DE10153368A1 - Verfahren zum Verbinden von Metallteilen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden zweier Metallteile miteinander unter Verwendung eines Lotes, wobei zumindest eines der Metallteile ein Hohlkörper beispielsweise ein Rohr ist.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden zweier Metallteile miteinander unter Verwendung eines Lotes, wobei zumindest eines der Metallteile ein Hohlkörper beispielsweise ein Rohr ist.
• Lötverbindungen zum Verbinden zweier Metallteile sind hinlänglich bekannt, womit hier auf Taschenbuch für den Maschinenbau, Dubbel, 19. Auflage, Seite G24 verwiesen wird. Es sind hier insbesondere das Weich- und Hartlöten zu unterscheiden, wobei für das Weichlöten eine Temperatur ≤ 450°C und für das Hartlöten eine Temperatur von ≥ 450°C Anwendung findet.
• Es ist bekannt das Lot mit einem Lötkolben, Brenner, in einem Ofen, mittels eines elektrischen Widerstandes oder einem Schmelzbad zu erwärmen und zu verflüssigen und an die Stelle aufzubringen, die es ermöglicht, zwei Metallteile miteinander durch Erstarren des Lotes zu verbinden.
• Die bekannten Verfahren werden dazu verwendet, zum Beispiel elektrische Bauteile miteinander zu verbinden. Sie dienen auch dazu, metallische Teile, zum Beispiel bei einer Rohrverbindung, miteinander dicht zu verbinden. Sie dienen aber auch dazu, zwei Metallteile, ähnlich wie beim Schweißen, miteinander zu verbinden. Gerade aber eine großflächige Anwendung eines Lötverfahrens ist schwierig zu realisieren, da die notwendige Hitze zum Verflüssigen des Lotes an verschiedenen Stellen des Metallteiles gleichzeitig zur Verfügung stehen muß.
• Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, ein Verfahren, wie eingangs beschrieben, dahingehend zu verbessern, daß es möglich ist, mehrere Metallteile kostengünstig (insbesondere auch in einer Serienfertigung) miteinander zu verbinden.
• Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß das Lot indirekt mittels eines in dem Hohlkörper vorhandenen heißen Mediums verflüssigt wird.
• Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere dann von Vorteil, wenn zum Beispiel Rohrleitungen an einem Metallteil, zum Beispiel einer Trägerplatte usw., zu befestigen sind. Das Rohrleitungssystem bietet nämlich hierbei bereits ein abgeschlossenes System und es besteht nicht die Gefahr, daß sich der Bearbeiter an dem austretenden, sehr heißen Medium verbrüht oder sonst verletzt. Gleichzeitig wird die Wärme genau an der Stelle in das Metallteil eingeprägt, wo es benötigt wird. Eine unnötige Erwärmung nicht benötigter Flächen und Voluminas wird damit vermieden. Letztendlich dient dieses Verfahren auch dazu, eine Serienfertigung aufzubauen, das bedeutet, das Verfahren ist in einem kontinuierlichen Verfahren einsetzbar.
• Das erfindungsgemäße Verfahren ist aber auf den Einsatz zum Verbinden einer Rohrleitung mit einem anderen Metallteil nicht beschränkt. Selbstverständlich können im Sinne der Erfindung Rohrteile miteinander verbunden werden, wenn die Rohre parallel nebeneinander verlegt und verbunden werden solle, oder aber, wenn die Rohre stumpf ineinander an der Nahtstelle zu verbinden sind. In gleicher Weise ist das Verfahren auch einsetzbar, wenn flächige Hohlkörper mit einem Metallteil usw. zu verbinden sind. Die erfindungsgemäßen Vorteile stellen sich im Einsatz jeweils ein.
• Es gibt mehrere Möglichkeiten, in den Hohlkörper ein heißes Medium einzubringen. Zum einen, wenn der Hohlkörper ein hermetisch geschlossener Raum ist, kann das Medium bereits vor dem Verschließen des Hohlkörpers eingebracht sein und wird anschließend erwärmt. Oder der Hohlkörper weist offene Enden auf, wobei das heiße Medium hindurchgeleitet werden kann.
• Durch die Wahl der Temperatur des Mediums kann das Schmelzen des Lotes, zum Beispiel durch eine Prozeßsteuerung, genau dosiert werden. Auf diese Weise läßt sich vermeiden, daß das Metallteil, auf dem der Hohlkörper aufgelötet wird, sich durch allzu große Hitze verzieht oder andere Beschädigungen erleidet.
• Zum Erwärmen des Lotes kann die Flüssigkeit oder das Gas beispielsweise über Heizspiralen geleitet und anschließend durch Hohlkörper hindurchgeführt werden. Bei einem geschlossenen Hohlkörper ist dies hingegen schwieriger, da das Erhitzen des Mediums innerhalb des Hohlkörpers erfolgen muß. Hier hat es sich als vorteilhaft erwiesen, das Medium in dem Hohlkörper durch Induktion zu erhitzen. Auf diese Weise wird der Hohlkörper selbst indirekt durch das heiße Medium gleichmäßig erwärmt.
• Als Medium ist eine Flüssigkeit oder ein Gas vorgesehen, die eine Temperatur erreichen, die Lot schmelzen lassen. Es sei erwähnt, daß Weichlot bei einer Temperatur ≤ 450°C schmilzt, so daß das Medium eine Temperatur erreichen sollte, die etwas höher liegt als der Schmelzpunkt des Lotes.
• Von der Wärmeleitfähigkeit des Hohlkörpers selbst und der Art des verwendeten Lotes hängt die Höhe der Temperatur des Mediums ab. Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung, insbesondere bei Verwendung von Hohlkörpern mit offenen Enden, durch die das Medium hindurchgeleitet wird, können mehrere Hohlkörper hintereinander angeordnet sein, die mit dem gleichen Medium erwärmt werden.
• Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, mehrere Hohlkörper gleicher Art hintereinander anzuordnen, die mit gleichen oder unterschiedlichen Metallteilen verbunden werden. Insbesondere ist es vorgesehen, Hohlkörper, die als Rohre ausgebildet sind, auf ebenen Metallplatten beziehungsweise Folien aufzulöten, wobei diese Metallplatten beispielsweise als Absorberplatten für Solarkollektoren dienen.
• Das durch den ersten Hohlkörper hindurchgeleitete heiße Medium kann bei einem weiteren Ausführungsbeispiel zum Vorwärmen eines nachfolgenden Hohlkörpers verwendet werden. Dadurch wird eine effektivere Ausnutzung der Wärmeenergie erreicht. Gleichzeitig wird die Zeit, die zum Schmelzen des Lotes am zweiten Hohlkörper vorgesehen ist, verkürzt.
• Wie bereits erwähnt wurde, ist es vorgesehen, den Hohlkörper auf einer ebenen Platte aufzulöten. Nach einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel wird zuerst das Lot auf dem einen Metallteil aufgebracht und anschließend das andere Metallteil im Bereich des Lotes positioniert. Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel werden zunächst die beiden Metallteile zueinander ausgerichtet und positioniert und erst anschließend das Lot an oder zwischen die beiden Metallteilen gebracht.
• Insbesondere ist das Verfahren zur Herstellung von Solarkollektoren vorgesehen, bei denen ein Rohr auf eine insbesondere beschichtete Metallplatte oder Folie, die zur Aufnahme von beispielsweise Sonnenwärme vorgesehen ist, aufgelötet wird. Da die Metallplatte relativ dünn ist, besteht die Gefahr, daß, bei Verwendung allzu hoher Hitze zum Auflöten des Rohres, die Platte sich verzieht beziehungsweise andere Beschädigungen erleidet. Gerade dieses Merkmal soll durch die Verwendung eines heißen Mediums, das durch das Rohr hindurchgeleitet wird und zum Schmelzen des Lotes verwendet wird, vermieden werden.
• Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
• Fig. 1 eine Seitenansicht eines Solarkollektors, welcher nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist, und
• Fig. 2 eine Draufsicht auf zwei hintereinander angeordnete Solarkollektoren gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren.
• Der in Fig. 1 dargestellte Abschnitt eines Sonnenkollektors 1 besteht aus einer aus einem Metall bestehenden Absorberplatte 2, die auf einer Seite, auf der sonnenzugewandten Seite, mit einer wärmeaufnehmenden Schicht 3 (als erstes Metallteil) beschichtet ist. Auf der dieser Seite abgewandten Seite der. Absorberplatte ist ein Rohr 4 als Hohlkörper, wie in Fig. 2 zu erkennen ist, mäanderförmig angeordnet. Als weitere Alternative besteht die Möglichkeit das Rohr spiralförmig oder auf andere Weise auf der Absorberplatte 2 anzuordnen, so daß auf der Platte 2 ein möglichst langes Rohres aufzubringen ist.
• In Fig. 2 ist neben dem ersten Sonnenkollektor 1 ein weiterer Sonnenkollektor 1' angeschlossen, wobei die Rohre 4, 4' miteinander verbunden sind. Auf diese Weise lassen sich, je nach Bedarf, mehrere Sonnenkollektoren miteinander sequentiell verbinden.
• Um nun eine möglichst große, wärmeleitende Oberfläche zwischen Absorberplatte 2 und Rohr 4 zu erreichen ist vorgesehen, zwischen Absorberplatte 2 und Rohr 4 über die gesamte Länge des Rohres 4 Lot 5 aufzubringen, das beide Teile 2, 4 miteinander verbindet. Gleichzeitig wird durch eine großflächige Lotverbindung die mechanische Verbindung zwischen den beiden Metallteilen verbessert. Um nun dieses Lot 5 zu verflüssigen, ist nach der Erfindung vorgesehen, durch das Rohr 4 ein heißes, gasförmiges oder flüssiges Medium 6 hindurchzuleiten, dessen Temperatur höher liegt, als die Temperatur die notwendig ist, um das Lot 5 zu schmelzen. Auf diese Weise kann die Temperatur, die zum Schmelzen des Lotes 5 notwendig ist exakt dosiert werden und es wird vorteilhafterweise vermieden, daß die Absorberplatte 2 selbst zu hohen Temperaturen ausgesetzt wird, die ein Verziehen und eine weitere Beschädigung der Platte 2 bewirken könnte.
• Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das heiße Medium 6 nur durch das Rohr 4 einer Absorberplatte 2 hindurchgeleitet und dieser Solarkollektor 1 fertiggestellt. Nach einer weiteren Ausführung wird das Medium 6 durch mehrere, hintereinander angeordnete Rohre 4, 4' hindurchgeleitet, wobei das heiße Medium 6 hier nur zum Schmelzen des Lotes 5 der ersten Absorberplatte 2 Verwendung findet und den zweiten oder jeden weiteren Solarkollektor 1' vorwärmt. Nach Entfernen des ersten Solarkollektors wird neu erwärmtes, heißes Medium 6 durch den zweiten Solarkollektor 1' hindurchgeleitet und diese Wärme für das Schmelzen des Lotes 5 verwendet, wobei die Restwärme für das Vorwärmen weiterer Solarkollektoren wiederum eingesetzt wird. Auf diese Weise wird die Wärme des heißen Mediums 6 optimal ausgenutzt und das Herstellungsverfahren von Solarkollektoren (oder auch von anderen Metallteilen mit Hohlkörpern) wesentlich beschleunigt.
• In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Hohlkörper 4,4' eingangsseitig und/oder endseitig Absperrventile aufweisen. Auch hier ist es möglich, daß der erste Hohlkörper 4 von einem zweiten Hohlkörper 4' bezüglich des Medienflusses abtrennbar ist. Hierbei ist zu beachten, daß zum einen das heiße Medium eine Gefahrenquelle darstellt. Durch das Vorsehen von entsprechenden Absperrventilen wird die Gefahr eines Entweichens des heißen Mediums gebannt.
• Gleichzeitig wird das heiße Medium, dessen Erzeugung Energie kostet, möglichst isoliert gehalten, um den Wirkungsgrad der gesamten Anordnung möglichst hoch zu halten. Durch die Verwendung entsprechender Absperrventile ist auch eine koninuierliche Prozeßführung möglich, da Metallteile mit abgeschlossener Bearbeitung bezüglich der Lotverbindung durch das Schließen der Absperrventile von einer Kette mehrerer hintereinander angeordneter Hohlkörper abgenommen werden können und dann sicher zum Abkühlen abtransportiert werden können.
• In gleicher Weise kann über das Absperrventil die Reihe von Hohlkörpern mit dem heißen Medium sicher versorgt werden.
• Das Einbringen des Lotes 5 zwischen Absorberplatte 2 und Rohr 4 kann nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung dadurch erfolgen, daß zuerst das Rohr 4 gegenüber der Absorberplatte 2 ausgerichtet und positioniert wird und anschließend beidseits des Rohres in den Spalten zwischen Absorberplatte 2 und Rohr 4 festes Lot 5 eingebracht wird. Anschließend wird das heiße Medium durch das Rohr hindurchgeleitet und das Lot zum Schmelzen gebracht.
• Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird zuerst auf die Absorberplatte 2 an die Stelle, auf der das Rohr 4 zu liegen kommt, Lot 5 aufgebracht. Das Rohr 4 wird darüber angeordnet und unter Einwirkung des heißen Mediums 6, welches durch das Rohr 4 hindurchgeleitet wird, wird das Lot 5 geschmolzen.
• Die jetzt mit der Anmeldung und später eingereichten Ansprüche sind Versuche zur Formulierung ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Schutzes.
• Die in den abhängigen Ansprüchen angeführten Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin. Jedoch sind diese nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen.
• Merkmale, die bislang nur in der Beschreibung offenbart wurden, können im Laufe des Verfahrens als von erfindungswesentlicher Bedeutung, zum Beispiel zur Abgrenzung vom Stand der Technik, beansprucht werden.

Claims (13)

1. Verfahren zum Verbinden zweier Metallteile miteinander unter Verwendung eines Lotes, wobei zumindest eines der Metallteile ein Hohlkörper, beispielsweise ein Rohr, ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Lot indirekt mittels eines in dem Hohlkörper vorhandenen heißen Mediums verflüssigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das heiße Medium durch den Hohlkörper hindurchgeleitet wird.

3. Verfahren nach einem oder beiden der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Medium eine Flüssigkeit oder ein Gas Verwendung findet.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium in dem Hohlkörper durch Induktion erhitzt wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Mediums höher liegt als die Schmelztemperatur des verwendeten Lotes.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wahl der Temperatur des Mediums abhängig ist von der Art des Metalls der zu verbindenden Teile und vor der Art des verwendeten Lotes.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere der Hohlkörper hintereinander angeordnet sind, die mit gleichen oder unterschiedlichen Metallteilen verbunden werden.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium, das durch einen ersten Hohlkörper hindurchgeleitet und zum Schmelzen des Lotes, das zum Verbinden dieses ersten Hohlkörpers mit einem ersten Metallteil vorgesehen ist, verwendet wird, zum Vorwärmen des nachfolgenden Hohlkörpers und des daran vorgesehenen Lotes dient.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkörper eingangs- und endseitig Absperrventile aufweisen, durch die es möglich ist, einen ersten Hohlkörper von einem zweiten Hohlkörper bezüglich des Flusses des warmen oder heißen Mediums zu trennen, beziehungsweise zu verbinden.

10. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper auf einer ebenen Platte aufgelötet wird.

11. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Lot zuerst auf dem einen Metallteil aufgebracht und anschließend das andere Metallteil in den Bereich des Lotes positioniert wird.

12. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die beiden Metallteile zueinander ausgerichtet und positioniert werden und anschließend das Lot zwischen den beiden Metallteilen eingebracht wird.

13. Verfahren zur Herstellung eines Solarkollektors, bestehend aus einer insbesondere beschichteten Metallplatte oder Metallfolie zur Aufnahme von beispielsweise Sonnenwärme, auf die ein Rohr aufgelötet wird, gekennzeichnet durch ein Verfahren zum Verbinden zweier Metallteile nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche.