DE102007016102A1 - Apparatus and method for treating molten metals - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung von Metallschmelzen (1), aufweisend einen Schmelzenbehälter (B), der die Metallschmelze (1) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass ein Plasmagerät (5) vorgesehen und so in Bezug auf den Schmelzenbehälter (B) positioniert ist, dass die Oberfläche (8) der Metallschmelze (1) mit einem Atmosphärendruck-Plasma beaufschlagbar ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Behandlung von Metallschmelzen (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (8) der Metallschmelze (1) mit einem Atmosphärendruck-Plasma beaufschlagt wird.The invention relates to a device for the treatment of molten metals (1), comprising a melt container (B) containing the molten metal (1), characterized in that a plasma device (5) is provided and thus positioned with respect to the melt container (B) in that the surface (8) of the molten metal (1) can be acted upon by an atmospheric-pressure plasma. Furthermore, the invention relates to a method for the treatment of molten metals (1), characterized in that the surface (8) of the molten metal (1) is subjected to an atmospheric pressure plasma.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung von Metallschmelzen aufweisend einen Schmelzenbehälter, der die Metallschmelze enthält, sowie ein Verfahren zur Behandlung von Metallschmelzen.The The present invention relates to a device for the treatment of Molten metal comprising a melt container containing the molten metal contains and a method of treating molten metals.

Beim Schmelzen von Metallen und beim Umgang mit Metallschmelzen tritt an der Oberfläche der Metallschmelze bekanntermaßen eine Oxidbildung auf, die zu mannigfaltigen Problemen führt. Die gebildeten Oxide werden auch als Krätze bezeichnet. Die übliche Vorgehensweise sieht vor, bei Metallschmelzen die Kräzte regelmäßig mechanisch abzuschöpfen. Dies verursacht einen erhöhten Materialverbrauch und Wartungsaufwand sowie eine erhöhte Umweltbelastung und führt speziell bei Lotschmelzen zu hohen Fehlerraten.At the Melting of metals and when handling molten metals occurs on the surface the molten metal known an oxide formation, which leads to a variety of problems. The formed oxides are also referred to as dross. The usual procedure envisages to regularly skim off the herbs mechanically during molten metals. This causes an increased Material consumption and maintenance and increased environmental impact and leads especially with solder melts at high error rates.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Anfall von Krätze auf der Oberfläche von Metallschmelzen zu vermindern bzw. zu verhindern.task In the present invention, it is the accumulation of dross the surface to reduce or prevent molten metal.

Vorrichtungsseitig wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, dass ein Plasmagerät vorgesehen und so in Bezug auf den Schmelzenbehälter positioniert ist, dass die Oberfläche der Metallschmelze mit einem Atmosphärendruck-Plasma beaufschlagbar ist. Es wurde gefunden, dass die Wirkungsweise auf einem Zusammenspiel zwischen den im Plasma gebildeten Ionen und Radikalen und den Metalloxiden bzw. deren Vorprodukte beruht.the device side the object is achieved in that a plasma device provided and so in relation to the melt container is positioned so that the surface of the molten metal with a Atmospheric pressure plasma can be acted upon. It was found that the mode of action on one Interplay between the ions and radicals formed in the plasma and the metal oxides or their precursors.

Bevorzugt ist das Plasmagerät zur Erzeugung eines Niedertemperatur-Atmosphärendruck-Plasmas geeignet ausgebildet. Besonders bevorzugt ist das Plasmagerät zur Erzeugung eines reduzierend wirkenden Atmosphärendruck-Plasmas geeignet ausgebildet. Beispielsweise ist zur Erzeugung eines reduzierend wirkenden Niedertemperatur-Atmosphärendruck-Plasmas der Einsatz eines entsprechenden Prozessgases, z. B. der Einsatz von Formiergas (N2:H2 im Verhältnis 95:5), vorgesehen. Dadurch kann erreicht werden, dass die im Plasma gebildeten Ionen und Radikale die Metalloxide reduzieren, ohne dass die unter Normalbedingungen erforderliche Energiestufe (Temperatur) erforderlich ist. Mit dem Plasma wird die technisch nutzbare Reduktionstemperatur wesentlich verringert.Preferably, the plasma generator is designed to generate a low-temperature atmospheric pressure plasma suitable. Particularly preferably, the plasma unit is designed to generate a reducing atmospheric pressure plasma suitable. For example, to produce a reducing-acting low-temperature atmospheric pressure plasma, the use of a corresponding process gas, for. B. the use of forming gas (N 2 : H 2 in the ratio 95: 5) provided. It can thereby be achieved that the ions and radicals formed in the plasma reduce the metal oxides without the energy level (temperature) required under normal conditions being required. The plasma significantly reduces the technically usable reduction temperature.

Zweckmäßigerweise ist eine Abdeckung über dem Schmelzenbehälter vorgesehen. Bevorzugt ist die Abdeckung als Haube ausgebildet. Besonders bevorzugt ist die Haube vertikal verschiebbar ausgebildet. Die Abdeckung oder Haube dient der Abschirmung von der Umgebung und vereinfacht die Beaufschlagung mit dem Plasma oder auch mit Schutz- und Aktivgas für bestimmte Anwendungsfälle.Conveniently, is a cover over the melt container intended. Preferably, the cover is designed as a hood. Especially Preferably, the hood is designed to be vertically displaceable. The cover or hood serves to shield from the environment and simplifies the Exposure to the plasma or with protective and active gas for certain Use cases.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind zwei oder mehr Plasmageräte vorgesehen. Ziel ist es hierbei eine gleichmäßige Beaufschlagung der gesamten Oberfläche zu erreichen.According to one advantageous embodiment of the invention, two or more plasma devices are provided. The goal here is a uniform admission the entire surface to reach.

Vorteilhafterweise ist das Plasmagerät im Bereich der Abdeckung befestigt.advantageously, is the plasma unit attached in the area of the cover.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Verbindung vorgesehen, über die das Plasmagerät mit der Abdeckung verbunden ist. Dies ermöglicht, ein sog. Remote-Plasma für die Anwendung vorzusehen. Bei einem Remote-Plasma ist ein Plasmagerät z. B. über einen flexiblen Schlauch mit der Abdeckung verbunden. Ein Remote-Plasma kommt also abgekoppelt vom Plasmagerät als Erzeuger zum Einsatz.According to one Another advantageous embodiment of the invention is a compound provided over the plasma device connected to the cover. This enables a so-called remote plasma for the Application to provide. In a remote plasma is a plasma device z. B. via a flexible Hose connected to the cover. A remote plasma is coming disconnected from the plasma unit used as a producer.

Eine Ausgestaltung der Erfindung, die besondere Vorteile aufweist, sieht vor, dass der Schmelzenbehälter ein Lotbad enthält. Es wurde gefunden, dass die vorliegende Erfindung sehr vorteilhaft bei Löteinrichtungen und -anlagen zum Einsatz kommt. Die Krätzebildung auf der Oberfläche des flüssigen Lots oder Lotbads soll effektiv vermindert bzw. verhindert werden. Z. B. liegt mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Plasmaeinsatz die erforderliche Temperatur für eine erfolgreiche Reduktion von Zinn durch Wasserstoff deutlich unter den unter Normalbedingungen erforderlichen 380°C.A Embodiment of the invention, which has special advantages sees before that the melt container contains a solder bath. It has been found that the present invention is very advantageous at Löteinrichtungen and systems is used. The dross on the surface of the liquid solder or Lotbads should be effectively reduced or prevented. Z. B. is located with a device according to the invention with plasma, the required temperature for a successful reduction of tin by hydrogen significantly below the normal conditions required 380 ° C.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind Einbauten im Bereich der Metallschmelze vorgesehen. Als Beispiel seien hier die typischen Einbauten im Lötbereich einer Wellenlötanlage genannt.According to one Another advantageous embodiment of the invention are internals intended in the field of molten metal. As an example, here are the typical installations in the soldering area a wave soldering machine called.

Verfahrensseitig wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, dass die Oberfläche der Metallschmelze mit einem Atmosphärendruck-Plasma beaufschlagt wird. Bevorzugt wird die Oberfläche der Metallschmelze mit einem Niedertemperatur-Atmosphärendruck-Plasma beaufschlagt. Besonders bevorzugt wird die Oberfläche der Metallschmelze mit einem reduzierend wirkenden Atmosphärendruck-Plasma beaufschlagt. Die Vorteile dieser Beaufschlagung wurden bei der Beschreibung der entsprechenden Vorrichtungsansprüche bereits diskutiert.the method, the object is achieved in that the surface of the Molten metal with an atmospheric pressure plasma is charged. Preferably, the surface of the molten metal is with a low temperature atmospheric pressure plasma applied. Particularly preferred is the surface of the Molten metal with a reducing atmospheric pressure plasma applied. The advantages of this admission were at the Description of the corresponding device claims already discussed.

Mit besonderem Vorteil wird bei der Erfindung eine Lotschmelze als Metallschmelze eingesetzt.With A particular advantage of the invention is a solder melt as molten metal used.

Die Erfindung bietet eine Reihe von Vorteilen, von denen im Folgenden einige beispielhaft genannt werden:
Die Verminderung oder Vermeidung des Anfalls von Krätze oder Metalloxiden auf der Oberfläche von Metallschmelzen führt zu einer Verminderung des Materialverbrauchs, des Reinigungs- und Wartungsaufwands sowie der Umweltbelastung. Bei Lötanlagen kann durch eine erfindungsgemäße Beaufschlagung des Lotbads zusätzlich die Lötqualität verbessert werden. Für alle Metallschmelzen gilt, dass die Produktqualität verbessert wird.The invention offers a number of advantages, some of which are mentioned below by way of example:
The reduction or avoidance of seizure of drosses or metal oxides on the surface of molten metals leads to a reduction of the mate consumption, cleaning and maintenance and environmental impact. In soldering systems, the soldering quality can additionally be improved by applying the soldering bath according to the invention. For all metal melts, the product quality is improved.

Die Erfindung sowie weitere Ausgestaltungen der Erfindung werden im Folgenden anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Figuren zeigen:The Invention and further embodiments of the invention are in Explained in detail below with reference to the exemplary embodiments illustrated in the figures. The Figures show:

1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung für das Lotbad einer Wellenlötanlage, 1 a device according to the invention for the solder bath of a wave soldering machine,

2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung für das Lotbad einer Wellenlötanlage mit einer Verbindung für ein Remote-Plasma. 2 a device according to the invention for the solder bath of a wave soldering machine with a connection for a remote plasma.

In der 1 ist eine über dem Lotbad 1 installierte Haube 2 zu sehen, die senkrecht verschiebbar und arretierbar ausgebildet ist. Die Bezugsziffer 3 zeigt die Richtung der Verschiebbarkeit an. Die mit der Bezugsziffer 7 versehene Darstellung in gestrichelten Linien zeigt die Haube 2 in ihrer abgesenkten Position 7, die auch als Arbeitsposition 7 bezeichnet werden kann.In the 1 is one above the solder bath 1 installed hood 2 to see, which is designed to be vertically displaceable and lockable. The reference number 3 indicates the direction of displacement. The with the reference number 7 provided representation in dashed lines shows the hood 2 in its lowered position 7 which also works as a job 7 can be designated.

Die Haube 2 ist an fünf Seiten vollständig geschlossen, nur in Richtung Lotbad 1 ist sie offen und so gestaltet, dass sie nach dem Absenken mit ihren Seitenwänden 4 etwa 30 mm tief in das Lotbad 1 eintaucht. Damit z. B. nach dem Absenken der Haube 2 unter der Haube 2 kein Überdruck aufgebaut wird, sind Be- und Entlüftungseinrichtungen 10 an der Haube 2 vorgesehen, die einen Druckausgleich ermöglichen.The hood 2 is completely closed on five sides, only in the direction of Lotbad 1 she is open and designed to be so after lowering her side walls 4 about 30 mm deep into the solder bath 1 dips. So z. B. after lowering the hood 2 under the hood 2 No overpressure is built up, are ventilation devices 10 at the hood 2 provided that allow pressure equalization.

Auf bzw. an der Haube 2 sind zwei Plasmageräte 5 angebracht, die zur Erzeugung des als Plasmawolken 6 abgebildeten Plasmas dienen. Das Plasma wird während die Haube 2 sich in der abgesenkten Position 7 (Arbeitsposition 7) befindet, zwischen die Haube 2 und der Oberfläche 8 des Lotbads 1 eingeblasen und so reduzierend auf die Krätze 9 wirksam bzw. trägt zur Vermeidung oder Verminderung von Krätzebildung bei.On or on the hood 2 are two plasma devices 5 attached to the generation of the as plasma clouds 6 Serving illustrated plasmas. The plasma is released during the hood 2 in the lowered position 7 (Working position 7 ) is located between the hood 2 and the surface 8th of the solder bath 1 blown and so reducing the scabies 9 effective or contributes to the prevention or reduction of dross.

In der 2 ist statt der Anbringung der Plasmageräte an der Haube 2 mindestens eine Verbindung 12 zu mindestens einem Plasmagerät 5 über einen flexiblen Schlauch 12 vorgesehen. Die Reduktion der Oxide bzw. die Vermeidung oder Verminderung der Oxidbildung kann damit über ein sog. Remote-Plasma erfolgen. Die Verbindung 12 kann selbstverständlich auch anders ausgestaltet sein, z. B. als Rohrleitung oder als sich verzweigende Verbindung zu mehreren Plasmageräten und/oder mehreren Zufuhrstellen über dem Lotbad oder allg. über einer Metallschmelze. Die Verbindung 12 trennt jedoch immer die Erzeugung des Plasmas und den Einsatzort des Plasmas räumlich voneinander.In the 2 is instead of attaching the plasma units to the hood 2 at least one connection 12 to at least one plasma device 5 over a flexible hose 12 intended. The reduction of the oxides or the avoidance or reduction of oxide formation can thus take place via a so-called remote plasma. The connection 12 Of course, it can also be configured differently, for. B. as a pipe or as a branching connection to multiple plasma devices and / or multiple feed points on the solder bath or allg. About a molten metal. The connection 12 however, always spatially separates the generation of the plasma and the place of use of the plasma.

Claims (15)

Vorrichtung zur Behandlung von Metallschmelzen (1) aufweisend einen Schmelzenbehälter (B), der die Metallschmelze (1) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass ein Plasmagerät (5) vorgesehen und so in Bezug auf den Schmelzenbehälter (B) positioniert ist, dass die Oberfläche (8) der Metallschmelze (1) mit einem Atmosphärendruck-Plasma beaufschlagbar ist.Device for the treatment of molten metals ( 1 ) comprising a melt container (B) containing the molten metal ( 1 ), characterized in that a plasma device ( 5 ) and positioned with respect to the melt container (B) such that the surface ( 8th ) of molten metal ( 1 ) can be acted upon with an atmospheric pressure plasma. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Plasmagerät (5) zur Erzeugung eines Niedertemperatur-Atmosphärendruck-Plasmas geeignet ausgebildet ist.Apparatus according to claim 1, characterized in that the plasma device ( 5 ) is designed to generate a low-temperature atmospheric pressure plasma suitable. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Plasmagerät (5) zur Erzeugung eines reduzierend wirkenden Atmosphärendruck-Plasmas geeignet ausgebildet ist.Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the plasma device ( 5 ) is designed to generate a reducing acting atmospheric pressure plasma suitable. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abdeckung (2) über dem Schmelzenbehälter (B) vorgesehen ist.Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that a cover ( 2 ) is provided above the melt container (B). Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung (2) als Haube (2) ausgebildet ist.Device according to claim 4, characterized in that the cover ( 2 ) as a hood ( 2 ) is trained. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Haube (2) vertikal verschiebbar ausgebildet ist.Device according to claim 4 or 5, characterized in that the hood ( 2 ) is formed vertically displaceable. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr Plasmageräte (5) vorgesehen sind.Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that two or more plasma devices ( 5 ) are provided. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Plasmagerät (5) im Bereich der Abdeckung (2) befestigt ist.Device according to one of claims 4 to 7, characterized in that the plasma device ( 5 ) in the area of the cover ( 2 ) is attached. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verbindung (12) vorgesehen ist, über die das Plasmagerät (5) mit der Abdeckung (2) verbunden ist.Device according to one of claims 4 to 7, characterized in that a compound ( 12 ) is provided, via which the plasma device ( 5 ) with the cover ( 2 ) connected is. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzenbehälter (B) ein Lotbad (1) enthält.Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the melt container (B) is a Lotbad ( 1 ) contains. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass Einbauten im Bereich der Metallschmelze (1) vorgesehen sind.Device according to one of claims 1 to 10, characterized in that fittings in the region of the molten metal ( 1 ) are provided. Verfahren zur Behandlung von Metallschmelzen (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (8) der Metallschmelze (1) mit einem Atmosphärendruck-Plasma beaufschlagt wird.Process for the treatment of molten metals ( 1 ), characterized in that the surface ( 8th ) of molten metal ( 1 ) with an atmosphere pressurized plasma is applied. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (8) der Metallschmelze (1) mit einem Niedertemperatur-Atmosphärendruck-Plasma beaufschlagt wird.Method according to claim 12, characterized in that the surface ( 8th ) of molten metal ( 1 ) is applied with a low-temperature atmospheric pressure plasma. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (8) der Metallschmelze (1) mit einem reduzierend wirkenden Atmosphärendruck-Plasma beaufschlagt wird.Method according to claim 12 or 13, characterized in that the surface ( 8th ) of molten metal ( 1 ) is acted upon by a reducing-acting atmospheric pressure plasma. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Metallschmelze eine Lotschmelze eingesetzt wird.Method according to claim 12, characterized in that that a molten solder is used as the molten metal.
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