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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Trocknen oder
Trockenhalten von beliebigem Trockengut, insbesondere von Stück- oder Schüttgut.
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Es
gibt eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten für Trocknungsvorrichtungen.
Dabei versteht man unter Trocknung im allgemeinen die Entfeuchtung
(Entzug von Wasser) und unter Trockenhalten das Aufbewahren in trockner
Atmosphäre.
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Die
vorliegende Erfindung ist insbesondere vorgesehen für die Trocknung
bzw. Trockenhaltung von elektronischen Bauteilen.
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Die
Auswirkung von Luftfeuchtigkeit auf die Qualität und Zuverlässigkeit
elektronischer Baugruppen ist bislang nicht vollumfänglich bekannt.
Man vermutet, daß die
in den meist hoch integrierten Bauteilen verwendeten Kunststoffe
Feuchtigkeit aus der Luft absorbieren. Bei der Verarbeitung der
elektronischen Bauelemente kann es jedoch zu einem raschen lokalen
Temperaturanstieg kommen. Die Die im Inneren der Bauteile und Leiterplatten
eingeschlossene Feuchtigkeit expandiert dann während des Aufheizvorgangs sehr
stark.
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Insbesondere
bei der Verwendung von bleifreien Lotlegierungen, die höhere Verarbeitungstemperaturen
(bedingt durch die höhere
Schmelztemperatur der bleifreien Lote) erfordern, kann die Expansion
der eingeschlossenen Feuchtigkeit die maximale mechanische Belastbarkeit
der Bauteile und Leiterplatten überschreiten,
was zu einer Beschädigung der
elektronischen Bauteile, beispielsweise durch Cracks, Popcorning
und Delaminierung, führen
kann.
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Es
ist daher häufig üblich, zur
Erzielung einer niedrigen Restfeuchte die elektronischen Bauteile
in geheizten Trocknungsöfen
aufzubewahren. Nachteil der beheizten Trocknungsöfen ist jedoch, daß die bleifreien
Anschlußflächen durch
die erhöhte
Lagertemperatur nur noch begrenzt lötbar sind. Ursache hierfür ist, daß durch
das sogenannte „Backen" in Trocknungsöfen die
Oxidschicht auf den verzinnten Flächen erheblich schneller wächst als
dies bei den vorher üblichen
Zinn-Blei-Loten der Fall war. Bauteile und Leiterplatten sind dann
praktisch nicht mehr lötbar,
da die dicken Oxidschichten mit den mild aktivierten Flußmitteln
der Elektronik nicht mehr reduziert und beseitigt werden können.
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Weiterhin
sind Trockenlagerschränke
mit sehr niedriger Luftfeuchtigkeit bekannt, die eine zuverlässige und
zeitlich nahezu unbegrenzte Lagerung feuchtigkeitsempfindlicher
Bauelemente ermöglichen.
Mit diesen Trockenlagerschränken
kann die maßgebliche
Norm IPC/J-STD-033 erfüllt
werden.
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Für eine aktive
Trocknung nach der genannten Norm sollte zusätzlich noch Wärme zugeführt werden,
um den Entfeuchtungsprozeß zu
beschleunigen und ökonomisch
vertretbare Verweilzeiten bei der aktiven Trocknung zu sichern.
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Bei
den Trockenschränken
oder Trockenlagerschränken
wird ein Trockenfluid, z. B. Stickstoff, Trockenpreßluft oder
ein spezielles Trockenmittel, in das Schrankinnere geführt. Der
trockene Stickstoff oder die Trockenpreßluft verdrängt die feuchte Luft, so daß die Luftfeuchtigkeit
im Schrankinneren abgesenkt wird. Wird ein spezielles Trockenmittel
verwendet, so kommt es neben dem beschriebenen Verdrängungseffekt
noch zu einer aktiven Entfeuchtung, da das Trockenmittel Feuchtigkeit
entziehen kann, z. B. durch eine chemische Bindung oder mittels
Adsorption.
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Die
bekannten Trockenschränke
weisen im allgemeinen eine Reihe von Ablageböden auf, die allesamt in derselben
Kammer angeordnet sind. Beim Öffnen
der Schranktür,
beispielsweise zwecks Entnahme oder Einlagerung eines elektronischen
Bauteils, kommt es durch Verwirbelung und Sogwirkung zwangsläufig zu
einer Verschlechterung der Atmosphäre im Trockenschrank, so daß nach dem
Schließen
der Tür
durch entsprechend verstärkte
Trocknungsmittelspülung
und erneutes Ent feuchten der Luft reguliert werden muß. Obgleich
daher gegebenenfalls nur ein einziges Bauteil aus dem Trockenschrank
entnommen wird, hat dies Auswirkungen auf alle weiteren im Trockenschrank
abgelegten Bauteile.
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Darüber hinaus
sind die bekannten Trocknungsschränke relativ teuer. Zudem muß bei dem Kauf
des Trocknungsschrankes bereits eine Abschätzung über den Bedarf an Lagervolumen
getroffen werden. Wird das Schrankvolumen zu groß ausgewählt, so wird unnötig viel
Trocknungsmedium gebraucht, um das gesamte Schrankinnere zu entfeuchten.
Ist zudem die Zuführung
von Wärme
vorgesehen, so hängt
die zuzuführende
Wärmemenge ebenfalls
direkt mit der Schrankgröße zusammen. Ein
nur zur Hälfte
belegter Trockenschrank verbraucht daher unnötig viel Energie.
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Ausgehend
von dem beschriebenen Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine Vorrichtung zum Trocknen oder Trockenhalten von
Trocknungsgut bereitzustellen, die einfach herzustellen ist und
leicht auf den tatsächlichen Trocknungsbedarf
angepaßt
werden kann.
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Diese
Aufgabe wird dadurch gelöst,
daß die Vorrichtung
ein Deckelelement aufweist, das für das Aufsetzen auf die Öffnung eines
Behälters
oder eine Faches vorgesehen ist, wobei die Vorrichtung weiterhin
aufweist einen Trockenmediumanschluß, der für den Anschluß an eine
Trockenmediumquelle vorgesehen ist, sowie eine Trockenmediumzuführung für das Zuführen des
Trockenmediums in die Öffnung.
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Die
erfindungsgemäße Trocknungsvorrichtung
besteht im wesentlichen aus einem Deckelement, das auf beliebige
Behälter
oder (Regal-)Fächer aufgesetzt
werden kann. Durch diese Maßnahme kann
das Trockenvolumen leicht an die tatsächlichen Bedürfnisse
angepaßt
werden. Das zu trocknende Trockengut wird lediglich in einen beliebigen
Behälter mit
geeigneter Größe eingelegt
und wird dann mit dem Deckelelement abgedeckt. Mit Hilfe der Trockenmediumzuführung kann
dann Trockenmedium in das Behälterinnere
eingeführt
werden und verdrängt dort
die vorhandenen (feuchte) Atmosphäre.
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Üblicherweise
werden elektronische Bauteile in Standardbehältern verschickt bzw. ausgeliefert. Für die Lagerung
werden die elektronischen Bauteile, die häufig in Folie unter Schutzgasatmosphäre verschweißt sind,
aus dem Behälter
entnommen und bei Bedarf die Folie entfernt und die gewünschte Anzahl
von Bauteilen entnommen. Die zur Zeit nicht benötigten Bauteile werden dann
in die üblichen
Trockenschränke
eingelegt, wobei häufig
der gesamte Standardbehälter,
in dem sich die elektronischen Komponenten befinden, in den Schrank
eingestellt wird.
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Erfindungsgemäß wird nun
eine Trockenvorrichtung verwendet, deren wesentlicher Bestandteil ein
Deckelelement ist. Dieses Deckelelement kann beispielsweise einfach
auf den geöffneten
Stan dardbehälter
aufgesetzt werden. Das Deckelelement weist einen Trockenmediumanschluß auf, über den ein
Trockenmedium, wie zum Beispiel Stickstoff oder Trockenpreßluft, der
Trockenvorrichtung zugeführt werden
kann. Des weiteren ist eine Trockenmediumzuführung vorgesehen, über die
das Trockenmedium in die Behälteröffnung überführt wird.
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Wenn
das Deckelelement auf der Behälteröffnung aufliegt,
so wird das Trockenmedium über den
Trockenmediumanschluß der
Trocknungsvorrichtung zugeführt
und über
die Trockenmediumzuführung
in das Innere des Behälters
oder Fach weitergeleitet.
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Grundsätzlich kann
das Deckelement derart ausgebildet sein, daß es in handelsübliche Standardbehälter ein-
bzw. aufgesetzt werden kann. In diesem Fall entsprechen die Abmessungen
des Deckelelements im wesentlichen der Abmessung der Behälteröffnung.
Selbstverständlich
kann solch ein Deckelelement auch auf eine kleinere Behälteröffnung aufgelegt
werden, wobei es lediglich darauf ankommt, daß die Trockenmediumzuführung derart
angeordnet ist, daß mit
ihrer Hilfe das Trockenmedium in das Innere des Behälters eingeleitet
werden kann. Ein luftdichtes Verschließen des Behälters mittels des Deckelelements
ist für
die meisten Anwendungsfälle
nicht notwendig. Da Trockenmedium dem Behälter zugeführt wird, muß ohne ohnehin überschüssiges Gas aus
dem Behälter
abgeführt
werden. Dies kann beispielsweise über den sich bildenden Spalt
zwischen Behälteröffnung einerseits
und Deckelement andererseits erfolgen.
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Alternativ
dazu könnte
das Deckelement auch so ausgebildet sein, daß es auf Regalfächer aufgesetzt
werden kann. Dadurch ist es möglich,
einzelne Fächer
eines Regals zum Trockenraum zu erklären, in dem das Fach mittels
des Deckelelements verschlossen wird. In diesem Fall sollte eine
Vorrichtung vorgesehen sein, mit deren Hilfe das Deckelelement an
bzw. in der Regalfachöffnung
befestigt werden kann. Dies kann beispielsweise auch eine umlaufende
aufblasbare Dichtung sein.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
besteht die Trockenmediumzuführung
aus einem Verteiler oder Diffusor und einem vorzugsweise flexiblen
Verbindungsschlauch, wobei der Verteiler oder Diffusor über den
Verbindungsschlauch mit dem Deckelelement verbunden ist. So kann
der Verteiler oder Diffusor vor dem Aufsetzen des Deckelelements
auf die Behälteröffnung möglichst
weit unten, vorzugsweise am Boden des Behälters, plaziert werden. Die
trocken aufzubewahrenden elektronischen Komponenten können dann
in den Behälter eingebracht
werden, wobei sie unter Umständen auch
teilweise auf dem Verteiler aufliegen. Wird nun der Deckel aufgesetzt,
so kann über
die entsprechend ausgebildete Trockenmediumzuführung das Trockenmedium im
wesentlichen in Bodennähe
des Behälters
zugeführt
werden. Eventuell im Behälter befindliche
Luft mit hoher Luftfeuchtigkeit wird dann mit Hilfe des Trockenmediums
schnell und zuverlässig
aus dem Behälter
verdrängt.
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In
einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform weist das Deckelelement
eine Entlüftungsöffnung auf.
Wie bereits erwähnt,
ist es notwendig, daß die
verdrängte
Luft bzw. das verdrängte Gas
aus dem Behälter
abgeführt
wird. Wenn das Deckelelement derart ausgebildet ist, daß es den
Behälter
bzw. das Regalfach im wesentlichen abdichtend verschließt, so muß das Deckelelement
eine entsprechende Entlüftungsöffnung aufweisen.
Zweckmäßigerweise
ist die Entlüftungsöffnung mit
einem Überdruckventil
verschlossen, so daß die
Entlüftungsöffnung erst
dann geöffnet
wird, wenn der Druck innerhalb des Behälters größer ist als der Umgebungsdruck.
Dadurch wird verhindert, daß Luft
mit hoher Feuchtigkeit über
die Entlüftungsöffnung von
außen in
den Behälter
eindringen kann.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist ein Sensor zur Messung von Feuchte und/oder Temperatur vorgesehen,
wobei der Sensor vorzugsweise im oder am Deckelelement angeordnet ist.
Mit diesem Sensor soll die Feuchte und/oder die Temperatur innerhalb
des Behälters
oder Regalfachs gemessen werden. Dadurch ist es beispielsweise möglich, bei
Unterschreiten einer entsprechenden Grenzfeuchte die Zuführung des
Mediums zu drosseln oder abzuschalten, um Trockenmedium einzusparen.
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Weiterhin
ist in einer bevorzugten Ausführungsform
vorgesehen, daß ein
Heizelement zum Erwärmen
des Behälters
bzw. des Behälterinnenraums vorgesehen
ist. Das Heizelement kann beispielsweise ein Infrarotstrahler sein.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Heizelement
derart ausgebildet, daß es
das zuzuführende
Trockenmedium erwärmt.
Beispielsweise kann hier ein Widerstandsheizer verwendet werden.
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Weiterhin
kann es für
manche Anwendungsfälle
von Vorteil sein, wenn ein Flußmengenregler
zur Regelung der Trockenmediumzuführmenge vorgesehen ist.
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So
ist es beispielsweise möglich,
in Abhängigkeit
von der gemessenen Temperatur und/oder Feuchte die Zufuhr des Trockenmediums
zu steuern.
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In
einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist ein Trockenregal
mit einer Mehrzahl von Fächern
oder Behältern
vorgesehen, wobei mindestens ein Fach bzw. mindestens ein Behälter mit
dem bereits beschriebenen Deckelement ausgestattet ist bzw. durch
dieses verschlossen werden kann. Das Trockenregal kann einen zentralen
Trockenmittelanschluß aufweisen, über den
Trockenmittel von einer Trockenmediumquelle dem Trockenregal zugeführt werden
kann. Weiterhin ist vorgesehen, daß das Trockenregal eine entsprechende
Verteilvorrichtung aufweist, so daß das über den Trockenmittelanschluß zugeführte Trockenmedium
zu einer Mehrzahl von Fächern
oder Behältern
verteilt wird.
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Die
Verteilvorrichtung kann eine Mehrzahl von Trockenmittelversorgungsanschlüssen aufweisen,
wobei jeder Trockenmittelversorgungsanschluß mit einem Trockenmediumanschluß der Trocknungsvorrichtung
verbindbar ist.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden
Erfindung werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung einiger
bevorzugter Ausführungsformen
sowie der zugehörigen
Figuren.
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Es
zeigen:
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1 eine
erste Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Trocknungsvorrichtung,
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2 eine
zweite Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Trocknungsvorrichtung,
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3 eine
schematische Skizze, welche die Verwendung der ersten Ausführungsform
der Trocknungsvorrichtung darstellt,
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4 eine
dritte Ausführungsform
der Trocknungsvorrichtung,
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5 eine
vierte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung,
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6 eine
Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Trockenregals,
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7 eine
fünfte
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung und
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8 eine
sechste Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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In 1 ist
eine erste Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Trocknungsvorrichtung
weist ein Deckelelement 1, einen Trockenfluidanschluß 2 und
eine Trockenfluidzuführung 3 auf.
Die Trockenfluidzuführung 3 besteht
aus einem Diffusor, der über
einen flexiblen Schlauch mit dem Deckelelement 1 verbunden
ist. Das Trockenfluid, das beispielsweise Stickstoff oder Trockenpreßluft sein
kann, wird über
eine Fluidquelle (nicht gezeigt) dem Deckelelement 1 über den
Trocknungsfluidanschluß 2 zugeführt und über den
Diffusor 3 wieder abgegeben.
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In 2 ist
eine zweite Ausführungsform
der Erfindung dargestellt, wobei hier zusätzlich zu erkennen ist, wie
das Deckelelement 1 auf einen Behälter 4 aufgesetzt
wird. Die in 2 gezeigte Ausführungsform
unterscheidet sich von der in 1 gezeigten
ersten Ausführungsform
lediglich dadurch, daß ein
Fluidmengenregler 6 sowie eine Entlüftungsöffnung 5 vorgesehen
sind. Zur Verwendung der Trockenvorrichtung wird das Deckelelement 1 auf
einen beliebigen Behälter 4 aufgesetzt,
wobei die Öffnung des
Behälters 4 nicht
größer sein
darf als der Außenabmessungen
des Deckelelements 1, so daß durch Auflegen des Deckelelements 1 auf
die Öffnung
des Behälters 4 dieser
im wesentlichen verschlossen wird. Der Diffusor 3 wird
auf dem Boden des Behälters 4 angeordnet
und über
den Fluidmengenregler 6 wird die Menge an zuzuführendem
Trocknungsmedium eingestellt. Das Trocknungsmedium wird über den
Diffusor 3 in den Behälterinnenraum übertragen und
ver drängt
dort die darin befindliche, gegebenenfalls feuchte Luft, die über die
Entlüftungsöffnung 5 entweichen
kann.
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Zur
Verdeutlichung ist in 3 noch einmal schematisch dargestellt,
wie die Trocknungsvorrichtung funktioniert. Zunächst wird, wie diese im oberen Bild
von 3 zu erkennen ist, der Diffusor 3 in
den Behälter 4 eingelegt.
Dann werden eine Mehrzahl von elektronischen Komponenten 7 in
den Behälter eingelegt,
so daß sie
teilweise auf dem Diffusor 3 liegen. Dann wird das Deckelelement 1 auf
die Behälteröffnung aufgelegt
und Trockenmittel über
den Diffusor 3 zugeführt,
so daß das
Trockenmittel die einzelnen elektronischen Komponenten 7 umströmt und die
gegebenenfalls feuchte Behälterinnenluft
verdrängt.
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In 4 ist
eine weitere Ausführungsform der
Erfindung gezeigt. Hier ist zusätzlich
ein Temperatur- und/oder Feuchtesensor 8 vorgesehen, der ebenfalls
in das Behälterinnere
gelegt wird. Dieser Temperatur- und/oder Feuchtesensor wird über einen
Datenlogger 9 ausgelesen, der die entsprechenden Meßwerte aufzeichnet
und speichert. Auf die gespeicherten Meßwerte kann dann bei Bedarf über einen
geeigneten Rechner 10 zugegriffen werden. Gegebenenfalls
ist es möglich,
die Trockungsfluidzuführungsmenge
mit Hilfe des Reglers 6 in Abhängigkeit von der gemessen Temperatur
und/oder Feuchte zu regeln.
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Schließlich ist
in 5 noch eine weitere Ausführungsform der Erfindung gezeigt.
Hier ist zusätzlich
eine Heizeinrichtung 11 vorgesehen, die mit dem Sensor 8 zur
Bestimmung von Temperatur und/oder Feuchte verbunden ist. Auf Basis
des gemessenen Temperatur- und/oder Feuchtewerts kann mit Hilfe
der Heizvorrichtung 11 die Temperatur des zuzuführenden
Trockenmediums eingestellt werden.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
hat den Vorteil, daß bei
Entnahme eines elektronischen Bauteils nur der betreffende Behälter bzw.
das betreffende Regalfach vorübergehend
mit Umgebungsluft beaufschlagt wird. Bei den im Stand der Technik
bekannten Trocknungsvorrichtungen ist dagegen notwendig, für einen
kurzen Moment den gesamten Schrankinhalt mit Umgebungsluft zu beaufschlagen.
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Da
nach einer Trocknungsschranköffnung mit
großen
Energieaufwand die eingedrungene Feuchte wieder entfernt werden
muß, sorgt
die erfindungsgemäße Vorrichtung
für einen
sparsamen Umgang mit dem Trockenmedium.
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Bei
den handelsüblichen
Schranksystemen werden die elektronischen Bauelemente, die trocken aufbewahrt
werden sollen, meist auf Einlegeböden in Behältern eingestellt. Üblicherweise
versucht man, den Schrank möglichst ökonomisch
auszunutzen, was dazu führt,
daß sehr
viele Bauelemente in den Trockenschrank gelegt werden, so daß zwischen
den einzelnen Behältern
nur ein geringer Freiraum bleibt. Dadurch wird eine effektive Zirkulation
des Trockenmediums insbesondere im Bereich in unmittelbarer Umgebung
zu den zu trocknenden Bauteilen erschwert. Durch die Verwendung
des erfindungsgemäßen Diffusors,
der über
einen flexiblen Schlauch mit dem Deckelement verbunden ist, ist
es möglich, diesen
am Boden des Behälters
zu positionieren, so daß die
zu trocknenden elektronischen Bauteile direkt mit dem Trockenmedium
umströmt
werden.
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Ein
Trockenregal gemäß der Erfindung
ist in 6 gezeigt. Das Regal 12 weist eine Reihe
von Regalfächern
auf, in die jeweils ein oder mehrere Behälter eingestellt sind. Jeder
Behälter
weist ein Deckelement mit Trocknungfluidzuführung 2 auf. Das Regal
weist einen zentralen Trockenfluidanschluß 13 auf. Von diesem
Anschluß 13 aus
erstreckt sich ein Verteiler zu verschiedenen Trockenfluidauslässen 14,
die jeweils mit einem Trockenfluidanschluß eines Deckelementes 1 verbindbar
sind.
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7 zeigt
eine weitere Ausführungsform der
Erfindung. Bei dieser Ausführungsform
wird der ursprüngliche
Deckel 1 des Behälters 4 verwendet. An
die Unterseite (in manchen Fällen
kann es auch die Oberseite oder eine Behälterwand sein) des Deckels 1 wird
eine Versorgungsbox 15 geschraubt oder geklebt. Die Versorgungsbox
weist einen Trockenfluidanschluß sowie
einen Diffusor 3, der über eine
flexible Leitung mit der Versorgungsbox 15 verbunden ist.
Der Deckel kann in manchen Ausführungsformen
einen Ausschnitt für
die flexible Trockenfluidleitung aufweisen. Die Versorgungsbox kann
selbstverständlich
auch einen integrierten Temperatur- und/oder Feuchtesensor und/oder
ein Heizelement aufweisen. Es ist daher – im Unterschied zu den Ausführungsformen
der 1 bis 6 nicht notwendig, das Trockenfluid
innerhalb des Deckelelements zu führen.
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Schließlich ist
in 8 eine sechste Ausführungsform dargestellt. Diese
Ausführungsform
unterscheidet sich von der Ausführungsform
von 7 im wesentlichen dadurch, daß die Versorgungsbox 15 am
Boden des Behälters 4 angeordnet
ist. Daher ist der Diffusor 3 in die Versorgungsbox integriert.
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- 1
- Deckelelement
- 2
- Trockenfluidanschluß
- 3
- Diffusor
- 4
- Behälter
- 5
- Entlüftungsöffnung
- 6
- Fluidmengenregler
- 7
- elektronische
Komponenten
- 8
- Feuchtesensor
- 9
- Datenlogger
- 10
- Rechner
- 11
- Heizvorrichtung
- 12
- Regal
- 13
- Hauptanschluß
- 14
- Trockenfluidauslaß
- 15
- Versorgungsbox