NL1008103C2

NL1008103C2 - Werkwijze voor het verbinden van een eerste object met een tweede object dat een deels open structuur vertoont.

Info

Publication number: NL1008103C2
Application number: NL1008103A
Authority: NL
Inventors: Meindert Willem Brieko
Original assignee: Stichting Energie
Priority date: 1998-01-23
Filing date: 1998-01-23
Publication date: 1999-07-26
Also published as: EP1049557A1; US6328199B1; EP1049557B1; US20020044821A1; AU2190099A; ES2207167T3; WO1999037434A1; AU739347B2; US6759629B2; JP2002500959A; DE69911166T2; ATE249302T1; DE69911166D1

Description

WERKWIJZE VOOR HET VERBINDEN VAN EEN EERSTE OBJECT MET EEN TWEEDE OBJECT DAT EEN DEELS OPEN STRUCTUUR VERTOONT

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het verbinden van een eerste object met een tweede object over een gemeenschappelijk contactoppervlak, waarbij het eerste object ter plaatse van het contactoppervlak een langs een 5 randzone van of via ten minste een opening in het tweede object toegankelijk gedeelte voor een aan te brengen verbindingsmiddel omvat.

Volgens de stand der techniek worden soldeerbare metalen objecten die met elkaar verbonden moeten worden veelal 10 gesoldeerd. Het soldeerproces vereist een goed metallisch contact tussen de te solderen objecten, die elk in zijn geheel op een voor solderen geschikte temperatuur, bijvoorbeeld 250 °C moeten worden gebracht. Dit vereiste resulteert in het bijzonder bij grote objecten of bij 15 objecten die volgens een continu proces in een bandoven worden gesoldeerd tot aanzienlijke energiekosten. Bij het solderen wordt een soldeermateriaal gebruikt dat bij de genoemde soldeertemperatuur een schadelijke damp afgeeft, met alle risico's of nadelige gevolgen voor gezondheid en milieu 20 vandien.

Een verder nadeel van de soldeertechniek is dat deze inherent beperkt is tot soldeerbare materialen, en ongeschikt is voor het verbinden van een metaal als bijvoorbeeld aluminium, dat vanwege zijn lage dichtheid en goede 25 thermische geleidbaarheid voor veel toepassingen een bijzonder geschikt metaal is.

Een volgend nadeel van de soldeertechniek is dat gesoldeerde verbindingen ten gevolge van het gebruik van soldeerflux onder bepaalde weersomstandigheden extreem 30 gevoelig zijn voor galvanische corrosie, zodat soldeerverbindingen onder bepaalde omstandigheden onvoldoende duurzaam zijn.

tOO c wJ

2

Het is een doel van de uitvinding een werkwijze te verschaffen voor het duurzaam verbinden van objecten, in het bijzonder metalen objecten, volgens welke het niet noodzakelijk is de objecten elk in zijn geheel te verwarmen 5 en waarbij geen schadelijke damp vrijkomt, en waarvan de toepassing niet beperkt is tot objecten van soldeerbare metalen.

Deze doelen worden bereikt, en andere voordelen worden behaald, met een werkwijze van de in de aanhef genoemde 10 soort, welke werkwijze overeenkomstig de uitvinding de stappen omvat van achtereenvolgens (i) het verschaffen van een eerste en een tweede object, (ii) het houden van het eerste object over een gemeenschappelijke oppervlak tegen het tweede object, 15 (iii) het smelten en verstuiven van deeltjes van een als verbindingsmiddel geschikt materiaal, en (iv) het langs de randzone respectievelijk via de ten minste ene opening deponeren van de materiaaldeeltjes in gesmolten toestand op het eerste object en op de randzone 20 respectievelijk de randen van genoemde opening, in een zodanige hoeveelheid dat de gedeponeerde materiaaldeeltjes in gestolde toestand een verbinding tussen het eerste en het tweede object vormen.

Het smelten en verstuiven van deeltjes is op zichzelf 25 bekend als thermisch spuiten. Thermisch spuiten is een techniek waarbij een laag van een materiaal, in het algemeen van een metaal, wordt aangebracht op een ondergrond door het materiaal te smelten en in fijne druppeltjes te verstuiven in de richting van het te bedekken object. Thermisch spuiten 30 wordt toegepast om materialen te voorzien van een coating, bijvoorbeeld op het oppervlak van die materialen slijtvast en/of corrosiebestendig te maken. Verrassenderwijs is nu gevonden dat de op zich bekende techniek van het thermisch spuiten niet alleen geschikt is om een enkel object te 35 coaten, maar dat deze eveneens geschikt is voor het verbinden van twee objecten.

De voordelen van het verbinden van objecten door middel

i U v 0 i U C

3 van thermisch spuiten t.o.v. solderen zijn talrijk.

Het is niet nodig beide objecten in hun geheel op een soldeertemperatuur te brengen, wat resulteert in een aanzienlijke besparing van energiekosten. Bovendien is bij 5 verbinden door middel van thermisch spuiten het effectieve contactoppervlak tussen de te verbinden objecten groter dan bij een overeenkomstige soldeerverbinding.

Verdere kostenbesparingen worden gerealiseerd doordat het voor een verbinding volgens de spuittechniek benodigde 10 verbindingsmateriaal aanmerkelijk goedkoper is dan het benodigde verbindingsmateriaal voor een vergelijkbare soldeerverbinding.

Een verder voordeel van de verbindingstechniek volgens de uitvinding is de afwezigheid van schadelijke dampen.

15 Een belangrijk voordeel is voorts de mogelijkheid om ook objecten van niet of moeilijk soldeerbare materialen, bijvoorbeeld aluminium, met elkaar te verbinden.

De volgens de uitgevonden werkwijze vervaardigde verbindingen zijn corrosiebestendig en duurzaam, en hebben 20 bij een geschikte materiaalkeuze zeer goede warmtegeleidende eigenschappen.

De werkwijzen voor het smelten en verstuiven van deeltjes die worden aangeduid onder de noemer thermisch spuiten kunnen worden onderscheiden in het verstuiven van reeds vloeibaar 25 materiaal uit een smeltkroes, het zogeheten draadspuiten waarbij een draad van het te verspuiten materiaal wordt gesmolten in een gas-zuurstofvlam, een elektrische vlamboog of een plasmatoorts en vervolgens met lucht of een ander gas wordt verstoven, en het zogeheten poederspuiten, waarbij het 30 te verspuiten materiaal in poedervorm aan de vlam, boog of toorts wordt toegevoerd en vervolgens wordt verstoven.

Naar de wijze van toevoer van de warmte die nodig is voor het smelten van het te verstuiven materiaal kunnen werkwijzen voor thermisch spuiten verder worden onderverdeeld in het 35 vlamspuiten met een gas-zuurstofvlam, het elektrisch vlamboogspuiten, het plasmaspuiten en overige werkwijzen voor thermisch spuiten.

1 ; 0 O r' Λ λ ' \J 'J ,3 4

In een voordelige uitvoeringsvorm omvat de werkwijze volgens de uitvinding in de derde stap (iii) het vlamboog- of plasma-spuiten.

In een andere voordelige werkwijze omvat de derde stap 5 (iii) het poeder- of draadspuiten.

Een als verbindingsmiddel geschikt materiaal is bijvoorbeeld een met een vlamspuitproces vernevelbaar materiaal.

Het als verbindingsmiddel geschikt materiaal 10 heeft bijvoorbeeld een smeltpunt of een bovengrens van een smelttraject bij een temperatuur beneden 2400 °C, bij voorkeur bij een temperatuur beneden 600 °C, bij meer voorkeur bij een temperatuur beneden 150 °C.

Gevonden is dat het bij een werkwijze volgens de 15 uitvinding als verbindingsmiddel geschikte materiaal ten minste een van de metalen aluminium, chroom, ijzer, nikkel, koper, zink, molybdeen, palladium, zilver, indium, tin, antimoon, lood of een legering van ten minste een van deze metalen bevat.

20 De uitvinding wordt op voordelige wijze toegepast wanneer het voor het verbindingsmiddel toegankelijke gedeelte van het eerste object poreus is, waarbij de poriën zodanige afmetingen vertonen dat het in de vierde stap (iv) gedeponeerde en gestolde materiaal een mechanische verbinding 25 vormt door verankering van dat materiaal in die poriën.

Het poreuze gedeelte hierbij wordt bijvoorbeeld verkregen door het vormen van een legeringslaag van een als verbindingsmiddel geschikt materiaal met een gedeelte van het eerste object.

30 In weer een voorbeeld wordt het poreuze gedeelte verkregen door het vormen van een coatinglaag van een als verbindingsmiddel geschikt materiaal op een gedeelte van het eerste object.

Weer een voordelige werkwijze heeft het kenmerk, dat de 35 tweede stap (ii) direct voorafgaand aan en synchroon met de j derde stap (iii) wordt uitgevoerd. Deze werkwijze is | bijvoorbeeld toepasbaar in een continu proces, waarbij het i U U 0 \ l J 3 5 eerste object door een aandrukrol op het eerste object direct voorafgaand aan de plaats waar de verbinding thermisch wordt opgespoten tegen het tweede object wordt gefixeerd.

De werkwijze volgens de uitvinding biedt in het bijzonder 5 voordelen bij het verbinden van een buisvormig object, bijvoorbeeld een vloeistofleidingbuis, met een gaasvormige draagstructuur, bijvoorbeeld een warmtegeleidend metaalgaas, over een gemeenschappelijk contactoppervlak, waarbij overeenkomstig de uitvinding in de vierde stap (iv) 10 metaaldeeltjes via de mazen in de gaasvormige drager worden gedeponeerd op het buisvormige object.

Aldus is het op eenvoudige en bijzonder goedkope wijze mogelijke een convectorelement te vervaardigen, dat bijvoorbeeld ten behoeve van ruimteverwarming kan worden 15 aangebracht in een systeemplafond. De investeringskosten voor een installatie voor het vervaardigen van een dergelijk convectorelement, waarbij de vloeistofleidingbuis door middel van thermisch spuiten overeenkomstig de uitvinding met de dragerstructuur wordt verbonden zijn aanmerkelijk lager dan 20 de kosten van een overeenkomstige installatie voor het solderen.

De proceskosten, dat wil zeggen de kosten van het verbindingsmateriaal en de kosten van gas en elektriciteit zijn bij verbinden door middel van thermisch spuiten 25 aanmerkelijk lager dan bij het maken van een overeenkomstige verbinding door middel van solderen, terwijl bij het thermisch spuiten geen milieubelastende dampen vrijkomen en de resulterende verbinding corrosiebestendig en daarom duurzaam is.

30 De uitvinding heeft voorts betrekking op een convectorelement, omvattend een warmtegeleidend metaalgaas en ten minste een daarmee verbonden vloeistofleidingbuis, die is verkregen met een werkwijze overeenkomstig de uitvinding.

De onderhavige uitvinding zal in het nu volgende worden 35 toegelicht met verwijzing naar de bijgevoegde tekeningen.

In de tekeningen tonen

Fig. la in opengebroken perspectivisch aanzicht een j ü 0 81 0 3 6 gedeelte van een convectorelement volgens de stand der techniek, afgeheeld in een positie waarbij de vloeistofleidingbuis zich aan de bovenzijde van het metaalgaas bevindt, 5 Fig. lb in perspectivisch aanzicht een detail van de onderzijde van het element van Fig. la,

Fig. 2a in opengebroken perspectivisch aanzicht een gedeelte van een volgens de uitgevonden werkwijze vervaardigd convectorelement, afgebeeld in een positie waarbij de 10 vloeistofleidingbuis zich aan de onderzijde van het metaalgaas bevindt, en

Fig. 2b in perspectivisch aanzicht een detail van het element van Fig. 2a, afgebeeld in overeenkomstige positie.

In de tekeningen worden overeenkomstige onderdelen 15 aangeduid met dezelfde verwijzingsgetallen.

Fig. la toont een gedeelte van een convectorelement 1, bijvoorbeeld bestemd voor montage in een plafond, waarbij koperen vloeistofleidingbuizen 3 volgens een bekende soldeertechniek tegen een koperen gaas 2 ("koper 20 strekmateriaal") is gesoldeerd. Voorafgaand aan het solderen zijn de buizen 3 met behulp van metaaldraadjes 4 tegen het kopergaas 2 gefixeerd.

Fig. lb toont een detail van Fig. la vanaf de onderzijde ter plaatse van een leidingbuis 3. Ter plaatse van het 25 contactoppervlak tussen het gaas 2 en de buizen 3 bevindt zich soldeermateriaal (niet zichtbaar in de figuur) in een zodanige hoeveelheid dat de mazen 5 in het gaas 2 over het gehele oppervlak van het gaas open zijn, en de leidingbuizen 3 over hun gehele lengte door het gaas 2 heen zichtbaar zijn. 30 Fig. 2a toont een gedeelte van een convectorelement 6, samengesteld uit kopergaas 2 waartegen met een verbindingwijze volgens de uitvinding leidingbuizen 3 zijn aangebracht, door verbindingsmateriaal door de mazen 5 in het gaas 2 heen ter plaatse van de buizen 3 volgens de richting 35 van de pijlen 7 thermisch op te spuiten. De figuur toont voorts hechtdraden 4, die zijn gebruikt om de buizen 3 voorafgaand en tijdens het thermisch spuiten tegen het gaas 4 ! - r\ r. ' . ° ! . * G : · 7 te fixeren. Anders dan bij het solderen is het bij thermisch spuiten in een continu-bewerking betrekkelijk eenvoudig de buizen op alternatieve wijze tegen het gaas te fixeren, bijvoorbeeld door toepassing van een aandrukrol direct 5 voorafgaand aan de plaats waar de verbinding thermisch wordt opgespoten.

Fig. 2b toont een detail van het element 6 van Fig. 2a ter plaatse van een leidingbuis 3, die op zich niet zichtbaar is, maar waarvan de plaats wordt gemarkeerd door een baan 8 10 van thermisch opgespoten verbindingsmateriaal, dat de mazen 5 ter plaatse van genoemde buis volledig vult.

' ' 1 }

Claims

1. Werkwijze voor het verbinden van een eerste object met een tweede object over een gemeenschappelijk contactoppervlak, waarbij het eerste object ter plaatse van het contactoppervlak een langs een randzone van of via ten ! 5 minste een opening in het tweede object toegankelijk gedeelte voor een aan te brengen verbindingsmiddel omvat, omvattend de stappen van achtereenvolgens (i) het verschaffen van een eerste en een tweede object, (ii) het houden van het eerste object over een 10 gemeenschappelijke oppervlak tegen het tweede object, (iii) het smelten en verstuiven van deeltjes van een als verbindingsmiddel geschikt materiaal, en (iv) het langs de randzone respectievelijk via de ten minste ene opening deponeren van de materiaaldeeltjes in 15 gesmolten toestand op het eerste object en op de randzone respectievelijk de randen van genoemde opening, in een zodanige hoeveelheid dat de gedeponeerde materiaaldeeltjes in gestolde toestand een verbinding tussen het eerste en het tweede object vormen.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de derde stap (iii) het vlamboog- of plama-spuiten omvat.

3. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de derde stap (iii) het poeder- of draadspuiten omvat.

4. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met 25 het kenmerk, dat het als verbindingsmiddel geschikt materiaal een smeltpunt of een bovengrens van een smelttraject heeft bij een temperatuur beneden 2400 °C.

5. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat het smeltpunt of de bovengrens van het smelttraject ligt bij 30 een temperatuur beneden 600 °C.

6. Werkwijze volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat het smeltpunt of de bovengrens van het smelttraject ligt bij een temperatuur beneden 150 °C.

: 7. Werkwijze volgens een der conclusies 1-3, met het ΐηο/>ι γ·ο ‘ - ·' ' * ' * -.J i ia kenmerk. dat het als verbindingsmiddel geschikt materiaal ten minste een van de metalen aluminium, chroom, ijzer, nikkel, koper, zink, molybdeen, palladium, zilver, indium, tin, antimoon, lood of een legering van ten minste een van deze 5 metalen bevat.

8. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het voor het verbindingsmiddel toegankelijke gedeelte van het eerste object poreus is, waarbij de poriën zodanige afmetingen vertonen dat het in de vierde stap (iv) 10 gedeponeerde en gestolde materiaal een mechanische verbinding vormt door ineengrijping van dat materiaal met die poriën.

9. Werkwijze volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat het poreuze gedeelte wordt verkregen door het vormen van een legeringslaag van een als verbindingsmiddel geschikt 15 materiaal met een gedeelte van het eerste object.

10. Werkwijze volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat het poreuze gedeelte wordt verkregen door het vormen van een coatinglaag van een als verbindingsmiddel geschikt materiaal op een gedeelte van het eerste object.

11. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de tweede stap (ii) direct voorafgaand aan en synchroon met de derde stap (iii) wordt uitgevoerd.

12. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies voor het verbinden van een buisvormig object, bijvoorbeeld een 25 vloeistofleidingbuis, met een gaasvormige dragerstructuur, bijvoorbeeld een warmtegeleidend metaalgaas, over een gemeenschappelijk contactoppervlak, met het kenmerk, dat in de vierde stap (iv) metaaldeeltjes via de mazen in de gaasvormige drager worden gedeponeerd op het buisvormige 30 object.

13. Convectorelement (6), omvattend een warmtegeleidend metaalgaas (2) en ten minste een daarmee verbonden vloeistofleidingbuis (3), met het kenmerk, dat de vloeistofleidingbuis (3) is verbonden met het metaalgaas (2) 35 volgens een werkwijze volgens een der conclusies 1-11. \! -''i - * J t \j C i