DE2254769A1 - Ofen zum flussmittellosen loeten von aluminiumwerkstoffen unter schutzgas - Google Patents
Ofen zum flussmittellosen loeten von aluminiumwerkstoffen unter schutzgasInfo
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Description
YEREIlTIGTE AiUMHTEUM-WEBEE
AKTIENGESELLSCHAFT
BONN
AKTIENGESELLSCHAFT
BONN
Ofen zum flußmittellosen Löten von Aluminiumwerkstoffen
unter Schutzgas
Die Erfindung betrifft einen Ofen zum flußmittellosen Löten von
Aluminiumwerkstoffen unter Schutzgas.
Zum Ofenlöten von Aluminiumwerkstoffen unter Verwendung von Flußmitteln
sind bereits Luftumwälzöfen vorgeschlagen worden, bei deren Konstruktionen weitgehend keramische Materialien zu verwenden sind,
da andere Werkstoffe durch die Flußmittel zu stark angegriffen werden wurden. Zwar ist es auch bekannt, für das Löten im Hochvakuum von
keramischen Materialien abzusehen und für die Konstruktion des Ofens
metallische Werkstoffe zu benutzen, jedoch läßt sich ein derartiger Ofen nicht zum flußmittellosen Löten unter Schutzgas verwenden.
Bei diesen Öfen, die durch Strahlung beheizt werden müssen, wird die Außenhaut als wassergekühlte Doppelwand ausgebildet, vor
der dann die Strahlungsschilde liegen. Dieses Prinzip ist für
einen Schutzgasofen ungeeignet, da hierdurch der Wärmeträger (Schutzgas)
seine Wärme vorwiegend an die wassergekühlte Wand, abgeben würde.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ofen zu schaffen, in dem Teile aus Aluminiumwerkstoffen ohne Verwendung von Flußmitteln
unter Schutzgas gelötet werden können. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß innerhalb des Ofens eine wärmeisolierte
metallische gasdichte Muffel, insbesondere aus Stahl, vorgesehen ist, der eingangsseitig eine Vakuum- oder eine Schutzgasschleuse vorgeschaltet
ist, während sich ausgangsseitig- ebenfalls eine metallische
derartige Schleuse befindet. Dabei sind sowohl die Metallmuffel sowie die metallische Ausgangsschleuse mit Eücksicht -auf den
thermischen Ausdehnungskoeffizienten beweglich/beispielsweise auf
Rollen gelagert. ·
Von besonderm Vorteil ist es bei dem erfindungsgemäßen Ofen, daß
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von der Verwendung keramischer Werkstoffe für den inneren Teil des
Ofens abgesehen werden kann, da bei diesen infolge zu großer Adsorptionsmöglichkeiten für Sauerstoff und Feuchtigkeit die Gefahr
besteht, daß die Ofenatmosphäre in unzulässigem Maße verunreinigt wird. Soweit Isolationsmaterial verwendet wird, besteht
keine Verbindung zwischen diesem und dem Inneren der metallischen Muffel. Es können daher keine an der Isolation haftenden gasförmigen
Verunreinigungen in die Muffel gelangen. So scheiden alle keramischen Werkstoffe wie beispielsweise auch Asbest und Mineralwolle
als BaUtOiIexfür Packungen und Dichtungen beispielsweise,
im Inneren der Muffel.vollständig aus.
Da sich gezeigt hat, daß auch öle und Fette und deren dampfförmige
Produkte und auch Gummiabrieb beispielsweise von Simmeringen sich nachteilig auf den Lötprozeß beim flußmittellosen Löten unter
Schutzgas auswirken, werden vorteilhaft sämtliche Durchführungen für Lüfterräder und Antriebswellen metallisch ohne zusätzliche
Schmierung und Dichtung mit Schutzgas spülung im vorhandenen Spalt ausgeführt, oder der Antrieb für Lüfterräder und Wellen kann über
eine magnetische Kupplung, die eine Übertragung mechanischer Bewegungen durch feste Wände hindurch ermöglicht, erfolgen. Nichtangetriebene
Wellen bzw. Wellenenden werden gekapselt ausgebildet. Dichtungen, wie beispielsweise solche zwischen Schleuse und Ofenraum
oder Außenatmosphäre können zweckmäßig bei hinreichender Kühlung aus Silikongummi ausgeführt werden. Dichtungen ruhender
Teile werden vorteilhaft metallisch ausgeführt.
Leitungen oder Schläuche für die Zuführung des Schutzgases zum Ofen aus Gummi und Kunststoffen wie z.B. PVC sind nicht geeignet,
da hierbei die Gefahr besteht, daß das Schutzgas durch eindiffundierenden
Sauerstoff verunreinigt wird. Statt dessen haben sich metallische Zuleitungen aus z.B. Kupfer als zweckmäßig erwiesen,
wobei die Rohre untereinander gasdicht, vorteilhaft durch Löten oder Schweißen zu verbinden sind.
Auf diese Weise wird ein Ofen geschaffen, der für ein störungsloses
flußmittelfreies Löten von Aluminiumwerkstoffen geeignet ist. In diesem Ofen kann man eine Schutzgasatmosphäre mit hinreichend geringem
Sauerstoffgehalt und einem ausreichend niedrigen Taupunkt
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aufrecht erhalten, wodurch eine Zunahme der Oxidschichtdicke "bzw.
eine Oxidation des Lotes an der Verbindungsstelle während des Lötprozesses vermieden werden kann. Aus wirtschaftlichen Gründen
bietet sich-als Schutzgas flüssiger, nachgereinigter Stickstoff
an, der handelsüblicherweise schon =■ 5 ppm Op und einen Taupunkt
= -60 0O aufweist. Auch andere Schutzgase entsprechender Reinheit
wie beispielsweise Argon sind geeignet.
Um den Eintrag von adsorbierter Luft und Feuchtigkeit durch die
zu lötenden Bauteile selbst in den Ofen, der die Ofenatmosphäre ebenfalls in unzulässiger Weise verunreinigen kann, zu vermeiden,
hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Vakuum- bzw. Schutzgasschleuse be&eizbar auszugestalten, so daß das Lötgut in dieser
Schleuse auf mindestens 100 0O vorgewärmt werden kann«
Überraschenderweise hat sich ferner gezeigt, daß es für das Löten ohne Flußmittel unter Schutzgas unabhängig von der oben aufgezeigten Ofenkonstruktion ohne Nachteil ist, wenn die zu lötenden Teile
vor Eintritt in die Eingangsschleuse in einem vorgeschalteten
z.B. elektrisch beheizten Luftofen bis auf maximal 500 0G vorgewärmt
werden. Bei dieser Verfahrensweise ist eine Beheizung der Eingangsschleusenkammer nicht unbedingt erforderlich. Außerdem wird hierdurch
die-notwendige Aufenthaltszext des Lotgutes im Schutzgas und
damit die erforderliche Länge der gasdichten Muffel verringert.
Das Aufheizen des Schutzgases kann zweckmäßigerweise elektrisch
erfolgen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, eine Gasstrahlrohrheizung zu verwenden. Weiterhin ist es vorteilhaft, das aufgeheizte
Schutzgas mit Ventilatoren umzuwälzen, um so ein gleichmäßiges Temperaturfeld im Ofenraum zu erreichen und bei größeren
Bauteilen eine bessere und gleichmäßigere Durchwärmung zu ermöglichen.
·■
Eine direkte Messung der Temperatur am Bauteil selbst ist vorteilhaft
mit einer Temperaturmeßeinrichtung möglich, wie sie in unserer
Patentanmeldung P 22 06 721·6 beschrieben ist. Diese Vorrichtung
zur thermoelektrisehen Temperaturmessung an einem oder mehreren in
einem Ofen bewegbaren oder sich bewegenden Gegenständen ist dadurch
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gekennzeichnet, daß in einen z.B. durch Schleusen geschlossenen Ofen eine beliebige Anzahl, die sich nach der Zahl der zu bestimmenden
Temperaturmeßstellen an einem oder mehreren Teilen richtet, von Thermomaterialien in Form von Draht, Stäben oder
Schienen in der Zone des Ofens, in der die Temperatur gemessen werden soll, in Richtung des bewegten Teiles gespannt bzw. angeordnet
sind, wobei dieses Thermomaterial sowohl gegen das Ofengehäuse als auch gegeneinander isoliert angebracht und entweder der
positive oder der negative Schenkel nur einmal vorgesehen ist, während der Schenkel mit dem anderen Potential in der Anzahl verlegt
ist, die der Anzahl der Temperaturmeßstellen entspricht, und zum Abgriff der Thermospannung ein Ende des verlegten Thermomaterials
aus dem Ofen isoliert herausgeführt und ggfs. über Ausgleichsleitungen einer nach dem Kompensationsprinzip arbeitenden Temperaturmeßbzw,
-registriereinrichtung zugeführt ist, während die Messung der Temperatur am bewegten oder bewegbaren Teil im geschlossenen
Ofen derart erfolgt, daß aus dem jeweils gewählten Thermomaterial die entsprechende Anzahl von Thermoelementpaaren entsprechend dem
im Ofen fest verlegten Thermomaterial, das nur einmal vorgesehen wird, zusammengefaßt und die übrigen Schenkel - ebenso wie die Verbindung
der anderen Schenkel - einzeln und gegeneinander isoliert mit Spannungsüberträgern verbunden werden, die aus dem gleichen
Thermomaterial wie der jeweilige Schenkel bestehen. Die Verwendung einer solchen Methode ist insbesondere zur Erzielung
einer bei Serienfertigung angestrebten geringen Ausschußquote von Vorteil. Dies trifft besonders auch bei wechselnder Größe
und/oder Konstruktion der Bauteile zu. Diese Einrichtung bietet sich weiterhin zur Steuerung der Durchlaufgeschwindigkeit an.
Eine dieser Möglichkeiten besteht darin, daß die am Ende der Vorheizzone erreichte und gemessene Temperatur dazu benutzt wird,
beim Abweichen vom Sollwert die Durchlaufgeschwindigkeit des Gutes entweder zu beschleunigen oder zu verringern bzw. dieses still
zu setzen.
Mit Hilfe dieses Steiierungsprinzips kann die Ofenlänge auf Stückzahl
und Konstruktion der zu lötenden Teile sehr genau abgestimmt werden. Insbesondere bei kleinen Stückzahlen ist eine sehr kurze
Bauart mit nur einer Temperaturzone denkbar, bei der das vorgewärmte Lötgut innerhalb dieser mit Schutzgas beaufschlagten Zone
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in Ruhestillung gelötet wird. Das Vorwärmen, Ein- und Ausschleusen
und gegebenenfalls ein beschleunigtes Abkühlen würde der schon
■vorher beschriebenen Arbeitsweise entsprechen.
Bei der Verwendung aushärtbarer Legierungen als Kernwerkstoffe ist
es vorteilhaft, das Aufheizen auf Löttemperatur gleichzeitig als Lösunsglühen auszunutzen, d.h.. die Bauteile relativ kurzfristig nach
dem Löten beschleunigt abzukühlen. Um ein Verwerfen der gelöteten
Teile infolge zu hoher Abschreckspannungen zu vermeiden, sollte auf ein Abschrecken in Wasser verzichtet und ein Abblasen mit Gas
angewendet werden. Dabei ist es von wirtschaftlichem Vorteil, das beschleunigte Abkühlen erst nach dem Ausschleusen des Gutes vorzur
nehmen, da dann die Bauteile mit Luft abgeblasen werden können.
Alternativ kann das Abblasen auch innerhalb der Ausgangsschleuse erfolgen, wobei dann allerdings Stickstoff verwendet werden sollte,
weil sonst eine zu starke-:Verunreinigung durch feuchtigkeit und
eventuelle ölnebel bei Verwendung von Preßluft erfolgen könnte, die ein längeres Abpumpen und auch Reinigen der Schleusenkammer
erfordern würde.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten
Zeichnungen. · "
Es zeigen
Figur 1 einen senkrechten Längsschnitt durch den erfindungsgemäßen
Ofen.
Figur 2 einen Querschnitt nach der Linie A - A der Figur 1."
Figur 3 einen Querschnitt nach der Linie B - B der Figur 1.
Aus Figur 1 ist zunächst ersichtlich, daß die zu lötenden !Teile auf einem Chargiertisch 1 über Rollen 2 in die Vorwärmkammer 3
geführt werden. In dieser ist ein durch einen Motor 4a angetriebener
Lüfter 4- angeordnet (vergl. Figur 3), der dazu dient, die durch
die elektrischen Heizelemente 5 (siehe Figur 3) erhitzte Luft gleichmäßig in der Kammer 3 umzuwälzen. Die'zu lötenden Teile gelangen
von den Rollen 2 auf ein Transportband 6, das sie der
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Schleuse 7 zuführt. Zum öffnen und Schließen der Schleuse dienen
die Tore 8 und 9, die über Motore 1.0 und 11 aowie mit diesen gekuppelte
Drahtseile 12, 13 heb- und senkbar sind. Innerhalb der Kammer 7 ist der Rollengang 14- angeordnet. Über diesen werden die
zu lötenden Teile der gasdichten Metall-, insbesondere Stahlmuffel 15 zugebracht, die auf Rollen 16 längs verschiebbar ist.
Solche Rollen 16 dienen im übrigen auch zur Verschiebbarkeit der Ausgangsschleuse 17 und einer Abkühlstrecke 18.
Innerhalb der Muffel 15 sind die Transportbänder 19 und 20 vorgesehen, wobei die zu lötenden Gegenstände auf dem.Band 19 bis kurz
unterhalb der Löttemperatur vorgewärmt werden, während sich der eigentliche Lötvorgang auf dem Band 20 abspielt. Mit 21 dnd Lüfter
bezeichnet, die durch nur einmal dargestellte Motore 21a betrieben werden (vergleiche auch Figur 2). Aus Figur 2 ist auch ersichtlich,
daß in die Muffel 15 gasdicht Heizelemente 22 eingeführt sind, . durch die das innerhalb der Muffel 15 befindliche Schutzgas erhitzt
und durch die Lüfter 21 umgewälzt wird. Durch die Temperaturmeßschiene 23 wird die Temperatur der zu lötenden Gegenstände abgefragt
und danach die Geschwindigkeit des Bandes 19 gesteuert, während die weitere Meßschiene 24- den Lötprozeß überwacht. Am
Ende der Muffel 15 sind Schleusentore 25, 32 vorgesehen, die über
Seile 26 bzw. 32a durch die Motore 27 bzw. 33 heb- und senkbar sind.
Die gelöteten Gegenstände gelangen durch Tor 25 in die Schleuse
In dieser ist ebenso wie in der Schleuse 7 ein Stutzen 28 bzw. 28'
vorgesehen, durch die die Schleusen 7 bzw. 17 evakuiert werden können«
Der Zuführung des Schutzgases in die Schleusen 7 bzw. 17 dienen die
Zuführungsleitungen 29 bzw. 29', die über Ventile 30 bzw. 30' geöffnet
bzw. geschlossen werden können. In Schleuse 17 werden die gelöte-*
ten Gegenstände durch Rollen 31 transportiert und gelangen über ein Schleusentor 32, das über ein Seil 32a durch den Motor 33 gehoben
und gesenkt werden kann, in die Abkühlzöne 18, die sie auf dem
Transportband 34- durchlaufen. Wenn beabsichtigt ist, die Teile in
dieser Strecke beispielsweise durch Anblasen mit Luft abzuschrecken, so werden die Ventilatoren 35 eingeschaltet. Über den Rollengang
gelangen die gelöteten Teile zur Entnahme. Der Durchgang des Lötgutes durch den Ofen wird u.a. durch die Lichtschranken 37 gesteuert.
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Claims (8)
1) Ofen zum fraßmittellosen Löten von Aluminiumwerkstoffen unter
Schutzgas, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Ofens eine xirärmeisolierte metallische gasdichte Muffel (15) ι insbesondere
• aus Stahl, vorgesehen ist, der eiggangsseitig eine Vakuum- oder
eine Schutzgasschleuse (7) vorgeschaltet ist, während sich ausgansseitig
ebenfalls eine metallische derartige Schleuse (17) befindet.
2) Ofen nach Anspruch 1, dadurch'gekennzeichnet, daß sowohl die Metallmuffel
(15) sowie die- metallische Ausgangsschleuse (1?) beweglich,
beispielsweise auf Rollen (14, 16, 31), gelagert ist.
3) Ofen nach Anspruch 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß sein innerer
Teil frei von keramischen Werkstoffen konstruiert ist.
4) Ofen nach Anspruch 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche
Durchführungen für Lüfterräder und Antriebswellen metallisch ohne zusätzliche Schmierung und Dichtung mit' Schutzgasspülung im vor-
■ handenen Spalt ausgeführt sind, oder der Antrieb für Lüfterräder
und Wellen "· . über eine magnetische Kupplung, die eine Übertragung mechanischer Bewegungen durch feste Wände hindurch ermöglicht
, erfolgt.
5) Ofen nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß nichtangetriebene
Wellen bzw. Wellenenden gekapselt ausgebildet sind.
6) Ofen nach Anspruch 1 - 5i dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen
oder Schläuche für die Zuführung des Schutzgases aus Metall bestehen, wobei die Rohre untereinander gasdicht vorteilhaft durch
Löten oder Schweißen verbunden sind.
7) Ofen nach Anspruch 1- 6, dadurch gekennzeichnet, daß die "Vakuumbzw.
Schutzgasschleuse (7) beheizbar sind.
8) Verfahren zum Löten von Aluminiumwerkstoffen unter Schutzgas, insbesondere
in einsmOfen nach den Ansprüchen 1 - 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die_ zu lötenden Teile vor Eintritt in die Eingangsschleuse in einem vorgeschalteten bzw. elektrisch beheizten Luftofen
bis auf maximal 500 °G vorgewärmt werden.
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BAD ORIGINAL
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