DE112006003308B4

DE112006003308B4 - Infrarotdurchlaufofen

Info

Publication number: DE112006003308B4
Application number: DE112006003308.5T
Authority: DE
Inventors: Hans L. Melgaard; Matt Weierke
Original assignee: Despatch Industries LP
Current assignee: Illinois Tool Works Inc
Priority date: 2005-12-08
Filing date: 2006-07-11
Publication date: 2014-05-15
Anticipated expiration: 2026-07-12
Also published as: DE112006003308T5; WO2007067216A2; US7514650B2; WO2007067216A3; US20080296283A1

Abstract

Ofen (10), umfassend: a. eine Wärmetransferzone (20) zum Erhitzen eines zu behandelnden Materials, die einen oberen (30) und einen unteren Abschnitt (40) aufweist; b. einen Förderer (50), der zu behandelndes Material durch die Wärmetransferzone (20) entlang einer Laufrichtung transportiert; und c. einen Heber (60), um den Zugang zum Inneren der Wärmetransferzone zu ermöglichen d. einen Luftbeweger (80) und eine Kondensationseinrichtung (90) mit einem Wärmetransferelement (100), wobei das Wärmetransferelement (100) der Kondensationseinrichtung (90) zum Zwecke der Reinigung und Wartung herausnehmbar ist.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft einen Infrarotdurchlaufofen zum Erhitzen und Behandeln von Werkstücken sowie Techniken zum Verbessern der Leistung, Zuverlässigkeit und Wartungsfähigkeit dieses Ofens.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Die Verwendung von Infrarotdurchlauföfen und Öfen in einer Vielzahl von Industriezweigen ist weit verbreitet. Die Materialien, die in einem Infrarotdurchlaufofen behandelt werden können, können lackierte oder beschichtete Materialien umfassen, die spezifische Härtebedingungen erfordern, Bauteile, die durch Heißschmelzen aufgebrachtes Lot (zum Beispiel Kugelgitteranordnungen (ball grid arrays = BGA) erfordern, Anwärm-Metalle, Leiterplatten, Silikon-Wafer, die anhand von Zonenschmelzprozessen behandelt werden, Materialien für die Verwendung in photovoltaischen Zellen, die eine darauf aufgeschmolzene leitfähige Paste benötigen, und jedes andere denkbare Material, für das eine gesteuerte Infrarotstrahlung vorteilhaft ist.
Ein Infrarotofen mit der Fähigkeit, Material durch den Ofen zu fördern, kann sehr vorteilhaft sein, weil die in dem Ofen durchgängig zur Verfügung stehenden Heiz- und Kühlzonen ein beliebiges gewünschtes Temperaturprofil einheitlich für eine große Menge an zu behandelndem Material bereitstellen können. Durch die Großserien-Fertigung und -Bearbeitung wärmebehandelter oder vergüteter Vorrichtungen ergeben sich zahlreiche Möglichkeiten und Herausforderungen.
Bekannte Ofen, wie beispielsweise der Durchlaufofen der DE 198 26 417 A1 , sehen zudem Kondensationseinrichtungen vor, die mit dem Ofen trennbar verbunden werden können und mittels derer in der Atmosphäre des Ofens ungewollte Bestandteile, die im Ofen aus dem zu bearbeitenden Materialien ausgasen, entfernt werden sollen. Dazu sind in den Kondensationseinrichtungen Kanäle vorgesehen, entlang derer das Prozessgas strömt. Entlang der jeweiligen Kanäle können dabei Kühlschlangen angeordnet sein, durch die ein Kühlfluid fließt und die Kondensation flüchtiger Bestandteile begünstigt.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Bei einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ofens umfasst eine Wärmetransferzone zum Erhitzen eines zu behandelnden Materials einen oberen und einen unteren Abschnitt. Diese Ausführungsform umfasst einen Förderer, der zu behandelndes Material durch die Wärmetransferzone entlang einer Laufrichtung transportiert, und einen Heber, der insbesondere ein Bewegen des unteren Abschnitts der Wärmetransferzone möglich macht, um einen Zugang zu der Wärmetransferzone zu ermöglichen. Ferner vorgesehen ist ein Luftbeweger und eine Kondensationseinrichtung, die ein Wärmetransferelement aufweist, wobei das Wärmetransferelement zu Reinigungs- und Wartungszwecken aus der Kondensationseinrichtung herausgenommen werden kann. Bei dem Luftbeweger kann es sich um ein Gebläse, eine Absaugvorrichtung oder eine beliebige aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtung handeln. Die Wärmetransferzone kann Infrarotlampen zum Erhitzen des zu behandelnden Materials in erster Linie durch Strahlungswärmetransfer aufweisen. Bei diesen Infrarotlampen kann es sich zum Beispiel um Quarzlampen, Silikonkarbid-Lampen oder Wolfram-Halogenlampen oder beliebige aus dem Stand der Technik bekannte Lampen handeln. Bei einigen Ausführungsformen kann der Förderer ein Förderband sein.
Bei einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ofens umfasst eine Wärmetransferzone zum Erhitzen eines zu behandelnden Materials einen oberen und einen unteren Abschnitt. Diese Ausführungsform weist einen Förderer auf, der zu behandelndes Material durch die Wärmetransferzone entlang einer Laufrichtung transportiert, und einen Heber, der insbesondere ein Bewegen des unteren Abschnitts der Wärmetransferzone möglich macht, um einen Zugang zu der Wärmetransferzone zu ermöglichen.
Bei einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ofens umfasst eine Wärmetransferzone zum Erhitzen eines zu behandelnden Materials einen oberen und einen unteren Abschnitt. Diese Ausführungsform umfasst einen Förderer, der das zu behandelnde Material durch die Wärmetransferzone entlang einer Laufrichtung transportiert, und einen Heber, der insbesondere das Bewegen des unteren Abschnitts der Wärmetransferzone möglich macht, um einen Zugang zu der Wärmetransferzone zu ermöglichen. Diese Ausführungsform weist Förderer-Träger auf, die eher parallel als senkrecht zu der Laufrichtung des Förderers ausgerichtet sind. Die Förderer-Träger können leicht schräg zu der Laufrichtung ausgerichtet sein. Die Förderer-Träger können auch derart ausgerichtet sein, dass sie eine Bestrahlung durch Lampen auf der anderen Seite der Förderer-Träger ermöglichen, um durch diese Lampen eine gleichmäßige Bestrahlung der gesamten von diesen Lampen bestrahlten Fläche des zu behandelnden Materials zu erhalten.
Eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ofens weist Folgendes auf: eine Wärmetransferzone zum Erhitzen eines zu behandelnden Materials, eine Kühlzone zum Kühlen des zu behandelnden Materials, einen Förderer, der zu behandelndes Material durch die Wärmetransferzone und die Kühlzone entlang einer Laufrichtung transportiert, und einen Strahlungskühler in der Kühlzone, der Wasser mit einem Druck von 413,7 kPa oder höher als Kühlmittel verwendet.
Eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ofens weist Folgendes auf: eine Wärmetransferzone zum Erhitzen eines zu behandelnden Materials, eine Kühlzone zum Kühlen des zu behandelnden Materials, einen Förderer, der zu behandelndes Material durch die Wärmetransferzone und die Kühlzone entlang einer Laufrichtung transportiert, und einen Strahlungskühler in der Kühlzone, der Wasser mit einem Druck von 413,7 kPa oder höher als Kühlmittel verwendet. Bei dieser Ausführungsform ist der Strahlungskühler schwarz eloxiert, um den Strahlungswärmetransfer zu dem Strahlungskühler zu unterstützen.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist ein erfindungsgemäßer Ofen Folgendes auf: eine Wärmetransferzone zum Erhitzen eines zu behandelnden Materials, einen Förderer, der zu behandelndes Material durch die Wärmetransferzone entlang einer Laufrichtung transportiert, und Förderer-Träger, die eher parallel als senkrecht zu der Laufrichtung des Förderers ausgerichtet sind, wobei die Förderer-Träger leicht schräg zu der Laufrichtung ausgerichtet sind.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine Seitenansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ofens.
2 zeigt eine Draufsicht auf eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ofens 10.
3 zeigt einen Querschnitt einer Draufsicht auf eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Strahlungskühlers.
4 zeigt eine Seitenansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kondensationseinrichtung.
5 zeigt eine seitliche Ansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ofens.
6 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Förderers.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Bezug nehmend auf die Figuren zeigt 1 eine Seitenansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ofens. Der Ofen 10 weist eine Wärmetransferzone, die allgemein mit dem Bezugszeichen 20 bezeichnet ist, zum Erhitzen eines zu behandelnden Materials (nicht gezeigt) auf. Die Wärmetransferzone 20 weist einen oberen Abschnitt 30 und einen unteren Abschnitt 40 auf. Ein Förderer 50 transportiert zu behandelndes Material durch die Wärmetransferzone 20 entlang einer Laufrichtung. Bei dem Förderer 50 kann es sich zum Beispiel um ein Förderband, einen Schwingbalken oder einen anderen aus dem Stand der Technik bekannten Förderer handeln. Ein Heber 60 ermöglicht insbesondere ein Bewegen des unteren Abschnitts 40 der Wärmetransferzone 20, um den Zugang zum Inneren der Wärmetransferzone 20 und zu den darin befindlichen Bauteilen zu ermöglichen. Unter einem Heber 60, wie er bei dieser Anwendung verwendet wird, versteht man eine Vorrichtung zum Heben und Absenken von Gegenständen mittels einer Kraft, die durch einen Hebel, eine Schraube, eine hydraulischen Presse oder andere aus dem Stand der Technik bekannte Mittel aufgebracht wird. Die Wärmetransferzone 20 kann auch eine oder mehrere Infrarotlampen 70 aufweisen. Bei diesen Infrarotlampen kann es sich zum Beispiel um Quarzlampen, Silikonkarbidlampen oder Wolfram-Halogenlampen oder beliebige Lampen gemäß dem Stand der Technik handeln. Das Absenken des unteren Abschnitts 40 der Wärmetransferzone 20 mittels des Hebers 60 kann zum Beispiel eine Reinigung des unteren Abschnitts 40 ohne Beeinträchtigung durch den Förderer 50, einen leichteren Zugang zwecks Wartung anderer Elemente des Ofens 10, wie zum Beispiel den Austausch der unteren Lampen 70 oder anderer Elemente des Ofens 10, ermöglichen.
Der Zugang zum Inneren des Ofens 10, der durch das Bewegen des unteren Abschnitts 40 des Ofens von dem Boden des Ofens aus ermöglicht wird, kann unter anderem die Wartung oder den Austausch von Isolierungen, Lampen, des Förderers und anderer Elemente, die ohne Bewegen des unteren Abschnitts nicht leicht zugänglich sind, ermöglichen. Der Zugang zu dem unteren Abschnitt 40 des Ofens ermöglicht auch das Entfernen von zu behandelndem Material, das von dem Förderer 50 gefallen ist, während der Verarbeitung kaputt gegangen ist oder sich aus anderen Gründen im unteren Abschnitt 40 des Ofens angesammelt hat.
2 ist eine ebene Draufsicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ofens 10. Die Ausführungsform gemäß 2 kann Förderer-Träger 110 aufweisen, die den Förderer 50 (in 1 dargestellt) tragen. Bei den Förderer-Trägern 110 kann es sich zum Beispiel um Quarzstangen oder anderes Material gemäß dem Stand der Technik handeln, das ausgelegt ist, um den harten Bedingungen innerhalb des Ofens 10 standzuhalten.
Die Förderer-Träger 110, die in der Ausführungsform gemäß 2 gezeigt sind, erstrecken sich zwischen Querträgern 130. Wenn man diese Figur von links nach rechts betrachtet, sind die Förderer-Träger 110 in einer sich wiederholenden konvergierenden Anordnung ausgerichtet. Das heißt, dass die Förderer-Träger 110 ausgehend von einem beliebigen der Querelemente 130 und von links nach rechts gehend zunächst weiter voneinander beabstandet sind und zueinander konvergieren, während man sich zum nächsten Querträger 130 nach rechts bewegt. Bei der beispielhaften Ausführungsform, die in 2 gezeigt ist, wiederholt sich dieses Muster durch den gesamten Ofen 10.
Durch Ausrichten der Förderer-Träger 110 auf diese Weise ist es möglich, die Gleichförmigkeit der Infrarotstrahlung, die die Werkstücke ausgehend von den unteren Infrarotlampen 70 erreicht, zu erhöhen. Bei vielen Öfen aus dem Stand der Technik sind die Förderer-Träger zu der Laufrichtung der Werkstücke parallel und befinden sich zwischen den unteren Infrarotlampen und den Werkstücken. Diese Förderer-Träger beeinträchtigen den Strahlungswärmetransfer zu dem Abschnitt der Werkstücke, der von diesen Förderer-Trägern „beschattet” wird. Das kann zu ungleichmäßigem Erhitzen oder Behandeln der Werkstücke führen. Durch Ausrichten der Träger in nicht paralleler oder leicht schräger Anordnung ermöglichen Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Ofens eine gleichmäßigere Bestrahlung der Werkstücke durch die Infrarotlampen auf der anderen Seite der Träger. Man kann diese Ausführungsformen verstehen, indem man sich ein Werkstück vorstellt, das entlang eines Förderers über einen Träger läuft, der zu der Laufrichtung parallel ist, wobei der Träger einen „Schatten” auf den selben Bereich des Werkstücks während des gesamten Durchlaufs wirft, während ein Träger, der leicht schräg ist, immer einen anderen Abschnitt des Werkstücks „beschattet”, während sich das Werkstück entlang des Förderers in die Laufrichtung bewegt. Die Träger könnten zum Beispiel auch in Fischgrätanordnung, Zickzackanordnung, wiederholt divergierender oder anderer Anordnung ausgerichtet werden. Andere Ausrichtungen der Förderer-Träger 110, die dieses Ziel verwirklichen, werden für den Fachmann bei der Lektüre dieser Offenbarung ersichtlich und sind in diese Offenbarung und die anliegenden Ansprüchen einbezogen.
Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Ofens können auch eine Kühlzone aufweisen, die allgemein mit dem Bezugszeichen 120 bezeichnet ist. Die Kühlzone 120 kann einen Strahlungskühler 140 aufweisen, um das Abführen von Wärme von den Werkstücken zu ermöglichen.
3 ist ein Querschnitt einer Draufsicht auf eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Strahlungskühlers. Der Strahlungskühler 130 weist einen Einlass 140 und einen Auslass 150 auf, um ein Kühlmittel durch den Körper des Strahlungskühlers 130 laufen zu lassen. Der Strahlungskühler 130 kann aus einem beliebigen Material hergestellt und mit einer nicht reflektierenden Beschichtung überzogen sein, um den Strahlungswärmetransfer von dem zu behandelnden Material zu dem Strahlungskühler zu verstärken. Bei einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung besteht der Strahlungskühler aus Aluminium und ist schwarz eloxiert, um den Wärmetransfer zu steigern.
4 ist eine Seitenansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kondensationseinrichtung. Einige Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Ofens 10 können auch ein Kondensationseinrichtung 90 mit einem Luftbeweger 80 und einem Wärmetransferelement 100 aufweisen. Bei dem Luftbeweger 80 kann es sich um ein Gebläse, eine Absaugvorrichtung oder ein beliebiges anderes aus dem Stand der Technik bekanntes Gerät handeln. Die Kondensationseinrichtung 90 kann zum Beispiel unter Verwendung eines Flansches 160 an dem Ofen 10 (nicht gezeigt) angebracht sein. Der Luftbeweger 80 kann Luft durch den Ofen 10 ziehen, um einen leichten Unterdruck innerhalb des Ofens zu erzeugen. Der Ofen kann eine kontrollierte oder inerte Atmosphäre oder einfach Umgebungsluft enthalten. Eine kontrollierte Atmosphäre, die in dem Ofen enthalten sein kann, kann eine Atmosphäre mit niedrigem oder hohem Sauerstoffgehalt, eine feuchtigkeitsgesteuerte Atmosphäre, eine mit einem beliebigen relevanten Gas oder Dampf angereicherte Atmosphäre oder eine andere Atmosphäre basierend auf den spezifischen Prozessanforderungen umfassen. Flüchtige Materialien, die aus den Werkstücken ausgetrieben werden, werden durch den Luftbeweger 80 in die Kondensationseinrichtung 90 gezogen, so dass sie, soweit möglich, kondensiert und zurückgewonnen und nicht in die Umgebung freigesetzt werden. Das kondensierte Material kann aus der Kondensationseinrichtung 90 durch eine Ablassleitung 170 zu einem Sammelgefäß 180 abgeleitet werden. Bei einigen Ausführungsformen weist die Kondensationseinrichtung 90 ein Wärmetransferelement 100 auf, das aus der Kondensationseinrichtung 90 zum Zwecke der Reinigung, Wartung oder des Austausches herausgenommen werden kann.
5 ist eine seitliche Ansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ofens. Der Ofen 10 gemäß 5 weist einen oberen Abschnitt 30 und einen unteren Abschnitt 40 auf. Heber 60 ermöglichen insbesondere das Absenken des unteren Abschnitts 40, um einen Zugang zu dem Inneren des Ofens 10 zu ermöglichen. Der Zugang zu dem Inneren des Ofens 10, der durch das Bewegen des unteren Abschnitts 40 des Ofens von dem Boden des Ofens aus ermöglicht wird, kann unter anderem die Wartung oder den Austausch von Isolierungen, Lampen, des Förderers und anderer Elemente, die ohne Bewegen des unteren Abschnitts nicht leicht zugänglich sind, ermöglichen. Der Zugang zu dem unteren Abschnitt 40 des Ofens ermöglicht auch das Entfernen von zu behandelndem Material, das von dem Förderer gefallen ist, während der Verarbeitung kaputt gegangen ist oder sich aus sonstigen Gründen in dem unteren Abschnitt 40 des Förderers angesammelt hat.

Claims

Ofen (10), umfassend: a. eine Wärmetransferzone (20) zum Erhitzen eines zu behandelnden Materials, die einen oberen (30) und einen unteren Abschnitt (40) aufweist; b. einen Förderer (50), der zu behandelndes Material durch die Wärmetransferzone (20) entlang einer Laufrichtung transportiert; und c. einen Heber (60), um den Zugang zum Inneren der Wärmetransferzone zu ermöglichen d. einen Luftbeweger (80) und eine Kondensationseinrichtung (90) mit einem Wärmetransferelement (100), wobei das Wärmetransferelement (100) der Kondensationseinrichtung (90) zum Zwecke der Reinigung und Wartung herausnehmbar ist.
Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetransferzone Infrarotlampen (70) aufweist.
Ofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Infrarotlampen (70) aus einer Gruppe ausgewählt sind, die aus Quarzlampen, Silikonkarbid-Lampen und Wolfram-Halogenlampen besteht.
Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Förderer ein Förderband ist.
Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmetransferelement (100) aus nichtrostendem Stahl besteht.
Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ofen ferner Förderer-Träger (110) aufweist, die eher parallel als senkrecht zu der Laufrichtung des Förderers (50) angeordnet sind.
Ofen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderer-Träger (110) leicht schräg zu der Laufrichtung angeordnet sind.
Ofen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderer-Träger (110) derart ausgerichtet sind, dass sie eine gleichmäßige Bestrahlung des zu behandelnden Materials durch Lampen (70) auf der anderen Seite der Förderer-Träger (110) von dem zu behandelnden Material aus ermöglichen.
Ofen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderer-Träger (110) in einer Fischgrätanordnung ausgerichtet sind.
Ofen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderer-Träger (110) in einer sich wiederholenden konvergierenden Anordnung ausgerichtet sind.
Ofen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördererträger (110) in einer Zickzackanordnung ausgerichtet sind.
Ofen nach Anspruch 1, ferner umfassend: e. eine Kühlzone (120) zum Kühlen des zu behandelnden Materials; f. einen Strahlungskühler (130) in der Kühlzone, der Wasser mit einem Druck von 413,7 kPa oder höher als Kühlmittel verwendet, wobei ein Förderer (50) zu behandelndes Material durch die Wärmetransferzone (10) und die Kühlzone (120) entlang einer Laufrichtung transportiert.
Ofen nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlungskühler (130) schwarz eloxiert ist.
Ofen nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlungskühler (130) aus Aluminium besteht.
Ofen nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das in dem Strahlungskühler (130) verwendete Wasser einen Druck von 551,6 kPa oder höher aufweist.