thermisch gut leitenden Material besteht, so z.B. aus einer Aluminium-Keramik. Um die Wärmeleitfähigkeit dieses Materiales auszugleichen, muss mit einer erheblichen Übertemperatur bei 3 gearbeitet werden.

Erfindungsgemäss wird in einer derartigen Anordnung die Aufnahme nach Fig. 2 mit einem z.B. identischen Stempel 11 ausgeführt. So kann 11 vorzugsweise die gleichen thermischen und mechanischen Eigenschaften haben wie der Stempel 1. Ein möglicherweise zusätzliches Gewicht der Teile kann durch übliche mechanische Massnahmen abgefangen werden und braucht die geheizte Aufnahme nicht zu belasten. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die mechanischen Abmessungen der Aufnahme mit der des Stempels übereinstimmen.

Die Temperatur der Aufnahme kann z.B. erst bei Erreichen der Kraft 8 eingestellt werden und braucht lediglich für die Dauer der Wärmeabgabe des Stempels 1 anzudauern. Diese Temperatur kann auch etwas höher sein als die des Stempels, womit eine mögliche (seitliche) Wärmeableitung der Teile 6, 4 und 5 ausgeglichen werden kann. Der Stempel 1 erzeugt dann in dem Teil 6 nur eine geringe Temperaturdifferenz.

Fig. 3 stellt eine praktische Ausführung der erfindungsgemässen Anordnung dar.

Die Anordnung von 4 gleichzeitig geheizten Stempeln 14 drückt unter Einwirkung der Kraft 13 ein mit elektrischen Anschlüssen versehenes Bauteil 14 gegen die metallischen Leiterbahnen 16 einer dünnen Folie 15 gegen die impulsgeheizte Aufnahme 17. Hier ist es vorteilhaft, wenn der/die Stempel 12 die gleichen Abmessungen wie die Aufnahme 17 haben. Auch ist es vorteilhaft, wenn deren thermische Massen im wesentlichen identisch sind und damit ein identischer Temperaturverlauf entsteht. Die erforderliche Zeit zum Verbinden der Teile miteinander wird dadurch wesentlich verringert und die Erwärmung im wesentlichen auf die Flächen unter dem Stempel begrenzt.

Claims (13)

1. Geheizter Stempel mit einem oder mehreren Stegen, mit einer oder mehreren die Wärme auf andere Teile abgebenden Fläche, dadurch gekennzeichnet, dass diese/dieser Stempel 1 die mit Wärme zu behandelnden Teile 4, 5, 6 mit einer Kraft gegen eine Aufnahme 11 presst/pressen, der mit einer Impulsheizung vor/während/nach der Krafteinwirkung 8 des Stempels ausgestattet ist.

2. Geheizter Stempel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme 11 im wesentlichen identische mechanische Abmessungen wie der Stempel 1 hat.

3. Geheizter Stempel nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß diese Aufnahme 11 im wesentlichen identische thermische Eigenschaften wie der Stempel 1 hat.

4. Geheizter Stempel nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme 11 und der Stempel 1 gleichzeitig impulsweise nach Erreichen der voreingestellten Kraft 8 geheizt werden.

5. Geheizter Stempel nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme 11 und der Stempel 1 auf im wesentlichen identische Temperaturen geheizt werden.

6. Geheizter Stempel nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme 11 und der Stempel 1 aus der gleichen Energiequelle gespeist werden und lediglich entweder der Stempel 1 oder die Aufnahme 11 mit einem Temperatursensor die Regelung der Quelle beeinflusst.

7. Geheizter Stempel nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme 11 und der Stempel 1 aus unterschiedlichen Quellen gespeist werden.

8. Geheizter Stempel nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur an der Aufnahme 11 anders und besonders höher ist als die des Stempels 1, so um die Wärmeableitung der Teile, besonders der des Teiles 6 auszugleichen.

9. Geheizter Stempel nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur an der Aufnahme 11 niedriger als die des Stempels 1 eingestellt wird.

10. Geheizter Stempel nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zur Impulserwärmung die Aufnahme 11 eine konstante Vorwärmung auf eine unter der des Stempels 1 liegenden Temperatur vorhanden ist.

11. Geheizter Stempel nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslösung der/des Heizimpulses durch einen anderen Impuls als den der Kraft erfolgt, so z.B. schon vor Erreichen der Kraft 8.

12. Geheizter Stempel nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel 1 zu der Aufnahme 11 ein selbstausgleichendes Verhältnis hat, um eine optimale Parallelität untereinander herzustellen.

13. Geheizter Stempel nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Ende der/des Temperaturimpulses eine Zusatzkühlung eingeschaltet wird.