Effizienteres Induktionslöten durch berührungslose Infrarot-Temperaturmessung

Temperaturkontrolle als Herausforderung beim induktiven Löten von Kupfer

Bei der Herstellung leistungsstarker Transformatoren, Generatoren und anderer elektrotechnischer Komponenten müssen Kupferdrähte, Kupferstäbe und mehrlagige Kupferschienen dauerhaft und zuverlässig miteinander verbunden werden. Ein verbreitetes Verfahren ist das induktive Löten, bei dem die Kupferleiter durch ein elektromagnetisches Feld gezielt erwärmt werden. Die präzise Kontrolle der Temperatur spielt dabei eine entscheidende Rolle für die Qualität der Lötverbindungen und die Wirtschaftlichkeit des gesamten Fertigungsprozesses.

Während des Lötprozesses werden mehrere Kupferleiter in einer Vorrichtung fixiert und durch einen Induktor erwärmt. Zwischen den einzelnen Lagen befindet sich Kupferlot, das bei einer anwendungsspezifischen Temperatur von etwa 650 bis 670 °C schmilzt und sich zwischen den Kontaktflächen verteilt. Sobald die erforderliche Temperatur erreicht ist, muss die Energiezufuhr rechtzeitig abgeschaltet werden. Erfolgt die Abschaltung zu früh, schmilzt das Lot nicht vollständig und es entstehen unzureichende Verbindungen, die eine zeitaufwendige manuelle Nachbearbeitung erfordern. Eine zu hohe Temperatur kann dagegen zu starker Oxidation, Materialschädigung und unbrauchbaren Lötstellen führen.
Eine besondere Herausforderung stellt die berührungslose Infrarot-Temperaturmessung auf Kupferoberflächen dar. Kupfer besitzt einen niedrigen und stark oberflächenabhängigen Emissionsgrad. Während der Erwärmung verändern sich durch Oxidation und Anlauffarben die Strahlungseigenschaften, wodurch die Messwerte eines Infrarot-Pyrometers beeinflusst werden können. Zusätzlich erschweren reflektierte Wärmestrahlung, wechselnde Lichtverhältnisse und eingeschränkte Einbaupositionen eine zuverlässige Messung.

Manuelle Kontrollmessungen mit einem tragbaren IR-Thermometer liefern häufig keine ausreichend reproduzierbaren Ergebnisse, da der Messpunkt zwischen den einzelnen Messungen variiert. Für automatisierte industrielle Lötprozesse ist deshalb eine kontinuierliche Temperaturüberwachung erforderlich. Fest installierte Infrarotsensoren ermöglichen die wiederholbare Erfassung definierter Messstellen und schaffen die Grundlage für eine temperaturabhängige Abschaltung der Induktionsanlage. Dadurch lassen sich kritische Temperaturabweichungen reduzieren und gleichbleibende Prozessbedingungen bei hohen Produktionsstückzahlen unterstützen.

Optris-Pyrometer verbessern Prozesssicherheit und Wirtschaftlichkeit beim Kupferlöten

Der Einsatz der Optris-Pyrometer verbessert die Prozesssicherheit und Wirtschaftlichkeit beim induktiven Löten von Kupferleitern. Durch die kontinuierliche Infrarot-Temperaturmessung erfolgt die Abschaltung der Induktionsanlage temperaturabhängig und reproduzierbar. Dadurch sinkt das Risiko unvollständig geschmolzener Lötverbindungen sowie überhitzter Kupferoberflächen. Die Anzahl notwendiger Nachlötungen und der damit verbundene manuelle Arbeitsaufwand verringern sich.

Besonders bei hohen Produktionsvolumina wirkt sich die automatisierte Temperaturüberwachung positiv auf die Fertigungseffizienz aus. In der beschriebenen Anwendung werden täglich etwa 300 bis 400 Kupferleiterpakete im Zwei- oder Dreischichtbetrieb bearbeitet. Ein vollständiger Bearbeitungszyklus einschließlich Einspannen, Erwärmen und Abkühlen dauert ungefähr zwei Minuten. Die Reduzierung zusätzlicher Nachbearbeitung ermöglicht einen höheren Durchsatz, geringere Personalkosten und weniger Ausschuss.

Ein wesentlicher Vorteil der Optris-Lösung liegt in der Verbindung aus kompakter Baugröße, kurzwelliger Infrarotmesstechnik und einfacher Integration in bestehende Maschinensteuerungen. Im Vergleich zu einer IR-Kamera oder Wärmebildkamera benötigt das CTi 1M deutlich weniger Einbauraum. Da für die Prozessabschaltung die Temperatur einer definierten Messstelle ausreicht, ist eine flächige Wärmebildgebung nicht erforderlich. Die punktuelle Messung stellt damit eine zweckmäßige Lösung für diese Anwendung dar.

Weitere Optimierungsmöglichkeiten ergeben sich durch abgestimmtes Optris-Zubehör. Ein Reflexionsschutzrohr verringert störende Einflüsse durch reflektierte Umgebungsstrahlung und verbessert die Messstabilität. Ein Freiblasevorsatz mit integrierter Nahfokusoptik schützt die Sensoroptik und ermöglicht bei geeigneter Messgeometrie kleinere Messflecken. Zusätzliche Halterungen erleichtern die präzise Ausrichtung der Pyrometer auf die Lötstellen.

Die Kombination aus anwendungsgerechter Sensorauswahl, flexiblen Schnittstellen und abgestimmtem Zubehör macht Optris zu einem geeigneten Partner für die industrielle Temperaturüberwachung. Durch die gemeinsame Abstimmung von Messposition, Emissionsgrad und Abschaltschwelle lässt sich der Lötprozess weiter stabilisieren und an unterschiedliche Kupfergeometrien sowie Produktionsbedingungen anpassen.