DE4410973C2 - Verfahren zum Entfernen von Dämpfen und Vorrichtung zu dessen Durchführung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Vorrichtung zu dessen Durchführung gemäß Patentanspruch 11.

Unerwünschte Dämpfe entstehen bei verschiedensten Herstellungs- und Arbeitsverfahren und können giftige Bestandteile enthalten, die das Herstellungsergebnis nachteilig beeinflussen oder wei­ tere Arbeits- oder Herstellungsschritte erschweren.

In der Löttechnik entstehen beispielsweise unerwünschte Dämpfe beim Erhitzen des Lotgutes und des Lotes, die Flußmittel­ rückstände oder verdampfte Bestandteile des Lotes enthalten können, die nicht nur die Umwelt belasten, sondern auch zu einer Beeinträchtigung der Lötqualität führen können.

Beim Reflowlöten werden die zu lötenden Stellen mit einer Lotpaste versehen, anschließend wird die Baugruppe mit der aufgetragenen Lotpaste in einem Reflowofen erhitzt, bis die Lotpaste aufgeschmolzen und verflüssigt wird. In der sog. Peak­ zone, - in der Zone, in der die höchste Temperatur erreicht wird - werden dabei Stoffe, hauptsächlich der Lotpaste, dampf­ förmig und verteilen sich im Ofeninnenraum. Hierbei handelt es sich in erster Linie um Lotzusatzstoffe, wie z. B. Kolophonium, aber es können auch Bestandteile des Lötgutes, bei Elektronik­ baugruppen beispielsweise Harze des Leiterplatten-Trägermateri­ als, verdampfen.

Die verdampften Bestandteile schlagen sich im Ofeninnenraum und am Lötgut nieder. An kühleren Bauteilen des Ofens können die dampfförmigen Bestandteile kondensieren und anschließend als Tröpfchen abtropfen. Hierdurch wird nicht nur der Ofen verun­ reinigt, sondern auch das Lötgut, was zu einer Beeinträchtigung der Lötqualität führen kann.

Es sind daher Absaugverfahren und Vorrichtungen zu deren Durch­ führung entwickelt worden, um die Dämpfe möglichst rasch nach Ihrer Entstehung abzusaugen. Auf diese Weise können die Dämpfe weitgehend aus dem Ofeninnenraum entfernt werden. Die abge­ saugte Luft - bzw. das abgesaugte Gas bei Schutzgaslötung - muß jedoch außerhalb des Ofens gereinigt werden und entweder dem Ofen wieder zugeführt werden oder in die Umgebung abgegeben werden.

Aus der DE 29 15 953 A1 ist ein Verfahren zum Abscheiden bestimmter Komponenten aus einem Gasgemisch durch Kondensation bekannt. Dabei wird das abzuscheidende Gasgemisch von seinem Verwendungsort direkt entnommen und ohne Zutritt von weiterer Nebenluft direkt einem Abscheidebehälter zugeführt. Das so gereinigte Gas wird dann an die Umgebung abgegeben.

Ferner ist aus der DE 41 25 216 A1 eine Vorrichtung zur Reinigung oder auch Aufbereitung von Gasen bekannt, die ebenfalls nach dem Kondensationsprinzip betrieben wird. Dabei ist in einem Gehäuse ein Zufuhrkanal und ein Abfuhrkanal vorgesehen, in dem ein zu reinigendes Gas bzw. ein gereinigtes Gas ein- bzw. abgeführt werden kann. Das Gehäuse ist kühlbar, so daß Komponenten des Gases auskondensieren können.

Allerdings haben diese bekannten Anlagen und Verfahren den Nachteil, daß Zu- und Ableitungen, sowie ein separates Gehäuse notwendig sind, da das zu reinigende Gas dem Prozeßraum entnommen. Dies erhöht den konstruktiven Aufwand und verursacht hohe Kosten.

Zudem sind bei einer Abgabe in die Umgebung gesetzliche Bestimmungen, wie die TA-Luft, einzuhalten; bei einer Rückführung in den Ofen sind entsprechende Leitungen und Lufteintritte vorzusehen.

Außerdem sollte die Luft vor Wiedereintritt in den Ofen etwa auf Ofentemperatur erhitzt werden, da andernfalls dem Ofen zu­ viel Wärme entzogen wird und ein schnelles Aufschmelzen der Lotpaste behindert wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Entfernen von Dämpfen und eine Vorrichtung zu dessen Durchführung zu schaffen, das auf einfache Weise mit geringem konstruktiven Aufwand eine zufriedenstellende Entfernung von Dämpfen aus einem Prozeßraum, insbesondere aus dem Ofenraum, einer Reflow­ lötanlage ermöglicht.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und hinsichtlich der Vorrichtung durch die Merkmale des Patentanspruchs 12 gelöst.

Gemäß der Erfindung wird im Prozeßraum ein Gasstrom erzeugt, um die Dämpfe von einem bestimmten Bereich des Prozeßraumes weg­ zutransportieren und diese in einen Kondensationsbereich zu fördern, in dem eine Kondensiereinrichtung angeordnet ist, an der die Dämpfe kondensieren. Das Kondensat tropft in eine Kon­ densatauffangvorrichtung ab, aus der dieses ggf. leicht ent­ nommen werden kann.

Der Kondensationsbereich kann in einem unteren Abschnitt des Prozeßraumes angeordnet sein. Der Kondensationsbereich kann jedoch auch in einem Raum vorgesehen sein, der mit dem eigentlichen Prozeßraum in Verbindung steht und beispielsweise neben diesem angeordnet ist.

Die Gasströmung wird vorteilhafter Weise mittels eines Gebläses erzeugt. Hierbei können die verschiedensten Arten von Gebläsen zur Anwendung kommen. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Gasströmung mittels einer Lenkeinrichtung auszurichten, um so die Dämpfe gezielt der Kondensiereinrichtung zuzuführen. Dabei sind jedoch je nach Anwendung bestimmte Rahmenbedingungen zu berücksichtigen. So sollte beispielsweise bei einem Einsatz des Verfahrens im Prozeßraum einer Reflowlötanlage die Strömungsge­ schwindigkeit und deren Turbulenz nicht zu hoch sein, da es andernfalls zu einem Versetzen von Bauteilen kommen kann. Außerdem wird durch die Gasströmung selbstverständlich auch die Erwärmungscharakteristik des Prozeßgutes beeinflußt. Um ein optimales Ergebnis zu erzielen, ist die Strömungsgeschwindig­ keit und deren Ausrichtung daher auf den jeweiligen Ein­ satzzweck abzustimmen. Dabei hat sich eine parallele Aus­ richtung der Gasströmung durch parallel angeordnete Düsen be­ währt. Insbesondere mit länglichen parallel angeordneten Düsen wurden gute Ergebnisse erzielt. Da die Dämpfe üblicherweise am Prozeßgut entstehen, ist eine Ausrichtung der Gasströmung auf das Prozeßgut vorteilhaft.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Düsen durch U-förmige Bleche gebildet sind, wobei die freistehenden Schenkel der Bleche die Austrittsöffnung der Düse bilden.

Um eine schnelle Kondensation der Dämpfe zu erreichen, empfiehlt es sich, die Gasströmung so zu leiten, daß diese die Dämpfe möglichst auf kürzestem Weg zu einem Wärmetauscher als Kondensiereinrichtung bringt. Bei dem Wärmetauscher kann es sich um einen Röhrenwärmetauscher handeln. Zur Vergrößerung der Austauschfläche kann dieser mit einem Gitter aus Metall in wärmeleitender Verbindung stehen, durch das die Gasströmung geleitet wird.

Nach dem Passieren des Wärmetauschers kann die Gasströmung wieder in den Prozeßraum zurückgeleitet werden. Eine Rück­ führung hierfür kann durch geeignete Kanäle im äußeren Bereich des Prozeßraumes vorgesehen werden, wodurch eine kompakte Bau­ weise ermöglicht wird. Während der Rückführung des Gases kann sich dieses wieder etwa auf Prozeßtemperatur erhitzen, so daß keine nennenswerte Abkühlung des Prozeßgutes durch das Auf­ blasen der Gasströmung eintritt. Dabei hat sich eine Rück­ führung der Gasströmung zu dem Ansaugbereich der Strömungs­ einrichtung beispielsweise des Gebläses bewährt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird folgend anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Erfindung bei einem Reflowlötofen verwirklicht. Das Bezugszeichen 1 bezeich­ net den Prozeßraum des Reflowofens. Auf einer Fördereinrichtung 3 wird das Lötgut, hier eine Leiterplatte 2, senkrecht zur Zeichenebene durch den Prozeßraum 1 gefördert. In dem Bereich, in dem die höchsten Temperaturen erreicht werden, der sog. Peakzone, entstehen im wesentlichen die unerwünschten Dämpfe. In diesem Bereich ist daher ein Gebläse 4 im oberen Bereich des Prozeßraumes 1 angeordnet, das eine nach unten gerichtete Gasströmung, angedeutet durch die Pfeile A, erzeugt. Die Gas­ strömung passiert eine Lenkeinrichtung 5 mit länglichen Düsen 10, die in der Darstellung im Querschnitt zu sehen sind. Durch diese parallel angeordneten Düsen 10 wird die Gasströmung ausgerichtet und auf die Leiterplatte 2 gerichtet. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel werden die Düsen durch parallel nebeneinander angeordnete, U-förmige Längsbleche gebildet, die derart im Prozeßraum angeordnet sind, daß sie in Richtung auf die konvexe U-Basis angeströmt werden. Die freistehenden Schenkelenden bilden somit die Austrittsöffnung der Düsen. Die Schenkel sind dabei so gekrümmt, daß sich die Düse zur Austrittsöffnung und zum Düseneintritt hin erweitert.

Die Gasströmung passiert die Leiterplatte 2 und nimmt dabei die entstehenden Dämpfe nach unten mit, wie durch die Pfeile B angedeutet. Die Gasströmung durchströmt mit den zu entfernenden Dämpfen ein Metallgitter 6, das in wärmeleitendem Kontakt mit einem Röhrenwärmetauscher 7 steht. An der großen Wärmeaus­ tauschfläche des Metallgitters kondensieren die Dämpfe und das Kondensat tropft nach unten ab. Das Kondensat wird in einer Auffangwanne 8 im unteren Bereich des Prozeßraumes 1 auf­ gefangen. Zum Entleeren der Auffangwanne 8 ist eine nicht dargestellte Ablaßvorrichtung vorgesehen.

Die Gasströmung wird über Rückführkanäle 9, die an den Seitenwänden des Prozeßraumes 1 angeordnet sind, zum Gebläse 4 zurückgeleitet. Die Rückführkanäle 9 enden im Ansaugbereich des Gebläses 4, so daß in diesen ein leichter Unterdruck entsteht, der genügt, die Gasströmung im unteren Bereich des Prozeßraumes l, wie durch die Pfeile C angedeutet, anzusaugen. An der oberen Öffnung der Rückführkanäle 9 tritt die Gasströmung, wie durch die Pfeile D angedeutet, aus, und wird vom Gebläse 4 wieder angesaugt.

Um die Reinigungsmöglichkeiten des Prozeßraums 1 und dessen Zugänglichkeit zu verbessern, kann das Gehäuse, in dem die vorbeschriebene Kondensationseinrichtung untergebracht ist, wie in Fig. 1 angedeutet, zweigeteilt werden, wobei die Lenkein­ richtung 5 mit den Düsen 10 im abnehmbaren Oberteil 10 und die eigentliche Kondensationseinrichtung 6, 7 im Unterteil 11 an­ geordnet sind.

Ober- und Unterteil 10, 11 sind dabei als Module gefestigt, die eine einfache Anpassung der Vorrichtung an unterschiedliche Be­ triebsbedingungen erlauben. Durch Auswechseln der Module läßt sich bspw. die Gebläseleistung, die Leistung des Wärmetau­ schers, die Düsengeometrie usw. auf einfache Weise variieren.

Claims (20)

1. Verfahren zum Entfernen von Dämpfen aus einem Prozeßraum, dadurch gekennzeichnet, daß man diese mittels einer Gasströmung in einen im Prozeßraum (1) angeordneten Kondensationsbereich fördert und das Kondensat anschließend in eine Kondensat- Auffangvorrichtung (8) ableitet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Dämpfe mittels der Gasströmung in einen Kondensationsbereich im unteren Abschnitt des Prozeßraumes (1) fördert.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Gasströmung mittels eines Gebläses (4) erzeugt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Gasströmung mittels einer Lenkeinrichtung (5) ausrichtet.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Gasströmung parallel ausrichtet.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die Gasströmung auf das Prozeßgut (2) im Prozeßraum (1) ausrichtet.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die Gasströmung zur Kondensation der Dämpfe an einem Wärme­ tauscher (7) vorbeiführt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man die Gasströmung zur Kondensation der Dämpfe durch ein Metallgitter (6) leitet.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß man die Gasströmung nach Passieren des Wärmetauschers (7) wieder in den Prozeßraum (1) leitet.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man die Gasströmung im äußeren Bereich des Prozeßraumes (1) zurückleitet.

11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, enthaltend eine Strömungseinrichtung (4) zur Erzeugung einer Gasströmung in einem Prozeßraum (1), eine Lenkeinrichtung (5) zur Ausrichtung der Gasströmung mit Bezug zu einem Prozeßgut (2), einen stromabwärts der Lenkeinrichtung (5) im Prozeßraum (1) ausgebildeten Kondensa­ tionsbereich mit einem Wärmetauscher (7) und eine Kondensat- Auffangvorrichtung (8).

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensationsbereich in einem unteren Abschnitt des Prozeß­ raumes (1) vorgesehen ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungseinrichtung ein Gebläse (4) ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkeinrichtung (5) die Gasströmung parallel ausrichtet.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkeinrichtung (5) Düsen (10) zur Ausrichtung der Gasströmung aufweist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (10) längliche Austrittsflächen aufweisen.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkeinrichtung (5) eine Vielzahl von im Parallelabstand zueinander angeordneten U-förmigen Längsblechen (5a) hat, wobei zwischen zwei benachbarten Längsblechen (5a) jeweils eine Düse (10) gebildet ist, wobei der Düsenaustritt durch die freiste­ henden Schenkel der Längsbleche (5a) gebildet ist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (7) ein Metallgitter (6) zur Vergrößerung der Austauschfläche aufweist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 18, gekenn­ zeichnet durch zumindest einen Rückführkanal (9), über den die Gasströmung in den Prozeßraum (1) zurückgeleitet wird.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der, zumindest eine Rückführkanal (9) im Ansaugbereich der Strömungseinrichtung endet.