AT392021B

AT392021B - Apparatus for encasing electrical components with plastic by the whirl sintering method

Info

Publication number: AT392021B
Application number: AT0294588A
Authority: AT
Inventors: Michael Stahl; Johann Oswald
Original assignee: Siemens Bauelemente Ohg
Priority date: 1988-11-30
Filing date: 1988-11-30
Publication date: 1991-01-10
Also published as: ATA294588A

Abstract

Around vertically arranged driving wheels 2,3 run endless chains 1, between which is fastened a metal plate 7 with aluminium racks 10, 11 fastened to it and having components 12. Intermittent rotation by means of the endless chains 1 takes place in such a way that the components 12 are transported from the feed station 13 to the individual devices of the whirl sintering apparatus and are subsequently conveyed back again to the feed station 13. The input and output station for the components 12 is located at the same point in the apparatus. All the devices of the apparatus, with the exception of the feed station 13, are accommodated in an air-conditionable housing 14 below a large-area extractor hood 15. <IMAGE>

Description

AT 392 021 BAT 392 021 B

Die Erfindung betrifft eine Anlage zum Umhüllen von elektrischen Bauelementen mit Kunststoff nach dem Wirbelsinterverfahren, mit einer die Bauelemente automatisch zu Einrichtungen zum Vorwärmen, Erhitzen, Umhüllen und vorläufigem Aushärten fördernden Transporteinrichtung, wobei die Einrichtung zum Erhitzen der Bauelemente horizontal verschiebbar ist und nach dem Umhüllen der Bauelemente auch als Einrichtung zum vorläufigen Aushärten der Umhüllung dient und bei der die Transporteinrichtung zwei um Umlenkräder verlaufende endlose Ketten mit daran befestigten, insbesondere als Metallplatte ausgeführten Transportelementen aufweist, wobei die zu umhüllenden Bauelemente auf mindestens einer Horde auf die Transportelemente aufgesetzt sind, so daß sie einer intermittierenden Fortbewegung mittels der endlosen Ketten von einer Eingabestation bis zu einer Ausgabestation der Anlage unterliegen, und mit einer Abzugseinrichtung für den auftretenden Wirbelstaub.The invention relates to a system for encasing electrical components with plastic by the vortex sintering process, with a transport device automatically promoting the components to devices for preheating, heating, encasing and preliminary curing, the device for heating the components being horizontally displaceable and after encasing the Components also serve as a device for preliminary hardening of the casing and in which the transport device has two endless chains running around deflection wheels with attached transport elements, in particular designed as a metal plate, the components to be encased being placed on the transport elements on at least one tray so that they are subject to intermittent movement by means of the endless chains from an input station to an output station of the system, and with a removal device for the eddy dust which occurs.

Anlagen mit diesen Merkmalen werden von der Firma Systemation hergestellt und vertrieben. Im Verkaufsprospekt "Beta 900 a new concept in high volume conformal coating" der Firma Systemation a Division of Koerper Engineering Associates, Inc., Brookfield U.S.A., sind die Grundzüge der bekannten Anlage beschrieben.Systems with these characteristics are manufactured and sold by Systemation. In the sales prospectus " Beta 900 a new concept in high volume conformal coating " from Systemation a Division of Koerper Engineering Associates, Inc., Brookfield U.S.A., the basic features of the known system are described.

Elektrische Bauelemente werden häufig in der Abschlußphase ihrer Herstellung mit einer Umhüllung versehen, die auf dem Bauelementekörper eine elektrisch isolierende Schicht bildet und den Bauelementekörper nach außen gegen Umwelteinflüsse, insbesondere auch gegen Feuchtigkeit abschließt.In the final phase of their manufacture, electrical components are often provided with a covering which forms an electrically insulating layer on the component body and closes the component body to the outside against environmental influences, in particular also against moisture.

Bauelemente im Sinne der Erfindung sind z. B. Kaltleiter, Heißleiter, Varistoren, Kondensatoren und ähnliche Bauelemente, die mit radial wegstehenden und in die gleiche Richtung weisenden Stromzuführungsdrähten versehen sind.Components in the sense of the invention are, for. B. PTC thermistors, thermistors, varistors, capacitors and similar components, which are provided with radially protruding and pointing in the same direction power supply wires.

Das Aufbringen der Umhüllung erfolgt üblicherweise durch Eintauchen der Bauelementekörper in ein flüssiges, die Umhüllung bildendes Material, wie etwa Lack oder flüssiger Kunststoff. Das flüssige Material befindet sich dabei in einem nach oben hin offenen wannen- oder schalenförmigen Behälter.The covering is usually applied by immersing the component body in a liquid material forming the covering, such as lacquer or liquid plastic. The liquid material is in a trough or bowl-shaped container that is open at the top.

Zur Umhüllung wird in aller Regel ein Wirbelsinterverfahren eingesetzt, bei-dem bekanntlich das die Umhüllung bildende Material im Behälter in Pulverform vorliegt und mittels durchgeblasener Preßluft aufgewirbelt wird und dabei ein sogenanntes Wirbelbett bildet. Das mit dem jeweiligen nach unten hängenden, vorgewärmten Bauelementekörper in Berührung kommende Material geht teilweise in den flüssigen Zustand über und bleibt an dem Bauelementekörper haften. Durch Fluidisierung, d. h. Verwirbelung des Pulvers und Bildung des Wirbelbettes mit Hilfe von Druckluft und durch das Wirbelbett stabüisierende Maßnahmen gelingt es, eine glatte Oberfläche des Materials mit gleichbleibender Höhe im Behälter zu erzeugen. Geeignete Maßnahmen sind beispielsweise auch in der US-PS. 3,834,927 ausführlich beschrieben.A vortex sintering process is generally used for the envelope, in which, as is known, the material forming the envelope is in powder form in the container and is whirled up by means of blown compressed air, thereby forming a so-called fluidized bed. The material which comes into contact with the respective preheated component body hanging downwards changes partly into the liquid state and remains adhering to the component body. By fluidization, i.e. H. Turbulence of the powder and formation of the fluidized bed with the aid of compressed air and measures which stabilize the fluidized bed succeed in producing a smooth surface of the material with a constant height in the container. Suitable measures are for example also in the US-PS. 3,834,927 described in detail.

Die Beschaffenheit der Oberfläche des Wirbelbettes ist von Bedeutung im Zusammenhang mit einer allgemein bei der Umhüllung von Bauelementen auftretenden Problematik, der Bildung von sogenannten Lackhosen. Durch das mehr oder weniger tiefe Eintauchen der Bauelementekörper kann es zu einer Umhüllung der Anschlußdrähte auch außerhalb des unmittelbar an den Bauelementeköiper angrenzenden Bereichs kommen, die in Hinsicht auf die spätere Betriebssicherheit, insbesondere auf die Lötbarkeit, höchst unerwünscht ist.The nature of the surface of the fluidized bed is important in connection with a problem that generally occurs in the encapsulation of components, the formation of so-called lacquer pants. Due to the more or less deep immersion of the component body, the connecting wires can also be sheathed outside the area directly adjacent to the component body, which is highly undesirable in terms of later operational reliability, in particular the solderability.

Die bekannte Anlage der Firma Systemation arbeitet mit einem vertikal verschiebbaren Wirbelbettbehälter, in das die zu umhüllenden Bauelemente durch Anheben des Wirbelbettbehälters eingetaucht werden. Zu diesem Zweck sind die Bauelemente auf sogenannten Horden vereinigt und zwar bis zu 1.600 Stück je Horde. Die Horden werden gewöhnlich durch einen Aluminiumrahmen gebildet, auf dem die Bauelemente festgesteckt werden können. Eine große oder zwei kleinere Horden werden dann an einer großen Metallplatte derart befestigt, daß die Bauelemente nach unten hängen. Die große Metallplatte besitzt an zwei Seiten Tragegriffe, mit denen der an der Anlage Arbeitende die bestückten Platten zur Eingabestation der Anlage bringen, dort anheben und danach befestigen muß. Die Platten werden dann mittels zweier, über horizontale Antriebsräder verlaufende endlose Ketten automatisch durch eine Vorwärmzone mit einem ersten Heizer gezogen und danach oberhalb des verükal verschiebbaren Wirbelbettbehälters angeordnet. Nachdem ein zweiter Heizer die Bauelemente ausreichend aufgeheizt hat, wird der Wirbelbettbehälter soweit angehöben, daß die Bauelementeköiper gerade vollständig in das Wirbelbett eintauchen. Nach Absenken des Wirbelbettbehälters und vorläufigem Aushärten der Umhüllung durch den zweiten Heizer werden die Platten am der Eingabestation gegenüberliegenden Ende der Anlage aus der Ausgabestation herausgeschoben. Der Arbeitende muß die Platten dann wieder aus der Ausgabestation herausheben, sie um die Anlage herum zurück zur Eingabestation tragen und dort von den Platten die Horden entnehmen. Damit die Umgebung der Anlage nicht durch aus dem Wirbelbettbehälter aufgewirbeltes Pulver verunreinigt werden kann, verfügt die Originalanlage der Firma Systemation über Absaugleitungen im zweiten Heizer.The known system from Systemation works with a vertically displaceable fluidized bed container into which the components to be encased are immersed by lifting the fluidized bed container. For this purpose, the components are combined on so-called hordes, namely up to 1,600 pieces per horde. The trays are usually formed by an aluminum frame on which the components can be pinned. A large or two smaller trays are then attached to a large metal plate so that the components hang down. The large metal plate has handles on two sides with which the person working on the system must bring the assembled plates to the system input station, lift them there and then fasten them. The plates are then automatically pulled through a preheating zone with a first heater by means of two endless chains running over horizontal drive wheels and then arranged above the vertebrally movable fluidized bed container. After a second heater has heated up the components sufficiently, the fluidized bed container is raised to such an extent that the component bodies are just completely immersed in the fluidized bed. After lowering the fluidized bed container and provisionally curing the casing by the second heater, the plates are pushed out of the output station at the end of the system opposite the input station. The worker must then lift the plates out of the dispensing station, carry them around the system back to the entry station and remove the trays from the plates there. So that the surroundings of the system cannot be contaminated by powder whirled up from the fluidized bed container, the original system from Systemation has extraction lines in the second heater.

Zwar gewährleistet die bekannte Anlage eine automatische Ümhüllung von Bauelementen durch das Wirbelsinterverfahren, jedoch müssen bei der bekannten Anlage viele Wünsche der betrieblichen Praxis unerfüllt bleiben. Zum einen ist die Abschirmung des aufgewirbelten Pulvers durch die Absaugleitungen unzureichend und zudem prinzipiell aus Gründen der Arbeitshygiene problematisch. Der in erheblichem Maße entstehende Staub muß von der dortigen Abzugseinrichtung mit Hilfe eines Luftstromes abgeführt werden.Although the known system ensures automatic encapsulation of components by the vortex sintering process, many wishes of operational practice must remain unfulfilled with the known system. On the one hand, the shielding of the whirled up powder by the suction lines is inadequate and, moreover, is problematic in principle for reasons of occupational hygiene. The dust produced to a considerable extent must be removed from the extraction device there with the aid of an air stream.

Die damit jeweils verbundene lokale Abkühlung bleibt natürlich nicht ohne negative Folgen für den Umhüll-bzw. Sinterprozeß. -2-The associated local cooling naturally does not remain without negative consequences for the wrapping or. Sintering process. -2-

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Der entstehende Staub muß aber in ausreichendem Maße abgeführt werden, da es sonst zu unerwünschten Folgen kommt. Beispielsweise kann sich der Sinterstaub auch an unerwünschten Stellen der Stromzuführungsdrähte anlagem.The resulting dust must be removed to a sufficient extent, as otherwise undesirable consequences will result. For example, the sintered dust can also accumulate at undesired locations on the power supply wires.

Vor allem aber ist die Tatsache unangenehm, daß mit dem Heben und Tragen der recht großen und gewichtigen Metallplatten samt Horden immer wieder manuelle Schwerarbeit geleistet werden muß. Die nach unten hängenden Bauelemente sind der Sicht von außen entzogen, so daß bisher eine Kontrolle erst beim oder nach dem Zurücktragen der Metallplatte möglich istAbove all, however, the fact that with the lifting and carrying of the rather large and weighty metal plates and trays is always uncomfortable, manual heavy work has to be done. The components hanging down are removed from the view from the outside, so that a check is only possible when or after the metal plate has been carried back

Im Zusammenhang mit der Beschichtung von stabförmigen Gegenständen mit Kunststoff ist bereits aus der DE-OS 29 49 148 eine Anlage bekannt bei der zu sinternde Gegenstände über einen Endlosförderer, der über vertikal stehende Antriebsrollen läuft, zu Einrichtungen der Sinteranlage transportiert werden. Dabei werden die Gegenstände jedoch nicht zur Eingabe zurückgeführt, vielmehr wird das umlaufende Fördermittel nur zum Einweg-Transport verwendetIn connection with the coating of rod-shaped objects with plastic, a system is already known from DE-OS 29 49 148 in which objects to be sintered are transported to devices of the sintering system via an endless conveyor which runs over vertically standing drive rollers. However, the objects are not returned for input, rather the circulating funding is only used for one-way transport

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, den Zeit- und Kraftaufwand bei der Bedienung der Anlage zu verringern, die Problematik der Wärme- bzw. Staubluftabfuhr zu lösen und eine laufende Kontrolle der Güte der entstandenen Umhüllungen zu ermöglichen, beispielsweise um festzustellen, ob die Umhüllung der Bauelementekörper vollständig ist und ob die Lackhosen nicht zu groß sind.The object of the invention is to reduce the time and effort required to operate the system, to solve the problem of heat or dust air removal and to enable continuous monitoring of the quality of the resulting coverings, for example to determine whether the coverings of the Component body is complete and whether the patent pants are not too large.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Anlage der eingangs angegebenen Art gekennzeichnet durch die Merkmale: a) Die endlosen Ketten verlaufen um senkrecht stehende Antriebsräder herum, b) die Eingabestation und die Ausgabestation befinden sich als Bestückungsstation an der gleichen Stelle der Anlage, c) alle Einrichtungen außer der Bestückungsstation sind in einem klimatisierbaren Gehäuse untergebracht, d) im Deckenbereich des Gehäuses befindet sich eine großflächige Abzugshaube mit eingesetztem Staubfilter.To solve this task, the system of the type specified at the outset is characterized by the features: a) the endless chains run around vertically standing drive wheels, b) the input station and the output station are located at the same location of the system as the loading station, c) all the facilities In addition to the assembly station, there is an air-conditioned housing, d) In the ceiling area of the housing there is a large extractor hood with a dust filter inserted.

Die Praxis hat im umfangreichen Maße erwiesen, daß die Erfindung die gestellte Aufgabe in hervorragenderPractice has proven to a large extent that the invention achieves the object in an outstanding manner

Weise löst. Dadurch, daß das Be- und Entladen mit den Bauelementen jetzt an einer Stelle erfolgt, ist die Entlastung für den einzelnen Arbeitnehmer so groß, daß er jetzt ohne wesentlichen körperlichen Einsatz gleichzeitig zwei Anlagen bedienen kann. Ferner entfällt durch das großzügig dimensionierte Gehäuse und die Abzugshaube das beim Stand der Technik erörterte Problem, so daß jetzt das Wifbelpulver zugfrei und bei in der gesamten Anlage konstanten Wärmeverhältnissen abgesaugt werden kann.Way solves. The fact that loading and unloading with the components now takes place in one place, the relief for the individual worker is so great that he can now operate two systems simultaneously without substantial physical effort. Furthermore, due to the generously dimensioned housing and the extractor hood, the problem discussed in the prior art is eliminated, so that the wispy powder can now be sucked free of draft and with constant heat conditions in the entire system.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung des in der beigefügten Zeichnung rein schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels.Further details, features and advantages of the invention will become apparent from the following description of the exemplary embodiment shown purely schematically in the accompanying drawing.

Die einzige Figur zeigt eine schematische Längsschnittansicht einer Anlage zum Umhüllen von elektrischen Bauelementen nach dem Wirbelsinterverfahren.The single figure shows a schematic longitudinal sectional view of a system for encasing electrical components according to the vortex sintering process.

Die in der Zeichnung dargestellte Anlage besteht im wesentlichen aus einer Transporteinrichtung, den Einrichtungen zum Wirbelsintem und einem großen Gehäuse (14).The system shown in the drawing essentially consists of a transport device, the devices for spinal fluid and a large housing (14).

Die Transporteinrichtung wird gebildet durch jeweils zwei durch eine Achse von ca. 1 m Länge verbundene vordere und hintere Umlenkräder (2) und (3). Die vorderen und hinteren Umlenkräder (2) und (3) haben einen Durchmesser von jeweils ca. 40 cm und befinden sich senkrechtstehend alle in gleicher Höhe der Anlage, wobei der Abstand der vorderen zwei zu den hinteren zwei Umlenkrädem ca. 4 m beträgt. Jeweils um ein vorderes (2) und hinteres (3) Umlenkrad herum verlaufen parallel zueinander zwei endlose umlaufende Ketten (1). Die Umlenkräder (2) und (3) und die Ketten (1) bewegen sich gegen den Uhrzeigersinn. Die Achse zwischen den vorderen Umlenkrädem (2) wird über ein Zahnrad (17) von einem Antriebsmotor (18) angetrieben.The transport device is formed by two front and rear deflection wheels (2) and (3) connected by an axis of approximately 1 m in length. The front and rear deflection wheels (2) and (3) each have a diameter of approx. 40 cm and are all upright at the same height of the system, the distance between the front two and the rear two deflection wheels being approx. 4 m. Two endless revolving chains (1) run parallel to each other around a front (2) and rear (3) deflection wheel. The deflection wheels (2) and (3) and the chains (1) move counterclockwise. The axis between the front deflection wheels (2) is driven by a drive motor (18) via a gear wheel (17).

Die umlaufenden Ketten (1) dienen dazu, eine Metallplatte (7), die über Befestigungen (8) fest mit den beiden umlaufenden Ketten (1) verbunden ist, in das Innere der Anlage hinein und wieder hinaus zu transportieren. In der Zeichung sind schematisch zwei Metallplatten (7) in verschiedenen Positionen angedeutet, während in Wirklichkeit acht Metallplatten (7) vorhanden sind. Eine der Metallplatten (7) ist in horizontaler Position oberhalb der vorderen Umlaufräder (2) gezeichnet. Die umlaufenden Ketten (1) bewegen sich nicht kontinuierlich, sondern schubweise in einem Takt, der im wesentlichen durch die Aufheizzeit durch die Heizeinrichtung (6) und den Aufenthalt der Bauelemente in Wirbelbett bzw. durch die Zeitdauer des nachfolgenden vorläufigen Aushärtens vorgegeben ist. Sobald eine Metallplatte (7) aus dem Inneren der Anlage heraus und in die vorher beschriebene Position in der Bestückungsstation (13) transportiert worden ist, können die Metallplatten (7) mit Bauelementen (12) beladen oder entladen werden. Die Bauelemente sind in zwei länglichen Aluminiumrahmen (10) und (11) befestigt, die seitlich über zwei Tragegriffe verfügen. Die Befestigung der Horden (10) und (11) an den Metallplatten (7) besteht darin, daß eine feste Verbindung einerseits durch eine Klammer und andererseits durch Magnethaftung bewirkt wird. Der Hauptvorteil für den die Anlage Bedienenden besteht natürlich, wie bereits erwähnt, darin, daß er die Transportelemente nicht mehr wie früher zwischen nicht unerheblich voneinander entfernten Eingabe- und Ausgabestationen der Anlage hin- und hertragen muß. Ferner müssen an der Bestückungsstation (13) nur noch die im Vergleich zur Metallplatte (7) wesentlich leichteren Aluminiumrahmen (10) und (11) ausgewechselt werden.The revolving chains (1) serve to transport a metal plate (7), which is firmly connected to the two revolving chains (1) via fastenings (8), into and out of the interior of the system. In the drawing, two metal plates (7) are indicated schematically in different positions, while in reality eight metal plates (7) are present. One of the metal plates (7) is drawn in a horizontal position above the front planet wheels (2). The circulating chains (1) do not move continuously, but intermittently in one cycle, which is essentially determined by the heating-up time by the heating device (6) and the residence of the components in the fluidized bed or by the duration of the subsequent preliminary curing. As soon as a metal plate (7) has been transported out of the interior of the system and into the previously described position in the loading station (13), the metal plates (7) can be loaded or unloaded with components (12). The components are fastened in two elongated aluminum frames (10) and (11), which have two handles on the side. The attachment of the trays (10) and (11) to the metal plates (7) consists in that a firm connection is effected on the one hand by a clamp and on the other hand by magnetic adhesion. The main advantage for the operator of the system, of course, as already mentioned, is that he no longer has to carry the transport elements back and forth between the input and output stations of the system, which are not inconsiderably distant from one another, as before. Furthermore, only the aluminum frames (10) and (11), which are much lighter than the metal plate (7), have to be replaced at the loading station (13).

Nachdem eine Metallplatte (7) in der Bestückungsstation (13) mit den Horden, die die zu umhüllenden Bauelemente enthalten, bestückt wurde, wird sie mit dem nächsten Takt der umlaufenden Ketten (1) in eine Position mit nach unten hängenden Bauelementen (12) gebracht und gelangt in dieser Lage in das Innere der Anlage. Mit jedem T.ikt erreicht eine Metallplatte (7) mit Aluminiumhorden (10) und (11) und nach unten -3-After a metal plate (7) has been loaded with the trays containing the components to be encased in the loading station (13), it is brought into a position with the components (12) hanging down with the next cycle of the revolving chains (1) and reaches the inside of the system in this position. With each T.ikt a metal plate (7) with aluminum trays (10) and (11) and down -3-

Claims

AT 392 021 B hanging components (12) a preselected point of the system, which serves as a preheating zone and is designed as a stationary heater (4) With the next cycle of the system, the components (12) reach a position above the fluidized bed container (5). The components (12) are initially sufficiently heated by the horizontally displaceable heating device (6), which is designed as a drawer provided with heating wires in its inner part. The displaceable heating device (6) then moves into its rest position (20), whereupon the fluidized bed container (5) is raised to such an extent that the components (12) are coated with vortex powder to the desired extent. So that despite possible sagging chains (1) the components are always precisely at a preselected height level, the metal plate (7) is provided with castors (9) and rails (19) are provided on which the casters (9) enter when the wrapping and sintering station come to rest. After the vortex sheathing, the heating device (6) moves from its rest position (20) back to its original position in order to cause the sheathing of the wrapped components (12) to be temporarily cured by further heating. The assembled metal plates (7) leave the area of influence of the heating device (6) with the following cycle of the system. At the end of the system are the rear drive wheels (3), through which the assembled metal plates (7) are turned over again in such a way that the now-encased components (12) are directed upwards. They are then transported back to the loading station (13), where the aluminum trays (10) and (11) with the coated components (12) are detached from the metal plate (7) by the operator of the system and removed. The free metal plate (7) can now be loaded again for a new wrapping cycle. The entire system with the exception of the loading station (13) is surrounded by a generously dimensioned housing (14) that is provided with doors and viewing windows. This makes it possible to observe the vortex sintering partially and then the upward facing, freshly encased components within the system and to check their quality. Due to the direct visual inspection at the dismantling for the purpose of the quality check, there is a quick possibility of intervention in the spinal sintering process. Almost the entire ceiling area within the housing (14) is occupied by a large extractor hood (15). On the one hand, this ensures that eddy powder in the air is separated on a filter (16) and the heat is sucked off without draft, while on the other hand the heat conditions inside the system can still be kept constant. This is particularly important for a constant quality of the encapsulation of the components and, as already discussed, is only possible through air conditioning measures that practically encompass the entire system. PATENT CLAIM System for encasing electrical components with plastic using the vortex sintering process, with a transport device that automatically conveys the components to devices for preheating, heating, encasing and preliminary curing, the device for heating the components being horizontally displaceable and after encasing the components also as The device serves for preliminary hardening of the covering and in which the transport device has two endless chains running around deflection wheels with attached transport elements, in particular designed as a metal plate, the components to be encased being placed on the transport elements on at least one tray so that they intermittently move by means of the endless chains from an input station to an output station of the system, and with an extraction device for the occurring eddy dust, characterized by the features: a) The endless chains (1) run around vertically standing drive wheels (2, 3), b) the input station and the output station are located as the loading station (13) at the same point in the system, c) all devices except the loading station (13 ) are housed in an air-conditioned housing (14), d) in the ceiling area of the housing (14) there is a large extractor hood (15) with an inserted dust filter (16). Add 1 sheet of drawing -4-