DE2442180A1

DE2442180A1 - Vorrichtung und verfahren zum loeten, schmelzen oder hartloeten

Info

Publication number: DE2442180A1
Application number: DE19742442180
Authority: DE
Inventors: Hans Hugo Ammann; Tze Yao Chu; Joseph Charles Mollendorf; Jun Robert Christian Pfahl
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1973-09-07
Filing date: 1974-09-03
Publication date: 1975-03-13
Also published as: DE2442180C3; BR7407403D0; FR2243045A1; IT1020737B; GB1484604A; NL163732C; AU7293274A; JPS5340934B2; SE7410907L; DE2442180B2; NL7411686A; FR2243045B1; ES449417A1; SE424518B; JPS5054552A

Description

A 34

Pattntanwalt Dipl.-Ing. Walter Jadcisdi QH Ann 1Q71

7 Stuttgart N, Menzelstraße 40 ^V' ^HUy< '*'*

WESTERN ELECTRIC COMPANY, INCORPORATED

195 Broadway

New York, New York Iooo7 /USA

Vorrichtung und Verfahren zum Löten, Schmelzen oder Hartlöten

Die Erfindung betrifft ein verbessertes Lot-, Schmelz- oder Hartlötverfahren sowie eine. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Die Erfindung betrifft insbesndere ein verbessertes Lötverfahren, bei dem heiße gesättigte Dämpfe " von besonderen Flüssigkeiten an dem Gegenstand, auf dem ein Lötvorgang durchgefihrt werden soll,

diesen

kondensieren undTdabei auf eine für den Lötvorgang geeignete Temperatur aufheizen. Das Verfah-

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ren eignet sich besonders zur Durchfihrung einer Vielzahl von gleichzeitigen Lötvorgängen, wie Rückflußlöten (reflow soldering) oder Wellenlöten (wave soldering auf- in einer Reihe hintereinander angeordneten gedruckten Schaltplatten.

Die Wirkung der Erfindung kann dadurch vergrößert werden, daß zwischen dem ersten gesättigten Dampf und der Atmosphäre ein zweiter Dampf einer

zweiten, verhältnismäßig billigen besonderen Flüssigkeit "vorgesehen wird, wodurch ein Entweichen der eräben Dampfs in die Atmosphäre verringert oder im wesentlichen verhindert wird. Das Verfahren und die Vorrichtung sind besonders zur Durchführung einer Vielzahl von gleichzeitigen Lötvoi^ngen geeignet, wie Rückflußlöten oder Wellenlöten auf in einer Reihe hintereinander angeordneten gedruckten Schaltplatten.

Die Erfindung ist insbesondere für Verfahren, wie etwa Löten, Schmelzen oder Hartlöten geeignet, bei denen dem Gegenstand, auf dem der entsprechende Löt-, Schmelz- oder Hartlötvorgang durchgeführt werden soll, Wärme zugeführt wird, um dessen Temperatur zu erhöhen.

Die Erfindung läßt sich am besten anhand eines Lötvorganges beschreiben, ist aber nicht auf das Löten beschränkt .

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Beim Löten ist es notwendig, daß die zu lötenden Teile so hoch erhitzt werden, daß das darauf angeordnete Lötmittel schmilzt. Dabei müssen diese Teile während des Lötvorganges vor einer Oxydation geschützt werden.

Bisher wurde dei^bekannte Lötkolben verwendet. Um Oxydation während des Lötvorganges zu verhindern, wird auf die zu lötenden Flächen der Gegenstände eine Schicht von Flußmittel aufgebracht. Dieses Lötkolbenverfahren ist für schnelle, serienmäßige Lötverfahren, bei denen beispielsweise eine einzige gedruckte Schaltplatte viele in geringem Abstand voneinanderliegende zu lötende Verbindungen hat, wenig geeignet.

Es wurden schon zahlreiche Lötverfahren vorgeschlagen, durch die die herkömmliche Lötkolbentechnik verbessert werden sollte und die den Anforderungen, die beim Löten einer Vielzahl von Teilen auftreten, genügen sollten.

Im US-Patent 3 359 132 (1967) von Wittmann wird ein Verfahren aim Lotmittelüberdecken von gedruckten Schaltplatten beschrieben, bei dem eine Schicht aus Erdnußöl auf einem Bad aus geschmolzenem Lötnittel fließt. Eine

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gedruckte Platte, die mit einer Schicht Flußmittel versehen ist, wird in unmittelbarer Nähe der Oberfläche des heißen Erdnußöles aufgehängt und in einer solchen Lage gehalten,daß sie durch eine Komböration von Strahlung und Luftkonvektim vorgeheizt wird. Anschließend wird die Platte durch die heiße Erdnußölschicht in das geschmolzene Lötmittelbad eingetaucht, in dem nun das Löten stattfindet.

Durch die Erfindung soll ein verbessertes Verfahren zum Löten, Schmelzen oder Hartlöten geschaffen werden, insbesondere sollen diese Vorgänge bei Serienfertigung schnell und wirtschaftlich durchführbar sein.

Andere und weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen.

Das erfindungsgemäße Verfahren soll im folgenden kurz erläutert werden. Eine Flüssigkeit, deren Siedetemperatur wenigstens gleich der Temperatur ist, bei der gelötet, geschmolzen oder hartgelötet werden soll, wird gleichmäßig zum Sieden gebracht, wobei ein heißer gesättigter Dampf, der im Gleichgewicht mit der siedenden Flüssigkeit steht, gebildet wird. In die heißen ge-

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sättigten ffinpfe wird der Gegenstand, auf dem das Lot-*, Schmelz- oder Hartlötverfahren durchgeführt wird, eingeführt. Ein Teil der heißen gesättigten Dämpfe kondensiert an diesem Gegenstand, wobei dieser durch den Übergang der Verdamp.fungswärme der kondensierten Dämpfe auf den Gegenstand auf die gewünschte Temperatur aufgereizt wird. Dieser letzte Verfahrensschritt kann früher oder gleichzeitig mit dem Lot-, Schmelz- oder Hartlötvorgang durchgeführt werden. Sollen Insbesondere elektrische Teile auf eine gedruckte Schaltplatte aufgelötet werden, wird eine nicht leitende, chemisch stabile und reaktionsträge Flüssigkeit gewählt, deren Siedepunkt über der Löttemperatur liegt. Die Dämpfe der Flüssigkeit sind nicht oxydierend. Das Kondensat hat vorteilhaft die Eigenschaft, jeglichen Schmutz oder Ruß auf dem Gegensand wegzuspülen.

Im Betrieb kommt es jedoch vor, daß ein Teil der gesättigten Dämpfe der wärmeübertragenden Flüssigkeit in · die Atmosphäre entweicht, wenn das Verfahren nicht in einem gegen die Atmosphäre abgeschlossenen Raum durchgeführt vird. Die wärmeübertragende Flüssigkeit, die gegenwärtig bei einem bevorzugten Verfahrender wendet v/ird, ist ein fluoriertes Polyoxypropylen, wie es von E* I. Du Pont de Nemours & Co. unter ihrem Warenzeichen "Freon E 5" bezogen werden kann. Solch eine Flüssigkeit ist, wie sich aus den gegenwärtig verfügbaren Preislisten ergibt, sehr teuer. Die DampfVerluste an die Atmosphäre

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wirken sich daher nachteilig aus. Aus diesem Grunde sollten die Verluste verringert oder verhindert werden.

Durch clifc: Erfindung soll ferner ein verbessertes Lötverfahren für gedruckte Schaltplatten geschaffen werden, das wirtschaftlich ist und das schnell durchgeführt werden kann, wobei eine Beschädigung der gedruckten Schaltplatten sowie der empfindlichen elektrischen Teile auf den gedruckten Schaltplatten durch Hitze vermieden wird und durch das die Verluste der ziemlich teueren wärmeübertragenden Flüssigkeiten an die Atmosphäre verringert oder im wesentlichen verhindert werden.

Die Erfindung soll nachstehend anhand mehrerer in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsformen näher beschrieben v/erden. Es zeigen

Fig. 1 teilweise im Schnitt und teilweise in Ansicht in schematischer Darstellung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens auf einem einzigen Gegenstand oder auf einem Satz von Gegenständen;

Fig. 2 in schematischer Darstellung teilweise

im Schnitt und teilweise in Ansicht eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung auf in einer Reihe hintereinander angeordneten, durch die Vorrichtung sich bewegenden Gegenständen;

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Pig. 5 in schematischer Darstellung teilweise in Ansicht und teilweise im Schnitt eine Vorrichtung, in der in einer Reihe hintereinander angeordnete, gleichmäßig sich bewegende Gegenstände gemäß dem Verfahren nach der Erfindung wellengelötet werden;

Pig. K eine Draufsicht auf die Vorrichtung nach den Fig. 2 und J5j

Fig. 5 in schematischer Darstellung teilweise in Ansicht und teilvreise im Schnitt eine" Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung auf einem einzigen Gegenstand oder auf einem Satz von Gegenständen:

Fig. 6 in schematischer Darstellung teilweise in Ansicht und teilweise im Schnitt eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens naoh der Erfindung auf in einer Reihe hintereinander angeordneten, kontinuierlich sich bebenden Gegenständen und

Fig. 7 in schemäischer Darstellung teilweise in Ansicht und teilweise im Schnitt eine Vorrichtung, in der in einer Reihe hintereinander angeordnete, kontinuierlich sich bewegende Gegenstände gemäß dem Verfahren nach der Erfindung v/ellengelötet werden.

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Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ist ein Behälter 1 mit vorzugsweise elektrisch beheizten Heizspiralen 2 versehen, die im Bereich des Bodens des Behälters 1 vorgesehen sind. Der Behälter 1 weist an seinem oberen Ende Kühlspiralen j5 auf, in die von einer nicht dargestellten Stelle aus ein umlaufendes Kühlmittel geführt wird. Zusätzlich zu den Heizspiralen 2 kann eine äußere Wärmequelle für den Behälter 1 vorgesehen werden, beispielsweise eine Heizplatte (nicht dargestellt). In den Behälter 1 wird· eine die Wärme übertragende Flüssigkeit 4 bis zu dem in Fig. 1 dargestellten Niveau eingebracht. Die Flüssigkeit wird durch die Heizspiralen 2 zum Kochen gebracht und am Siedepunkt gehalten. Die heißen gesättigten Dämpfe der kochende^ die Wärme übertragenden Flüssigkeit 4 füllen den Behälter 1 bis auf die durch die Linie 5 gekennzeichnete Höhe der Kühlspiralen 5. Diese kondensieren den Dampf in dieser Höhe, wobei das Kondensat in den unteren Teil des Behälters 1 zurückfließt. Die heißen gesättigten Dämpfe haben, wie noch dargelegt werden wird, eine viel größere Dichte als Luft. Infolge dieser größeren Dichte und durch die Wirkung der Kühlspiralen 3 bleibt das obere Niveau der heißen gesättigten Dämpfe nicht höher als etwa das durch die Linie 5 gekennzeichnete Niveau, Auf diese VM.se wird verhindert, daß die heißen gesättigten Dämpfe oder ein wesentlicher Bestandteil dieser Dämpfe aus dem Behälter 1 entweicht.

Die Ausflhrungsform nach Fig. 1 (ebenso wie die Aus-

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führungsformeη nach den Pig. 2 und 3) läßt sich anhand eines besonderen Beispieles einer gedruckten Schaltplatte 6 beschreiben, auf der· verschiedene zu lötende elektrische Teile (nicht dargestellt) angeordnet sind. Eine erste wärmeübertragende Flüssigkeit 4 für dieses Vafahren wird nach folgenden Bedingungen ausgewählt:

a) Für diese Anwendung ist es notwendig, daß die erste wärmeübertragende Flüssigkeit 4 einen Siedepunkt hat, der·wenigstens gleich, vorzugsweise . über derr Schmelzpunkt des Lötmittels liegt. Um das Verfahren besser überwachen zu kamen, ist ' es von großem Vorteil, wenn die wärmeübertragende Flüssigkeit 4 einen genau definierten Siedepunkt hat. Aus diesem Grunde wollte die wärmeübertragende Flüssigkeit 4 nicht aus mehreren Bestandteilen, sondern nur aus einer einzigen Komponente bestehen.

b) Für dieses Veifehren ist es von Vorteil, wenn die wärmeübertragende Flüssigkeit elektrisch nicht leiterüist.

c) Vorzugsweise sollten die heißen gesättigten Dämpfe dieser wärmeübertragenden Flüssigkeit 4 nicht oxydierend, chemisch stabil und reaktionsträge, ungiftig und nicht entflammbar sein sowie eine größere Dichte als Luft haben.

d) Die wärmeübertragende Flüssigkeit sollte vorzugsweise eine ziemlich hohe latente Verdampfungswärme haben.

- Io -

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e) Es ist für dLeses Verfahren von Vorteil, wenn die heißen gesättigten Dämpfe, wenn sie kondensiert sind, den zu lötenden Teil entfetten oder Schmutz, Ruß oder dgl. von diesem Teil wegtragen oder wegspülen können.

In den Behälter 1 wird eine wärmeübertragende Flüssigkeit 4, die die oben erwähnten Eigenschaften aufweist, eingefüllt und durch die Heizspiralen 2 bis zu ihrem Siedepunkt erwärmt* Der Behälter 1 wird dadurch im wesentlichen mit heißen gesättigten Dämpfen gefüllt. Anschließend wird eine gedruckte Schaltplatte 6, auf der aufzulötende elektrische Teile (nicht dargestellt) befestigt sind und die erforderlichenfalls, in bekannter Weise mit Lötmittel-Vorformen oder einem Überzug versehen ist, idfc ejiem Element 7 in die heißen gesättigten Dämpfe im Behälter 1 eingetaucht. Die heißen gesättigten Dämpfe kondensieren auf der gedruckten Schaltplatte 6, wobei die latente Verdampfungswärme frei wird und die Platte 6 so weit erwärmt, bis die Temperatur der Platte 6 die Temperatur des gesättigten Dampfes erreicht, die der Siedetemperatur der wänneübertragenden Flüssigkeit 4 entspricht und die, wie oben schon erwähnt wurde, wenigstens gleich und vorzugsweise höher als der Schmelzpunkt des Lötmittels ist. Die Platte 6 wird die Temperatur des heißen gesättigten Dampfes ziemlich rasch erreiche^ da die Wärmeüber-gangszahlen für Kondensationsprozesse im Vergleich zu den Wärmeübergangszahlen bei anderen bekannten Wärmeübergängen am größten sind. Bei einer solchen Temperatur schmilzt das Lötmittel oder fließt zurück und verlötet dadurch die elektrischen

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Teile mit der gedruckten Schaltplatte 6.

Durch die sehr hohe Wärmeübertragungsgeschwindigkeit von den kondensierten Dämpfen zur Platte 6, durch die der Lötvorgang rasch beendet werden kann, werden die Platte 6 und die darauf befestigten elektrischen Teile verhältnismäßig kurze Zeit der erhöhten LÖttemperatur ausgesetzt. Dadurch wird eine Beschädigung der Plaste 6 und der elektrischen Teile durch die Wärme

vermieden. Wenn die Platte 6 und die elektrischen Teile längere Zeit dieser erhöhten Temperatur ausgesetzt werden/ könnten diese durch die Hitze Geschädigt werden. Mit einer Vorrichtung, die eine entsprechende Dampfmenge erzeugt (selbstverständlich werden die Heizspiralen 2 und gegebenenfalls zusätzliche Heizelemente, wie eine Heizplatte, so angeordnet, daß das Niveau des heißen gesättigten Dampfes bis ungefähr zur Linie 5 reicht, wenn ein Teil 6 in einen solchen heißen gesättigten Dampf eingeführt wird), können Lötzeiten zwischen ungefähr 5 see für typische leichte Platten und Teile mit geringer Wärmekapazität und ungefähr 4o see für typische schwere Platten und Teile mit einer hohen Wärmekapazität liegen. Die auf der gedruckten Schaltplatte 6 kondensierten Dämpfe fließen in die wärmeübertragende Flüssigkeit 4 im unteren Teil des Behälters 1 zurück. Dabei können sie eventuell auf der gedruckten Schaltplatte 6 vorhandenes Fett, Schmutz oder dgl. auflösen oder fortführen. Es hat sich gezeigt, daß die wärmeUbertragende Flüssigkeit 4 ständig destilliert wird, daß nicht-flUchtige Bestandteile in der Flüssigkeit zurückbleiben und daß die Dämpfe, die an der Platte 6 kondensieren, verhältnismä-

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ßig rein sind. Bei den heißen gesättigten Dämpfen, die nicht oxydierend sind, ist es in manchen Fällen nicht rotwendig, die gedruckte Schaltplatte 6 mit einem Flußmittel zu versehen. Nach dem Schmelzen oder Zurückfließen des Lötmittels kann die gedruckte Schaltplatte 6 aus dem Behälter 1 entfernt und gekühlt werden.

Bei dem oben anhand der Fig. 1 beschriebenen Lötverfahren wurde nur eine gedruckte Schaltplatte 6 im· Behälter 1 angeordnet. Es ist selbstverständlich möglich, gleichzeitig einen Satz gedruckter Schaltplatten 6 im Behälter 1 anzuordnen und gleichzeitig zu löten.

Um elektrische Teile mit einer gedruckten Schaltplatte 6 unter Verwendung eines bei 182,2° C schmelzenden Lötmittels zu verlöten, wird die wärmeübertragende Flüssigkeit 4 vorzugsweise aus einer Gruppe von Flüssigkeiten gewählt, die im allgemeinen als Fluorokarbone bekannt sind, wie beispielsweise fluoriertes PoIyoxypropylen. Eine solche Flüssigkeit kann von E. I. Du Pont de Nemours & Co. unter dem Warenzeichen "Freon E 5" bezogen werden und hat die folgenden wesentlichen Eigenschaften:

Siedetemperatur bei Atmosphärendruck:■ 224,2° C,

14 spezifischer Widerstand: > 4 χ Io Ohm-cm,

ElLelektrJzitätskonstante: 2,45,

latente Verdampfungswärme: 46,4 Joule/g,

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Dichte des gesättigten Dampfes am Siedepunkt und bei Atmosphärendruck: o,o2> g/cm ,

chemisch stabil, reaktionsträge, ungiftig, nicht entflammbar.

Eine andere geeigrefce wärmeübertragende Flüssigkeit kann von E. I. Du Pont de Nemours unter dem Warenzeichen "Preon E 4" bezogen werden, die folgende wesentlichen Eigenschaften aufweist: Siedetemperatur bei Atmosphärendruck: 195,8° C,

14 spezifischer Widerstand: > 4 χ Io Ohm -cm,

Dielektrizitätskonstante: 2,5o,

latente Verdamp&ngswärme: 52,4 Joule/g,

Dichte des geättigten Dampfes am Siedepunkt und bei Atmosphärendruck: o,o22 g/cm-⁵,

chemisch stabil, isakti ons träge, ungiftig, nicht entflammbar.

Mit der Vorrichtung nach Fig. 1 läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft durchführen. Die Vorrichtung weist ein Gefäß auf, das aus einem unter dem Warenzeichen "Pyrex" bekannten Material besteht und das einen Durchmesser von ungefähr j5o, 5 cm und eine Höhe von 45,7 cm hat. Das Gefäß wurde mit zwei 5oo W Tauchsiedern sowie einer l6oo W Heizplatte ausgerüstet.Zum Kondensieren der Dämpfe wurde in dem Gefäß in dessen oberem Bereich längs des Umfanges ei-

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ne wassergekühlte Kupferspule mit sechs Windungen angeordnet. Die Spule hat eine Temperatur zwischen 49°und 71° C. Mit dieser Kupferspulevird eine Dampfzone erzeugt, deren Höhe vom Boden des Gefäßes aus ungefähr 31*8 cm beträgt. In das Gefäß wurde die Flüssigkeit Preon E 5 so weit eingefüllt, bis dic-Tauchsieder genügend weit unter der Flüs,sigkeitsoberfläche lagen. Die Flüssigkeit wurde dann bis zum Siedepunkt erhitzt, wobei das Gefäß mit heißen gesättigten Dämpfen von Freon E 5 gefüllt wurde. In die heißen gesättigten Dämpfe wurde eine mehrschich^ tige gedruckte Schaltplatte, auf der aufzulötende elektrische Teile und Lötmittel-Vorformen angebracht warm und die in geeigneter V/eise mit Flußmitteln bestrichen war, abgesenkt und so gehalten, bis die Lötmittel-Vorformen geschmolzen und die elektrischen Teile mit der mehrschichtigen Platte verlötet waren. Auf diese Weise wurden einwandfreie Lötanschlüsse erreicht.

Die Vonichtung nach Fig. 1 kann, ohne daß Abänderungen notwendig sind, zum Schmelzen des Lötmittels auf einer Platte verwendet werde* Die Platte mit der zu schmelzenden Lötmittelschicht wird mit einem Flußmittel bestrichen, anschließend in die heißen gesättigten Dämpfe eir§eführt und dort so lange gehalten, bis die Platte durch die Kondensation der Dämpfe an der Platte aufgeheizt ist, wobei die Lötmittelschicht bei der Temperatur der heißen Dämpfe schmilzt.

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Die AusfUhrungsform nach Fig. 1 kann auch zum Hartlöten verwendet werden. In diesem Fall ist es nur nötig, eine geeignete wärmeübertragende Flüssigkeit 4 zu wählen. Sie sollte einen Siedepunkt·haben, der wenigstens gleich, vorzugsweise aber über der Hartlöttemperatur liegt. Die hartzulötenden Teile werden so lange in den heißen gesättigten Dämpfen gehalten, bis die Hartlötung erfolgt.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist ein Behälter 8 mit Eintritts- und Austrittskanälen 9 und Io versehen, die an einander gegenüberliegenden Enden des Behälters 8 angeordnet sind. In den Kanälen 9 und Io sind Kühlspiralen 11 und 12 angeordnet·., in denen ein von einer nicht dargestellten Stelle aus zugeführtes Kühlmittel umläuft. Transportmittel 13, auf denen zu lötende, schmelzende oder hartzulötende Gegenstände 14 in das Gefäß 8 hineingeführt und aus diesem helaasgeführt werden können, erstrecken sich durch die Kühlspirale 11 und den Eintrittskanal 9 in das Gefäß 8 und werden durch die Kühlspirale 12 und den Austrittskanal Io wieder aus dem Gefäß 8 herausgeführt. Es sind ferner Antriebsvorrichtungen (nicht dargestellt) vorgesehen, mit denen die Transportmittel kontinuierlich in den Behälter 8 hineingeführt und aus diesem herangeführt werden. Die Transportmittel werden durch herkömmliche Führungsvorrichtungen (nicht dargestellt) in gewünschter Weise duHh den Behälter 8 geführt.

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Zum Betrieb der Vorrichtung nach Fig. 2 wird die wärmeübertragende Flüssigkeit 4, die entsprechend den bei der Ausführungsform nach Fig. 1 erwähnten Eigenshaften sowie den jeweiligen Erfordernissen gewählt wird, in den Behälter 8 bis zu dem in Fig. 2 angegebenen Niveau gefüllt. Mit den Heizspiralen 2 wird die Flüssigkeit bis zum Siedepunkt erhitzt und bei dieser Temperatur gehalten, so daß der Behälter 8 mit den heißen gesättigten Dämpfen bis zu dem durch die Linie 5 gekennzeichneten Niveau gefüllt bleibt. Die Gegenstand? 14 werden auf die Transportmittel 13 gelegt, die sich in Richtung der Pfeile in Fig. 2 bewegen. Die Gegenstände 14 werden in die heißen gesättigten Dämpfe geführt und durch die Kondensation der Dämpfe an diesen Gegenständen bis zum Siedepunkt der wärmeUbert.ragenden Flüssigkeit/erwärmt. Nach dem Löten, Schmelzen oder Hartlöten werden die Gegenstände 14 aus dem Behälter 8 herausgeführt. Die Geschwindigkeit der Transportmittel 15 wird so gewählt, daß die Verweilzeit der Gegenstände Ik im Behälter 8 zum Löten, Schmelzen oder Hartlöten ausreicht. Die Ausführungsform nach Fig. 2 ist insbesondere für ein schnelles, serienmäßiges Rückfiußlöten geeignet, bei dem gedruckte Schaltplatten oder dgl. kontinuierlich hintereinander durch den Behälter geführt werden.

Die Ausführungsform nach Fig. 3, die,vorzugsweise für ein Viellenlotverfahren geeignet ist, bei dam ge-

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druckte Schaltplatten oder dgl. kontinuierlich hintereinander durch den Behälter geführt und in großen

zahlen
Stück~/gelötet werden, ist ähnlich ausgebildet wie die Ausfthrungsfarn nach Fig. 2. Zusätzlich ist aber eine Wand oder ein Damm 15 vorgesehen, der eine in üblicher Weise erzeugte Lötmittelwelle oder -fontäne begrenzt, wie es in Pig. 3 schematisch dargestellt ist. Solche Lötmittelwellen oder -fontänen sind beispielsweise im US-Patent 3 536 243 (Wo) von Higgins, im US-Patent 3 612 388 (1971) von Wegener und im US-Patent 3 726 465 (1973) von Boynton beschrieben. In einer Lötmittelwelle oder -fontäne erstreckt sich eine Welle 16 aus geschmolzenem Lötmittel nach oben über benachbarte·Bereiche hinaus, wie es schematisch in Fig. 3 dargestellt ist.

Beim Betrieb der Vorrichtung nach Fig. 3 wird eine Welle 16 aufgeschmolzenem Lötmittel erzeugt und vorzugsweise bei einer Temperatur gehalten, die über der Siedetemperatur der wärmeübertragenden' Flüssigkeit 4 liegt, die wiederum über dem Schmelzpunkt des Lötmittels liegt. Die Tranport mittel 13 mit den darauf angeordneten Gegenständen 14, die im Wellenlötverfahren gelötet werden sollen, werden in Richr tung der Pfeile in Fig. 3 angetrieben. Jeder Gegenstand 14 gelangt bei Raumtemperatur durch den Eintrittskanal 9 in den Behälter 8 und wird dann durch die latente Verdampfungswärme der heißen gesättigten Dämpfe, die auf dem Gegenstand kondensieren, auf eine über dem Schmelzpunkt des Lötmittels liegende Temperatur vorerwärmt. Durch diese Vorerwärmung schmilzt jede Lötmittel-

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schicht auf dem Gegenstand 14 und bewirkt sorcit das gewünschte Lötmittelschmelzen. Der vorerwärmte Gegenstand 14 tritt dann in die Welle 16 des geschmolzenen Lötmittels ein und wird darin gelötet. Die Lötmittelwelle oder -fontäne wird verwendet, um den Gegenstand 14 mit dem Lötmittel und nicht mit Wärme zu versehen. Dadurch ist eine bessere Überwachung des Verfahrens möglich, da Wärmezufuhr und Lötmittelzufuhr getrennte Arbeitsprozesse sind. Wenn der Gegenstand 14 aus der Welle 16 herausgeführt wird, bleibt

das/lurch die Lötmittelwelle oder -fontäne zugeführten Lötmittel geschmolzen. Auf diese Weise kann das Lötmittel infolge der Oberflächenspannung fließen und dadurch Lötmittelfehler verringern. Der Gegenstand wird durch die Kühlspjrale 12 und den Austrittskanal Io aus dem Behälter 8 geführt. Anschließend erstant das Lötmittel auf dem Gegenstand und erhätet.

Es könnte ach eine wärmeübertragende Flüssigkeit 4 gewählt werden, deren. Siedepunkt unterhalb des Schmelzpunktes des Lötmittels liegt. Beim Betrieb der Vorrichtung nach Fig. 3 mit einer solchen wärmeübertragenden Flüssigkeit 4 würde der Gegenstand 14 durch heißen gesättigten Dampf vorerwärmt und dann durch die Lötmittelwelle 16, in der der Lötvorgang stattfindet, auf die gevrtinschte Temperatur erhitzt werden.

Die oben beschriebenen Vei&hren wurden mit den bevorzugten Vorrichtungen nach den Fig. 1 bis 4 bei oder im

⁺ 'auf dem Gegenstand 14
befindliche Lötmittel
mit dem _ ja _

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wesentlichen bei Atmosphärendruck durchgeführt. Das Verfahren nach der Erfindung ist nicht auf Atmosphärendruck beschränkt. Es kann auch bei Drücken unter- oder oberhalb Atmosphärendruck durchgeführt werden. Die wärmeübertragende Flüssigkeit 4 wird so gewählt, daß ihr Siedepunkt bei dem jeweiligen Druck wenigstens gleich der Temperatur ist, bei der das Verfahren durchi ge führt werden soll.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 ist ein Behälter 51, der mit der Atmosphäre verbunden ist, mit einer beispielsweise elektrischen Heisspirale 52, die im Bereich des Bodens des Behälters 51 angeordnet ist, mit einem ersten Satz Kühlspiralen 53* die etwa in halber Höhe des Behälters 51 angeordnet sind und in denen ein von^iner nicht dargestellten Stelle aus zugefUhrtes Kühlmittel umläuft, und mit einem zweiten Satz KUhTf spiralen 5^J+ versehen, die im oberen Bereich des Behälters 51 angeordnet sind und in denen ein von einer nicht dargestellten Stelle aus zugefUhrtes Kühlmittel umläuft. Im Betrieb hat der zweite Satz KUhlspiralen 5¹^ eine tiefere Temperatur als der erste Satz KUhlspiralen 53·

Zusätzlich zur Heizspirale 52 kann eine äußere Wärmequelle, beispielsweise eine Heizplatte (nicht dargestellt) für den Behälter 51 verwendet werden.

Unmittelbar unterhalb des ersten Satzes Kühlspiralen

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53 ist auf der Innenseite des Behälters 51 längs dessen Umfang eine erste Rinne 55 befestigt, die das von dem ersten Satz Kühlspiralen 53 ablaufende Kondensat aufnimmt und einer mit einem Ventil versehenen Leitung 56 zuführt, die in den unteren Teil des Behälters 51 führt.

Unmittelbar unterhalb des zweiten Satzes KUhlspiralen 54 ist auf der Innenseite des Behälters 51 längs dessen Umfang eine zweite Rinne 57 vorgesehen, die das vom zweiten Satz Kühlspiralen 5^ ablaufende Kondensat aufnimmt und einer mit einem Ventil versehenen Leitung 58 zuführt, die mit der erten Rinne 55 verbunden ist.

In den Behälter 51 wird eine Mischung aus zwei, weiter unten näher zu bezeichnende! Flüssigkeiten bis auf eine mit 59 gekennzeichnete Höhe eingebrannt. Die Mischung wird dann mit der Heizspirale 52 zum Sieden gebracht und bei dieser Temperatur gehalten.

Eine der beiden Flüssigkeiten ist eine erste wärmeübertragende Flüssigkeit, die folgende allgemeine Eigen schäften aufweist:

a) Der Siedpunkt bei Atmosphärendruck der ersten Flüssigkeit muß wenigstens gleich und -vorzugsweise etwas höher als die Temperatur sein/iie für das Löten (oder

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Schmelzen oder Hartlöten) benötigt wird, d. h., daß diese Siedetemperatur bei einem Lötverfahren wenigstens gleich und vorzugsweise höhe'r als/Schmelzpunkt des bei diesem Verfahren verwendeten Lötmittels ist. .

b) Die erste Flüssigkeit muß einen gesättigten Dampf erzeugen, der bei Verwendung der nachfolgend beschriebenen Vorrichtungen eine größere Dichte hat als Luft bei Atmosphärendruck.

c) Um den Arbeitsablauf besser überwachen zu !können, hat die erste Flüssigkeit vorteilhaft einen genau definierten und im wesentlichen konstanten Siedepunkt.

d) Die erie Flüssigkeit erzeugt vorteilhaft einen gesättigten Dampf, der nicht oxydierend, chemisch stabil und reaktionsträge, ungiftig und nicht entflammbar ist.

Wird dieses Verfahren beispielsweise mit einer gedruckten Schaltplatte durchgeführt-, auf der verschiedene elektrische Teile zum Löten aufgebracht sind, so sollte die erste Flüssigkeit zusätzlich zu den oben angegebenen Eigenschaften vorzugsweise elektrisch nicht leitend sein.

Die andere der beiden Flüssigkeiten ist eine zweite Flüssigkeit, die folgende Eigenschaften aufweist:

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a) Die zweite Flüssigkeit muß bei Atmosphärendruck· einen geringeren Siedepunkt haben als die erste Flüssigkeit.

b) Mit der zweiten Flüssigkeit muß ein Dampf herstellbar sein, der, wenn das Verfahre η mit den beschriebenen Ausführungsformen durchgeführt wird, bei Atmosphärendruck eine geringere Dichte hat als der gesättigte Dampf der ersten Flüssigkeit bei diesem Druck und dessen Dichte größer ist als Luft bei diesem Druck und bei dieser Temperatur.

c) Die zweite Flüssigkeit bildet vorteilhaft mit der ersten Flüssigkeit lein azaotropes Gemisch.

d) Mit der zweiten Flüssigkeit ist vorteilhaft ein gesättigter Dampf herstellbar, der keinen hohen Gleichgewicht-Feuchtigkeitsgehalt erzeugt.

e) Die zweite Flüssigkeit erzeugt vorteilhaft ein? η gesättigten Dampf, der nicht oxydierend, chemisch stabil, ungiftig und nicht entflammbar ist.

Wirdßas Verfahren beispielsweise mit einer gedruckten Schaltplatte durchgeführt, auf der verschiedene elektrische Teile zum Löten aufgebracht sind, so sollte die zweite Flüssigkeit zusätzlich zu den oben genannten Eigenschaften noch elektrisch nicht leitend sein.

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Wenn die Mischung ais erster und zweiter Flüssigkeit zum Sieden gebracht worden ist, wird die zweite Flüssigkeit, die einen tieferen Siedepunkt hat und kein azeotropes Gemisch bildet, zuerst sieden. Die gesättigten Dämpfe dieser zweiten Lösung,- die nachfolgend als zweite Dämpfe bezeichnet werden sollen, füllen den Behälter 51 bis zu einer bestimmten Höhe auf, die von der Menge der zweiten Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsgemisch abhängt. Nach dem Verdampfen der zweiten Flüssigkeit wird die zurückbleibende erste Flüssigkeit mit der Heizspirale 52 weiter aufgeheizt, bis der Siedepunkt der ersten Flüssigkeit erreicht ist. Dann siedet die erste FlüssJäceit und erzeugt heiße gesättigte Dämpfe, die im folgenden als erste Dämpfe bezeichnet werden sollen. Die Dichte der ersten Dämpfe ist größer als die der zweiten Dämpfe. Bei der Bildung und beim Aufsteigen der ersten Dämpfe innerhalb des Behälters 51 werden die leichteren zweiten Dämpfe von den£rsten Dämpfen im Behälter 51 nach oben gestoßen. Die zweiten Dämpfe werden ständig über den eiäben Dämpfen geschichtet, strömen auf diesen und bilden für diese eine Überdeckung. Die Mengenverhältnisse zwischen den eisben und zweiten Flüssigkeiten in der Mischung richten sich nach den Abmessurjen des Behälters 51, der Lage des ersten bzw. des zweiten Satzes der Kühlspiralen 53 und 54 im Behälter 51 und der gewünschten Schichtdicke des zweiten Dampfes über dem eisten Dampf. Die Mengenverhältnisse- zwischen den ersten und zweiten Flüssigkeiten in der Mi-

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schung werden insbesondere so gewählt, daß im Gleichgewichtszustand nach dem Hochsteigen der Dämpfe, wie es oben beschrieben wurde, im Behälter 51 ein Bereich mit dem heißen gesättigten, im wesentlichen ersten Dampf gebildet wird, der bis etwa in Höhe der Linie 6o reicht, die durch den ersten Satz Kühlsjäralen 53 geht. In dem Bereich des Behälters 51* der durch die Linien 6o und 6l gekennzeichnet ist,tritt eine Mf.schung aus ersten und zweiten Dämpfen auf. Innerhalb des Behälters 51 tritt noch ein dritter Bereich auf, der von der Linie 6l bis zu einer Linie 62 reicht, die durch den zweiten Satz Kühlspiralen 5^ geht. In diesem Bereich befindet sich im wesentlichen gesättigter zweiter Dampf.

Der erste Satz Kühlspiralen 53 wird bei einer Temperatur gehalten, die unterhalb der Kondensationstemperatur des ersten Dampfes liegt (d. h. unterhalb des Siedepurikes der eisten Flüssigkeit). Der zweite Satz Kühlspiralen 5^ wird bei einer Temperatur gehalten, die unterhalb der Kondensationstemperatur des weiten Dampfes liegt (d. -h.. unterhalb der Siedetemperatur der zweiten Flüssigkeit).

Das Kondensat, das von der Oberfläche des ersten Satzes Kühlspiralen 53 abläuft und im wesentlichen erste Flüssigkeit ist, wird in der ersten Rinne 55 gesammelt und über die Leitung 56 in den unteren Teil des Behäl-

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ters 51 oberhalb der Flüssigkeitsoberfläche 59 zurUckge führt.

Das in wesentlichen aus zweiter Flüssigkeit bestehende Kondensat, das von der Oberfläche des zv/eiten Satzes Kühlspiralen 54 abläuft, wird in der weiten Rinne 57 gesammelt und über die Leitung 58 der ersten Rinne 55 zugeführt, in der sie wieder zum Sieden gebracht wird, verdampft und als zweiter Dampf wiederum in den oberen Bereich des Behälters 51 gelangt. Die zweite Flüssigkeit wird in der ersten Rinne 55 wieder zum Sieden gebracht, da das aus erster Flüssigkeit bestehende Kondensat von dem ersten Satz Kühlspiralen 53 eine Temperatur hat, die über demßiedepunkt der zweiten Flüssigkeit liegt.

Der heiße gesättigte erste Dampf hat eine größere Dichte als Luft und füllt den unteren Teil des Behälters 51 über dem Flüssigkeitsspiegel 59» Der gesättigte zweite Dampf hat ebenfalls eure größere Dichte als Luft, ist aber unter den Verhältnissen des Verfahrens leichter als der erste Dampf und füllt den oberen Teil des Behälters 51 über dem heißen gesättigten ersten Dampf bis in eine durch die Linie 62 gekennzeichnete Höhe.

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Aus dem oben Gesagten ergibt sich, daß zu keiner Zeit eine BerUhrungsfläche zwischen dem heißen gesättigten ersten Dampf und der Atmosphäre gebildet wird. Der gesättigte zwoite Dampf wirkt vielmehr wie eine Sperre oder ein Deckel über dem heißen gesättigten ersten Dampf. Dadurch besteht weniger oder im wesentlichen gar keine Gefär, daß die heißen gesättigten ersten Dämpfe in die Atmosphäre entweichen. Durch den gesättigten zweiten Dampf über dem heißen gesättigten ersten Dampf, der die Verluste des ersten Dampfes an die Atmosphäre verringert oder im wesentlichen vermeidet, werden die Kosten für dieses Verfahren, bei dem kondensierbare Flüssigkeit an zu behandelnden Gegensb änden kondensieren und diese dabei erwärmen, beträchtlich verringert. Dies wirkt sich besonders dann aus, wenn die erste Flüssigkeit im Vergleich zur zweiten Flüssigkeit verhältnismäßig teuer ist. An der Grenzfläche zwischen zweitem Dampf und Luft wird natürlich ein Teil des zweiten Dampfes in die Atmosphäre entweichen. Wenn die zweite Flüssigkeit, wie oben angernnmen wurde, billiger ist als die erste Flüssigkeit_Λ fallen diese Verluste nicht so

als

stak ins Gewicht,/daß das Verfahren unwirtschaftlich würde. Unter bestimmten Umständen können diese Verluste sehr unbedeutend sein. Um die Verluste an zweitem Dampf an die Atmosphäre auszugleichen, ist ein NachfUlitank 65, der einen Vorrat 64 an nachzufüllender zweiter Flüssigkeit enthält, durch eine Leitung

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mit der ersten Rinne 55 verbunden. Die nachzufüllende zweite Flüssigkeit, die in die erste Rinne 55 gelangt, wird dort durch das Kondensat der ersten Flüssigkeit zum Sieden gebracht. Die Leitung 65 ist mit einem Ventil 66 versehen, um den Zufluß der nachzufüllenden zweiten Flüsigkeit in die erste Rinne 55 zu regulieren. Das Ventil 66 kann ein Steuerventil sein, das in bekannter Weise durch Sensoren bedient wird, die ein Absinken der Steighöhe des zweiten Dampfes anzeigen. Für das Ventil 66 können auch Sensoren verwendet wemen, die Konzentratinsänderungen im zweiten Dampf im oberen Teil des Behälters 51 anzeigen.

Die Betriebsweise der Ausführungsform nach Fig. 5 soll nun anhand eines Lötverfahrens näher beschrieben werden. Nach der Bildung der ersten und zweiten Dämpfe im Behälter 51» wie es oben beschrieben wurde, wM ein Gegenstand 67, der beiqielsweise eine gedruckte Schaltplatte sein kann, auf der zum Löten elektrische Teile aufgebracht und je nach den Erfordernissen Lötmittel-Vorformen oder eine Lötmittelschicht in bekannter Weise angeonhet sind, in den Behälter 5I durch den zweiten Dampf in den heißen gesättigten eisten Dampf bis unterhalb des ersten Satzes der Kühlspiralen 55 abgesenkt und in dieser in Fig. 5 dargestellten Lage eingetaucht gehalten. Die heißen gesättigten ersten Dämpfe Kondensieren an dem Gegenstand 67, geben dabei

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ihre latente.Verdampfungswärme frei und erwärmen den Gegenband 67, bis sich die Temperatur des Gegenstandes 67 der Temperatur des göättigten ersten Dampfes nähert oder diese Temperatur erreicht, die der Siedetemperatur der ersten wärmeübertragenfen Flüssigkeit entspricht.und die, wie oben erwähnt wurde, wenigstens gleich und vorzugsweise über dem Schmelzpunkt des für dieses Verfahren verwendeten Lötmittels liegt. Die Temperatur des Gegenstandes 67 nähert sich oder erreicht die Temperatur des heißen gesättigten ersten Dampfes ziemlich schnell, da&Le Wärmeübergangszahlen für Kondensationsprozesse die größten Werte haben von allen bekannten Wärmeübergängen. Das Lötmittel schmilzt oder fließt zurück, wobei der Gegenst and 67 gelötet wird (d. h., die elektrischen Teile werden auf die gedruckte Schaltplatte gelötet).

Da der Wärmeübergang von dem kondensierenden, heißen gesättigten ersten Dampf auf den Gegenstand 67 sehr rasch erfolgt und das Lötverfahren sehr schnell beendet werden kann, braucht der Gegenband 67 nur für eine ziemlich kurze Zeit den erhöhten Löttemperaturen ausgesetzt zu werden. Bei einer gedruckten Schaltplatte, auf der elektrische Teile zum Löten befestigt sind, ist es von Vorteil, daß diese nur eine verhältnismäßig kurze Zeit den erhöhten Löttemperaturen ausgesetzt ist. Dadurch werden Beschädigungen der gedruckten Schaltplatte und der mit ihr verbundenen

durch die Hitze
elektrischen Teile/; die dann auftreten würden, wenn diese längere Zeit solchen erhöhten Temperaturen aus-

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gesetzt wären, vermieden. Bei einer Vorrichtung, die eine entsprechende Dampfmenge erzeugen kann (die Heizspirale' 52 und gegebenenfalls zusätzliche Heizteile, wie eine Heizplatte, sind so dimensioniert, daß der heiße, gesättigte, im wesentlichen erste Dampf·etwa auf Höhe der Linie 6o bleibt, wenn der Gegenstand &J in einen solchen heißen gesättigten.im wesentlichen · aus erstem Dampf bestehenden Dampf eingetaucht wird), können die Lotzeiten zwischen ungefähr 5 see für typische leichte gedruckte Schaltplatten und Teile mit geringer thermischer Masse bis ungefähr 4o see für typische massive gedruckte Schaltplatten und Teilen mit hoher thermischer Masse liegen. Die ersten Dämpfe, die am Gegenstand 6j kondensieren, fließen in die Flüssigkeit im unteren Teil des Behälters 51 zurück. Die erste wärmeübertragende Flüssigkeit wird ständig destilliert, wobei nichtflüchtige BestandM-Ie in der Flüssigkeit am Boden des Behälters 51 zurückbleiben und die am Gegenstand 6j kondensierenden ersten Dämpfe verhältnismäßig rein sind. Durch den heißen gesättigten ersten Dampf, der nicht oxydierend ist, ist es in einigen Fällen nicht mehr nötig, den Gegenstand mit einem Flußmittel zu bestreichen. NaIi dem Schmelzen oder Zurückfließen des Lötmittels wird der Gegenstand 67 durch den zweiten Dampf, der den ersten Dampf bedeckt, aus dem Behälter 51 entfernt und auf Raumtemperatur abgekühlt.

Das oben anhand von Fig. 5 beschriebene Verfahren

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diente nur zum Löten eines einzigen Gegenstandes 67. Es ist aber auch möglich, eine Reihe vcn Gegenständen 67 zum gleichzeitigen Löten zusammen in den Behälter 51 einzuführen.

Bei einem besonderen Aus führung sbelspiel, bei dem der Gegenstand 67 eine gedruckte Schaltplatte mit elektrischen Teilen ist, die auf dieser mit einem bei l82,-2° C schmelzenden Lötmittel gelötet werden sollen, wird die erste wärmeübertragende Flüssigkeit vorzugsweise aus der Gruppe von Flüssigkeiten ausgewählt, die im allgemeinen als Fluorokarbone bekannt sind, wie beispielsweise fluoriertes PoIyoxypropylen. Eine solche Flüssigkeit wird von E. I, Du Pont de Nemours & Co. unter dem Viarenzeichen "Freon E 5" vertrieben und hat die oben beschriebenen wesentlichen Eigenschaften. Eine geeignete zweite Flüssigkeit, die für dieses Verfahren verwendet werden kann, wobei die erste wärmeübertragende Flüssigkeit entweder "Firon E 5" oder "Freon E V ist, wird vorzugsweise aus der Gruppe von Flüssigkeiten ausgewählt, die allgemein als halogenierte Hydrokarbone bekannt sind, beispielsweise Trichlorotrifluoroäthan. Eine solche Flüssigkeit wild von E. I. Du Pont de Nemours & Co. unter dem Warenzeichen "Freon TF" vertrieben und hat die folgenden wesentlichen Eigenschaften:

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Siedetemperatur bei Atmosphärendruck: 47,6° C, spezifischer· V/iderstand: > 2 χ Io ^J Ohm-cm, Dielektrizitätskonstante: 2, 4l, latente Verdampfungswärme: 147,1 Joule/g,

Dichte des gesättigten Dampfes am Siedepunkt und bei Atmosphärendruck: o,oo7 g/cnr,

hohe chemische Stabilität, sehr geringe Giftigkeit, nicht entflammbar.

Die VorrichtungAach Fig. 5 arbeitete erfolgreich, wobei als erste Flüssigkeit "Freon E 5" und als zweite Flüssigkeit "Freon TF" verwendet wurde. Dabei betrug die Konzentration von "Freon TF" 5 Vol.-der Mischung der beiden Flüssigkeiten. Im Betrieb hatte der erste Satz Kuhlspiralen eine Temperatur von ungefähr 26,7° C und der zweite Satz Kühlspiralen eine Temperatur von ungefähr 4,4° G.

Die Ausführungsform nach Fig. 5 kann ohne Abänderung zum Lotmittelschmelzen auf einer Platte verwendet werden. Die Platte mit der zu schmelzenden Lötmittelschicht wird mit einem Flußmittel bestrichen und dann einfach durch den als Deckel wirkenden zweiten Dampf in den heißen gesättigten ersten Dampf abgesenkt und dort so lange gehalten, bis- die Platte durch !Condensation des ersten Dampfes an dieser aufgeheizt ist. Die Lötmittelschicht schmilzt bei der Tem-

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peratur des ersten Dampfes. Anschließend wird die Platte mit dem geschmolzenen Lötmittel aus dem ersten Dampf durch den darüberliegenden zweiten Dampf in die Atmosphäre zurückgezogen, wo sie dann auf Raumtemperatur abkühlen kann.

Die Vorrichtung nach Fig. 5 kann auch, einzig durch Auswählen geeigneter erster und zweiter Flüssigkeiten, zum Hartlöten verwendet werden. Die erste Flüssigkeit sollte einen Siedepunkt bei Atmc.sphärendruck haben, der gleich und vorzugsweise über der Hartlöttemperf.tur liegt. Die hartzulötenden Teile werden durch den oberen zweiten Dampf in den heißen gesättigten ersten Dampf abgesenkt und dort so lange gehalten, bis sie durch Kondensation des ersten Dampfes aufgeheizt sind und dann hartgelötet werden. Anschließend werden die hartgelöteten Teile aus dem ersten Dampf durch den darüberliegendenaweiten Dampf in die Atmosphäre zurückgezogen, wo sie auf Raumtemperatur abkühlen können.

Bei der AusfUhrungsform nach Fig. 6 ist der Behälter 18 mit Eintritts- und Austrittskanälen 19 und 2o versehen, die aneinander gegenüberliegenden Seiten des Behälters 18 angeordnet sind. In den Kanälen 19 und 2o sind erste Sätze von KUhlspiralen 21 bzw. 22 untergebracht, in denen ein von einer nicht dargestellten

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Stelle aus zugefUhrtes Kühlmittel umläuft. In den Kanälen 19 und 2o ist außerdem ein zweiter Satz von Kühlspiralen 23 uid 24 vorgesehen, in de'nen ebenfalls ein Kühlmittel umläuft. Im Betrieb hat dieser zweite Satz von Kühlspiralen 23 und 24 eine niedrigere Temperatur als der erste Satz von Khlspiralen 21 und 22. Durch den zweiten Satz Kühlspiralen 23 und den ersten Satz Kühlspiralen 21 im Eintrittskanal 19 werden Transportmittel 25* auf denen die zu lötenden, schmelzenden oder hartzulötenden Gegenstände 26 angeordnet werden, ir„ den Behälter 18 geführt und durch den ersten Satz Kühlspiralen 22 und den zweiten Satz Kühlspiralen 24 im Austrittskanal 2o wieder aus dem Bäi älter 18 geführt. Die Transportmittel 25 werden durch nicht dargestellte Antriebsvorrichtungen so angetrieben, daß sie in Richtung der Pfeile in Fig. 6 in denBehälter l8 hinein und aus diesem wieder herausgeführt werden. ' Außerdem sind herkömmliche Führungen vorgesehen (nicht dargestellt), mit denen die Transportmittel 25 durch den Behälter 18 geführt werden.

Im Behälter 18 ist unter dem ersten Satz Kühlspiralen 21 und 22 jeweils eine ringförmige erste Rinne 27 bzw. 28 vorgesehen, die das von dem ersten Satz Kühlspiralen 21 und 22 abfließende Kondensat aufnehmen und mit Ventilen versehenen Leitungen 29 bzw. 3o zuführen. Die Leitungen 29 und J>o münden im unteren Teil in den Behälter l8.

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Unterhalb des zweiten Satzes KUhlspiralen 23 und 24 ist auf der Innenseite des Eintritts- und Austrittskanales 19 und 2o längs deren Umfang jeweils eine zweite Rinne 31 und 32 befestigt, die das vom zweiten Satz KUhlspiralen 23 und 2²J- abfließende Kondensat aufnimmt und - mit Ventilen versehenen Leitungen 33 und 34 zuführt. Diese Leitungen 33 und 34 sind Jeweils mit den ersten Rinnen 27 bzw. 28 verbunden.

Zur Inbetriebnahme der Vorrichtung nach Fig. 6 wird eine Mischung aus der ersten und zweiten Flüssigkeit, die erfsprechend der im Zusammenhang mit der Ausführungsform nach Fig. 5 erwähnten Eigenschaften und nach den jeweiligen Erfordernissen ausgewählt werden, in den Behälter 18 bis zu einer Höhe eingebracht, die in Fig. 6 mit 35 bezeichnet ist. Die Mischungvtrd durch die Heizspiralen 2 zum Sieden gebracht und hei , dieser Temperatur gehalten. Dabei bildet sich/ein heißer gesättigter eiäber Dampf im Behälter 18, der diesen bis zu einer Höhe aus-füllt, die durch die Linie 36 gekennzeichnet ist, die durch den ersten Satz der Kühlspiralen 21 und 22 geht. Es entsteht weiterhin ein Bereich, der sich von der Linie J>6 bis zu einer Linie erstreckt, in dem eine Mischung aus ersten und zweiten Dämpfen im Behälter 18 gebildet wird. Außerdem tritt noch im Behälter 18 ein Bereich auf, der von der Linie 37 bis zu einer durch den zweiten Satz Kühlspiralen 23 und 24 gehenden Linie 38 reicht, in dem im wesent-

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lichen zweiter Dampf auftritt, der die darunter liegende Dampfmischung aus erstem und zweitem Dampf bedeckt. Der erste Satz Kühlspiralen 21 und 22 wird im Betrieb bei einer Temperatur gehalten, die unter der Kondensati-onstemperatur des ersten Dampfes liegt (d. h. unter dem Siedepunkt der ersten Flüssigkeit). Der zweite Satz _r KUhlspiralen 23 und 24 wird bei einer Temperatur gehalten, die unter der Kondensationstemperatur des zweiten Dampfes liegt (d. h. unter dem Siedepunkt der zweiten Flüssigkeit). Das von den Oberflächen des ersten Satzes Kühlspiralen 21 und 22 abfließende Kondensat, das im wesentlichen primäre Flüssigkeit ist, wird in denersten Rinnen 27 und 28 gesammelt und durch die Leitungen 29 bzw. 3o zum unteren Teil des Behälters 18 oberhalb des Flüssigkeitsniveaus 35 geführt. Das von den Oberflächen des zweiten Satzes Kühlspiralen 23 und 2k abfließende Kondensat, das im wesentlichen zweite Flüssigkeit ist, wird in den zweiten Rinnen 31 und 32 gesammelt und durch die Leitungen 33 bzw. y\ den ersten Rinnen 27 und 28 zugeführt. In diesen Rinnen wird dieses Kondensat wieder zum Sieden gebracht und verdampft und gelangt als zweiter Dampf in die oberen Teile der Eintritts- und Austrittskanäle 19 bzw. 2o zurück. Das erneute Sieden tritt deshalb auf, da das Kondensat aus der ersten Flüssigkeit, das von dem ersten Satz Kühlspiralen 21 und 22 abfließt, eine unterhalb der Siedetemperatur der zweiten Flüssigkeit liegende Temperatur hat.

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·*-■ ν ν i-

Auf die Transportmittel 25» die in Richtung der Pfeile in Fig. 6 angetrieben werden, werden Gegenstände 26, die Raumtemperatur haben, aufgelegt. Sie werden auf diese Weise durch fen als Deckschicht wirkenden zweiten Dampf im Eintrittskanal 19 in den heißen gesättigten ersten Dampf innerhalb des Behälters 18 geführt. Der erste Dampf kondensiert an den Gegenständen 26 und heizt diese bis oder etwa bis zum Siedepunkt der er- · sten Flüssigkeit auf. Dann erfolgt das Löten, Schmelzen oder Hartlöten. Anschließend werden die Gegenstände 26 von dem heißen gesättigten ersten Dampf duKh die Deckschicht des zweiten Dampfes aus dem Behälter 18 heraus in die Atmosphäre geführt, in der sie auf Raumtemperatur abgekühlt werden. Die Geschwindigkeit der Transportmittel 25 wird so gewählt, daß die Verweilzeit der Gegenstände 26 im Behälter 18 zum Löten, Schmelzen oder Hartlöten ausreicht. Die Deckschicht des zweiten Dampfes im Eintritts- und Austrittskanal 19 und 2o verringert oder verhindert im wesentlichen die Verluste an erstem Dampf, der sonst in die Atmosphäre entweichen würde. An der Gieizflache zwischen zweitem Dampf und Luft entweicht ein Teil des zweiten Dampfes in die Atmosphäre. Wenn die zweite Flüssigkeit wesentlich billiger als die erste Flüssigkeit ist, wie es schon oben ervöint wurde, ist es für die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens nicht so bedeutend, wenn zweiter Dampf in die Atmosphäre entweicht. Um die Verlste an zweitem Dampf, der in die Atmosphäre entweicht, auszugleichen, ist ein Nachfülltank 39, der einen Vorrat 4o an nachfüllbarer zweiter Flüssigkeit enthält, durch

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eine HauptleJtip.g 4l und durch Leitungen 42 und 43 mit den ersten Rinnen 27 und 28 verbunden. Die nuhfüllbare zweite Flüssigkeit, die den ersten Rinnen 27 und 28 zugeführt wird, wird durch das in diesen Rinnen befindliche Kondensat aus erster Flüssigkeit zum Sieden gebracht. In der Hauptleitung . 41 liegt ein Ventil 44, mit dem der Zufluß der nachfüllbaren zweiten Flüssigkeit zu den ersten Rinnen 27 und 28 reguliert werden kann. Das Ventil 44 kann ein bekanntes Steuerventil sein, das durch Sensoren betätigt wird, die einen Abfall der Steighöhe des zweiten Dampfes anzeigen. Es können auch Sensoren verwendet werden, die eine Veränderung der Konzentration des zweiten Dampfes im oberen Teil des Behälters 18 anzeigen.

Wenn die Mischung&er Flüssigkeit im Behälter 18 aus "Freon E 5" als erste Flüssigkeit und "Freon TF" als zweite Flüssigkeit (ungefähr 5 Vol.-# des Flüssigkeitsgemisches bestehai aus "Freon TF")besteht, dann wird der erste Satz Kühlspiralen 21 und 22 vorzugsweise bei einer Temperatur von ungefähr 2β,7° C und der zweite Satz Kühlspiralen 23 und 24 bei einer Temperatur von etwa 4,4° C gehalten. ·

Die Ausführungsform nadiFig. 6 eignet sich insbesondere für ein schnelles serienmäßiges RUckflußlöten bei gedrucMen Schaltplatten oder dgl., die kontinuierlich hintereinander durch den Behälter geführt werden.

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Die Vorrichtting nach Pig. 7, die insbesondere für ein serienmäßiges Wellenlöten von gedruckten Schaltplatten oder dgl. geeignet ist, die kontinuierlich hintereinander durch den Behälter geführt werden, ist ähnlich ausgebildet wie die Vorrichtung nach Fig. 6. Die Ausführungsform nach Fig. 7 weist zusätzlich eine Wand oder einen Damm 45 auf, die eine in herkömmlicher Weise gebildete Lötwelle oder -fontäne begrenzen, wie es in Fig. 7 schematisch dargestellt ist. Solche Lötwellen oder -fontänen sind beispielsweise im US-Patent 3 536 243 (I97o) von Higgins, im US-Patent 3 612 388 (1971) von Wegener und im US-Patent 3 726 465 (1973) von Boynton beschrieben. In einer Lötwelle (der -fontäne ragt eine Welle 46 aus geschmolzenem Lötmittel nach oben über benachbarte Bereich heraus, wie es in .Fig. 7 schematisch dargestellt ist.

Im Betrieb wird eine Welle 46 aus geschmolzenem Lötmittel gebildet und vorzugsweise bei einer Bnperatur gehalten, die über dem Sie depunkt der ersten Flüssigkeit liegt, die wiederum vorzugsweise über dem Schmelzpunkt des bei diesem Verfahren verwendeter^ötmittels liegt. Die Transportmittel 25 Werden in Richtung der Pfeile in Fig. 7 angetrieben und die Teile 26, die mit der Welle gelötet v/erden sollen, auf die Transportmittel aufgelegt. Jeder Teil 26 wird bei Raumtemperatur durch den Eintrittskanal 19 in den Behälter 18 und durch die Deckschicht des zweitenjbampfes in den heißen gesättigten ersten Dampf geführt. Der Teil 26 wird dann durch die latente Verdampfungswärme des er-

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sten Dampfes, der am Gegenstand 26 kondensiert* auf eine Temperatur aufgeheizt, die über dem Schmelzpunkt des bei diesem Verfahren verwendeten Lötmittels liegt. Durch dieses Vorheizen wird jede LÖtmittelschioht auf dem Teil 26 geschmolzen, so daß das gewünschte Lötmittelschmelzen eintritt. Der vorerwärmte Teil 26 gelangt dann in die Welle 46 aus ge-5 chmolzenem Lötmittel und wird in dieser gelötet. *$ In der Lötmittelwelle oder -fontäne 46 wird deiüTeil 26 mit geschmolzenem Lötmittel versehen uncjnicht ' aufgeheizt, so daß das Verfahren, da der Aufheiz- und Lötvorgang getrennt voneinander erfolgen, besser überwacht werden kann. Anschließend wird der Teil 26 wieder aus der Welle 46 herausgeführt, wobei er sich noch im heißen gesättigten ersten Dampf befindet. Das Lötmittel auf dem Teil 26 mit dem durch die Lötmittelwelle oder -fontäne 46 aufgebrachten Lötmit tel, bleibt geschmolzen und kann claheijunter dem Einfluß derOberflächenspannung fließen, wobei Lötmittel fehler verringert werden. Der Teil 26 wird aus dem heißen gesättigten ersten Dampf durch die Deckschicht aus zweitem Dampf, die sich im Austrittskanal 2o befindet, aus dem Behälter 18 in die Atmosphäre herausgeführt. Anschließend kühlt sich der Teil auf Raumtemperatr ab, wobei das Lötmittel erstarrt und fest wird.

Es könnte auch eine erste Flüssigkeit verwendet wer-

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den, deren Siedepunkt unterhalb des Schmelzpunktes des bei diesem Verfahren verleideten Lötmittels liegt. Beim Betrieb der Vorrichtung nach Fig. 7 mit einer solchen ersten Flüssigkeit würde der Teil 26 durch den kondensierenden ersten Dampf vorgeheizt und dann durch die Lötmittelwelle 46, in der das Wellenlöten stattfindet, auf die gewünschte Temperatur aufgeheizt werden.

Die anhand der Fig. 5 bis 7 beschriebenen Verfahren werden in Vorrichtungen ausgeführt, die mit der Atmosphäre verbunden sind. Bei diesen Vorrichtungen tritt keine Grenzfläche zwischen dem heißen gesättigten ersten Dajipf und der Atmosphäre auf, da sich auf dem hei ßen gesättigten ersten Dampf die Deckschicht aus zweitem Dampf befindet. Diese Deckschicht bildet eine Zwischenschicht zwischen dem ersten Dampf und der Atmosphäre, wodurch ein Entweichen des ersten Danpfes in die Atmospliäre' verringert oder im wesentlichen verhindert wird.

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Claims

A 34 441 - Re

3O.Auo.1974

Ansprüche :

1. Verfahren zum Löten auf einem Gegenstand, bei dem dieser Gegenstand auf eine geeignete Löttemperatür aufgeheizt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein kondensier-' barer erster Dampf tei einer oberhalb Raumteiperatur liegenden Temperatur gebildet wird, daß der Ggenstand ±_n den ersten Dampf geführt wird, daß ein Teil des ersten Dampfes an dem Gegenstand londensiert, wobei der Gegenstand durch Übergang der Verdampfungswärme des kondensierten ersten Dampfes auf den Gegenstand auf die Löttemperatur erhitzt wird.

2. Verfahren nach Anspruchl, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste wärmeübertragende Flüssigkeit gleichmäßig zum Sieden gebracht wird- die eine Siedetemperatur hat, die gleich der Löttemperatur und wenigstens gleich der Schmelztemperatur des Materiales ist, wobej^in gesättigter erster

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Dampf der wärmeübertragenden Flüssigkeit bei der Löttemperatur gebilfet wird.

auf

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei den/dem Gegenä&nd hartgelötet wird, dadurch gekennriebnet, daß der Siedpunkt der ersten wärmeübertragenden Flüssigkeit wenigstens gleich dem Schmelzpunkt des hartzulötenden Materiales ist.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß der gesättigte Dampf chemisch reaktionsträge ist.

5· Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Löten einer gedruckten Schaltplatte, dadurch gekennzeichnet, daß die erste wärmeübertragende Flüssigkeit elektrisch nicht-leitend ist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehend Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der gesättigte erste Dampf die erste wärraeUbertragende Flüssigkeit überdeckt und bei Raumtemperatur und Atmosphärendruck eine größere Dichte hat als Luft.

J, Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der gesättigte erste Dampf

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bis zu einer vorgegebenen Höhe über der ersten Wärmeübertragenden Flüssigkeit gebildet wird, daß in der vorgegebenen Hone ein Kühlmittel den gesättigte ersten Dampf in dieser Höhe zum Kondensieren bringt und ein Ansteigen des gesättigten ersten Dampfes über diese Höhe im wesentlichen verhindert, daß der Gegenstand in den ersten gesättigten Dampf unterhalb der vorgegebenen Höhe eingeführt wird und daß der gesättigte Djnpf unmittelbar auf und in Berührung mit dem Gegenstand kondensiert wird. - *

8. Verfahren nach Anspruch 7* dadurch gekennzeichnet, daß die kondensierten ersten Dämpfe in die erste wärmeübertragende Flüssigkeit zurückgeführt werden.

Verfahren·nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Wellenlöten eines Gegenstandes, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lötmittelwelle gebildet wird, die sich bis in den unteren Bereich des ersten Dampfes erstreckt und daß der Gegenstand durch die Lötmittelwelle geführt wird.

lo. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Dampf zwischen dem kondensierbaren ersten Dämpf und er Atmosphäre vorgesehen wird, der den ersten Dampf von der Atmosphäre trennt, wobei die Dichte des zweiten Dampfes zwischen den Dichten des ersten Dampfes und der Atmosphäre liegt.

.4*- 2U2180

11. Verfahren nach Anspruch lo, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Dampf zwischen dem ersten Dampf und der Atmosphäre aufrechterhalten wird, daß der . zweite DanpT eine Berührungsfläche zwischen dem gesättigten ersten Dampf und der Atmosphäre verhindert, wodurch Verluste des ersten Dampfes an die Atmosphäre im wesentlichen verhinfert werden, und daß der Gegenstand aus der Atmosphäre durch den zweiten Dampf in den ersten Dampf geführt wird.

12. Verfahren nach Anspruch Io oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Dampf auf dem ersten Dampf strömt.

13. Verfahren nach Ansprach 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites Kühlmittel in einer zweiten vorgegebenen Höhe, die über der ersten vorgegebenen Höhe liegt, vorgesehen ist,mit dem der zweite Dampf in der zweiten vorgegebenen Höhe kondensiert wird und durch die ein Ansteigen des zweiten Dampfes über die zweite vorgegeteie Höhe verhindert wird, und daß der Gegenstand aus der Atmosphäre durch den zweiten Dampf in den ersten Dampf unterhalb der ersten vorgegebenen Höhe geführt wird.

14. Verfahren nach Anspruch IJ, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensationstemperatur des zweiten Dampfes unterhalb der Kondensat! ons tempera tür des eräben Damp-

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.45- 2U2180

fes liegt, daß die Temperatur des zweiten Kühlmittels unterhalb der Temperatur des ersten Kühlmittels liegt und daß kondensierter zweiter. Dampf mit kondensiertem erstem Dampf in Berührung gebracht wird, wobei der kondensierte zweite Dampf wieder zum' Sieden und zum Verdampfen gebracht wird.

15· Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 zum Aufheizen eines Gegenstandes auf eine erhöhte Temperatur mit einem mit der Atmosphäre verbundenen Behälter, der eine erste Flüssigkeit aufnimmt, die einen Siedepunkt hat, der wenigstens gleich der erhöhten Temperatur ist, .' und mit Heizmitteln,, die im Bereich des unteren Endes des Behälters Vorgesehen sind und die die erste Flüssigkeit zur Erzeugung eines ersten Dampfes zum Sieden bringe^ dadurch gekennzeichnet, daß erste Kondensiervorrichtungen (21, 22, 53) in einer ersten Höhe über dem Boden des Behälters (18, 51) angeordnet sind, die den ersten Dampf in der ersten Höhe zu erster Flüssigkeit kondensieren, dass erste Kondensatsammelteile (,27* 28, 55) vorgesehen sind, die mit den ersten Kondensier-

den

vorrichtungen (21, 22, 53) verbunden sind und die/durch diese kondensierten ei3±en Dampf sammeln, daß eine erste Leitung (29, 3o, 56) zwischen den ersten Kondensatsammelteilen (27, 28, 55) und dem unteren Teil des Behälters (18, 51) vorgesehen ist, durch die erster kondensierter Danpf au!5 den ersten Kondensätsammel teilen (27* 28, 55) zum unteren Teil des Behälters (1.8, 51)führ-

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bar ist, daß Vorrichtungen (23, 24, 54) zur Erzeugung eines zweiten Dampfes über dem ersten Dampf im Behälter (l8, 51) vorgesehen sind,daß in einer zweiten Höhe über der ersten Höhe zweite Kondensiervorrichtungen (23, 24, 54) angeordnet sind, die den zweiten Dampf in der zweiten Höhe zu zweiter Flüssigkeit kondensieren, daß zweite Kondensatsammeiteile (31, 32, 57) mit den zweiten Kondensiervorrichtungen · (23, 24, 54) verbunden sind, die den durch die zweiten Kondensiervorrichtungen (23, 24, 54) kondensierten zweiten Dampf sammeln, und daß eine zweite Leitung (33, 34, 58) zwischen den zweiten Kondensatsammelteilen (31, 32, 57) und fen erstenfcondensatsammelteilen (27, 28, 55) vorgesehen ist, durch die kondensierter zweiter Dampf von den zweiten Kondensatsammelteilen (31, 32, 57) ■zu den ersten Kondensatsammelteilen (27, 28, 55) führbar ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein Nachfülltank (39, 63) für zweite Flüssigkeit vorgesehen ist, und daß eine dritte Leitung (41, 42, 43, 65) zwischen dem Nachfülltank (39, 63) für die zweite Flüssigkeit und der>ersten Kondensatsammelteilen (27, 28, 55)vorgesehen ist, durch die zweite Flüssigkeit aus dem Nachfülltank (39, 63) für die zweite Flüssigkeit den ersten Kondensatsammelteilen (27, 28, 55) zuführbar ist.

- Wj -

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17» Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß in der dritten Leitung (4l, 42, 43, 65) Ventilvorrichtungen (44, 66) vorgeseten sind, die den Zufluß der zweiten Flüssigkeit aus dem Nachfülltank (39, 63) für die zweite Flüssigkeit durch die dritte Leitung (4l, 42, 43, 65) in die ersten Konden satsammelteile (27, 28, 55) entsprechend der Menge an zweitem Dampf im Behälter (l8, 51) überwachen.

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