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Gegenstand der Erfindung ist eine Metallisierungsanlage mit einer sich aus einem Metallschmelzenbad des zum Metallisieren verwendeten Metalles erhebenden Schmelzenwelle, zweckmässig zur Beschichtung von Drähten, Platten oder einzelnen aufgehängten Metallgegenständen mit einem Metall, z. B. Zinn, Blei, Zink, dessen
Schmelzpunkt niedriger als der der zu beschichtenden Metalle ist, ferner zur Lotbeschichtung von gedruckten
Schaltungen mit oder ohne eingesetzten Schaltungselementen bzw. zur Lötung dieser Schaltungselemente, wobei durch Bewegung der zu metallisierenden Gegenstände diese in Kontakt mit der Schmelzenwelle bringbar sind und die zur Bildung der Schmelzenwelle erforderliche Strömung mittels einer Fördereinrichtung herstellbar ist.
Neben derartigen Metallisierungsanlagen mit einer sich aus einem Metallschmelzenbad des zum Metallisieren verwendeten Metalles erhebenden Schmelzenwelle sind Anlagen zur Metallisierung im Tauchverfahren bekannt, bei welchen das sich kontinuierlich bewegende Material in eine Metallschmelze mit grosser Wärmekapazität getaucht wird und das Tauchen unter die Oberfläche der Schmelze von mechanischen Führungselementen durchgeführt wird. Der gemeinsame Nachteil solcher Anlagen besteht darin, dass am Eintrittspunkt in die und am
Austrittspunkt aus der Metallschmelze des zu metallisierenden Materials die Verwendung besonderer, komplizierter Einrichtungen oder aggressiver chemischer Substanzen zur kontinuierlichen Entfernung des oberflächlichen Oxydbelages und der Schlackendecke bzw. zu deren Verhinderung notwendig ist.
Im Falle von Schmelzenbädem mit Temperaturen über 300-3500C kann der oberflächliche Oxydbelag und die
Schlackendecke mittels auf die Oberfläche aufgetragener chemischer Substanzen (Flussmittel) praktisch nicht mehr entfernt werden. Bei derartigen höheren Temperaturen entstehen ausserdem bei den nach dem Eintauchverfahren arbeitenden Metallisierungsanlagen aus den einzelnen Komponenten der Metallschmelze nichtmetallische Nebenprodukte (Oxyde und andere Schlackenstoffe) sowie Dämpfe von flüchtigen Metallen, wie z. B. Kadmium, die in bedeutenden Mengen in den den Werkplatz umgebenden Luftraum gelangen, wo die vom Gesundheitsschutzstandpunkt aus zulässigen niedrigen Verunreinigungskonzentrationen nur mit kostspieligen und komplizierten zusätzlichen technischen Einrichtungen, z. B. durch starkes örtliches Absaugen, erreichbar sind.
Das starke örtliche Absaugen beeinträchtigt aber die räumliche und zeitliche Gleichmässigkeit der Temperatur der Metallschmelze.
Die an der Isoliergrundplatte liegenden Metalleitungsbänder der mit einer gedruckten Schaltung versehenen Platten sind zwecks Verbesserung der Lötbarkeit zweckmässigerweise mit einem Lotüberzug versehen. Zur Herstellung dieses Lotüberzuges sind verschiedene chemische, elektrochemische- und Heisstauch-Metallisier- Verfahren bzw. nach diesen arbeitende Anlagen bekannt. Beim Lotauftrag durch Heisstauchmetallisieren und bei der Lotbeschichtung von auf Platten gedruckten Schaltungen, gegebenenfalls mit eingesetzten Schaltungselementen, sind vor allem nach zwei verschiedenen Methoden arbeitende Anlagen bekanntgeworden.
Bei der nach dem einfacheren Verfahren arbeitenden Anlage schwimmt die gegebenenfalls mit Schaltungselementen bestückte, mit einer gedruckten Schaltung versehene Platte auf der Oberfläche der stillstehenden Lotschmelze und ist ein wenig darin eingetaucht und wird danach aus dem Bad entfernt. Bei der andem, nach dem komplizierteren, aber zuverlässigeren und produktiveren Verfahren arbeitenden Anlage wird die gegebenenfalls mit Schaltungselementen bestückte, mit einer gedruckten Schaltung versehene Platte über eine sich aus dem Lotschmelzenbad erhebende Schmelzenwelle der Lotschmelze in solcher Weise geführt, dass wenigstens der Scheitel der Welle die zu behandelnde Fläche der mit gedruckter Schaltung versehenen Platte berührt und gleichmässig benetzt.
Für die nach dem Eintauchverfahren arbeitenden Anlagen zur Lotbeschichtung gedruckter Schaltungen gelten die gleichen Nachteile wie für die eingangs erwähnten Heisstauch-Metallisieranlagen.
Bei bekannten Anlagen zur Lotbeschichtung gedruckter Schaltungen mit einer sich aus dem Lotschmelzenbad erhebenden Lotschmelzenwelle ist zur Bildung dieser Welle im unteren Teil eines elektrisch beheizten Lotschmelzenbehälters eine mit einem Elektromotor angetriebene mechanische Pumpe zur Förderung der Metallschmelze angeordnet, welche im allgemeinen mit steifen Drehschaufeln (Zentrifugalpumpe) oder als Zahnradpumpe ausgestaltet ist. Die von der Pumpe geförderte Schmelze strömt durch einen Kanal zu einer Stelle an der Lotschmelzenoberfläche, über welcher auf Grund der durch die Pumpe erzeugten Strömung eine aus der Lotschmelze bestehende Welle gebildet wird, deren Scheitellinie horizontal verläuft. Die von der Welle abströmende Schmelze fliesst in den Lotschmelzenbehälter zurück.
Der Ersatz der von den Werkstücken aufgenommenen sowie durch Schlackenbildung und Verspritzen verbrauchten Lotschmelze wird durch mechanische oder elektromechanische Zuführvorrichtungen geregelt, die durch Niveaufühler gesteuert werden.
Die Höhe der Lotschmelzenwelle ist durch Veränderung des Fördervolumens der Lotschmelzenpumpe, normalerweise durch deren Drehzahlveränderung, einstellbar.
Diese Anlagen mit einer sich aus dem Lotschmelzenbad erhebenden Schmelzenwelle bieten im Verhältnis zur Eintauch- bzw. Schwimmbehandlung in einem stillstehenden Lotschmelzenbad zwar zahlreiche technologische und wirtschaftliche Vorteile, haben aber auch zahlreiche Nachteile. Die mechanische Pumpe erfordert eine sorgfältige Konstruktion und Ausführung, da eine Lotschmelze von etwa 2800C mit möglchst geringer Turbulenz gefördert werden soll. Die mechanische Pumpe ist gegen in die Lotschmelze geratene feste Verunreinigungen (Schlacke, abgefallene oder abgeschiedene Metallstücke bzw. Bestandteile u. dgl.) besonders empfindlich, da diese ein Versagen, eventuell sogar den Bruch der Pumpe verursachen können. Aus
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strömungstechnischen Gründen ist eine sorgfältige Ausgestaltung des Strömungskanals erforderlich.
Zur Dämpfung der durch die Pumpe hervorgerufenen Turbulenz dienen in die Strömungskanäle eingebaute Dämpfungselemente. Ein Verriegelungsstromkreis mit einem separaten Temperaturfühler soll das Einschalten des Elektromotors, der die mechanische Pumpe über ein mechanisches Getriebe antreibt, verhindern, wenn die Schmelze erstarrt ist. Die Wartung und Reparatur der mechanischen Pumpe ist dadurch erschwert, dass diese in der Metallschmelze angeordnet ist. Zur Regelung des Flüssigkeitsstandes ist eine mit einem mechanischen oder elektromechanischen Fühler und einer Zufuhreinrichtung versehene komplizierte Vorrichtung vorgesehen. Ein Temperaturgradient in der Schmelze ist unvermeidbar, weil die Schmelze mit dem elektrischen Heizkörper thermisch nur durch Wärmeleitung in Verbindung steht.
Der Rotor der mechanischen Pumpe ist der Temperatur der Lotschmelze ausgesetzt, so dass seine Lagerung sowie sein Antrieb konstruktive Massnahmen erfordert, welche auch bei hoher Temperatur einen störungsfreien Betrieb sichern können und keine übermässige Wärmeabfuhr verursachen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Metallisierungsanlage mit einer sich aus einem Metallschmelzenbad des zum Metallisieren verwendeten Metalles erhebenden Schmelzenwelle zu schaffen, welche insbesondere auch zur Lotbeschichtung von gedruckten Schaltungen geeignet ist und die erwähnten Nachteile bekannter derartiger Anlagen vermeidet und neue Verwendungsgebiete in einem noch grösseren Temperaturbereich eröffnet.
Die Erfindung besteht bei einer Metallisierungsanlage der eingangs genannten Art darin, dass die Fördereinrichtung eine elektrodynamische Heizpumpe oder Induktionsheizpumpe ist.
Bei der erfindungsgemässen Metallisierungsanlage wird die Metallschmelze ohne Anwendung beweglicher Teile mittels der elektrodynamischen Heizpumpe oder der Induktionsheizpumpe vom Engergieübertragungspunkt bis zur erzeugten, sich aus dem Metallschmelzenbad erhebenden Welle in einem Kanal ohne Richtungswechsel bei laminarer Strömung in Bewegung gehalten. Gleichzeitig wird eine kontinuierliche, automatische Standregelung und Selbstreinigung ohne Anwendung von besonderen Zuführungsgeräten innerhalb des Temperaturbereiches der in der technischen Praxis zum überziehen und Löten verwendeten Metalle und Legierungen ermöglicht, welcher
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hergestellt werden, welche die Benetzung der zu metallisierenden Gegenstände an der Berührungsstelle mit der Metallschmelzenwelle verstärkt und die Entfernung von die Benetzung hindernden Oberflächenverunreinigungen fördert.
Die Temperaturverteilung in der Metallschmelze ist äusserst günstig, da die Heizung der Metallschmelze durch Induktion und/oder durch den in der Metallschmelze fliessenden Strom erreicht wird und da ferner weder die elektrodynamische Heizpumpe noch die Induktionsheizpumpe wärmeabführende Bauelemente aufweist. Die im kalten Zustand eingeschaltete Pumpe nimmt an der Erwärmung und Warmhaltung teil und ihre Reparatur ist sowohl in kaltem als auch in warmem Zustand möglich, da die eventuell eine Reparatur erfordernden Bauelemente der Pumpe ausserhalb der Schmelze angeordnet sind.
Der für das zum Metallisieren verwendete Metall nötige Metallschmelzenbehälter der Metallisierungsanlage gemäss der Erfindung kann im Verhältnis zu den Metallbehältern bekannter, mit einer konventionellen mechanischen Pumpe versehener und mit einer sich aus dem Metallschmelzenbad erhebenden Schmelzenwelle arbeitender Metallisierungs- bzw. Lotbeschichtungsanlagen gleicher Leistung bedeutend kleiner gehalten werden, da der Rauminhalt des Metallschmelzenbehälters durch den Raumbedarf der mechanischen Pumpe nicht unnötig erweitert ist.
Infolgedessen kann in der Metallisierungsanlage gemäss der Erfindung eine verhälnismässig kleine Menge der Metallschmelze enthalten sein, wodurch sich bei der Erwärmung eine Energieersparnis und bei einem periodisch vorgenommenen Austausch der im Betrieb notwendigerweise mit fremdem Metall verunreinigten Metallschmelze eine Materialeinsparung ergibt.
In der Metallisierungsanlage gemäss der Erfindung kann die mit dem umgebenden Luftraum in Verbindung stehende Metallschmelzenoberfläche im Verhältnis zum Rauminhalt sehr klein gehalten werden, wodurch Schlackenbildung und Oxydbildung verringert werden und die gesamte freie Oberfläche mit einer kleinen Menge Schutzmaterial, wie z. B. mit einem Flussmittel oder öl, wirksam geschützt werden kann.
Die Ausgestaltung des Kanals, in dem die elektrodynamische Heizpumpe oder die Induktionsheizpumpe arbeitet, ermöglicht eine (bei einigen mit einer sich aus der Metallschmelze erhebenden Welle arbeitenden Lotauftrag-Metallisierungsanlagen bereits erfolgreich verwendete) Schutz- und Flussmittelzufuhr unter dem Metallschmelzenniveau.
Im Kanal, in dem die elektrodynamische Heizpumpe oder die Induktionsheizpumpe arbeitet, wird die Metallschmelze ausschliesslich vom untersten Bereich des Metallschmelzenbehälters zur Austrittsstelle der Schmelzenwelle gefördert, so dass Verunreinigungen mit einem geringeren spezifischen Gewicht als jenem der Metallschmelze in den Kanal nicht eintreten können. Gegebenenfalls in den Kanal gelangende feste Metallstücke verursachen-im Gegensatz zu mechanischen Pumpen-keine Betriebsstörung und können sogar während des Betriebes leicht entfernt werden.
Die elektrodynamische Heizpumpe oder die Induktionsheizpumpe fördert die Metallschmelze in eine gleichbleibende Höhe der Schmelzenwelle, so dass die nach der Lotschmelzenzufuhr bei mechanischen oder
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elektromechanischen Lotzuführvorrichtungen übliche periodische Niveauschwankung entfällt, welche bei den genannten Vorrichtungen die Folge des periodischen Metallnachschubs ist.
Vorteilhaft weist die elektrodynamische Heizpumpe oder die Induktionsheizpumpe einen die Schmelzenwelle erzeugenden Betriebskanal und einen das verbrauchte Metall ersetzenden Hilfskanal auf.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen näher beschrieben, in welchen eine beispielsweise Ausführungsform einer erfindungsgemässen Metallisierungsanlage dargestellt ist.
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l(Fig. 2) sichert die Betriebstemperatur der im Metallschmelzenbehälter-2-befindlichen Metallschmelze, welche durch einen Temperaturfühler--7-- (Fig. 3) kontrolliert ist. Durch drei Raumbegrenzungsplatten --14-- werden in einem Betriebsbehälter--9--ein Betriebskanal--11-und ein Hilfskanal-12gebildet.
Ein Niveauregulierdamm --13-- bestimmt und stabilisiert das oberste Niveau der Metallschmelze im Betriebsbehälter--9--. Die Induktionsheizpumpe-3, 4, 5-- hebt die Metallschmelze bis zu einem im
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Betriebskanal--11--bezeichneten--17-- (Fig. 4) mit einer horizontal verlaufenden Scheitellinie bildet und dann in den Betriebsbehälter --9-zurückfliesst. Die Förderhöhe der Induktionsheizpumpe-3, 4, 5--kann durch die Veränderung ihrer Erregung eingestellt werden. Die Induktionsheizpumpe --3, 4, 5-- fördert die Metallschmelze aus einem in den Zeichnungen (insbesondere Fig. 3, 4) links dargestellten Hilfsbehälter--10--auch durch eine zum Hilfskanal
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dem Mass der betriebsmässigen Metallabnahme entsprechend, kontinuierlich sinkt.
Im Falle eines grösseren Absinkens wird der Hilfsbehälter--10--wieder aufgefüllt.
Der grösste Teil der an der Oberfläche der im Betriebsbehälter --9-- befindlichen Metallschmelze schwimmenden Verunreinigungen, die Schlacke und die Oxydschicht fliessen über den Niveauregulierdamm --13-- und gelangen in den Hilfsbehälter--10--, von wo diese Verunreinigungen-auch während des Betriebs-sehr einfach entfernt werden können.
In einem in den Zeichnungen nicht dargestellten Bedienungskasten sind an sich bekannte Temperaturregler sowie eine Einheit zur Steuerung der Förderhöhe angeordnet.
In Fig. 4 der Zeichnungen ist auch ein zu metallisierender Gegenstand-18-, nämlich eine auf eine Platte gedruckte, mit einem Lotüberzug zu beschichtende, gedruckte Schaltung angedeutet, welche entlang dem in Fig. 4 gezeigten Pfeil in Kontakt mit der Schmelzenwelle --17-- gebracht wird.
Die Induktionsheizpumpe--3, 4, 5--der als Beispiel dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemässen Metallisierungsanlage vereinigt in sich die Funktion eines Antriebsmotors, eines übersetzungsgetriebes, einer mechanischen Metallschmelzenpumpe und eines mit Dämpfungselementen versehenen Kanals von bekannten Anlagen mit einer mechanischen oder elektromechanischen Pumpe zur Bildung der Metallschmelzenwelle, ohne einen einzigen beweglichen Bestandteil zu haben. Die in der vollen Abschlussplatte --5-- oder Induktionsheizpumpe sowie in dem Betriebskanal--11--und dem Hilfskanal - 12-- fliessenden Ströme stellen die Basis der Heizung dar. Bei Verwendung des erwähnten pulsierenden, fortbewegenden Magnetfeldes kommt eine die Oxydschicht brechende Materialschwingung zustande.
Die automatische Niveauregulierung ermöglicht gleichzeitig die Reinigung der Metallschmelze.
Die beschriebene und in den Zeichnungen dargestellte Lösung ist nur ein Ausführungsbeispiel der mit stehender Welle arbeitenden Metallisierungsanlage gemäss der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind selbstverständlich zahlreiche andere Ausführungsformen der Anlage möglich. So kann z. B. statt der induktiven Heizpumpe eine an sich bekannte elektrodynamische Heizpumpe verwendet werden, bei welcher - wie bekannt-die Metallschmelze einerseits durch die Beeinflussung des des in die Metallschmelze eingeleiteten Stromes und anderseits durch das in der Schmelze fliessende magnetische Feld gefördert wird.
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