DE102012210901B4

DE102012210901B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Beschichten eines Bauteils mit einer Flüssigkeit

Info

Publication number: DE102012210901B4
Application number: DE102012210901.3A
Authority: DE
Inventors: Martin Reuter
Original assignee: Marco Systemanalyse und Entwicklung GmbH
Current assignee: Marco Systemanalyse und Entwicklung GmbH
Priority date: 2012-06-26
Filing date: 2012-06-26
Publication date: 2015-06-25
Anticipated expiration: 2032-06-27
Also published as: JP2014028364A; JP5735048B2; US20130344234A1; DE102012210901A1; CN103506245A

Abstract

Verfahren zum Beschichten eines Bauteils mit einer Flüssigkeit durch Erzeugen eines Flüssigkeitsvorhangs (F) mit Hilfe einer Fächerstrahldüse, die zwei Düsenkanäle (13, 15) mit geraden Mittelachsen (A1, A2) aufweist, wobei die Flüssigkeit unter Druck durch die Düsenkanäle geleitet wird und deren Austrittsflächen (20, 22) relativ zueinander so positioniert werden, dass sich mittig zwischen den Düsenkanälen (13, 15) der Flüssigkeitsvorhang derart ausbildet, dass dieser rechtwinklig zu einer durch die Mittelachsen (A1, A2) der Düsenkanäle verlaufenden Ebene ausgerichtet ist, ohne die Flüssigkeit zu zerstäuben.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten eines Bauteils mit einer Flüssigkeit, beispielsweise zum Beschichten einer elektronischen Leiterplatte mit einem Schutzüberzug (Coating).
Grundsätzlich kann es vorteilhaft sein, den Schutzüberzug direkt von einer Düse auf die Leiterplatte zu übertragen, wobei ein solcher direkter Auftrag gezielt vorgenommen werden muss. Es muss auch möglich sein, Leiterplatten nur teilweise zu beschichten.
Zum Beschichten von Bauteilen ist es aus dem Stand der Technik bekannt, Fächerstrahldüsen einzusetzen, deren zwei Düsenkanäle aufeinander zu gerichtet sind. Allerdings wird mit den aus dem Stand der Technik bekannten Düsen ein Sprühstrahl erzeugt, was unerwünscht ist. Außerdem liegt der erzeugte Sprühstrahl in einer Ebene, die sich durch die Achsen der zwei Düsenkanäle erstreckt, wobei eine Spraybildung bzw. ein Zerstäuben der Flüssigkeit erfolgt.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Beschichten zu schaffen, mit denen auf einfache Weise ein Flüssigkeitsvorhang geschaffen werden kann, ohne dass eine Tröpfchenbildung erfolgt.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche.
Erfindungsgemäß werden die Austrittsflächen der Düsenkanäle relativ zueinander so positioniert, dass sich mittig zwischen den Düsenkanälen ein Flüssigkeitsvorhang derart ausbildet, dass dieser im Wesentlichen rechtwinklig zu einer durch die Achse der Düsenkanäle verlaufenden Ebene ausgerichtet ist, ohne die Flüssigkeit zu zerstäuben. Erstaunlicherweise hat sich herausgestellt, dass durch geeignete Wahl des Drucks, mit dem die Flüssigkeit durch die Düsenkanäle geleitet wird, der Größe der Austrittsöffnungen und des Winkels, unter dem die Mittelachsen der Düsenkanäle sich schneiden, ein Flüssigkeitsvorhang erzeugt werden kann, der sich nicht etwa parallel oder koplanar sondern rechtwinklig zu derjenigen Ebene erstreckt, in der die Mittelachsen der Düsenkanäle liegen. Bei Ausbildung eines solchen Flüssigkeitsvorhangs, der nicht mit einem Sprühstrahl zu vergleichen ist, erfolgt keine Ablösung von einzelnen Tröpfchen. Vielmehr wird ein Flüssigkeitsfilm erzeugt, der bis zum Auftreten auf dem Bauteil geschlossen ist.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in der Beschreibung, der Zeichnung sowie den Unteransprüchen beschrieben.
Nach einer ersten vorteilhaften Ausführungsform können die Austrittsflächen relativ zueinander so orientiert werden, dass der Flüssigkeitsvorhang zumindest in einem sich an seinen Scheitel anschließenden Randbereich, bevorzugt jedoch über seinen gesamten Verlauf, gekrümmte Außenränder aufweist. Der erzeugte Fächerstrahl ist somit an seinen Außenseiten nicht von Geraden begrenzt sondern aufgrund der Oberflächenspannung von sich in Strahlrichtung zur Strahlachse hin krümmenden Außenrändern.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann jeder Düsenkanal in einem Düsenrohr ausgebildet werden, das zur Positionierung der Austrittsöffnungen entweder manuell oder mit Hilfe eines Handwerkzeugs durch Verbiegen justierbar ist. Für die erfindungsgemäße Erzeugung des Flüssigkeitsvorhangs ist es wichtig, dass sich die beiden aus den Austrittsflächen austretenden Teilstrahlen exakt treffen. Um hierbei auf einfache Weise eine Ausrichtung und Feinjustage zu ermöglichen, können die Düsenrohre entweder mit der Hand oder mit Hilfe eines Handwerkzeugs wie beispielsweise einer Zange, manuell justiert werden, indem die aus Metall bestehenden Düsenrohre verbogen werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die Flüssigkeit unter einem Druck von etwa 5 bis 50 bar, insbesondere etwa 10 bis 30 bar durch die Düsenkanäle geleitet werden. Durch einen solchen, entsprechend niedrigen Druck kann dafür gesorgt werden, dass der Flüssigkeitsstrahl nicht abreißt und keine Tropfenbildung erfolgt.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann eine Fächerstrahldüse vorgesehen sein, die zwei Düsenkanäle mit geraden Mittelachsen aufweist, wobei die Austrittsfläche jedes Düsenkanals rechtwinklig zu dessen Mittelachse orientiert ist. Hierdurch ist sichergestellt, dass die Düsen am Austritt scharfkantig enden, was zur Erzeugung des erfindungsgemäßen Flüssigkeitsvorhangs hilfreich ist. Demgegenüber kann durch eine schräg in einen Körper eingebrachte Bohrung der erfindungsgemäße Erfolg nicht ohne Weiteres erzielt werden.
Die Austrittsflächen der Düsenkanäle sind bevorzugt kreisförmig und können einen Durchmesser besitzen, der kleiner als etwa 0,5 mm und insbesondere kleiner als etwa 0,3 mm ist. Durch geeignete Justierung kann ein Flüssigkeitsvorhang erzeugt werden, der quer zu den beiden aufeinander treffenden Flüssigkeitsstrahlen steht. Der verwendete Druck ist abhängig von der Viskosität, dem Düsendurchmesser und der Oberflächenspannung und muss so eingestellt werden, dass der Flüssigkeitsvorhang nicht abreißt oder in eine Zerstäubung übergeht.
Durch die erfindungsgemäße Möglichkeit, die Düsenrohre manuell durch Verbiegen zu justieren, kann eine genaue Strahlausrichtung nach einigen wenigen Tests erreicht werden. Eine solche Justierung ist notwendig, da bei der erfindungsgemäßen Doppeldüse die Strahlform nur dann den gewünschten Flüssigkeitsvorhang ohne Zerstäubung ergibt, wenn sich die beiden Flüssigkeitsstrahlen exakt treffen. Ein Strahl aus einer Bohrung liegt jedoch nicht immer in der Bohrungsachse, da kleinste Symmetriefehler in der Bohrung oder am Ende der Bohrung den Strahl ablenken können.
Da die Breite des erfindungsgemäßen Flüssigkeitsvorhangs vom aufgebrachten Druck und von den Flüssigkeitseigenschaften wie Viskosität und Oberflächenspannung abhängt, ist es für einen gleichmäßigen Flüssigkeitsauftrag vorteilhaft, die genaue Breite des Fächerstrahls zu kennen. Diese kann nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung über eine Transmissionsmessung oder auch über eine Reflexionsmessung mit einem Laserstrahl erfolgen, durch den der Flüssigkeitsvorhang durch Verfahren der Düse gefahren wird.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung rein beispielhaft anhand einer vorteilhaften Ausführungsform und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1 eine stark vereinfachte perspektivische Darstellung eines durch eine Fächerstrahldüse erzeugten Flüssigkeitsvorhangs;
2 einen Schnitt durch die Fächerstrahldüse von 1; und
3 eine Unteransicht der Fächerstrahldüse von 1 und 2.
1 zeigt schematisch einen Grundkörper 10, der als grundsätzlich quaderförmiges Bauteil ausgebildet ist, wobei in den Grundkörper zwei Düsenrohre 12 und 14 eingesetzt sind. 2 zeigt einen Schnitt durch die Fächerdüse von 1, wobei erkennbar ist, dass die Düsenrohre 12 und 14 jeweils in den Grundkörper eingeschraubt sind, wobei zur Abdichtung am Boden jedes Düsenrohres jeweils ein O-Ring 16 und 18 vorgesehen ist. Jedes Düsenrohr weist einen Düsenkanal 13, 15 auf, der in eine Austrittsfläche 20 und 22 mündet, die rechtwinklig zu einer Mittelachse A1, A2 jedes Düsenrohres orientiert ist. Wie ein Vergleich der 2 mit der 1 ergibt, muss der Düsenkanal jedes Düsenrohres nicht über die gesamte Länge des Düsenrohres geradlinig bzw. linear verlaufen. Vielmehr ist es ausreichend, wenn die Mittelachse A1, A2 jedes Düsenkanals 13, 15 unmittelbar vor den Austrittsflächen 20, 22 geradlinig verläuft, so dass sich im Endabschnitt jedes Düsenrohres ein kreiszylinderförmiges Volumen ergibt. Im verbleibenden Bereich kann das Düsenrohr jedoch gekrümmt ausgebildet sein oder werden, so wie dies in 1 dargestellt ist.
2 zeigt ferner, dass die Düsenkanäle der beiden Düsenrohre 12 und 14 über Bohrungen miteinander verbunden sind, wobei im Grundkörper 10 eine gemeinsame Einlassöffnung 24 vorgesehen ist, über die ein Druckanschluss erfolgen kann.
3 zeigt eine Untersicht der in den 1 und 2 dargestellten Fächerstrahldüse. Zum Ausrichten der Austrittsflächen 20 und 22 können die Düsenrohre 12 und 14 entweder mit der Hand oder aber mit einer Zange oder dergleichen beispielsweise in Richtung der Pfeile A und B bewegt werden, bis der gewünschte Flüssigkeitsvorhang erzeugt ist. Da die Düsenrohre aus Metall hergestellt sind, bleibt nach einer solchen Justierung die Relativposition bestehen.
1 zeigt die Ausbildung des Flüssigkeitsvorhangs F, der keinerlei Spraybildung oder Tröpfchenablösung aufweist. Wie zu erkennen ist, erstreckt sich der Flüssigkeitsvorhang etwa rechtwinklig zu derjenigen Ebene, in der sich die Mittelachsen A1, A2 der Düsenkanäle bzw. der Düsenrohre 12, 14 befinden. In 2 würde der erzeugte Flüssigkeitsvorhang also senkrecht zur Zeichenebene verlaufen. Diese Richtung ist in 1 mit Y bezeichnet, wohingegen die in 2 dargestellte Schnittebene sich in X-Richtung erstreckt.
Der in 1 erkennbare Flüssigkeitsvorhang F weist einen linsenförmigen Querschnitt auf, der in 1 zur verbesserten Darstellung stark vergrößert und in gestrichelter Linie dargestellt ist.
Weiterhin ist in 1 erkennbar, dass der Flüssigkeitsvorhang F in einem sich an seinen Scheitel S anschließenden Randbereich und auch über den gesamten Verlauf gekrümmte Außenränder 26, 28 aufweist, d. h. der Flüssigkeitsvorhang besitzt in Strahlrichtung gesehen keine geradlinige sondern eine gekrümmte Außenkontur.

Claims

Verfahren zum Beschichten eines Bauteils mit einer Flüssigkeit durch Erzeugen eines Flüssigkeitsvorhangs (F) mit Hilfe einer Fächerstrahldüse, die zwei Düsenkanäle (13, 15) mit geraden Mittelachsen (A1, A2) aufweist, wobei die Flüssigkeit unter Druck durch die Düsenkanäle geleitet wird und deren Austrittsflächen (20, 22) relativ zueinander so positioniert werden, dass sich mittig zwischen den Düsenkanälen (13, 15) der Flüssigkeitsvorhang derart ausbildet, dass dieser rechtwinklig zu einer durch die Mittelachsen (A1, A2) der Düsenkanäle verlaufenden Ebene ausgerichtet ist, ohne die Flüssigkeit zu zerstäuben.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsflächen (20, 22) relativ zueinander so orientiert werden, dass der Flüssigkeitsvorhang (F) zumindest in einem sich an seinen Scheitel (S) anschließenden Randbereich gekrümmte Außenränder (26, 28) aufweist.
Verfahren Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Düsenkanal (13, 15) in einem Düsenrohr (12, 14) ausgebildet wird, das zur Positionierung der Austrittsflächen (20, 22) manuell oder mit Hilfe eines Handwerkzeugs durch Verbiegen justierbar ist.
Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit unter einem Druck von 5 bis 50 bar, vorzugsweise 10 bis 30 bar durch die Düsenkanäle geleitet wird.
Fächerstrahldüse, zur Durchführung eines Verfahrens nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, die zwei Düsenkanäle (13, 15) mit geraden Mittelachsen (A1, A2) aufweist, wobei die Austrittsfläche (20, 22) jedes Düsenkanals rechtwinklig zu dessen Mittelachse (A1, A2) orientiert ist.
Fächerstrahldüse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsflächen (20, 22) relativ zueinander so orientiert sind, dass der Fächerstrahl (F) zumindest in einem sich an seinen Scheitel (S) anschließenden Randbereich gekrümmte Außenränder (26, 28) aufweist.
Fächerstrahldüse nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Düsenkanal (13, 15) in einem Düsenrohr (12, 14) ausgebildet ist, das zur Ausrichtung der Austrittsflächen (20, 22) manuell oder mit Hilfe eines Handwerkzeugs durch Verbiegen justierbar ist.
Fächerstrahldüse nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche 5–7, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsflächen (20, 22) kreisförmig sind und einen Durchmesser besitzen, der kleiner als 0,5 mm, vorzugsweise kleiner als 0,3 mm ist.
Fächerstrahldüse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenrohre (12, 14) in einen Grundkörper (10) eingesetzt sind.
Fächerstrahldüse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenrohre (12, 14) in den Grundkörper (10) eingeschraubt sind.