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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Reinigen von Prozessgas eines Lötofens, bei dem das zu reinigende
Prozessgas dem Lötofen
entnommen wird und danach das Prozessgas durch eine Kondensatfalle
geleitet wird und wo das Prozessgas unter Kondensation und Rückbehalt
von Verunreinigungen abgekühlt
wird. Ein solches Verfahren ist beispielsweise in dem US-Patent mit der Nummer
5,611,476 beschrieben. Danach wird eine mit einem Wärmetauscher
ausgestattete Kondensatfalle mit ihrem Eingang an eine Heizzone
eines Lötofens
und mit ihrem Ausgang an eine Kühlzone
des Lötofens
angeschlossen. Somit wird der Heizzone das zu reinigende Prozessgas
entnommen und durch den Wärmetauscher geleitet,
so dass das zu reinigende Prozessgas Wärme an den Wärmetauscher
abgibt und dabei Verunreinigungen im Prozessgas kondensieren. Anschließend wird
das gereinigte und abgekühlte
Prozessgas der Kühlzone
des Lötofens
zugeführt.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht
darin, ein Verfahren zum Reinigen von Prozessgas eines Lötofens anzugeben,
mit dem sich eine Kondensatfalle unterschiedlichen Betriebszuständen im
Lötofen
anpassen lässt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass das zu reinigende Prozessgas auf dem Weg vom Lötofen zur
Kondensatfalle hinsichtlich seiner Temperatur und seines Volumenstromes derart
eingestellt wird, dass eine Kondensation der rückzubehaltenden Verunreinigungen
in der Kondensatfalle gewährleistet
ist. Dies bedeutet, dass die Temperatur und der Volumenstrom des
zu reinigenden Prozessgases so eingestellt wird, dass die Kondensationstemperatur
für die
Verunreinigungen durch die Abkühlung
des zu reinigenden Prozessgases in der Kondensatfalle erreicht wird.
Besitzt nämlich
das zu reinigende Prozessgas eine zu hohe Temperatur, so genügt die Kühlleistung
der Kondensatfalle nicht, um die Kondensationstemperatur für die Verunreinigungen
zu erreichen. Ebenso lässt
sich der Volumenstrom des zu reinigenden Prozessgases nicht beliebig
steigern, da die einzelnen Teilchen des Prozessgases dann eine kürzere Verweildauer
in der Kondensatfalle haben, womit eine geringere Abkühlung des
zu reinigenden Prozessgases verbunden ist. Bei der Einstellung von
Temperatur und Volumenstrom des zu reinigenden Prozessgases muss
beachtet werden, dass diese sich bei vorgegebener maximal möglicher
Kühlleistung
der Kondensatfalle bezüglich
ihrer zulässigen
Höchstwerte
antiproportional verhalten, d. h. je höher der Volumenstrom eingestellt wird,
desto geringer ist die maximal zulässige Temperatur des zu reinigenden
Prozessgases und umgekehrt.
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Die Einstellung von Temperatur und
Volumenstrom des zu reinigenden Prozessgases auf dem Weg vom Lötofen zur
Kondensatfalle hat den großen Vorteil,
dass die Kondensatfalle unabhängig
von den Prozessbedingungen des Lötprozesses
mit optimalen Abscheidebedingungen betrieben werden kann. Daher
kann die Kondensatfalle vorteilhaft mit einer vergleichsweise geringen
Kühlkapazität ausgelegt werden,
womit bei dem Betrieb der Kondensatfalle auch eine vergleichsweise
geringe Abkühlung
des zu reinigenden Prozessgases verbunden ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführung der
Erfindung soll das zu reinigende Prozessgas hinsichtlich seiner
Temperatur und seines Volumenstromes derart eingestellt werden,
dass die dem Prozessgas in der Kondensatfalle entzogene Wärmemenge
möglichst
gering ist. Hierdurch lässt
sich vorteilhaft der Betrieb der Kondensatfalle daraufhin optimieren, dass
dem zu reinigenden Prozessgas möglichst
wenig Energie entzogen wird. von den möglichen, die Funktion der Kondensatfalle
gewährleistenden
Parameterwerten für
die Temperatur und den Volumenstrom des zu reinigenden Prozessgases
werden dabei diejenigen Parameterpaare gezielt eingestellt, bei denen
die durch die Kondensatfalle entzogene Wärmemenge aus dem Prozessgas
optimal gering ist.
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Gemäß einer anderen Ausgestaltung
der Erfindung ist vorgesehen, dass das gereinigte Prozessgas dem
Lötofen
wieder zugeführt
wird. Hierdurch wird vorteilhafterweise für die Reinigung des Prozessgases
ein Kreislauf erzeugt, so dass das gereinigte Prozessgas für den Lötprozess
wieder verwendet werden kann. Insbesondere bei einer energieoptimierten
Reinigung des Prozessgases in der Kondensatfalle kann das Gesamtsystem,
bestehend aus Reinigungssystem und Lötofen vorteilhaft mit einem geringen
Energieverbrauch betrieben werden.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht
vor, dass das zu reinigende Prozessgas einer Heizzone des Lötofens entnommen
und nach Durchlaufen der Kondensatfalle als gereinigtes Prozessgas einer
Kühlzone
des Lötofens
wieder zugeführt
wird. Hierdurch wird vorteilhafterweise erreicht, dass der aufgrund
der Funktionsweise der Kondensatfalle zwar minimierbare aber nicht
vermeidbare Wärmeentzug
gezielt dazu genutzt wird, dem Lötofen
das gereinigte Prozessgas in einem Bereich zuzuführen, in dem ohnehin geringere
Temperaturen für
das Prozessgas gefordert sind. Damit kann vorteilhafterweise eine
anschließende
Aufheizung des gereinigten Prozessgases entfallen, wo durch sich
der damit verbundene Energieaufwand vorteilhafterweise einsparen
lässt.
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Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht
vor, dass dem zu reinigenden Prozessgas auf dem Weg vom Lötofen zur
Kondensatfalle Gas zugemischt wird. Eine Zuführung von Prozessgas zum Lötprozess
ist ohnehin notwendig, da der Lötofen aufgrund
der Zu- bzw. Abführung
von zu lötenden Bauteilen
nicht absolut gasdicht ausgeführt
werden kann und die deswegen entstehenden Leckverluste an Prozessgas
ausgeglichen werden müssen.
Die Zuführung
von Prozessgas kann erfindungsgemäß also vorteilhaft für die Zumischung
von Gas zum zu reinigenden Prozessgas genutzt werden, wodurch sich
Temperatur und Volumenstrom vorteilhaft im Sinne der Erfindung beeinflussen
lassen. Das zugeführte
Gas kann dabei je nach geforderter Temperatur des Gemisches mit
dem Prozessgas geheizt werden. Im Allgemeinen ist eine Zuführung von
Gas mit Raumtemperatur besonders vorteilhaft, um das zu reinigende
Prozessgas vor dem Eintritt in die Kondensatfalle abzukühlen.
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Besonders vorteilhaft ist es weiterhin,
wenn das zuzumischende Gas dem Lötofen
an einer Stelle entnommen wird, an der eine andere Temperatur herrscht,
als an der Stelle, an der das zu reinigende Prozessgas entnommen
wird. Aufgrund der anderen Temperatur des zuzumischenden Gases kann
damit vorteilhaft insbesondere die Temperatur des zu reinigenden
Prozessgases gezielt beeinflusst werden. Dabei wird vorteilhafterweise – in der
Betrachtung des Lötofens
mit dem Reinigungssystem als Gesamtsystem – diesem keine Wärmeenergie
entnommen oder zugeführt,
da sich das zugemischte Gas ja bereits im Prozess befindet.
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Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht
vor, dass das zu reinigende Prozessgas vor der Entnahme aus dem
Lötofen
durch einen Wärmetauscher
geleitet wird, welcher in einem im Vergleich zur Temperatur des
durchgeleiteten Prozessgase kühleren
Bereich des Lötofens
angeordnet ist. Hierdurch kann vorteilhaft das zu reinigende Prozessgas
abgekühlt
werden, ohne dass die aus dem zu reinigenden Prozessgas abgeführte Energie
dem als Gesamtsystem betrachteten Lötprozess entzogen wird, denn
die Wärme
aus dem zu reinigenden Prozessgas wird über den Wärmetauscher dem bereits im
Lötofen
befindlichen Prozessgas zugeführt.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung
sieht vor, dass das gereinigte Prozessgas vor der Rückführung in
den Lötofen
auf eine vorgegebene Temperatur gebracht wird. Hierdurch wird vorteilhafterweise
eine Störung
des Prozesses im Lötofen
an der Rückführstelle
des gereinigten Prozessgases vermieden. Das gereinigte Prozessgas
kann nach Bedarf geheizt oder gekühlt werden. Im Falle einer
Beheizung geht die zugeführte
Energie aufgrund der anschließenden Rückführung des
gereinigten Prozessgases dem Lötprozess
vorteilhafterweise nicht verloren.
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Soweit erforderlich, ist es besonders
vorteilhaft, wenn das gereinigte Prozessgas derart auf eine vorgegebene
kühlere
Temperatur gebracht wird, das die Kühlkapazität der Kondensatfalle gezielt über die zur
Reinigung des Prozessgases erforderliche Kühlkapazität hinaus erhöht wird.
Diese Maßnahme
ist dann als besonders vorteilhaft zu erachten, wenn an der Zuführstelle
des gereinigten Prozessgases im Lötofen eine geringere Temperatur
gefordert ist, als diejenige, die beim Betrieb der Kondensatfalle
aufgrund ihrer Funktion der Abscheidung von Verunreinigungen gefordert
ist. In diesen Fällen
kann die Kondensatfalle bewusst überdimensioniert
werden, wo durch vorteilhaft ein als gesonderte Baueinheit ausgeführter Kühler eingespart
werden kann. Anstelle einer Überdimensionierung
können
auch Arbeitspunkte der Kondensatfalle eingestellt werden, die eine
Abkühlung
des Prozessgases auf die an der Zuführstelle geforderte Temperatur
gewährleisten.
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Die Erfindung bezieht sich weiterhin
auf ein Reinigungssystem für
das Prozessgas eines Lötofes mit
einer an den Lötofen
anschließbaren
Entnahmeleitung für
zu reinigendes Prozessgas, die in eine Kondensatfalle für Verunreinigungen
des Prozessgases mündet.
Ein solches Reinigungssystem ist in dem eingangs genannten US-Patent
mit der Nummer 5,611,476 beschrieben.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein
Reinigungssystem für
das Prozessgas eines Lötofens
mit einer Kondensatfalle anzugeben, bei dem die durch die Kondensatfalle
dem Prozessgas entzogene Wärmemenge
vergleichsweise gering ist.
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Diese weitere Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass in der Entnahmeleitung ein Steuerorgan zur Einstellung von
Temperatur und/oder Volumenstrom des zu reinigenden Prozessgases
vorgesehen ist. Der Volumenstrom kann im einfachsten Fall beispielsweise
durch eine Drossel in der Entnahmeleitung gesteuert werden. Das
Steuerorgan erlaubt damit die Einstellung der Temperatur und/oder
des Volumenstromes des zu reinigenden Prozessgases, wodurch die
im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bereits erläuterten
Vorteile erreicht werden.
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Gemäß einer Ausgestaltung des Reinigungssystems
ist vorgesehen, dass dieses mit einer an der Kondensatfalle angeschlossenen
Rückführleitung
für gereinigtes
Prozessgas, welche an den Lötofen
anschließbar
ist, ausgestattet ist. Durch eine solche Rückführleitung kann gewährleistet
werden, dass das Reinigungssystem vorteilhaft auch im Kreislauf
mit dem Lötofen
betrieben werden kann, so dass das gereinigte Prozessgas im Lötofen wieder verwendet
werden kann.
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Eine Ausgestaltung des Reinigungssystems sieht
vor, dass das Steuerorgan ein Mischer ist, der mindestens einen
Anschluss für
die Zumischung von Gas in die Entnahmeleitung aufweist. Hierdurch
kann dem zu reinigenden Prozessgas ein Gas zugemischt werden, wodurch
die bereits im Zusammenhang mit dem Verfahren erläuterten
Vorteile erreicht werden. Dabei ist besonders vorteilhaft, wenn
der Anschluss mit einer Bypassleitung zur direkten Entnahme von Prozessgas
aus dem Lötofen
verbunden ist.
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Eine andere Ausgestaltung des Reinigungssystems
sieht vor, dass in der Entnahmeleitung ein Wärmetauscher vorgesehen ist,
der so im Lötofen anordenbar
ist, dass das durch den Wärmetauscher geleitete
Prozessgas Wärme
an das im Lötofen
befindliche Prozessgas abgibt. Damit bleibt die dem zu reinigenden
Prozessgas entzogene Wärme
für den Lötprozess
verfügbar,
wodurch die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
beschriebenen Vorteile erreicht werden.
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Außerdem bezieht sich die Erfindung
auf einen Lötofen
mit einem Entnahmeanschluss und einem Rückführanschluss zum Anschluss eines
Reinigungssystems für
das Prozessgas des Lötofens.
Ein solcher Lötofen
ist ebenfalls in der eingangs genannten US-Patentschrift mit der
Nummer 5,611,476 beschrieben.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht
weiterhin darin, einen Lötofen
mit einem Entnahmeanschluss zur Entnahme von zu reinigendem Prozessgas
anzugeben, der eine Reinigung des Prozessgases mit einem vergleichsweise
geringen Wärmeverlust
ermöglicht.
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Diese weitere Aufgabe wird erfindungsgemäß durch
einen Lötofen
gelöst,
bei dem dem Entnahmeanschluss ein Wärmetauscher vorgeschaltet ist,
der so im Lötofen
angeordnet ist, dass das durch den Wärmetauscher geleitete Prozessgas
Wärme an das
im Lötofen
befindliche Prozessgas abgibt. Hierdurch wird vorteilhafterweise
erreicht, dass die durch den Wärmetauscher
abgeführte
Wärmemenge
aus dem zu reinigenden Prozessgas im Lötofen verbleibt und das zu
reinigende Prozessgas außerhalb
des Lötofens
eine verringerte Temperatur aufweist. Dadurch können auch Wärmeverluste, die sich aufgrund
des Wärmeunterschiedes
des zu reinigenden Prozessgases und der Umgebung des zum Einsatz kommenden
Reinigungssystems ergeben, verringert werden. Wird als Reinigungsvorrichtung
eine Kondensatfalle verwendet, lässt
sich vorteilhafterweise zudem auch eine Einstellung der Temperatur
des der Kondensatfalle zugeleiteten, zu reinigenden Prozessgases
erreichen. Die hiermit verbundenen Vorteile sind bereits im Zusammenhang
mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
erläutert
worden.
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Gemäß einer Ausgestaltung des Lötofens ist vorgesehen,
dass eine Entnahmestelle für
das Prozessgas und der Wärmetauscher
in verschiedenen Heizstufen einer mehrstufigen Heizzone des Lötofens angeordnet
sind, wobei die Heizstufe mit der Entnahmestelle wärmer ist
als die Heizstufe mit dem Wärmetauscher.
Durch diese konstruktive Maßnahme
wird vorteilhaft dem gebräuchlichen
Aufbau von Lötöfen Rechnung
getragen, die mehrere Heizstufen in der Heizzone aufweisen. Mit
Hilfe dieser Heizstufen wird die Temperatur des zu lötenden Bauteils
stufenweise erhöht,
so dass es möglich
ist, insbesondere das stark verunreinigte Prozessgas aus der heißesten Heizstufe
(auch als Peakzone bezeichnet) zu entnehmen und durch die kälteren Heizstufen
zu führen,
wodurch das zu reinigenden Prozessgas das kühlere Prozessgas in den vorgelagerten
Heizstufen aufwärmt.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung
werden anhand der Zeichnung beschrieben. Die einzige Figur zeigt
den stark schematisierten Aufbau eines Lötofens mit an diesem angeschlossenen
Reinigungssystem.
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Ein als Reflowlötofen ausgeführter Lötofen 11 weist
eine Heizzone 12 und eine Kühlzone 13 auf, wobei
die Heizzone aus einzelnen Heizstufen 14a, 14b, 14c und 14d und
die Kühlzone
aus Kühlstufen 15a, 15b besteht.
Die Heizstufen bzw. Kühlstufen sind
als einfache Kästen
stark schematisiert dargestellt. Durch diese Stufen läuft ein
nicht dargestelltes Förderband,
auf dem die zu lötenden
Bauteile platziert werden und so den jeweiligen Temperaturen in den
einzelnen Stufen ausgesetzt werden. Die zu lötenden Baugruppen treten durch
Schleusen 16 in den Lötofen
ein bzw. aus.
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Der Lötofen weist einen Entnahmeanschluss 17 und
zwei Rückführanschlüsse 18 auf,
an die jeweils eine Entnahmeleitung 19 und Rückführleitungen 20 eines
Reinigungssystems 21 angeschlossen werden können. Über den
Entnahmeanschluss 17 und die Entnahmeleitung 19 wird
das zu reinigende Prozessgas dem Lötofen 11 entnommen
und einem Mischer 22 zugeführt. Der Mischer weist Anschlüsse 23 auf,
an die Speiseleitungen 24 für die Zuführung von zusätzlichen
Prozessgas in den Mischer und eine Bypassleitung 25 angeschlossen
sind. Über
die Anschlüsse
23 kann
somit das zu reinigende Prozessgas aus der Entnahmeleitung 19 mit
weiterem Prozessgas gemischt werden, wodurch sich der Volumenstrom
und die Temperatur des zu reinigenden Prozessgases beeinflussen
lassen. Eine Beeinflussung des Volumenstroms kann zusätzlich über eine einstellbare
Drossel 26 in der Entnahmeleitung 19 erreicht
werden.
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Über
die Speiseleitungen 24 kann beispielsweise Prozessgas mit
Raumtemperatur zur Abkühlung
des aus dem Lötofen
entnommenen Prozessgases oder auch vorgeheiztes Prozessgas, welches
lediglich den Volumenstrom beeinflusst, zugeleitet werden. Die Bypassleitung 25 stellt
letztendlich einen Kurzschluss des durch den Lötofen 11 und das Reinigungssystem 21 gebildeten
Kreislaufes für
das Prozessgas dar. Mit Hilfe der Bypassleitung 25 kann der
Kühlstufe 15a Prozessgas
mit im Vergleich zur Temperatur des zu reinigenden Prozessgases
geringerer Temperatur zugeführt
werden, so dass die Mischung der beiden Gasströme zu einer Kühlung des zu
reinigenden Prozessgases führt.
Alternativ können
auch die durch die gepunkteten Pfeile 27 angedeuteten Bypassleitungen
vorgesehen werden.
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Nach Durchlaufen des Mischers 22 mündet die
Entnahmeleitung 19 in eine Kondensatfalle 28,
in der die Verunreinigungen im zu reinigenden Prozessgas durch eine
Kühlschlange 29 kondensiert
werden. Die Kühlschlage
ist mit einem Kühlmittelkreislauf 30 verbunden.
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In den einzelnen Heizstufen 14a, 14b, 14c, 14d sind
verschiedene Entnahmestellen 31 für das zu reinigende Prozessgas
angeordnet. Diese sind mit einem Wärmetauscher 32 verbunden,
der die Durchleitung des zu reinigenden Prozessgases durch jeweils
kältere
Heizstufen des Lötofens
erlaubt. Im einfachsten Fall ist der Wärmtauscher als Leitung mit
guter Wärme leitfähigkeit
ausgebildet. Der Wärmetauscher,
der beispielsweise an die Entnahmestelle 31 in der Heizstufe 14d angeschlossen
ist, durchläuft
in Flussrichtung des zu reinigenden Prozessgases gesehen zunächst die
etwas kühlere Heizstufe 14c und
anschließend
die jeweils wieder etwas kühleren
Heizstufen 14b und 14a, wobei das jeweils in den
Heizstufen zirkulierende Prozessgas insofern als Kühlmedium
fungiert, das das zu reinigende Prozessgas seine Wärme an das
jeweils in der Heizstufe befindliche Prozessgas abgibt. Damit ist ein
Wärmetauscher
nach dem Gleichstromprinzip verwirklicht.