Bild 8: Schema des RDS Magazintrockners: Die durchdachte Schleusentechnik am Ein- und Auslauf garantiert sehr niedrige Restsauerstoffwerte von 30 ppm O2.

Bild 8: Schema des RDS Magazintrockners: Die durchdachte Schleusentechnik am Ein- und Auslauf garantiert sehr niedrige Restsauerstoffwerte von 30 ppm O2. Rehm Thermal Systems

Als Querschnittstechnologie kommt der Leistungselektronik in den nächsten Jahren eine Schlüsselrolle zu: Gerade die Nutzung regenerativer Energien aus Wind und Sonne ist ohne Leistungselektronik nicht möglich. Auch die energieeffiziente und emissionsarme Mobilität mit Hybrid- und Elektrofahrzeugen ist nur mit leistungselektronischen Systemen realisierbar. Höhere Wirkungsgrade lassen sich durch die Systemintegration von modernen aktiven und passiven Bauelementen und neuen Materialien realisieren. Jedoch bedarf die Fertigung von Powermodulen besonderes Augenmerk: Die erschwerten Umweltbedingungen machen eine Schutzbeschichtung erforderlich, die die Elektronik vor frühzeitigen Ausfällen aufgrund von Korrosion oder anderen Umwelteinflüssen wie Feuchtigkeit, Staub, Vibrations- und Temperaturbelastungen schützt.

Im Anschluss dazu erfolgt der auf die jeweiligen Anforderungen abgestimmte Trocknungsprozess. Aufgrund seiner langjährigen Erfahrung im thermischen Anlagenbau kann Rehm Thermische Systeme eine große Palette an Trocknern anbieten beziehungsweise mit dem jeweiligen Anwender eine spezifisch neue Lösung entwickeln. Neben den bereits vorgestellten Horizontal- und Vertikal-Trocknern bietet Rehm auch Infrarot-Trockner sowie Ultraviolett-Trockner an und macht sich dabei die Stärke des Lichts zunutze: Der Energiegehalt des UV-Lichts und des sichtbaren Lichts im Wellenlängenbereich von 200 bis 480 nm wird für die UV-Härtung genutzt. Farben und Lacke lassen sich mit UV-Licht in Sekundenbruchteilen trocknen. Dieser Vorgang lässt sich auch als UV-Härtung bezeichnen.

Magazintrockner: Tempern von Powermodulen in Magazinen

Bild 6: Blick in den RDS-Magazintrockner: Im Rahmen des BMBF-Forschungsprojektes HotAL entwickelte Rehm eine Anlage mit Inertgasbetrieb zum Tempern von Powermodulen in Magazinen.

Bild 6: Blick in den RDS-Magazintrockner: Im Rahmen des BMBF-Forschungsprojektes HotAL entwickelte Rehm eine Anlage mit Inertgasbetrieb zum Tempern von Powermodulen in Magazinen. Rehm Thermal Systems

Oftmals werden Produkte von Fertigungsschritt zu Fertigungsschritt in Magazinen transportiert; daher ist es durchaus wirtschaftlich, den zeitaufwendigeren thermischen Prozess für die Produkte im Magazin durchzuführen. Das spart Platz sowie das Ent- und Beladen der Magazine. Der Anlagenbauer entwickelte den RDS-Magazintrockner im Rahmen eines von BMBF geförderten Verbundprojekts „Hochtemperaturoptimierte Al-Bondtechnik für Offshore-Anwendungen (HotAl)“, welches mit den Projektpartnern Fraunhofer IZM, F & K Delvotec Bondtechnik, Heraeus Materials Technology und Semikron Elektronik in diesem Jahr erfolgreich zum Abschluss gebracht wurde. Unter anderem war es in diesem Projekt notwendig, Leistungsmodule in Transportmagazinen über einen längeren Zeitraum unter inerter Atmosphäre zu trocknen.

Der RDS-Magazintrockner kann Magazine mit maximalen Abmessungen von 460 mm x 260 mm x 260 mm aufnehmen, ist für maximale Temperaturen von bis zu 300 °C ausgelegt und kann je nach Bedarf Taktzeiten von minimal 3 min bis maximal 24 h erreichen. Bild 6 ermöglicht einen Blick in die geöffnete Prozesskammer des Trockners. Leistungsstarke Konvektionsmodule, welche mit moderner EC-Lüfter-Technik betrieben werden, stellen stabile Temperaturprofile sicher. Es konnte nachgewiesen werden, dass zum Beispiel ein mit 20 DCB-Leistungsmodul-Nutzen voll bestücktes Magazin die Soll-Temperatur mit einer Toleranz von ± 7,5 K reproduziert (Bild 7a, b).

Auf Bild 8 ist das Funktionsschema des Trockners erläutert. Durch Teilung der Prozesskammer in sieben Zonen und den Einbau geeigneter Schleusentechnik ist es möglich, eine Trocknungsatmosphäre mit geringem Sauerstoffanteil (< 5000 ppm O2) zu realisieren. Die Be- und Entladung der Magazine kann automatisch mittels Handlingsystem erfolgen, oder es wird einfach per Hand beladen (1, 8). Ein Hubtransport (2, 7) führt die Magazine der Prozesskammer respektive der Entladestation zu. Schleusen (3, 6) sorgen stets für eine Stickstoffatmosphäre mit geringem Restsauerstoffgehalt. Die Heizzonen (4) und die Kühlzone (5) halten das gewünschte Temperatur-Zeit-Profil aufrecht.

Um möglichst viele Produkt-Variationen mit dem Magazin-Trockner abdecken zu können, wurde die Anlage für verschiedene Magazinabmessungen ausgelegt. Dazu werden die unterschiedlichen Magazine, die maximale Abmessungen von H 460 x B 240 x T 240 mm erreichen dürfen, mittels Warenträger durch die Prozesskammer transportiert.

Bild 7a: Temperatur-Zeit-Profil eines voll bestückten Magazins: Leistungsstarke, mit EC-Lüfter-Technik betriebene Konvektionsmodule stellen stabile Temperaturprofile im RDS-Magazintrockner sicher.

Bild 7a: Temperatur-Zeit-Profil eines voll bestückten Magazins: Leistungsstarke, mit EC-Lüfter-Technik betriebene Konvektionsmodule stellen stabile Temperaturprofile im RDS-Magazintrockner sicher. Rehm Thermal Systems

Magazin-Trockner: Das Wesentliche

  • Magazinabmessungen variabel
  • Maximale Temperatur: 300 °C
  • Inerte Prozessumgebung < 5000 ppm O2
  • Zykluszeit: 3 min bis 24 h

 

Ultra-Violett-Trockner

Bild 7b: Beispiel eines DCB-Leistungsmodul-Nutzen: Es konnte nachgewiesen werden, dass ein mit 20 solcher Nutzen voll bestücktes Magazin die Soll-Temperatur mit einer Toleranz von ± 7,5 K reproduziert.

Bild 7b: Beispiel eines DCB-Leistungsmodul-Nutzen: Es konnte nachgewiesen werden, dass ein mit 20 solcher Nutzen voll bestücktes Magazin die Soll-Temperatur mit einer Toleranz von ± 7,5 K reproduziert. Rehm Thermal Systems

Bild 9a: Die RDS-UV-Trockner eignen sich zum Aushärten von UV-Lacken mit Quecksilber-Mitteldruckstrahler als UV-Quelle oder wahlweise auch mit UV-LED-Strahlern.

Bild 9a: Die RDS-UV-Trockner eignen sich zum Aushärten von UV-Lacken mit Quecksilber-Mitteldruckstrahler als UV-Quelle oder wahlweise auch mit UV-LED-Strahlern. Rehm Thermal Systems

Sinkende Taktzeiten beim Lackiervorgang fordern heute eine schnellere Aushärtezeit, die mittels Ultra-Violett-Trocknungsanlagen (UV-) problemlos umsetzbar ist. UV-Lacke ermöglichen eine sekundenschnelle Aushärtung, sorgen für kurze Verarbeitungszeiten, eine höhere Produktionsgeschwindigkeit und verbinden ökologische und wirtschaftliche Vorteile. Hinzu kommen qualitative Aspekte, wie ein hoher Glanzgrad, gesteigerte Widerstandsfähigkeit und Kratzfestigkeit der Oberfläche. UV-Lacke kommen immer häufiger als Korrosionsschutz für elektronische Komponenten in der Automobilindustrie, aber beispielsweise auch für Musikinstrumente oder in der Hausgeräte-Industrie zum Einsatz.

Zum Aushärten der breiten Vielfalt an UV-Lacken bieten sich je nach Materialanforderung die Quecksilber-Mitteldruck- oder die UV-LED-Strahler an. Bild 9 zeigt den Aufbau eines Trockners mit einem Quecksilber-Mitteldruckstrahler als UV-Quelle. Um die Auswirkungen zweier Strahlungsarten auf die Prozessparameter herauszufinden, wurden die UV-Quellen bezüglich der Temperatur, Bestrahlungsstärke und -dosis in Abhängigkeit von der Transportgeschwindigkeit, sowohl für den gesamten UV als auch für UV-nahen (visuellen) VIS-Bereich vermessen. Erwartungsgemäß konnte im Laufe dieser Untersuchungen nur eine geringfügige Differenz der maximalen Temperaturen und der gesamten Bestrahlungsdosis für beide Strahlungsquellen festgestellt werden. Bild 10 zeigt die Ergebnisse für diese Messgrößen.

Auch die Abhängigkeit von der Transportgeschwindigkeit weist für beide untersuchten UV-Quellen ein sehr ähnliches Verhalten auf. Während bei einer Geschwindigkeitserhöhung von 2 auf 6 m/min die gemessene Bestrahlungsdosis um den Faktor 6 abnimmt, führt die weitere Erhöhung der Transportgeschwindigkeit nur zu einer geringfügigen Reduktion des Strahlungsenergie-Eintrags. Die Unterschiede beider Quellen kommen erst bei der Betrachtung der Ergebnisse nach der Einteilung in UV- und VIS-Bereiche zum Tragen. Hier tendiert das untersuchte UV-LED-Feld insbesondere im VIS-Bereich zu einer höheren Bestrahlungsdosis. Eine UV-LED emittiert nur eine Wellenlänge im Bereich von 200 bis 400 nm. Aus diesem Grund ist es notwendig, die Wellenlänge einer UV-LED an das Absorptionsmaximum des verwendeten Lacksystems anzupassen, um ein ausreichendes und schnelleres Aushärten zu erreichen. Die Tabelle 1 fasst die wesentlichen Vor- und Nachteile beider UV-Quellen zusammen.

 

Bild 10a: Vergleich der UV-Quellen Quecksilber-Mitteldruck- und UV-LED-Strahler: Maximale Prozesstemperatur (links) und die gesamte Bestrahlungsdosis (rechts) in Abhängigkeit von der Transportgeschwindigkeit.

Bild 10a: Vergleich der UV-Quellen Quecksilber-Mitteldruck- und UV-LED-Strahler: Maximale Prozesstemperatur (links) und die gesamte Bestrahlungsdosis (rechts) in Abhängigkeit von der Transportgeschwindigkeit. Rehm Thermal Systems

Quecksilber-Mitteldruckstrahler UV-LED-Feld
Pro Contra Pro Contra
Hohe Leistungsdichte Hoher Energieverbrauch Spezifische Wellenlänge Hohe Anschaffungs-kosten
Kontinuierliches UV-Spektrum Aufwärmphase notwendig Schnelles Ein- und Ausschalten Effektivität < 20 %
Effektivität ca. 30 % Lange Lebensdauer
Geringe Anschaffungskosten Kein Infrarotbereich

Tabelle 1: Vor- und Nachteile der Quecksilber-Mitteldruck- und der UV-LED-Strahler gegenübergestellt.

 

Ultra-Violett-Trockner:  Das Wesentliche

  • Produktabmessungen 80-480 mm
  • Verschiedene UV-Quellen
  • Variabler Abstand der UV-Quelle zur Transportebene
  • Wartungsarm

*Fußnote:

In drei Teilen werden die Technologien und Funktionsweisen der Trockner vorgestellt. Im ersten Teil geht es um die Horizontal- und Vertikal-Trockner, im zweiten Teil um die Infrarot-, Ultraviolett- und Stickstoff-Trockner und im dritten Teil werden die Reel-to-Reel-Trockner vorgestellt. Teil 1 erschien in der Productronic-Ausgabe 05/062016 als Titelthema. Teil 3 wird in der Productronic-Ausgabe 08/09 2016 veröffentlicht.

Bild 10b: Vergleich der UV-Quellen Quecksilber-Mitteldruck- und UV-LED-Strahler: Maximale Prozesstemperatur (links) und die gesamte Bestrahlungsdosis (rechts) in Abhängigkeit von der Transportgeschwindigkeit.

Bild 10b: Vergleich der UV-Quellen Quecksilber-Mitteldruck- und UV-LED-Strahler: Maximale Prozesstemperatur (links) und die gesamte Bestrahlungsdosis (rechts) in Abhängigkeit von der Transportgeschwindigkeit. Rehm Thermal Systems

Zuvrlässige trocknungsprozesse

Der Inhalt dieses Beitrags zeigt sehr anschaulich, wie vielfältig und anspruchsvoll die Welt des „einfachen“ Trocknens ist. Es wurde erläutert, dass der Überbegriff des Trocknens auch für Technologien des Aushärtens, des Temperns und für den Burn-In-Prozess steht. Rehm stellt sich täglich der neuen Herausforderung, innovative Technologien in serienreife Systeme umzusetzen und ist gern dabei, in der Konzeptionsphase gemeinsam mit dem Kunden die optimalen Technologie-Parameter zu evaluieren.