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Temperaturgeregelter innenbeheizter Löt@ollen
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Die Erfindung betrifft einen temperaturgeregelten innenbäbeizten Lötkolben
gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Die Herstellung zuverlässiger Lötstellen erfordert eire Löttemperatur,
deren optimale Werte innerhalb relativ enger Grenzen liegen. Die maximale Löttemperatur
liegt etwa 80 bis 100 Grad Celsius über dem Schmelzpunkt des Lotes, was bei üblichen
Loten einer maximalen Löttemperatur von 300 Grad C entspricht.
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Bei herkömmlichen Lötkolben wird die Lötspitzentanperatur von der
Strahlung, der Wärmeleitung und der Konvektion bestimmt. Die Wär@ verluste durch
Strahlung müssen hoch genug sein, um beim Leerlauf de. Lötkolbens einen Gleichgewichtszustand
zwischen der zugeführten abgestrahlten Wärme zu erreichen. Die Leerlauft@@ peraturen,
bei denen sich dieser Gleichgewichtazustand einstellt, liegen zum Teil über 500
Grad Celsius. Bei derart hohen Tomperaturen werden nicht nur die zu lötenden Bauteile
gefährdet, sondern die Lötstellen selbst sind nicht zuver] @ ässig, da
das
in dem Röhrenlot enthaltene Flußmittel wirkungslos verdampft und das Lot kristallisiert.
Stellt man mit nicht temperaturgeregelten Lötkolben Folgelötstellen her, d.h. viele
Lötstellen zeitlich unmittelbar bintereinander, so sinkt die Löttemperatur schnell
auf Werte, die für die Herstellung von zuverlässigen Lötstellen zu gering sind.
Jede Lötstelle wird mit einer anderen, nicht bekannten Temperatur angefertigt.
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Aus den oben @ genannten Gründen ist man seit langem bestrebt, tneraturgeregelte
Lötkolben zu entwickeln. So sind Lötkolben bekannt gelforden, bei denen als Istwertgeber
für die Temperatur ein @ iihlerelelnent dient, dessen elektrischer Widerstand sich
Init der Temperatur erhöht. Nachteilig ist hierbei die Trägheit der Istwerterfassung
und die Ungenauigkeit.
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andere bekannte Lötkolben arbeiten nach dem thermostatischen Prinzip.
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Bei ihnen wird die Ausdehnung eines temperaturempfindlichen Körpers
ausgenutzt, der seinerseits über einen Mikroschalter den Heizstrom schaltet. Die
Meßwerterfassung ist sehr ungenau und die notwendige Mechanik anfällig.
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Ferner sind Lötkolben bekannt, deren Temperatur durch Ausnutzung des
Curiepunktes bei ferromagnetischem Material geregelt wird. Eine Sollwertverstellung
ist nur möglich, indem für jeden Terlperaturbereich ein anders legiertes Material
eingesetzt wird (Lötspitzenwechsel).
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Die Abweichungen des Istwerts vom Sollwert sind groß.
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Die bekannten temperaturgeregelten Lötkolben haben alle den Nachteil,
daß
sie zu träge arbeiten und bei Folgelötstellen keine schnelle und genalle Wärmenachfuhr
ermöglichen. Eine gute und genaue Te;pera-t-urr egelung erfordert schnellen und
kurzfristigen Wärmenachschub zur spitze bei geringer Masse (Wärmekapazität) der
allfzlBheizcnden Lötkolbenteile.
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Eine schnellere und zuverlässigere Temperaturregelung wäre sich bei
Verwendung von Thermoelementen als Istwertgeber fiir die Temperatur an der Lötspitze.
Hierbei tritt jedoch bei innenbeheizten Lötkolben die Schwierigkeit auf, angesichts
der bei diesem Lötkolbentyp außerordentlich beengten Raumverhältnisse ein Thermoeleiient
und die für eine schnelle Regelung erforderliche hohe installierte Leistung räumlich
unterzubringen.
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Bei innenbeheizten Lötkolben befindet sich die Hei%patrone mit dem
Heizelement im Inneren der Lötspitze. Die Wärme wird der Lötspitze von innen her
zugeführt. Da mit Rücksicht auf die Raumverhältnisse am zu lötenden Objekt, sowie
auch mit Rücksicht auf die hnheiz- und Regelzeit eines Lötkolbens die Abmessungen
und die ließe der Lötspitze möglichst klein sein sollen, muß die in dem Lötspitzenkonus
untergebrachte Heizpatrone sehr klein sein. Bei außenbeheizten Lötkolben, bei denen
die Heizpatrone den Schaft der Lötspitze von außen umgibt, besteht diese Problematik
nicht. Der Nachteil der außenbeheizten Lötkolben liegt in dem schlechten Wirkungsgrad,
da bei der Zuführung der wärme von außen, bei größerer Fläche, der Wärmeverlust
an die umgebende Luft sehr groß ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrullde, einen innenbeheizten Lötkolben
mit einer sehr empfindlichen, schnell ansprechenden sind sehr zuverl ssigen Teinperaturmeßeinri
chtung zu versehen, die als Istwertmeßglied für die Temperaturregelung des Lötkolbens
verwendbar ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein innenbeheizter Lötkolben der eingangs
erwähnten Art vorgeschlagen, der erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des
Anspruches 1 genannten Merkmale, aufweist.
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Vorteilhafte eiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
genannt.
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Bei der Erfindung wird für das Thermoelement nur ein Thermodraht benötigt.
Den anderen Leiter des Therpoelementes stellt die ohnehin vorhandene Heizpatronenhülse
und das Gehäuse des Lötkolbens dar. Die Is@werterfassung der Temperatur erfolgt
an der Spitze der Heizratrone, also dort, wo keine nennenswerten Temperaturun-Lerschiede
zur Lötspitze vorhanden sind. Dies wird ermöglichst durch nur eine zusätzliche Bohrung
in dem ouerschnittsschwachen, die Heizwicklung tragenden Isolierkörper. Die Herstellung
der heißen Verbindungsstelle des Thermoelementes ist einfach, da der durch die Bohrung
in der Spitze der Heizpatrone gesteckte Thermodraht leicht von außen mit der Heizpatronenhülse
verbunden werden kann. Die zweite Verbindungsstelle des Thermoelementes befindet
sich am Lötkolbengehäuse im Bereich des Lötkolbengriffes, also an einer Stelle,
an der die Temperatur
nur unwesentlich von der umgebenden Raumtemperatur
abweicht. Die Temperaturschwankungen dieser Verbindungsstelle sind relativ gering,
so daß hierdurch keine nennenswerten Meßfehler verursacht werden.
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Anhand des in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiels soll die
Erfindung näher erläutert werden: Es zeigen Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines
Lötkolbens gemäß der Erfindung mit abgeschnittener Lötspitze und abgezogenein Handgriff,
Fig. 2 einen Schnitt durch den Lötkolben längs der Linie I-I in Fig. 1.
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Die Heizpatrone 1 besteht aus einer Heizpatronenhülse 1a, auf deren
vorderen, leicht konisch verlaufenden Schaft die Lötspitze 18 mit einem entsprechend
bemessenen Innenkonus aufsetzbar ist. Durch die konische Passung wird ein fester
Sitz und eine sehr gute Wärmeübertragung erreicht. Das eigentliche Lötende der Lötspitze
ist nicht dargestellt. Es kann dem jeweiligen Verwendungszweck entsprechend ausgebildet
sein. In der Bohrung der Heizpatronenhülse 1a befindet sich ein Isolierkörper 2,
der die Heizwicklung 3 trägt. Gegenüber der Innenwand der Heizpatrone ist die Heizwicklung
durch eine zylinderförmige Isolierschicht 4 elektrisch isoliert. Diese Isolierschicht,
die aus einem steifen Material bestehen kann, dient zugleich der exakten räumlichen
Justierung des Heizelementes und muß eine optimale
Wärlneleitfähigkeit
haben. An der Spitze der Heizpatrone befindet sich ein Isolierstück 5, das zur Justierung
des Heizeleientes nach vorne dient. Beide Isolierteile 4 und 5 sowie die Heiznhülse
patrone/bestehen aus gut wärmeleitenden Materialien. Für die Heizpatronenhülse kann
beispielsweise Eisen verwendet werden. An ihrem hinteren Ende ist die Heizpatrone
mit einer Erweiterung ihrer Welse auf das zum Lötkolbengehäuse gehörende Verbindungsrohr
10 aufgeschoben und mit diesem bei 11 fest verbunden, beispielsweise durch Hartlöten.
Wie Fig. 2 zeigt, laufen durch den Isolierkörper 2 drei axiale Bohrungen, von denen
die beiden Bohrungen 6 die Anschlußdrähte für die Heizwicklung aufnehmen, während
durch die Bohrung 7a ein Thermodraht, der beispielsweise aus Konstantan bestehen
kann, hindurchgeführt ist. Die vordere Stirnseite Ib der Heizpatronenhülse la ist
mit einer mit der Bohrung 7a fluchtenden Bohrung 8 versehen, in welche der Therinodraht
eingeschoben ist. Durch eine von außen vornehmbare Verschweißung wird eine gute
elektrische und mechanische Verbindung zwischen dem Thermodraht 7 und der Heizpatronenhülse
la hergestellt.
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Das Lötkolbengehäuse besteht in dem gezeigten Ausführungsbeispiel
aus einem metallischen, schlecht wärmeleitenden Verbindungsrohr 10 und einem sich
daran anschließenden weiteren metallischen Rohr 14. Die Verbindung zwischen den
beiden Rohren 10 und 14 ist elektrisch leitend und kann beispielsweise durch Kleben
oder Löten erfolgen. Die in der Heizpatrone entwickelte Wärme wird weder durch das
Verbindungsrohr noch durch Luftkonvektion im Inneren des Rohres in den Bereich
des
Lötkolbengriffes übertragen. In das Verbindlmrsrohr wird vor dem Aufziehen der Heizpatrone
eine Isolierschicht 12 eingeschoben, welche die elektrische Sicherheit erhöht.
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Auf das hintere Ende des Verbindungsrohres ist ein Rohr Ilt aufgeschoben,
welches einen Anschlag 22 für den von hinten aufzuschiebenden, nicht dargestellten
Lötkolbengriff hat. Eine eingezogene Nut 21 dient als Drehsicherung zwischen Lötkolbengehäuse
und Lötkolbengriff Am Ende des Rohres 14 ist ein beispielsweise aus Kunststoff bestehendes
Isolierteil 15 in das Rohr 14 eingepreßt. Dieses Isolierteil trägt vier Kontaktstifte
16 für die äußeren Anschlußleiter. Auf der Innenseite des Lötkolbens sind zwei dieser
Kontaktstifte, von denen die Fig. 1 nur einen zeigt, während der andere Uber der
Zeichenebene auf gleicher Höhe liegt, mit den Zuleitern zu der Heizwicklung 3 verbunden,
während an einen Kontaktstift der Thermodraht 7 angeschlossen ist und an den anderen
der Zuleiter 20 zu der zweiten Verbindungsstelle des Thermoelementes angeschlossen
ist. Diese zweite Verbindungsstelle liegt im Ausführungsbeispiel an der Stelle 19,
wo der Zuleiter 20 zwischen das Isolierteil 15 und die Gehäusewand 14 eingeklemmt
ist. Die Verbindung kann Jedoch in Jeder beliebigen Form an Jeder beliebigen Stelle
des handwarmen Teiles des Lötkolbengehäuses hergestellt werden. Die durch das Lötkolbengehäuse
laufenden Zuleitungsdrähte und der Thermodraht
sind durch Isolierröllchen
13 und Isolierschläuche gegeneinander und gegenüber der Lötkolbengehäusewand elektrisch
isoliert.
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Ein Gummiring 17, der nach Aufschieben des Lötkolbengriffes zwischen
diesem und dem Verbindungsrohr 10 liegt, sorgt für einen wasserdichten Verschluß
des Lötkolbens.
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Das Ende des Lötkolbens ist über ein vieradriges Kabel an ein beliebiges
Regelgerät angeschlossen. Ein solches Regelgerät, enthält beispielsweise im Prinzip
ein Netzteil mit einem Transformator zur Spannungsversorgung der Regelelektronik
und des Heizelementes, wobei die Sekundärspannung galvanisch vom Netz getrennt und
vorzugsweise.erdfrei ist. Sie liegt im Bereich der Kleinspannung. Die Spannungsversorgung
der Regelelektronik ist stabilisiert. Im Regelgerät wird eine beispielsweise an
einem Potentioraeter abgreifbare einstellbare Sollwert spannung mit der vom Thermoelement
abgegebenen Spannung verglichen, und in Abhängigkeit des Vorzeichens der Regelabweichung
wird ein als Zweipunktregler arbeitender Schalter im Speisekreis der Heizwicklung
betätigt. Bei Übereinstimmung von Soll-und Istwert wird die Heizung abgeschaltet.
Eine erneute Einschaltung erfolgt erst, wenn die Regelabweichung einen bestimmten
Wertunterschritten hat.
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Dank dieser Regelung bleibt die Lötspitzentemperatur sowohl im Leerlauf
als auch bei Wärmeabgabe beim Löten in engen Grenzen konstant.
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Das Heizelement des Lötkolbens kann dank der Regelung stark überdimensioniert
werden. Es kann trotz der geringen Abmessungen (Außendurchmesser
des
Heizelementes ca. 2,7 mm) eine Leistung von 50 Watt haben, so daß bei Betrieb ohne
Regelung Temperaturen jenseits von 1500 Grad Celsius erreicht werden würden. Diese
große Heizreserve in Verbindung mit der äußerst geringen Maße der Heizpatrone und
der Lötspitze gewährleistet dank der Regelung einen sehr schnellen Wärmenachschub
zur Lötspitze bei Bedarf.
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Durch die Verbindungsstelle zwischen der Heizpatronenhülse 1a und
dem Verbindungsrohr 10, die aus verschiedenen Materialien bestehen, wird die Genauigkeit
der thermoelektrischen Temperaturmessung nur geringzügig beeinträchtigt. Besteht
beispielsweise die Patronenhülse 1a aus gut wärmeleitendem Eisen und das Verbindungsrohr
10 aus schlecht wärmeleitendem Edelstahl, dann beträgt die Thermospannung an diesem
Übergang nur einen Bruchteil der Thermospannung an der Verbindungsstelle 9. Der
Einfluß dieser Thermostelle kann jedoch durch entsprechende Eichung des Thermoelementes
voll erfaßt werden, da die Verbindungsstelle 11 praktisch gleiche Temperatur wie
die Verbindungsstelle 9 hat und die Thermospannungen verschiedener Materialien in
Abhängigkeit der Temperatur fast linear verlaufen.
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Die Lötspitze ist potentialfrei und kann über eine Buchse am.Regelgerät
auf Potentialgleichheit mit dem zu lötenden Gut gebracht werden. Ein besonderer
Anschluß an das Lötkolbengehäuse ist hierfür nicht erforderlich, da die bereits
vorhandene zweite Verbindungsstelle 19 des Thermoelementes verwendet werden kann,
da sie die Plusseite des Elementes darstellt. Statische Aufladungen irgendwelcher
Art können
ebenfalls über diese Buchse abgeleitet werden, insoweit
sie zu dem Lötkolben gelangen.