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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein den Bereich von Öfen für Aufschmelzlötvorrichtungen
bezüglich
gedruckter Leiterplatten und insbesondere eine Filtervorrichtung
zum Entfernen von Fluß- bzw.
Lötmitteldämpfen und
anderen Verunreinigungen aus der Atmosphäre derartiger Öfen.
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HINTERGRUND
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Gedruckte
Leiterplatten werden im allgemeinen hergestellt unter Ausnutzung
der Aufschmelzlöttechnik.
Eine Paste, die Lötteilchen,
gemischt mit Fluß-
bzw. Lötmittel,
Klebstoffen, Bindern und anderen Komponenten beinhaltet, wird auf
ausgewählte Bereiche
einer gedruckten Leiterplatte aufgetragen. Elektronische Bauteile
werden gegen die aufgetragene Lötmittelpaste
gedrückt.
Haftstoffe in der Paste halten die Bauteile an der gedruckten Leiterplatte. Ein
Förderband
innerhalb eines Aufschmelzofens trägt die gedruckte Leiterplatte
und die Bauteile durch einen Hochtemperaturbereich innerhalb des
Ofens, wo sie auf eine Temperatur erwärmt werden, die ausreicht,
um die Lötmittelteilchen
in der Paste dazu zu veranlassen, zu schmelzen. Geschmolzenes Lötmittel
befeuchtet metallische Kontakte an den Bauteilen und der gedruckten
Leiterplatte. Ein Flux, d. h. Fluß- bzw. Lötmittel in der Lötmittelpaste
reagiert mit den Kontakten, um Oxide zu entfernen und eine Befeuchtung
bzw. Benetzung zu verstärken.
Der Förderer
bewegt die erwärmte
gedruckte Leiterplatte zu einem Kühlbereich des Ofens, wo sich
das geschmolzene Lötmittel
verfestigt, wodurch ein vollständiger
elektronischer Schaltkreis ausgebildet ist. Ein Beispiel eines typischen
Aufschmelzlötofens
ist das Vitronics M-series
Reflow Soldering System, erhältlich
von der Vitronics Corporation, 2 Marin Way, Stratham, New Hampshire,
der Übertragenen
der vorliegenden Erfinder.
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Die
Reaktion des Fluß-
bzw. Lötmittels
mit den Kontakten setzt Dämpfe
frei. Des weiteren verdampft Wärme
innerhalb des Ofens unreagiertes Fluß- bzw. Lötmittel wie auch die Haftmittel
bzw. Kleber, Binder und andere Komponenten der Lötmittelpaste. Die Dämpfe von
diesen Materialien sammeln sich innerhalb des Ofens und führen zu
einer Reihe von Problemen. Falls die Dämpfe zu dem kühleren Bereich
wandern, so kondensieren sie an den Leiterplatten, verunreinigen
die Platten und machen darauffolgende Reinigungsschritte notwendig.
Die Dämpfe
werden auch an kühleren
Oberflächen
innerhalb des Ofens kondensieren, Gasöffnungen verstopfen, bewegliche
Teile verkleben und eine Brandgefahr erzeugen. Dieses Kondensat
kann auch auf darauffolgende Leiterplatten tropfen, sie zerstören oder
darauffolgende Reinigungsschritte notwendig machen. Zudem können kondensierte
Dämpfe
korrosive und toxische Chemikalien enthalten, die Ausrüstungsgegenstände beschädigen und
eine Gefahr für das
Personal herbeiführen
können.
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Die
durch den Aufschmelzvorgang erzeugten Dämpfe werden in dieser Anmeldung
insgesamt als "Fluxvapors
bzw. Fluß-
bzw. Lötmitteldämpfe", bezeichnet. Es
ist so zu verstehen, daß die
Fluß- bzw.
Lötmitteldämpfe verdampftes
Flußmittel,
Dämpfe
von anderen Komponenten der Lötmittelpaste,
Reaktionsprodukte, die bei Erhitzung des Fluß- bzw. Lötmittels freigegeben werden,
wie auch Dämpfe,
die von der gedruckten Leiterplatte und den elektronischen Bauteilen
abgegast werden, beinhalten.
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Fluß- bzw.
Lötmitteldämpfe können durch Zufuhr
frischen Gases von dem Ofen abgespült werden. Dies ist keine ideale
Lösung.
In vielen Fällen muß der Ofen
mit einem Inertgas gefüllt
werden, beispielsweise Stickstoff. Die Erzeugung zusätzlichen Inertgases
zum Spülen
des Ofens ist teuer.
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Es
wurden mehrere Verfahren vorgeschlagen, um die Flußmitteldämpfe aus
der Atmosphäre des
Ofens herauszufiltern. Das US-Patent Nr. 5,579,981 (Matsumura et
al.) wälzt
einen Teil der Atmosphäre
des Ofens durch eine Vorrichtung, welche die Gase des Ofens mit
einem Wärmetauscher
kühlt. Die
gekühlten
Dämpfe
kondensieren auf der Oberfläche
des Wärmetauschers
und bilden eine Flüssigkeit.
Das gekühlte
Gas wird dann wieder erhitzt und alle verbleibenden Dämpfe werden
auf einer katalytischen Oberfläche
verbrannt. Die Dämpfe,
die auf dem Wärmetauscher
kondensieren, fließen
in eine Sammelvorrichtung zwecks Entsorgung.
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Das
US-Patent Nr. 5,611,476 (Soderlund et al.) entfernt Flußmittel
durch Kühlen
von Gas aus dem Ofen, das Flußmitteldämpfe beinhaltet,
an der Oberfläche
eines Wärmetauschers,
wodurch die Flußmitteldämpfe kondensieren.
Das gekühlte
Gas gelangt dann durch einen Filter, so daß alle verbleibenden, nicht
auf dem Wärmetauscher
gesammelten Dämpfe,
gefangen werden. Der Wärmetauscher
wird in Abständen
entweder gereinigt oder ersetzt, um die kondensierten Flußmitteldämpfe zu
entfernen.
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Jedes
dieser Verfahren leidet unter gewissen Problemen. Flußmittelgase
sind ein Gemisch vieler Komponenten mit einem Bereich bzw. einer
Vielfalt an Kondensationstemperaturen, Viskositäten und Graden der Kristallisation
oder Polymerisation. Des weiteren wird sich das Gemisch an Flußmittelgaskomponenten ändern, in
Abhängigkeit
davon, welcher Typ Lötmittelpaste
für eine
spezielle Anordnung verwendet wird. Es ist unpraktisch, sich auf
die kondensierten Dämpfe
zu verlassen, die eine frei strömende
Flüssigkeit
bilden, welche von dem Wärmetauscher
tropfen wird, wie das von Matsumura et al. vorgeschlagen wird. Unter
typischen Aufschmelzlötbedingungen,
wird der Wärmetauscher
nach Matsumura et al. bedeckt mit verfestigten oder hochviskosen,
kondensierten Flußmitteldämpfen, was
zu einer Reduzierung seiner Leistungsfähigkeit führt und ihn eventuell unfähig macht,
zusätzliche
Dämpfe
kondensieren zu können.
Diese müssen
entfernt werden oder der Wärmetauscher
muß ersetzt
werden.
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Das
Ersetzen verunreinigter Wärmetauscher,
wie dies von Soderlund et al. vorgeschlagen wird, erhöht die Kosten
des Betriebs des Aufschmelzofens. Entweder muß der Ofen abgeschaltet werden, um
den alten Wärmetauscher
zu entfernen und ein neuer angeschlossen werden, was die Produktivität des Ofens
herabsetzt, oder es müssen
parallele Flußmittelsammelsysteme
installiert werden, so daß ein
System arbeitet, während
das andere gewartet wird, was zusätzliche Kosten für den Ofen
bedeutet. Da der Wärmetauscher
an ein Arbeitsfluid angeschlossen werden muß, wie beispielsweise gekühltes Wasser,
ist ein Ersetzen kompliziert und erfordert die Dienste eines geschulten
Technikers.
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Eine
Reinigung des Wärmetauschers
ist schwierig, was auf der Natur der kondensierten Flußmitteldämpfe beruht.
Die kondensierten Dämpfe
sind im allgemeinen nicht wasserlöslich, so daß ein Lösungsmittel
erforderlich ist, um sie zu entfernen. Viele Lösungsmittel sind toxisch und/oder
flammbar und stellen ein Sicherheitsrisiko für Arbeiter dar. Eine Entsorgung
von verbrauchtem Lösungsmittel
ist teuer, insbesondere wenn das verbrauchte Lösungsmittel verschiedene unbekannte
Reaktionsprodukte und andere Chemikalien des kondensierten Flußmitteldampfes
beinhaltet.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Ziel
der vorliegenden Erfindung ist es, das Problem bei der Kondensation
von Flußmitteldampf in
dem Wärmetauscher
zu vermeiden, wie es im Stand der Technik vorliegt.
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Dieses
Ziel wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 erreicht.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Weitere
Eigenschaften, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden offensichtlich unter Berücksichtigung
der folgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung
im Zusammenhang mit den folgenden Zeichnungen, in denen gleiche
Bezugszeichen gleiche Teile bezeichnen und in denen:
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1 ein schematisches Diagramm
eines Ofens ist, der mit der vorliegenden Erfindung Verwendung finden
kann;
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2 ein Diagramm ist, das
eine Temperatursteuereinheit zeigt, die in dem Ofen der 1 Verwendung findet;
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3 ein schematisches Diagramm
eines Ofenfiltersystems gemäß der vorliegenden
Erfindung ist;
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4(a) ein Diagramm ist, das
einen Strahlmischer zeigt, der in dem Filtersystem der 3 verwendet wird;
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4(b) ein Diagramm ist, das
eine alternative Ausgestaltung eines Strahlmischers zeigt, der in dem
Filtersystem der 3 verwendet
wird;
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4(c) ein Diagramm ist, das
eine andere alternative Ausgestaltung eines Strahlmischers zeigt, der
in dem Filtersystem der 3 verwendet
wird; und
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5(a) ein Diagramm ist, das
einen Filter zeigt, der in dem Filtersystem der 3 verwendet wird;
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5(b) ein Diagramm ist, das
eine alternative Ausgestaltung eines Filters zeigt, der in dem Filtersystem
der 3 verwendet wird;
und
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6 ein schematisches Diagramm
eines Ofens ist, der das Filtersystem der 3 beinhaltet.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG
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1 zeigt einen Ofen 1,
der mit der vorliegenden Erfindung Verwendung finden kann. Dieser Ofen 1 kann
beispielsweise ein Aufschmelzlötofen sein.
Ein Hochtemperaturbereich 3 und ein Kühlbereich 5 werden
durch Temperatursteuereinheiten 7 erzeugt. 2 zeigt eine Temperatursteuereinheit 7 im
Detail. Eine Einlaßöffnung 9 und
eine Auslaßöffnung 11 sind
an einer oberen Oberfläche
jeder Einheit 7 vorgesehen. Die Einlaßöffnung 9 ist mit einem Rücklaufkanal 13 verbunden.
Der Rücklaufkanal 13 ist
mit einem Zentrifugalventilator 15 verbunden, der durch
einen Motor 17 angetrieben wird. Der Zentrifugalventilator 15 ist
innerhalb eines Raumes 19 beinhaltet. Ein innerer Diffusor 21 bildet
die untere Innenoberfläche
des Raums 19. Ein äußerer Diffusor 23 bildet
die untere Außenoberfläche der
Einheit 17. Zwischen dem inneren Diffusor 21 und
dem äußeren Diffusor 23 sandwichartig
angeordnet befindet sich ein Heizelement 22. Löcher sind
durch den inneren und den äußeren Diffusor 21, 23 und
das Heizelement 22 derart vorgesehen, daß durch
den Ventilator 15 angetriebenes Gas den Raum 19 in
Richtung nach unten verläßt. Der
Rücklaufkanal 13 hat
Einlässe 25 an
der unteren Oberfläche
der Einheit 7, durch die Gas von der Unterseite der Einheit 7 nach
oben zu dem Ventilator 15 und durch die Diffusoren 21, 23 und
den Heizer 22 zurück
nach außen
zirkulieren kann. Die Auslaßöffnung 11 ist
mit dem Raum 19 verbunden.
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Das
durch den Ventilator 15 zwangsgeförderte Gas wird durch das Heizelement 22 erwärmt und
erwärmt
Gegenstände,
beispielsweise gedruckte Leiterplatten (nicht gezeigt) in dem Ofen 1 durch
Konvektion. Der Druckabfall des Gases, das durch den Ventilator 15 entlang
dem Rücklaufkanal 13 gezogen wird,
bewirkt ein Ansaugen durch die Einlaßöffnung 9. Ein positiver
bzw. Überdruck
innerhalb des Raums 19 zwingt Gas aus der Auslaßöffnung 11 heraus.
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Wie
in 1 gezeigt, sind die
Einlaßöffnungen 9 und
die Auslaßöffnungen 11 untereinander
verbunden, so daß der
Strom an Gasen innerhalb des Ofens 1 eingestellt werden
kann. Es sei festgehalten, daß nicht
miteinander verbundene Öffnungen 9, 11, die
in 1 nicht gezeigt sind,
abgedichtet sind. Ein Barrierenabzug 27 ist zwischen dem
Hochtemperaturbereich 3 und einem Kühlbereich 5 des Ofens 1 angeordnet.
Die Saugwirkung, die erzeugt wird bei den Einlaßöffnungen 9 einer oder
mehrerer der Heizeinheiten 7 in dem Hochtemperaturbereich 3,
zieht Gas von dem Barrierenabzug 27 ab und führt es zu dem
Hochtemperaturbereich 3 zurück. Der Barrierenabzug 27 zieht
Gas aus dem Hochtemperaturbereich 3 ab, das andernfalls
in den Kühlbereich 5 wandern
würde.
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Die
Auslaßöffnungen 11 einer
oder mehrerer Heizeinheiten 7 in dem Hochtemperaturbereich 3, sind
mit einem Abgasauslaß 29 verbunden,
der mit Dampf beladenes Gas in ein externes Abzugssystem (nicht
gezeigt) abzieht. Ein Ventil 31 stellt den Strom an Abgas
ein.
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Wo
der Ofen 1 mit einem speziellen Prozeßgas versorgt werden muß, beispielsweise
Stickstoff oder Wasserstoff, wird das Gas von einem Gasreservoir 33 zu
den Einlaßöffnungen 9 einer
oder mehrere Einheiten 7 in dem Kühlbereich 5 zugeführt. Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
ist der Strom an Gas von dem Reservoir 33 größer als
der Strom an Gas zu der Abgasöffnung 29,
was zu einem resultierenden Überdruck
an zugeführtem
Gas in dem Kühlbereich 5 führt. Dieser
resultierende Überdruck
hilft dabei, eine Migration bzw. Wanderung des mit Flußmittel
behafteten Gases in dem Kühlbereich 5 von
dem Hochtemperaturbereich 3 aus, zu verhindern.
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Der
Strom an Gas innerhalb des Ofens bewirkt, daß die mit Fluß- bzw.
Lötmitteldampf
beladenen Gase in dem Hochtemperaturbereich 3 des Ofens 1 verbleiben.
Dies verhindert eine Kondensation dieser Dämpfe an den kühlen Oberflächen in
dem Kühlbereich 5.
Es sei festgehalten, daß kein
zusätzliches
Pumpen erforderlich ist, um die Rezirkulierung von Gas von dem Barriereabzug 27 in
den Hochtemperaturbereich 3 einzustellen. Der durch die
Ventilatoren 15 an den Einlaßöffnungen 9 der Einheiten 7 in dem
Hochtemperaturbereich 3 bewirkte Zug liefert die notwendige
Saugwirkung.
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Bezugnehmend
auf die 3–5, wird eine Vorrichtung 2 zum
Filtern von Dämpfen
aus der Atmosphäre
eines Ofens 101 gemäß der vorliegenden Erfindung,
beschrieben. 3 zeigt
einen Ofen 101 mit einem Heizelement 103 und einem
Kühlelement 105.
Das Heizelement 103 und das Kühlelement 105 können Temperatursteuereinheiten 7 beinhaltet,
wie diejenige, die in 2 gezeigt
ist. Das Heizelement 103 ist ein Hochtemperaturbereich 107 des
Ofens 101. Das Kühlelement 105 ist
in einem Kühlbereich 109 des
Ofens 101. Ein Prallblech 111 trennt den Hochtemperaturbereich 107 und
den Kühlbereich 109.
Ein Förderer 113 führt entlang
der Länge
des Ofens 101 und trägt
Produkte wie beispielsweise gedruckte Leiterplatten mit darauf montierten
Bauteilen (nicht gezeigt) durch den Hochtemperaturbereich 107 und
den Kühlbereich 109 mit
vorbestimmter Geschwindigkeit.
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Der
Ofen 101 kann dazu verwendet werden, um beispielsweise
gedruckte Leiterplatten aufschmelzzulöten. In diesem Falle wird die
Temperatur des Hochtemperaturbereichs 107 derart gewählt, daß eine Lötpaste,
die aufgetragen wird zwischen den elektronischen Bauteilen und einer
gedruckten Leiterplatte, über
ihre Aufschmelztemperatur erwärmt
wird, was bewirkt, daß Lötmittelteilchen
in der Paste schmelzen und fließen.
Der Hochtemperaturbereich 107 wird typischerweise auf etwa
210°C erwärmt. Selbstverständlich wird
die Temperatur des Hochtemperaturbereichs 107 variieren,
in Abhängigkeit
von der speziell verwendeten Lötmittelpaste
und anderer Einschränkungen,
die durch die Leiterplatte und die Bauteile auferlegt werden. Die
Atmosphäre
in dem Ofen 101 kann Luft sein. Alternativ kann der Ofen 101 mit
einem Pro zeßgas
wie beispielsweise Stickstoff oder Wasserstoff gefüllt sein.
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Ein
Erwärmen
der Leiterplatte und ein Schmelzen der Lötmittelpaste führt zur
Freisetzung von Dämpfen
aus der Lötmittelpaste,
wie auch Dämpfen
aus der Leiterplatte und den elektronischen Bauteilen. Diese Dämpfe, die
insgesamt bekannt sind als Fluß-
bzw. Lötmitteldämpfe (Flux
vapors), haben eine Kondensationstemperatur, die unterhalb der Temperatur
des Hochtemperaturbereichs 107 liegt, und bleiben innerhalb
dieses Bereichs verdampft. Die Kondensationstemperatur der Flußmitteldämpfe ist
typischerweise geringer als 120°C,
wobei jedoch die Kondensationstemperatur variieren wird, in Abhängigkeit
von der Zusammensetzung der Lötmittelpaste,
wie auch der Arten von Materialien, die verwendet werden zur Herstellung
der elektronischen Bauteile und gedruckten Leiterplatten.
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Auslaßöffnungen 115 verbinden
eine Verteilungsleitung 117 mit dem Hochtemperaturbereich 107.
Zwei Auslaßöffnungen 115 sind
in 3 gezeigt. Es kann
eine größere oder
kleinere Anzahl an Auslaßöffnungen 115 vorgesehen
sein, in Abhängigkeit
von der Ausgestaltung des Ofens 101 und des gewünschten
Stroms an Gasen innerhalb des Ofens 101.
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Die
Leitung 117 wird erhitzt durch das Heißgas von dem Ofen 101,
so daß sie
oberhalb der Kondensationstemperatur des Flußmitteldampfes bleibt. Alternativ,
kann für
die Leitung 117 eine Wärmequelle vorgesehen
sein, um sie oberhalb der Kondensationstemperatur des Flußmitteldampfes
zu halten.
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Indem
die Leitung 117 oberhalb der Kondensationstemperatur gehalten
wird, wird eine Kondensation der Flußmitteldämpfe verhindert.
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Die
Verteilungsleitung 117 leitet Heißgas von dem Ofen 101 zu
einem Strahlmischer 119. Der Strahlmischer 119 ist
innerhalb eines Raums 121 beinhaltet. Der Strahlmischer 119 ist
im Detail in 4(a) gezeigt.
Eine Düse 118 ist
am Ende der Verteilungsleitung 117 vorgesehen. Die Düse 118 ist beim
Zentrum eines Strahlerrings 123 positioniert. Ein Kühlgaseinlaß 125 tritt
in die Seite des Rings 123 ein und ist mit einem inneren
Durchgang 127 verbunden. Der innere Durchgang 127 ist
verbunden mit mehreren Strahldüsen 129,
die um den Ring 123 herum positioniert sind. Die Strahldüsen 129 sind
derart gerichtet, daß sie
in einen Durchmischungsbereich 131 vor einer Düse 118 konvergieren.
Die Düse 118 richtet
Heißgas
von der Leitung 117 in den Durchmischungsbereich 131.
Eine turbulente Durchmischung des Heißgases mit den Strahlen an
gekühltem
Gas verringert die Temperatur des Heißgases unterhalb die Kondensationstemperatur
der Flußmitteldämpfe. Als
Folge dessen kondensieren die Flußmitteldämpfe aus dem Gasgemisch, wodurch
feste Teilchen bzw. Partikel oder Tröpfchen gebildet werden.
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Der
Zweck des Strahlmischers 119 besteht darin, das Heißgas aus
dem Ofen 101 abzukühlen, ohne
daß feste
Oberflächen
kontaktiert werden müssen,
die unterhalb der Kondensationstemperatur des Flußmitteldampfes
liegen. Ausgestaltungen, welche die turbulente Durchmischung fördern, sind
vorteilhaft. Beispielsweise können
eine oder mehrere der Strahlen 130 nahezu tangential zu
dem Ring 123 gerichtet sein, wodurch die gemischten Gase
in dem Durchmischungsbereich 131 dazu veranlaßt werden, sich
zu drehen, wie dies in 4(b) gezeigt
ist.
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4(c) zeigt eine alternative
Ausgestaltung des Strahlmischers 119. Eine Düse 118,
die an dem Ende der Leitung 117 angeschlossen ist, richtet
den Strom an Heißgas
in den Durchmischungsbereich 131. Eine Kühlgasdüse 126 ist
an dem Ende des Kühlgaseinlasses 125 angeschlossen.
Die Kühlgasdüse 126 richtet
das gekühlte
Gas in den Durchmischungsbereich 131. Die Formen der Düsen 118, 126 sind
dergestalt, daß sie
die komplette und schnelle Durchmischung der heißen und gekühlten Gasströme fördern. Auch
sind die Anzahl an Düsen 118, 126 und
ihre Position und Richtung relativ zu dem Durchmischungsbereich 131 so
gewählt,
daß die
Durchmischung optimiert wird.
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Wie
in 3 gezeigt, ist der
den Strahlmischer 119 beinhaltende Raum 121 mit
einem Filter 133 verbunden. Wie in 5(a) gezeigt, nimmt der Filter 133 das
durch den Mischer 119 gemischte Gas auf. Ein Filtergehäuse 135 hält eine
oder mehrere Lagen aus porösem
Filtermaterial 137. Die Lagen aus Filtermaterial 137 haben
eine Porengröße, die
derart gewählt
ist, daß kondensierte
Fluß-
bzw. Lötmitteldampfteilchen
von dem Mischer 119 gefangen werden. Die Lagen 137 sind
aus einem Material hergestellt, das der Temperatur des Mischgasstromes
beliebig widerstehen kann. In einem Ausführungsbeispiel sind die Lagen 137 aus
einem Material hergestellt, das der maximalen Temperatur der Gase
in dem Hochtemperaturbereich 107 des Ofens über kurze
Zeitdauern widerstehen kann, und zwar in dem Fall, in dem das Heißgas ohne
Durchmischung mit gekühltem
Gas in den Filter 133 gelangt. Die Filterlagen 137 können beispielsweise
aus Polyesterfasern gebildet sein.
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Mehrere
Lagen 137 können
vorgesehen sein, um unterschiedliche Komponenten der kondensierten
Fluß-
bzw. Lötmitteldämpfe einzufangen.
Beispielsweise können
die Lagen 137 mit stufenartigen Porengrößen angeordnet werden, so daß grobe
Partikel zuerst eingefangen werden, bevor der Gasstrom Filterlagen
für feine
Partikel erreicht. Dies verhindert eine vorzeitige Belastung der
Filterlagen für
feine Partikel.
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Die
Filterlagen 137 können
derart behandelt werden, daß die
kondensierten Flußmitteldampftröpfchen die
Filterlagen 137 befeuchten. Beispielsweise können die
Filterlagen 137 mit einem Material überzogen sein, das in kondensierten
Flußmitteldampftröpfchen löslich ist.
Auch können
die Filterlagen 137 absorbierende Materialien wie beispielsweise
Aktivkohle oder Zeolith beinhalten, um ein molekulares Sieb zu bilden.
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Das
Filtergehäuse 135 ist
so ausgestaltet, daß es
einfach ersetzt werden kann, wodurch wenig oder gar keine Unterbrechung
beim Betrieb des Ofens 101 stattfindet. Der Filter 133 ist
aus billigen Materialien gebildet und wird entsorgt und ein neuer Filter 133 wird
periodisch installiert.
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Anstelle
der Verwendung poröser
Lagen zum Einfangen kondensierter Teilchen, wird alternativ der
gemischte Gasstrom so gerichtet, daß er auf einer oder mehreren
festen Oberflächen 201 innerhalb
des Filters 133 auftrifft, wie dies in 5(d) gezeigt ist. Fluß- bzw. Lötmittelteilchen oder -tröpfchen haften
an den Oberflächen 201 an.
Die Oberflächen 201 können mit
einem Material beschichtet sein, das die Adhäsion der Fluß- bzw.
Lötmittelteilchen
oder -tröpfchen
verstärkt.
Die Oberflächen 201 werden
periodisch ersetzt, wenn sie belastet sind mit anhaftenden, kondensierten
Flußmitteldampfteilchen
oder -tröpfchen.
Die Oberflächen 201 sind
derart angeordnet, daß sie
den Kontakt mit dem Mischgasstrom maximieren, um dabei im wesentlichen
all den kondensierten Flußmitteldampf
einzufangen. 5(b) zeigt eine
kaskadenförmige
Anordnung von Oberflächen 201.
Selbstverständlich
können
andere Konfigurationen verwendet werden, mit denen der Kontakt zwischen
einem Gasstrom und festen Oberflächen 201 verstärkt wird.
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Gefiltertes
Gas verläßt den Filter 133 durch den
Auslaß 139 und
wird herausgezogen in ein Gebläse 141.
Wie in 3 gezeigt, zwingt
das Gebläse 141 das
gefilterte Gas in ein Ablenkgerät 143.
Das Ablenkgerät 143 richtet
einen Teil des gefilterten Gases zurück zu dem Ofen 101 durch
Rückführöffnungen 145.
Zwei Rückführöffnungen 145 sind
in 3 gezeigt und richten
das gefilterte Gas sowohl in den Hochtemperaturbereich 107,
wie auch den Kühlbereich 109.
Es kann eine größere oder
kleinere Anzahl an Rückführöffnungen 145 vorgesehen
sein und die Rückführöffnungen 145 können in
Abhängigkeit
von dem gewünschten
Gasstrom an unterschiedlichen Orten entlang des Ofens 101 angeordnet
sein. Die Rückführöffnungen 145 sind
derart positioniert, daß sie
den Strom an Gasen innerhalb des Ofens ausgleichen. In einem Ausführungsbeispiel
sind die Rückführöffnungen 145 so
positioniert, daß Flußmitteldämpfe enthaltendes
Heißgas
von dem Hochtemperaturbereich 107 nicht in kühlere Bereiche
des Ofens dringen wird. Dies kann bewerkstelligt werden durch Rückführen eines
gewissen Teils des gefilterten Gases zu dem Kühlbereich 107 (wie
gezeigt, durch die Rückführöffnung 145 auf
der linken Seite der 3), wobei
sich eine Gasströmung
innerhalb des Ofens von dem kühleren
Bereich 109 zu dem Hochtemperaturbereich 107 einstellt.
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Das
Ablenkgerät 143 führt den
verbleibenden Teil des Gases von dem Gebläse 141 durch einen
Wärmetauscher 147.
Der Wärmetauscher 147 kühlt das
gefilterte Gas von dem Gebläse 141.
Wärme von
dem gefilterten Gas wird durch ein Arbeitsfluid, beispielsweise
Kühlwasser
von einem Kühlmittelreservoir 148,
entfernt. Gekühltes
Gas von dem Wärmetauscher 147 wird
zu dem Einlaß 125 für gekühltes Gas
des Strahlmischers 119 geleitet, wie dies oben beschrieben
ist.
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Das
Ablenkgerät 143 bestimmt
die Filtergeschwindigkeit von Gas in dem Ofen. Der Raum 121, Filter 133,
das Gebläse 141,
das Ablenkgerät 143 und
der Wärmetauscher 147 bilden
ein geschlossenes System, so daß die
durch das Ablenkgerät 143 zu
dem Ofen 101 zurückgerichtete
Menge an Gas ausgeglichen wird durch die Menge an Heißgas, das in
die Leitung 117 gezogen wird. Wird eine große Menge
an Dämpfen
durch einen speziellen Heizprozeß erzeugt oder dort, wo die
Dampfkonzentration innerhalb des Hochtemperaturbereichs 107 minimiert werden
muß, ist
die durch das Ablenkgerät 143 bestimmte
Filtergeschwindigkeit erhöht.
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Der
Anteil an Gas, das durch das Ablenkgerät 143 zu dem Wärmetauscher 147 geleitet
wird, ist derart gewählt,
daß Heißgas von
dem Ofen 101 unter die Kondensationstemperatur des Fluß- bzw.
Lötmitteldampfes
gekühlt
wird. Das Volumen bzw. die Menge an erforderlichem gekühltem Gas
hängt von
der Temperatur des gekühlten
Gases ab, das den Wärmetauscher 147 verläßt und von
dem Volumen bzw. der Menge und der Temperatur des Heißgasstromes. Es
ist thermodynamisch vorteilhafter, ein größeres Volumen an Gas durch
eine kleinere Menge abzukühlen,
als ein kleines Volumen durch eine große Menge abzukühlen.
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Daher
ist gemäß einem
Ausführungsbeispiel das
Ablenkgerät 143 so
gewählt,
daß es
einen größeren Anteil
an gefiltertem Gas durch den Wärmetauscher 147 leitet,
während
es einen kleineren Anteil zu dem Ofen 101 rückführt. Gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
leitet das Ablenkgerät 143 etwa
60% des gefilterten Gasvolumens durch den Wärmetauscher 147, während 40%
des gefilterten Gases zu dem Ofen 101 zurückgeleitet
wird.
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6 zeigt einen Ofen gemäß 1 und 2, bei dem das Filtersystem 2 nach
dem Ausführungsbeispiel
der Erfindung beinhaltet ist. Ein Barriereabzug 27 hemmt
mit Flußmitteldampf
beladenes Gas in dem Hochtemperaturbereich 3 daran, in
den Kühlbereich 5 zu
wandern. Die Verteilungsleitung 117 des Fluß- bzw.
Lötmittelfiltersystems 2 ist
verbunden mit der Auslaßöffnung 11 einer
Temperatursteuereinheit 7 in dem Hochtemperaturbereich 3.
Die Rückführöffnungen 145 sind
mit den Einlaßöffnungen 11 der Temperatursteuereinheiten 7 in
dem Kühlbereich 5 des
Ofens 1 verbunden. Als Folge dessen wird ein resultierender Überdruck
gefilterten Gases an dem Kühlbereich 5 angelegt,
der eine Migration des mit Flußmittel
beladenen Gases aus dem Heizbereich 3 in den Kühlbereich 5 verhindert.
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Obige
Ausführungsbeispiele
sind darstellend für
die vorliegende Erfindung. Es ist selbstverständlich, daß die Erfindung nicht durch
diese Offenbarung beschränkt
ist, sondern vielmehr durch die Ansprüche definiert wird. Diese Erfindung
ist dazu vorgesehen, verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen
abzudecken, die innerhalb des Bereichs der Erfindung beinhaltet
sind, wie dies für
einen Durchschnittsfachmann offensichtlich ist.