EP1988181A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Behandlung von Metallschmelzen - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to an apparatus for treating molten metals comprising a melting vessel containing the molten metal and a method for treating molten metals.
- oxide formation on the surface of the molten metal is known to occur, which leads to manifold problems.
- the oxides formed are also called dross.
- the usual procedure envisages to mechanically skim off the herbs in metal melts on a regular basis. This causes an increased material consumption and maintenance and increased environmental impact and leads to high error rates especially in solder melting.
- the plasma generator is designed to generate a low-temperature atmospheric pressure plasma suitable. Under low temperature in this context, temperatures below 300 ° C, preferably in the range between room temperature and 250 ° C.
- the plasma apparatus is particularly preferably suitable for producing a reducing-acting atmospheric-pressure plasma educated.
- a corresponding process gas for example the use of forming gas (N 2 : H 2 in the ratio 95: 5)
- N 2 : H 2 in the ratio 95: 5 is provided to produce a reducing-acting low-temperature atmospheric-pressure plasma. It can thereby be achieved that the ions and radicals formed in the plasma reduce the metal oxides without the energy level (temperature) required under normal conditions being required.
- the plasma significantly reduces the technically usable reduction temperature.
- a cover over the melt container is provided.
- the cover is designed as a hood.
- the hood is designed to be vertically displaceable. The cover or hood serves to shield from the environment and simplifies the exposure to the plasma or with protective and active gas for certain applications.
- the plasma device is mounted in the region of the cover.
- a connection is provided, via which the plasma device is connected to the cover.
- a plasma device is e.g. connected to the cover via a flexible hose.
- a remote plasma is thus used uncoupled from the plasma generator as a generator.
- fittings are provided in the region of the molten metal.
- here are the typical installations in the soldering a Wellenlötstrom called.
- the object is achieved in that the surface of the molten metal is subjected to a low-temperature atmospheric pressure plasma.
- the surface of the molten metal is subjected to a reducing atmospheric pressure plasma.
- a molten solder is used as molten metal in the invention.
- the hood 2 is completely closed on five sides, only in the direction of solder bath 1, it is open and designed so that it dips after lowering with its side walls 4 about 30 mm deep into the solder bath 1. With e.g. after lowering the hood 2 under the hood 2 no pressure is built up, ventilation devices 10 are provided on the hood 2, which allow pressure equalization.
- two plasma devices 5 are attached, which serve to generate the plasma plasma 6 shown as plasma.
- the plasma is while the hood 2 is in the lowered position 7 (working position 7), injected between the hood 2 and the surface 8 of the Lotbads 1 and thus reducing the scabies 9 effective or contributes to the prevention or reduction of dross.
- connection 12 to at least one plasma device 5 is provided via a flexible hose 12.
- the reduction of the oxides or the avoidance or reduction of oxide formation can thus take place via a so-called remote plasma.
- the connection 12 can also be configured differently, for example as a pipeline or as a branching connection to a plurality of plasma devices and / or multiple feed points above the solder bath or generally via a molten metal.
- the connection 12 always separates the generation of the plasma and the place of use of the plasma spatially from each other.
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Abstract
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung von Metallschmelzen aufweisend einen Schmelzenbehälter, der die Metallschmelze enthält, sowie ein Verfahren zur Behandlung von Metallschmelzen.
- Beim Schmelzen von Metallen und beim Umgang mit Metallschmelzen tritt an der Oberfläche der Metallschmelze bekanntermaßen eine Oxidbildung auf, die zu mannigfaltigen Problemen führt. Die gebildeten Oxide werden auch als Krätze bezeichnet. Die übliche Vorgehensweise sieht vor, bei Metallschmelzen die Kräzte regelmäßig mechanisch abzuschöpfen. Dies verursacht einen erhöhten Materialverbrauch und Wartungsaufwand sowie eine erhöhte Umweltbelastung und führt speziell bei Lotschmelzen zu hohen Fehlerraten.
- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Anfall von Krätze auf der Oberfläche von Metallschmelzen zu vermindern bzw. zu verhindern.
- Vorrichtungsseitig wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, dass ein Plasmagerät vorgesehen und so in Bezug auf den Schmelzenbehälter positioniert ist, dass die Oberfläche der Metallschmelze mit einem Niedertemperatur-Atmosphärendruck-Plasma beaufschlagbar ist. Es wurde gefunden, dass die Wirkungsweise auf einem Zusammenspiel zwischen den im Plasma gebildeten Ionen und Radikalen und den Metalloxiden bzw. deren Vorprodukte beruht. Unter Atmosphärendruckplasma soll im Folgenden ein Plasma verstanden werden, welches bei einem Druck, der höchstens 200 mbar vom Umgebungsdruck abweicht, d.h. Umgebungsdruck ±200 mbar, vorliegt. Insbesondere wird das Atmosphärendruckplasma in einem Druckbereich zwischen 800 mbar und 1200 mbar erzeugt.
- Bevorzugt ist das Plasmagerät zur Erzeugung eines Niedertemperatur-Atmosphärendruck-Plasmas geeignet ausgebildet. Unter Niedertemperatur werden in diesem Zusammenhang Temperaturen unterhalb von 300 °C, vorzugsweise im Bereich zwischen Raumtemperatur und 250 °C. Besonders bevorzugt ist das Plasmagerät zur Erzeugung eines reduzierend wirkenden Atmosphärendruck-Plasmas geeignet ausgebildet. Beispielsweise ist zur Erzeugung eines reduzierend wirkenden Niedertemperatur-Atmosphärendruck-Plasmas der Einsatz eines entsprechenden Prozessgases, z.B. der Einsatz von Formiergas (N2 : H2 im Verhältnis 95 : 5), vorgesehen. Dadurch kann erreicht werden, dass die im Plasma gebildeten Ionen und Radikale die Metalloxide reduzieren, ohne dass die unter Normalbedingungen erforderliche Energiestufe (Temperatur) erforderlich ist. Mit dem Plasma wird die technisch nutzbare Reduktionstemperatur wesentlich verringert.
- Zweckmäßigerweise ist eine Abdeckung über dem Schmelzenbehälter vorgesehen. Bevorzugt ist die Abdeckung als Haube ausgebildet. Besonders bevorzugt ist die Haube vertikal verschiebbar ausgebildet. Die Abdeckung oder Haube dient der Abschirmung von der Umgebung und vereinfacht die Beaufschlagung mit dem Plasma oder auch mit Schutz- und Aktivgas für bestimmte Anwendungsfälle.
- Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind zwei oder mehr Plasmageräte vorgesehen. Ziel ist es hierbei eine gleichmäßige Beaufschlagung der gesamten Oberfläche zu erreichen.
- Vorteilhafterweise ist das Plasmagerät im Bereich der Abdeckung befestigt.
- Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Verbindung vorgesehen, über die das Plasmagerät mit der Abdeckung verbunden ist. Dies ermöglicht, ein sog. Remote-Plasma für die Anwendung vorzusehen. Bei einem Remote-Plasma ist ein Plasmagerät z.B. über einen flexiblen Schlauch mit der Abdeckung verbunden. Ein Remote-Plasma kommt also abgekoppelt vom Plasmagerät als Erzeuger zum Einsatz.
- Eine Ausgestaltung der Erfindung, die besondere Vorteile aufweist, sieht vor, dass der Schmelzenbehälter ein Lotbad enthält. Es wurde gefunden, dass die vorliegende Erfindung sehr vorteilhaft bei Löteinrichtungen und -anlagen zum Einsatz kommt. Die Krätzebildung auf der Oberfläche des flüssigen Lots oder Lotbads soll effektiv vermindert bzw. verhindert werden. Z.B. liegt mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Plasmaeinsatz die erforderliche Temperatur für eine erfolgreiche Reduktion von Zinn durch Wasserstoff deutlich unter den unter Normalbedingungen erforderlichen 380°C.
- Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind Einbauten im Bereich der Metallschmelze vorgesehen. Als Beispiel seien hier die typischen Einbauten im Lötbereich einer Wellenlötanlage genannt.
- Verfahrensseitig wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, dass die Oberfläche der Metallschmelze mit einem Niedertemperatur-Atmosphärendruck-Plasma beaufschlagt wird. Besonders bevorzugt wird die Oberfläche der Metallschmelze mit einem reduzierend wirkenden Atmosphärendruck-Plasma beaufschlagt. Die Vorteile dieser Beaufschlagung wurden bei der Beschreibung der entsprechenden Vorrichtungsansprüche bereits diskutiert.
- Mit besonderem Vorteil wird bei der Erfindung eine Lotschmelze als Metallschmelze eingesetzt.
- Die Erfindung bietet eine Reihe von Vorteilen, von denen im Folgenden einige beispielhaft genannt werden:
- Die Verminderung oder Vermeidung des Anfalls von Krätze oder Metalloxiden auf der Oberfläche von Metallschmelzen führt zu einer Verminderung des Materialverbrauchs, des Reinigungs- und Wartungsaufwands sowie der Umweltbelastung. Bei Lötanlagen kann durch eine erfindungsgemäße Beaufschlagung des Lotbads zusätzlich die Lötqualität verbessert werden. Für alle Metallschmelzen gilt, dass die Produktqualität verbessert wird.
- Die Erfindung sowie weitere Ausgestaltungen der Erfindung werden im Folgenden anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Figuren zeigen:
- Figur 1
- eine erfindungsgemäße Vorrichtung für das Lotbad einer Wellenlötanlage,
- Figur
- 2eine erfindungsgemäße Vorrichtung für das Lotbad einer Wellenlötanlage mit einer Verbindung für ein Remote-Plasma.
- In der
Figur 1 ist eine über dem Lotbad 1 installierte Haube 2 zu sehen, die senkrecht verschiebbar und arretierbar ausgebildet ist. Die Bezugsziffer 3 zeigt die Richtung der Verschiebbarkeit an. Die mit der Bezugsziffer 7 versehene Darstellung in gestrichelten Linien zeigt die Haube 2 in ihrer abgesenkten Position 7, die auch als Arbeitsposition 7 bezeichnet werden kann. - Die Haube 2 ist an fünf Seiten vollständig geschlossen, nur in Richtung Lotbad 1 ist sie offen und so gestaltet, dass sie nach dem Absenken mit ihren Seitenwänden 4 etwa 30 mm tief in das Lotbad 1 eintaucht. Damit z.B. nach dem Absenken der Haube 2 unter der Haube 2 kein Überdruck aufgebaut wird, sind Be- und Entlüftungseinrichtungen 10 an der Haube 2 vorgesehen, die einen Druckausgleich ermöglichen.
- Auf bzw. an der Haube 2 sind zwei Plasmageräte 5 angebracht, die zur Erzeugung des als Plasmawolken 6 abgebildeten Plasmas dienen. Das Plasma wird während die Haube 2 sich in der abgesenkten Position 7 (Arbeitsposition 7) befindet, zwischen die Haube 2 und der Oberfläche 8 des Lotbads 1 eingeblasen und so reduzierend auf die Krätze 9 wirksam bzw. trägt zur Vermeidung oder Verminderung von Krätzebildung bei.
- In der
Figur 2 ist statt der Anbringung der Plasmageräte an der Haube 2 mindestens eine Verbindung 12 zu mindestens einem Plasmagerät 5 über einen flexiblen Schlauch 12 vorgesehen. Die Reduktion der Oxide bzw. die Vermeidung oder Verminderung der Oxidbildung kann damit über ein sog. Remote-Plasma erfolgen. Die Verbindung 12 kann selbstverständlich auch anders ausgestaltet sein, z.B. als Rohrleitung oder als sich verzweigende Verbindung zu mehreren Plasmageräten und/oder mehreren Zufuhrstellen über dem Lotbad oder allg. über einer Metallschmelze. Die Verbindung 12 trennt jedoch immer die Erzeugung des Plasmas und den Einsatzort des Plasmas räumlich voneinander.
Claims (10)
- Vorrichtung zur Behandlung von Metallschmelzen (1) aufweisend einen Schmelzenbehälter (B), der die Metallschmelze (1) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Plasmagerät (5) vorgesehen und so in Bezug auf den Schmelzenbehälter (B) positioniert ist, dass die Oberfläche (8) der Metallschmelze (1) mit einem Niedertemperatur-Atmosphärendruck-Plasma beaufschlagbar ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Plasmagerät (5) zur Erzeugung eines reduzierend wirkenden Atmosphärendruck-Plasmas geeignet ausgebildet ist.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abdeckung (2), insbesondere eine Haube, über dem Schmelzenbehälter (B) vorgesehen ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Haube (2) vertikal verschiebbar ausgebildet ist.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Plasmagerät (5) im Bereich der Abdeckung (2) befestigt ist.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzenbehälter (B) ein Lotbad (1) enthält.
- Verfahren zur Behandlung von Metallschmelzen (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (8) der Metallschmelze (1) mit einem Niedertemperatur-Atmosphärendruck-Plasma beaufschlagt wird.
- Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (8) der Metallschmelze (1) mit einem Niedertemperatur-Atmosphärendruck-Plasma beaufschlagt wird.
- Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (8) der Metallschmelze (1) mit einem reduzierend wirkenden Atmosphärendruck-Plasma beaufschlagt wird.
- Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Metallschmelze eine Lotschmelze eingesetzt wird.
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2008
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