Selektivlötanlagen

Stickstoff sorgt in Selektivlötanlagen für eine geeignete Schutzatmosphäre zum Löten von THT-Bauteilen und ermöglicht höchste Lötqualität bei reduziertem Lot- und Flussmittelverbrauch. (Bild: Inmatec )

Stickstoff (N2) wird in der Elektronikfertigung eingesetzt, da es eine Schutzatmosphäre erzeugt, die Oxidationen während des Lötens verhindert und so für eine optimale Produktqualität sorgt. Die vor Ort Erzeugung von N2 bietet dank technischer Innovationen des Unternehmens Inmatec eine Möglichkeit die Produktion deutlich umweltfreundlicher zu gestalten. Die N2 Eigenerzeugung wird zum Teil der Nachhaltigkeitsstrategie, da es gegenüber einer LIN-Flüssigbelieferung einen deutlich geringeren CO2 Fußabdruck hinterlässt.

Wirtschaftlichkeit und Rentabilität sind die vorrangigen Ziele jedes Unternehmens. Daher wird in Unternehmen immer nach Wegen gesucht, Kosten zu senken, um die Wettbewerbsfähigkeit zu steiern. Gleichzeitig nehmen die gesetzlichen Anforderungen in Punkto Umweltschutz und Dekarbonisierung zu, was in der Regel mit gestiegenen Kosten einhergeht. Doch was auf den ersten Blick nach konkurrierenden Zielen aussieht, wird in der Praxis der N2-Eigenerzeugung zu einer Win-win-Situation, aus der Unternehmen einen doppelten Nutzen ziehen.

Voraussetzung für das bleifreie Löten

Stickstoff wird insbesondere im Rahmen von Selektiv-, Wellen- oder Reflow-Lötverfahren eingesetzt. Das inerte Gas verdrängt den Sauerstoff in den Anlagen und verhindert Oxidationen, um hochwertige Lötverbindungen elektronischer Baugruppen zu erzielen. Verunreinigungen durch Krätze-, Whiskerbildung und entsprechende Folgeschäden (Kurzschlüsse) werden effektiv vermieden, der Lot- und Flussmittelverbrauch wird reduziert. Darüber hinaus ist die Verwendung von Stickstoff, entsprechend der RoHS (Restriction of Hazardous Substances) Richtlinie der EU, Voraussetzung für das Verlöten bleifreier Lote.

Stickstoff
Das Turnkey-System stellt eine Kombination aus einem energieeffizienten IMT PNC-Stickstoffgenerator und einem NKat-Wasserstoffkatalysator zur Erzeugung von Stickstoff bereit. (Bild: Inmatec)

Der hierzu benötigte Stickstoff kann auf umweltfreundliche Weise direkt vor Ort produziert werden. Ein N2-Generator adsorbiert hierfür mit Hilfe der PSA-Technologie Stickstoff aus der Umgebungsluft in der gewünschten Menge und Qualität. Die verwendete Druckluft wird über Kompressoren erzeugt.  Der Nachteil hierbei: Der überwiegende Teil der zugeführten elektrischen Energie wird vom Kompressor in Wärme umgewandelt und verpufft wirkungslos. Ein Gaserzeugungs-Abwärme-Konzept, das den Strombedarf senkt und gleichzeitig die erzeugte Wärmeenergie nutzbar macht, wäre die Lösung.

Wasserstoff- und Wärmerückgewinnung spart Energie

Das Erzeugen von Stickstoff benötigt unterschiedliche Mengen an Druckluft. Während herkömmliche Systeme einen Druckluftfaktor (DLF) von 12 bis 14 benötigen, so verbrauchen neuartige PSA-Systeme lediglich 6,7 – 7,0 m³ DL/m³ (N2). Mit Hilfe eines NKat-Wasserstoffkatalysators wird die benötigte Druckluftmenge deutlich reduziert. In dem zweistufigen Verfahren wird Roh-Stickstoff mit einer Reinheit 99,9 Prozent erzeugt, um dann mit Hilfe von Wasserstoff eine Reinheit von 99,999 – 99,9999 Prozent im zweiten Schritt zu erzeugen. So können größere Mengen hochreinen Stickstoffs mit einem deutlich reduzierten Druckluftbedarf (Druckluftfaktor ab 3,0) produziert werden, wobei bis zu 70 Prozent der Strommenge herkömmlicher PSA-Technologien eingespart werden.

N2-Abdeckung
Die N2-Abdeckung über dem Lötbad verhindert Oxidationen durch Sauerstoffkontakt. (Bild: Inmatec)

Darüber hinaus kann die Abwärme des Druckluftkompressors rückgewonnen werden, um die Energiebilanz der Eigenerzeugung zu verbessern. Über Wärme-Rück-Gewinnungstechniken (WRG) wird die Abwärme als Warmluft oder Warmwasser zum Heizen von Räumen und Prozessen genutzt. Durch die Nutzung der Abwärme werden i.d.R. fossile Brennstoffe substituiert und eingespart.

Rahmenbedingungen für nachhaltiges Handeln

Gesetzliche Richtlinien beflügeln den Wandel hin zu mehr Nachhaltigkeit. Unternehmen verfahren so zunehmend nach den ESG-Vorgaben der EU, die zu nachhaltigem Handeln in ökologischen (environmental), sozialen (social) und rechtlichen (governance) Bereichen auffordern. Das nationale Klimaschutzgesetz der Bundesregierung sieht vor, den Treibhausgasausstoß bis 2030 um 55 Prozent zu senken. Bis 2050 soll zudem eine Treibhausgasneutralität erreicht werden. Investitionen in ressourcensparende und umweltfreundliche Technologien zur Senkung des CO2-Fußabdrucks (Dekarbonisierung) industrieller Prozesse und zum Schutz des Klimas werden so zum wesentlichen Faktor für einen dauerhaften Unternehmenserfolg. Um diese Ziele zu erreichen, werden seitens der Regierungen europaweit ökonomische Anreize gesetzt. So unterstützt das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) Unternehmen mit der Förderung von Energieeffizienz und Prozesswärme aus Erneuerbaren Energien in der Wirtschaft (EEW). Basis hierfür ist die CO2-Einsparung, die durch eine Investition erreicht wird. Dafür wird die Energieverbrauch eines energiesparenden Systems im Vergleich zu einer „herkömmlichen“ Stickstofferzeugungsanlage betrachtet.

Wasserstoffkatalysator
Der Wasserstoffkatalysator befindet sich in einem Gehäuse und macht aus reinem Stickstoff hochreinen Stickstoff. So werden Druckluft und Energie in signifikantem Umfang eingespart und der CO2-Ausstoss drastisch reduziert. (Bild: Inmatec)

Ein Beispiel soll das Förder- und Energiesparpotential zeigen. Ein Elektronik-Unternehmen, das pro Stunde z.B. 100 m3 Stickstoff mit einer Reinheit von 5.0 produziert, verbraucht 527.200 KWh Strom pro Jahr (z.B. IMT PNC 9700 Stickstoffgenerator ohne NKat, Druckluftbedarf 659m3/h, 283tCO2/a). Mit einem Turnkey-System (IMT PN KomPact 100 inkl. NKat Wasserstoffkatalysator, Druckluftmenge 300m3/h, 129tCO2/a) werden hingegen lediglich 240.000 KWh Strom pro Jahr verbraucht. Die resultierende CO2-Einsparung beträgt pro Jahr 154 Tonnen und wird mit einmalig bis zu 107.800 Euro gefördert (je nach Unternehmensgröße 500 bis 700 Euro pro eingesparter Tonne CO2), die als nicht rückzahlbarer Zuschuss ausbezahlt werden. Das Unternehmen reduziert ferner seine laufenden Energiekosten um 55 Prozent und spart so dauerhaft 63.000 Euro pro Jahr. Durch den Einsatz einer zusätzlichen WRG-Technik kann zusätzlich eine Reduktion der Heizkosten erzielt werden. Diese Einsparungen betragen in diesem Falle weitere 18.400 Euro im Jahr, so dass in Summe eine jedes Jahr wirtschaftliche Kostenreduktion in Höhe von 81.400 Euro erzielt wird.

Dekarbonisierung von Industrieprozessen führt zu Kosteneinsparungen

Die Entwicklung eines zweistufigen Prozesses zur Erzeugung von hochreinem Stickstoff leistet einen erheblichen Beitrag zur Dekarbonisierung der Stickstoffbereitstellung in der Industrie. Wird die Abwärme aus der Druckluftproduktion zudem genutzt, so können Fördermittel im sechsstelligen Bereich eingeworben werden, was die Umstellung hin zu Produkten mit geringem CO2 Fußabdruck erleichtert.

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Der Autor

Markus Berninger
(Bild: Inmatec)

Markus Berninger, Marketing-Manager, Inmatec Gase Technologie, Herrschin

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