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Temperaturregelelektronik für Lötkolben
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Regelelektronik für die Temperaturregelung
elektrisch beheizter Lötkolben, die besonders für die Lötung thermisch und elektrisch
empfindlicher Bauelemente und Bauteile in der Elektronikindustrie, in Produktion
und Service von elektrischen und elektronischen Geräten und ähnlichen Anwendungsgebieten
bis hin zur Anwendung im Heiimverkerbereich geeignet sind.
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Es sind temperaturgeregelte Lötkolben bekannt, bei denen für die Regelelektronik
mehr oder weniger aufwendige Brückenschaltungen, Differenzverstärker oder spezielle
integrierte Schaltkreise zur Anwendung kommen.
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rilt einem speziellen Schaltkreis für die Reelelektronik ist zum Beispiel
ein Lötkolben nach DE-OS 292 1062 ausgerüstet. Durch die relativ hohe Stromaufnahme
der Steuerelektronik und die konstruktive Ausführung des Lötkolbens bleibt sein
Einsatzgebiet aber nur auf den Kleinspannungsbereich beschränkt.
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Bei einfachen, diskret aufgebauten Schaltungsausführungen wirken sich
die Parameterschwankungen der als Halbleiterleistungsschalter eingesetzten Thyristoren
störend auf die Stabilität und die Temperatureinstellgenauigkeit der Regel-
elektronik
aus, so daß zum Beispiel bei einem Lötkolben nach DE-OS 235 8396 speziell ausgemessene
Bauelemente verwendet werden müssen, bei DE-OS 2210474 eine nachträgliche eichung
erforderlich ist, oder es sind zusätzlich ein Abgleichelement und ein Halbleiterschalter
nötig wie bei i>E-AS 2109470. Der Temperaturgang der übrigen verwendeten Halbleiterbauelemente
wirkt sich bei diesen Lötkolben ebenfalls negativ auf die löttechnitschen Parameter
aus.
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Ein weiterer Nachteil von Lötkolben mit diskret aufgebauter Regelelektronik
ist die zumeist unzureichende Kompensation der vom Thyristor erzeugten Ifochfrequenzstörstrahlun=en,
z. B. DE-OS 2210474, wodurch es neben Funkempfangsstörungen auch zu einer Zerstörung
von hochempfindlichen Bauelementen beim Lötvorgang kommen kann.
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Das Ziel der Erfindung ist, eine Regelelektronik für die Temperaturregelung
von Lötkolben zu schaffen.
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Die Regelelektronik soll einfach und funktionssicher aufgebaut sein
und eine möglichst geringe Anzahl von Bauelementen, die ausschließlich Standardbauelemente
sein sollen, enthalten. Weiterhin ist die Regelelektronik so auszulegen, daß eine
Hochfrequenzstörstrahlung vermieden wird.
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Die Abmessung der verwendeten Leiterplatten ist so klein zu halten,
da13 eine Unterbringung im Handgriff von Lbtkolben möglich ist. Damit können die
Lötkolben direkt aus dem 220 Volt-Netz betrieben werden und der Einsatz von Tre-lsformatoren
kann entfallen.
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Aufgabe der Erfindung ist die Entvdcklung einer elektronischen Schaltungsanordnung
für die Temperaturregelung eines elektrisch beheizten Lötkolbens, die mit einem
möglichst
einen Aufwand und bei kleinstem Raumbedarf vor allem die
negativen Einflüsse der bei derartigen Schaltungen üblicherweise als Leistungsschalter
eingesetzten Thyristor ren ausschaltet, wie exemplar- und temperaturabhängige Streuungen
der zum Schalten nötigen Steuerspannung, Änderung der Steuerspannung beim Regelvorgang
und das Aussenden von IIo cbfrcquenz störs-t; rahlullC beim Schalten. Der Temperaturgang
der übrigen jIalbleiterbauelemente darf die Parameter der Regelelktronik ebenfalls
nic beeinflussen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemä@ dadurch gelöst, daß die Versorgungsspannung
der Regelelektronik durch zwei Widerstände in Referenzspannung und Thyristorsteuerspannung
entkoppelt wird ung eine Lichtemiterdiode die Referenzspannung erzeugt. Parallel
zur Referenzspannung liegt ein Vergleichsnetzwerk, das neben zwei Festwiderständen
einen einstellbaren und einen temperaturabhängigen widerstand ent hält. Zwischen
dem Vergleichsnetzwerk und dem Thyristor ist ein Transistor geschaltet, dessen Emitter
mit der Katode, dessen Kollektor mit der Steuerelektrode und dessen Basis mit dem
Vergleichsnetzwerk und über einen Widerstand mit der Anode des Thyristors verbunden
ist.
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Das parallel zur Lichtemitterdiode liegende Vergleichsnetzwerk bildet
den Basisspannungsteiler für den 'Uransistor, indem von der Lichtemitterdiode ein
Widerstand zur Basis führt und zwischen Basis und Emitter die übrigen drei Widerstände
des Spannungsteilers in Reihe geschaltet sind. Von dieser Reihenschaltung ist ein
widerstand der Einstellregeler für die Solltemperatur, und ein weiterer Widerstand
ist der in unmittelbarer Nähe der ;Lötspitze angebrachte Temperaturfühle r, der
den emitterseitigen Abschluß des Vergleichsnetzwerkes bildet.
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Die Regelelektronik ist über zwei Anschlüsse mit der Betriebswechselspannung
verbunden. Ein Auschluß erfolgt ü das mit der Thyristode verbundene Heizelement,
der andere Anschluß erfolgt über die Anode des Thyri@tors. Von der Thyristoranode
Führt ein Kondensater den Entkopplungswiderständen die Versorgungsspannung in gew@nschter
Phasenlage zu. lurch die Entkopplung wirken sich Streuungen und Temperaturgang der
Thyristorsteuerspannung sowie ihre anderungen beim Schalten nicht merklich auf die
Referenzspannung und damit auf die eingestellte Temperatur aus. In der gewählten
Schaltungsanordnung kompensiert außerdem der lemperaturgang des Transsistors die
Temperaturgänge von Lichtemitterdiode und Thyristor, so daß bei räumlicher Nähe
dieser Bauelemente die Schwanlungen der Umgebungstemperatur und die Eingenerwärmung
der Bauelemente ausgeglichen werden.
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Der Widerstand zwischen Basis des Transistors und der Tnyristoranode
führt dem Transistor phasen- und amplitudenabhängige Spannungen von der Anode des
Thyristors zu. Diese Maßnahme unterdrückt in Verbindung mit einem parallel zu den
Betriebsspannungsanschlüssen geschalteten Kondensator iO clifrequenzstörstrahlungen
der Regelelektronik.
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Die Regelelektronik arbeitet nach dem Prinzip der Zweipunktregelung
im Halbwellenbetrieb, wobei der Thyristor im i*,ulldurchlauf der Wechselspannung
geschaltet wird. Nach der Verbindung der Regelelektronik mit der Betriebsspannung
heizt das Heizelement die Lötspitze auf, wodurch die Spannung an der Basis des Transistors
infolge der Widerstandaerhöhung des Temperaturfühlers ansteigt. Erreicht die Temperatur
der Lötspitze den eingestellten Sollwert, so steigt die Spannung an der Basis über
die Basis-Emitter-Schwellspannung, wodurch der Transistor leitend wird und die Tiiyristorsteuerspannung
infolge der niedrigen Kollektor-Emitter-Sättigungsspannung des Transistors unter
ihren Mindestwert strikt.
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Bei der nächsten positiven Halbwelle der Betriebswechselspannung kann
nun der Thyristor nicht mchr zünden und die @eizung wird stromlos. Wird die Lötspitze
wieder abhekühlt.
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dann verringert sich der Widerstand des Temperatarfühlers, die Basis-Emitter-Spannung
sinkt unter ihren schwellert und der Transistor wird gesperrt. Unmittelhar nach
dem Nalldurchgang wird nun der Thyristor für positive Halbwellen leitend, das Iieizelement
wird voni Strom durchflossen und die Temperatur der Lötspitze auf den Sollwert gebracht.
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Durch diesen mit geringer Trägheit ständig ablaufenden Prozeß wird
die Temperatur der Lötspitze konstant gehalten.
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Die Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Über die Anschlüsse
16 und 17 wird die Regelelektronik mit der Betriebswechselspannung verbunden. Je
nach Dimensionierung der Schaltung sind Betriebsspannungen zwischen 24 und 220 Vol-t
möglich. Der parallel zu den Anschlüssen geschaltete Kondensator 18 und der widerstand
15 dienen zur Unterdrückung von ;Io chfrequenz störstrahlung, so daß die Regelelektronik
einer Funkentstörprüfung nach internationalen Vorschriften standhält. Der Kondensator
1 stellt die gegenüber der Betriebsspannung reduzierte Versorgung sspannung der
Regelelektronik am Verzweigungspunkt 2 zur Verfühung, die über die Widerstände 10
und 11 in die Steuerspannung am Verzweigungspunkt 4 für den Thyristor 3 und in die
Referenzspannung am Verweigungspunkt 9 für das Vergleichsnetzwerk 5, 6, 7, 8 entkoppelt
wird. Die Lichtemitterdiode 12 bildet dabei das Referenzelement und dient zusützlich
zur Anzeige der Betriebzbereitschaft während der Aufheizphase und des Erreichens
der Solltemperatur durch Erhöhung ihrer Helligkeit.
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Parallel zur Referenzspannung am Verzweigungspunkt 9 liegt das Vergleichsnetzwerk
5, 6, 7, 8, das aus den Festwiderständen
5, 6, aus dem Einstellregler
7 für die Solltemperatur und dem Temperaturfühlerwiderstand 8 mit positivem Temperaturkoeffizienten
besteht. Durch die Anordnung von Einstellregler 7 und Temperaturfühler 8 zwischen
Basis und Emitter des Transistors 13 wird ein Hochlaufen der Lötkolbentemperatur
bei einem Ausfall dieser Widerstände verhindert, da in diesem all der Transistor
13 leitend wird und über den Thyristor 3 das Ileizelement 19 abschaltet. Die Verbindung
der auf einer Leiterplatte untergebrachten Regelelektronik mit dem Temperaturfühler
8 und dem Ijeizelement 19 erfolgt über die Anschlüsse 20, 21, 22.
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Wird der Lötkolben mit der Betriebsspannung verbunden, so heizt das
Heizelement 19 die Lötspitze auf, wodurch sich der Widerstand des in ihrer unmittelbaren
Nähe angebrachten Temperaturfühlers 8 erhöht. Bei Erreichen der mit dem Einstellregler
7 vorgewählten Soll temperatur wird der Spannungsaofall am Temperaturfühler 8 so
groß, daß die Basis-Emitter-Spannung am Verzweigungspunkt 14 ihren Schwellwert übersteigt
und folglich der Transistor 13 leitend wird. Aufgrund seiner niedrigen Sättigungsspannung
kann er den Thyristor 3 sperren, wodurch das Heizelement 19 strornios wird. lurch
Wärmeentzug kühlt sich die Lötspitze wieder ab, der Widerstand des Temperaturfühlers
8 sinkt und der Transistor 13 wird gesperrt. Unmittelbur nach dem Mulldurchgeng
wird der Thyristor 3 nu bei den positiven Halbwellen der Betriebsspannung gezündet,
das Heizelement 19 wird vom Strom durchflossen und die Temperatur der Lötspitze
steigt wieder an. Durch diesen kontinuierlich ablaufenden Regelprozeß wird die Temperatur
der Lötspitze konstant gehalten.
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