Пристрій і спосіб для термічної обробки заготівок, насамперед за допомогою конвективного теплообміну

Реферат: Пристрій для термічної обробки заготівок, насамперед оснащених електричними й електронними елементами друкованих плат, щонайменше з однією технологічною камерою, в якій виконана або ж розташована щонайменше одна зона нагрівання або охолодження, в яку вводиться термостатоване, газоподібне текуче середовище, при цьому заготівки проходять через зону нагрівання або зону охолодження й між заготівками й термостатованим текучим середовищем відбувається, насамперед конвективний, теплообмін, і щонайменше з одним розташованим у технологічній камері температурним вимірювальним елементом, в якому передбачений щонайменше один чутливий елемент заданої маси, який розташований у технологічній камері таким чином, що між чутливим елементом і текучим середовищем відбувається конвективний теплообмін, і пристрій, за допомогою якого чутливий елемент охолоджується і/або нагрівається, при цьому температура чутливого елемента є вимірюваною температурним вимірювальним елементом. UA 100554 C2 (12) UA 100554 C2 UA 100554 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід відноситься до пристрою відповідно до обмежувальної частини пункту 1 формули винаходу. Також, винахід відноситься до способу відповідно до обмежувальної частини пункту 13 формули винаходу. Пристрої або установки розглянутого типу служать для термічної обробки всіх типів заготівель, наприклад для отвердівання клейових з'єднань, теплового кондиціювання для підключених ділянок обробки або подібного. Однак, подібні пристрої, насамперед, служать як пристрої для паяння або паяльних установок, насамперед паяльних установок способом паяння оплавленням припою для друкованих плат або інших носіїв, які оснащені електричними або електронними елементами. При цьому відомі з рівня техніки паяльні установки способом паяння оплавленням припою звичайно мають декілька розташованих одна за одною технологічних камер або технологічних зон різної температури, насамперед зону підігріву, зону оплавлення й зону охолодження, в яких призначені для паяння друковані плати піддаються впливу різних температур. Процес підігріву у кожній зоні відбувається за допомогою нагрівальних або ж охолодних елементів, тепло яких за допомогою вентиляторів передається у напрямку друкованих плат. При цьому обдування друкованих плат відбувається, як правило, як зверху, так і знизу. Теплопередача на друковані плати відбувається по суті конвективно й залежить, насамперед, від температури й умов плину нагрітого повітря. Для досягнення достатньої стабільності процесу й, тим самим, надійних і, насамперед, повторюваних результатів паяння, істотне значення для керування або ж регулювання має реєстрація параметрів процесу обробки. У той час як це є порівняно простим для температури у технологічній камері або технологічній зоні, реєстрація таких умов конвекції, як умови обтікання, є скрутною, насамперед, тому що відомі вимірники потоку або ж анемометри у технологічних камерах з такими високими температурами, які є при паянні оплавленням припою, використовуватися не можуть. Виходячи з цього рівня техніки, завданням даного винаходу є створення пристрою для термічної обробки заготівель, за допомогою якого може бути встановлена стійкість процесу у технологічних камерах або ж технологічних зонах пристрою. Це завдання вирішене за допомогою пристрою відповідно до технічного рішення пункту 1 формули винаходу. Кращі варіанти винаходу є предметом залежних пунктів формули винаходу. Пристрій або установка відповідно до винаходу для термічної обробки заготівель, насамперед оснащених електричними й електронними елементами друкованих плат або подібного, має саму по собі відому щонайменше одну технологічну камеру, в якій виконана або ж розташована щонайменше одна зона нагрівання або зона охолодження, в яку вводиться термостатоване, газоподібне текуче середовище. При цьому текуче середовище може бути атмосферним повітрям, захисним газом або будь-яким газом або газовою сумішшю. При цьому заготівлі, які підлягають обробці, проходять через зону нагрівання або зону охолодження, при цьому між заготівлями й термостатованим текучим середовищем відбувається, насамперед конвективний, теплообмін Також, у технологічній камері розташований щонайменше один температурний вимірювальний елемент. Відповідно до винаходу передбачений щонайменше один чутливий елемент заданої маси, який розташований у технологічній камері таким чином, що між чутливим елементом і текучим середовищем відбувається конвективний теплообмін Також, відповідно до винаходу передбачений пристрій, за допомогою якого чутливий елемент охолоджується або нагрівається щодо температури у технологічній камері Температура чутливого елемента є вимірюваною температурним вимірювальним елементом. Насамперед, розташування чутливого елемента заданої маси у технологічній камері означає, що він підлягає конвекційному теплообміну у такий же спосіб, як і заготівлі, які підлягають обробці При цьому чутливий елемент нагрівається доти, поки він не прийме по суті температуру всередині технологічної камери Після досягнення цього першого рівноважного стану чутливий елемент охолоджується за допомогою пристрою, поки не буде досягнутий другий рівноважний стан на більше низькому рівні температури або ж не буде досягнута досить низька температура чутливого елемента Після цього охолодження чутливого елемента закінчується, і він знову конвективно нагрівається до першого рівноважного стану Зі зміни температури чутливого елемента, насамперед росту температури по закінченні охолодження, можна судити про конвекцію Інакше кажучи, чим швидше відбувається ріст температури, тим кращою є конвекція За рахунок порівняння температурних кривих наступних один за одним циклів охолодження й циклів нагрівання чутливого елемента або ж фактичній температурній 1 UA 100554 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 кривій з еталонної кривої можна також судити про конвекцію всередині технологічної камери, насамперед чи є вона стабільною або змінюється у ході процесу. Альтернативно охолодженню чутливого елемента, він може також нагріватися за допомогою пристрою доти, поки не буде досягнутий другий рівноважний стан або ж не буде досягнута досить висока температура чутливого елемента, після чого він конвективно охолоджується до першого рівноважного стану. Зі зміни температури чутливого елемента, насамперед зниження температури по закінченні нагрівання, можна судити про конвекцію. Інакше кажучи, чим швидше відбувається охолодження чутливого елемента, тим краще конвекція. Розташування температурного вимірювального елемента принципово є будь-яким, якщо забезпечується досить точне вимірювання температури чутливого елемента. Відповідно до кращого приклада здійснення винаходу температурний вимірювальний елемент розташований опосередковано або безпосередньо у чутливому елементі або на чутливому елементі. Наприклад, температурний вимірювальний елемент може бути розташований на поверхні чутливого елемента, наприклад бути наклеєний. Однак відповідно до приклада здійснення винаходу кожний чутливий елемент має виїмку, в якій розташований температурний вимірювальний елемент. Ця виїмка може бути, наприклад, поглибленням на поверхні або отвором у корпусі чутливого елемента. Тип температурного вимірювального елемента може бути будь-яким. Так, можуть застосовуватися термодатчики всіх типів, наприклад, термопари, напівпровідникові датчики, електричні резистивні датчики або подібне. Число й розташування чутливих елементів також принципово є будь-яким і залежить по суті від числа, системи й виконання технологічних камер. Однак, переважно, у кожній технологічній камері розташований щонайменше один чутливий елемент. Якщо технологічна камера або безліч технологічних камер у кожному випадку має декілька зон нагрівання й/або зон охолодження, то за наступним кращим варіантом здійснення винаходу у кожній зоні нагрівання або зоні охолодження кожної технологічної камери розташований щонайменше один чутливий елемент. Таким чином, можна визначати стійкість процесу для кожної температурної зони кожної технологічної камери. Охолодження чутливого елемента може відбуватися принципово будь-яким способом за допомогою установки охолодження. Так, наприклад, чутливий елемент може оббризкуватися або обмиватися будь-яким охолодним середовищем, наприклад рідким або газоподібним холодоагентом. Однак, переважно, як охолодний засіб використовується стиснене повітря, яке опосередковано або безпосередньо може бути підведене до чутливого елемента щонайменше за одним відрізком трубопроводу установки охолодження. Чутливий елемент може нагріватися принципово будь-яким способом, наприклад за допомогою пропущення гарячого текучого середовища, насамперед топкового газу. Відповідно до кращого варіанта здійснення винаходу чутливий елемент має по суті наскрізну виїмку, яка пронизується відрізком трубопроводу, за яким направляється холодоагент або ж теплоносій. Завдяки цьому холодоагент або ж теплоносій може простим чином бути спрямований до чутливого елемента й охолоджувати або ж нагрівати його. Відповідно до іншого приклада здійснення чутливий елемент може бути виконаний по суті у вигляді муфти й по суті герметично з'єднувати один з одним два відрізки трубопроводу для охолодного або ж нагрівального текучого середовища. У цьому варіанті здійснення чутливий елемент сам стає частиною трубопроводу холодоагенту або ж теплоносія, завдяки чому між чутливим елементом і холодоагентом або ж теплоносієм може відбуватися, насамперед, гарний теплообмін і, тим самим, швидке охолодження або ж швидке нагрівання чутливого елемента. З'єднання відрізків трубопроводу з чутливим елементом може відбуватися за допомогою будь-якого з'єднання з силовим або геометричним замиканням, наприклад за допомогою склеювання, зварювання, запресовування або подібного. Однак переважно, відрізки трубопроводу, що підлягають з'єднанню, на своїх осьових кінцях забезпечені зовнішнім різьбленням, а муфтоподібний чутливий елемент з боку закраїн забезпечений внутрішніми різьбленнями, які доповнюють до неї за формою й функцією. Таким чином, відрізки трубопроводу можуть бути з'єднані простим чином за типом відомих трубних муфтових з'єднань. Істотним значенням для винаходу є те, що за рахунок охолодження або ж нагрівання чутливого елемента на температуру у технологічній камері або ж технологічній зоні впливають у наскільки можливо меншому обсязі. Крім того, перевагою є, якщо холодоагент і, насамперед, використовуване як холодоагент стиснене повітря або ж теплоносій направляється через технологічну камеру у по суті закритому циклі й не попадає в атмосферу технологічної камери. Тому згідно з особливо кращим варіантом здійснення винаходу всі чутливі елементи 2 UA 100554 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 з'єднуються один з одним за допомогою відрізків трубопроводу з утворенням по суті закритої стосовно технологічної камери системи нагрівання або ж охолодження. Особливо надійне і точне вимірювання температури чутливого елемента виходить, якщо відповідно до наступного приклада здійснення винаходу температурний вимірювальний елемент розташований в оболонці муфтоподібного чутливого елемента, насамперед в отворі, який проходить по суті паралельно до поздовжньої осі муфти. Також винахід відноситься до способу визначення термічної стійкості процесу у пристрої для термічної обробки заготівель, насамперед оснащених електричними й електронними елементами друкованих плат. При цьому заготівлі проходять щонайменше через одну технологічну камеру, в якій виконана або ж розташована щонайменше одна зона нагрівання або зона охолодження, в яку вводиться термостатоване, газоподібне текуче середовище. При цьому у технологічній камері розташований щонайменше один чутливий елемент заданої маси. Також між заготівлями й термостатованим текучим середовищем відбувається конвективний теплообмін. При цьому спосіб відповідно до винаходу має наступні стадії технологічного процесу: - спочатку, відбувається конвективне нагрівання чутливого елемента в атмосфері технологічної камери до рівноважного стану, в якому чутливий елемент має по суті температуру атмосфери всередині технологічної камери, - потім, відбувається повторне охолодження й нагрівання чутливого елемента, при цьому охолодження відбувається при по суті незмінній температурі технологічної камери, а нагрівання відбувається за допомогою конвекції в атмосфері технологічної камери або, альтернативно, нагрівання відбувається при по суті незмінній температурі технологічної камери, а охолодження відбувається за допомогою конвекції в атмосфері технологічної камери, - після цього, порівнюються між собою температурні криві чутливого елемента з наступних один за одним циклів нагрівання й охолодження або ж фактичні температурні криві з еталонної температурної кривої. При цьому, насамперед зі зміни температури чутливого елемента, можна судити про стійкість процесу у технологічній камері. Якщо, наприклад, температура чутливого елемента у наступних один за одним циклах нагрівання й охолодження збільшується однаковим чином, тобто, насамперед, однаково швидко, то є присутньою достатня стійкість процесу. Якщо температура у наступних циклах збільшується наприклад, повільно, то конвекція погіршується. За допомогою реєстрації подібних температурних циклів можна також простим чином опосередковано одержати висновок про конвекцію. Далі винахід більше докладно пояснюється за допомогою креслень, що показують тільки один приклад здійснення. Показано на: Фіг. 1 схематичне зображення у вигляді блок-схеми установки для паяння оплавленням припою відповідно до винаходу, Фіг. 2 збільшене зображення розташування чутливих елементів відповідно до винаходу в установці для паяння оплавленням припою подібно фіг 1 з шістьма технологічними зонами, Фіг. 3 діаграма співвідношення температури й часу наступних один за одним циклів нагрівання й охолодження чутливого елемента, і Фіг. 4 схематичне зображення у вигляді блок-схеми системи керування або регулювання пристрою відповідно до винаходу. Зображена на фіг. 1 установка для паяння оплавленням припою, має технологічну камеру 1 з безліччю технологічних зон, з яких зображені тільки три технологічні зони, а саме, зона 2 підігріву, зона 3 паяння й зона 4 охолодження. Технологічні зони відділені одна від одної відповідними, не зображеними розділовими пристроями, наприклад перегородками або подібним, таким чином, що вирівнювання температури між технологічними зонами відвернено. На транспортному пристрої у формі стрічкового транспортера або ланцюгового транспортера 5 друковані плати 6, які підлягають паянню, транспортуються через пристрій таким чином, що вони один за одним проходять через технологічні зони 2-4. Кожна технологічна зона вище й нижче транспортного пристрою має нагрівальний елемент 7, 8, за допомогою якого нагрівається атмосфера, що перебуває у технологічній зоні. Нагріте у такий спосіб технологічне текуче середовище, наприклад повітря або захисний газ, за допомогою вентиляторів 9, 10 видувається через розподільні форсунки 11, 12 на друковані плати 6, за допомогою чого вони нагріваються або охолоджуються, при цьому щонайменше у технологічній зоні 3 в області друкованих плат переважає температура, що є щонайменше трохи більшою температури плавлення використовуваного припою. При цьому передача тепла від технологічного текучого середовища на друковані плати відбувається по суті за допомогою конвекції. 3 UA 100554 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 У кожній технологічній зоні 2, 3 і 4 в області між верхнім нагрівальним елементом 7 і транспортним пристроєм 5 або ж нижнім нагрівальним елементом 8 і транспортним пристроєм 5 у кожному випадку розташований чутливий елемент 13 або ж 14. Верхні чутливі елементи 13 і нижні чутливі елементи 14 з'єднані за допомогою відрізків 15 або ж 16 трубопроводів, через які при необхідності подається повітря через чутливі елементи. На обох кінцях пристрою відрізки трубопроводів виведені назовні й щонайменше в області 17, 18 впуску зони 2 підігріву з'єднані з не зображеним джерелом стисненого повітря. На фіг. 2 зображене розташування чутливих елементів у пристрої з шістьма технологічними зонами. При цьому технологічні зони 19-22 відносяться до зон підігріву або ж нагрівання й відповідають технологічній зоні 2 на фіг. 1. Технологічні зони 23 і 24 являють собою зони паяння оплавленням припою й щодо цього відповідають технологічній зоні 3 згідно фіг. 1. Далі передбачений трубопровід 25 з відрізків 26 трубопроводу й відрізка 27 трубопроводу, а також відрізка 28 трубопроводу. Відрізок трубопроводу з'єднаний з не зображеним джерелом стисненого повітря. У кожній технологічній зоні передбачений чутливий елемент 29. Чутливі елементи 29 виконані у вигляді муфтоподібного, порожнього циліндра, що має форму відрізка труби. При цьому кожний чутливий елемент 29 в області своїх обох кінців з боку закраїн забезпечений не зображеним внутрішнім різьбленням, в яке вгвинчуються торцеві кінці відрізків 26, 27 і 28 труби, які мають зовнішнє різьблення, що доповнює. Таким чином, одержують герметичну систему труб, згвинчену за допомогою муфтоподібних чутливих елементів, через яку може бути подане стиснене повітря для охолодження чутливих елементів. В області своїх торцевих сторін 30 чутливі елементи 29 оснащені не зображеним отвором, що виконаний в оболонці чутливого елемента по суті паралельно поздовжній осі муфти. У цьому отворі розташований температурний вимірювальний елемент, що служить для реєстрації температури чутливого елемента. Не зображений температурний вимірювальний елемент за допомогою проведення 31 забезпечений не зображеним на фіг. 1 вимірювальним блоком і блоком оцінки результатів для сигналу температурного вимірювального елемента. Температурний вимірювальний елемент і електричний провід 31 виконані у всіх чутливих елементів однаковими. Зміна температури чутливого елемента далі описується за допомогою верхньої кривої 32 діаграми згідно фіг. 3. У момент часу t1 чутливий елемент має температуру, яка відповідає температурі процесу у відповідній технологічній зоні. Переважає рівноважний стан. 3 моменту часу t1 чутливий елемент охолоджується за допомогою стисненого повітря, що вдувається через відрізки трубопроводу, і чутливий елемент до моменту часу t2, коли знову досягається рівноважний стан, в якому чутливий елемент досяг своєї найнижчої температури або ж досить низької температури чутливого елемента. Температура атмосфери у технологічній зоні, навпроти, залишається майже незмінною тому що, з одного боку, стиснене повітря не попадає в атмосферу процесу й, з іншого боку, охолоджені маси відрізків трубопроводу й чутливих елементів малі у порівнянні з розміром технологічної зони. У момент часу t2 припиняється подача стисненого повітря й чутливий елемент конвективно нагрівається до моменту часу t3, коли знову досягнутий рівноважний стан у момент часу t1. Охолодження й повторне нагрівання чутливого елемента, як описано вище, тепер повторюється як завгодно часто під час експлуатації технологічної зони. На діаграмі згідно фіг. 3 за допомогою кривої 33 зображена зміна температури того самого чутливого елемента у наступному циклі охолодження й нагрівання. Для більше простого відображення крива 33 зображена зміщеною донизу відносно кривої 32, у дійсності абсолютні температури в області рівноважних станів у моменти t1 або ж t1', t2 і t3 або ж t3' обох кривих на діаграмі є однаково високими. Тепер порівнюють ріст температури, обумовлений конвекцією після моменту часу t2 обох кривих 32 і 33, установлюють, що підйом кривої 33 є більше плоским, ніж підйом кривої 32. Іншими словами це означає, що конвективний теплообмін у циклі, який лежить в основі кривої 33 гірше, ніж конвективний теплообмін у попередньому циклі кривої 32. Так, простим чином можна встановити зміну конвекції й, тим самим, стійкість процесу. Як видно, насамперед, на фіг. 4, сигнали чутливих елементів різних технологічних зон пристрою подаються на пристрій 34 керування й обробки результатів відповідно до винаходу й обробляються там, як описано вище. Крім того, за допомогою цього пристрою керування й обробки результатів відбувається періодичне включення й відключення клапана 35 відключення для подачі стисненого повітря, за допомогою якого починається й закінчується циклічний процес охолодження чутливих елементів. 4 UA 100554 C2 5 Результат порівняння зміни температури наступних один за одним циклів нагрівання й охолодження чутливих елементів подається на головний пристрій 36 керування, що залежно від обчислених різних змін температури регулює, наприклад, нагрівання й/або вентилятори відповідних технологічних зон або швидкість проходження транспортного пристрою для друкованих плат. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 1. Пристрій для термічної обробки заготівок, насамперед оснащених електричними й електронними елементами друкованих плат або подібного, щонайменше з однією технологічною камерою, в якій виконана або ж розташована щонайменше одна зона нагрівання або охолодження, в яку вводиться термостатоване, газоподібне текуче середовище, при цьому заготівки проходять через зону нагрівання або зону охолодження й між заготівками й термостатованим текучим середовищем відбувається, насамперед конвективний, теплообмін, і щонайменше з одним розташованим у технологічній камері температурним вимірювальним елементом, який відрізняється тим, що містить щонайменше один чутливий елемент заданої маси, який розташований у технологічній камері таким чином, що між чутливим елементом і текучим середовищем відбувається конвективний теплообмін, і пристрій, за допомогою якого чутливий елемент охолоджується і/або нагрівається, при цьому температура чутливого елемента є вимірюваною температурним вимірювальним елементом. 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що температурний вимірювальний елемент розташований у чутливому елементі або на чутливому елементі. 3. Пристрій за п. 2, який відрізняється тим, що чутливий елемент має виїмку, в якій розташований температурний вимірювальний елемент. 4. Пристрій за одним із пп. 1-3, який відрізняється тим, що температурний вимірювальний елемент є термодатчиком. 5. Пристрій за одним із пп. 1-4, який відрізняється тим, що у кожній технологічній камері розташований щонайменше один чутливий елемент. 6. Пристрій за одним із пп. 1-5, який відрізняється тим, що у кожній зоні нагрівання або зоні охолодження кожної технологічної камери розташований щонайменше один чутливий елемент. 7. Пристрій за одним із пп. 1-6, який відрізняється тим, що пристрій для охолодження або нагрівання чутливого елемента має щонайменше один відрізок трубопроводу, через який охолодне текуче середовище, насамперед у вигляді стисненого повітря, або ж нагрівальне текуче середовище опосередковано або безпосередньо є подаваним до чутливого елемента. 8. Пристрій за п. 7, який відрізняється тим, що чутливий елемент має по суті наскрізну виїмку, яка пронизується відрізком трубопроводу. 9. Пристрій за п. 7, який відрізняється тим, що чутливий елемент виконаний по суті муфтоподібним і по суті герметично з'єднує між собою два відрізки трубопроводу для охолодного текучого середовища або ж нагрівального текучого середовища. 10. Пристрій за п. 9, який відрізняється тим, що відрізки трубопроводу, які підлягають з'єднанню, на своїх осьових кінцях забезпечені зовнішньою різьбою, а муфтоподібний чутливий елемент з боку закраїн забезпечений внутрішніми різьбами, які доповнюють до неї за формою й функцією. 11. Пристрій за одним із пп. 7-10, який відрізняється тим, що всі чутливі елементи з'єднані між собою за допомогою відрізків трубопроводу з утворенням по суті закритої стосовно технологічної камери системи нагрівання або ж системи охолодження. 12. Пристрій за одним із пп. 7-11, який відрізняється тим, що температурний вимірювальний елемент розташований в оболонці муфтоподібного чутливого елемента, насамперед в отворі, який проходить по суті паралельно до поздовжньої осі муфти. 13. Спосіб визначення термічної стійкості процесу у пристрої для термічної обробки заготівок, насамперед оснащених електричними й електронними елементами друкованих плат або подібного, при цьому заготівки проходять щонайменше через одну технологічну камеру, в якій виконана або ж розташована щонайменше одна зона нагрівання або охолодження, в яку вводиться термостатоване, газоподібне текуче середовище, при цьому у технологічній камері розташовані щонайменше один чутливий елемент заданої маси, і при цьому між заготівками й термостатованим текучим середовищем відбувається конвективний теплообмін, 5 UA 100554 C2 5 10 з наступними стадіями технологічного процесу: - конвективне нагрівання чутливого елемента в атмосфері технологічної камери, - повторне охолодження й нагрівання чутливого елемента, при цьому охолодження відбувається при по суті незмінній температурі технологічної камери, а нагрівання відбувається за допомогою конвекції в атмосфері технологічної камери, або нагрівання відбувається при по суті незмінній температурі технологічної камери, а охолодження відбувається за допомогою конвекції в атмосфері технологічної камери, - порівняння температурних кривих чутливого елемента з наступних один за одним циклів нагрівання й охолодження або ж порівняння фактичної температурної кривої з еталонною температурною кривою. 6 UA 100554 C2 Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 7