DE10043653A1

DE10043653A1 - Anlage und Verfahren zur Entfernung von Flussmittelresten an einem gelöteten, metallischen Werkstück

Info

Publication number: DE10043653A1
Application number: DE2000143653
Authority: DE
Inventors: Klaus Schubert; Sven Nieszeri
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2000-09-05
Filing date: 2000-09-05
Publication date: 2002-03-14

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anlage und ein Verfahren zur Entfernung von Flussmittelresten an einem gelöteten, metallischen Werkstück, bei der DOLLAR A (a) eine Werkstückaufnahme zur lösbaren Arretierung des Werkstücks sowie Hebe-, Senk- und Transportmittel für die Werkstückaufnahme samt Werkstück vorhanden sind, die eine kontinuierliche Behandlung des Werkstücks in der Anlage (10) erlauben; DOLLAR A (b) eine Behandlungszone (12) mit einem ersten Wirkmedium vorgesehen ist, wobei das erste Wirkmedium verdünnte Natronlauge im pH-Bereich von 0,8 bis 10,5, insbesondere mit pH = 9,5, ist; DOLLAR A (c) eine erste Spüleinrichtung zum Abspülen des ersten Wirkmediums mit Wasser vorhanden ist; DOLLAR A (d) eine Behandlungszone (24) mit einem zweiten Wirkmedium vorgesehen ist, wobei das zweite Wirkmedium eine 5- bis 15%ige, insbesondere 10%ige, Salpetersäure ist; DOLLAR A (e) eine zweite Spülvorrichtung zum Abspülen des zweiten Wirkmediums mit Wasser vorhanden ist und DOLLAR A (f) eine Trocken- und Abkühlvorrichtung (42) vorgesehen ist. DOLLAR A Die Erfindung betrifft weiterhin eine Verwendung des Verfahrens und der Anlage für gelötete Kühler oder Kapselkühler aus Aluminium.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Entfernung von Flussmittelresten an einem gelöteten, metallischen Werkstück, ein Verfahren zur Durchführung eines solchen Reinigungsprozesses sowie eine Verwendung des Verfahrens und der Anlage für gelötete Kühler oder Kapselkühler aus Aluminium.

Zur Herstellung einer nicht lösbaren Verbindung von zwei oder mehr Werkstücken aus gleichen oder verschiedenen metallischen Werkstoffen sind Löttechniken entwickelt worden, bei denen die Verbindung unter Verwendung eines schmelzenden Zusatzmaterials (Lot) erstellt wird. Eine Schmelztemperatur des Zusatzmaterials liegt unterhalb der Schmelztemperaturen der zu verbindenden Werkstücke. Die Verbindung entsteht durch feste Benetzung des Lotes an den Fügeflächen, ohne dass die zu verbindenden Werkstoffe geschmolzen werden.

Eine Einteilung der Lötverfahren kann in Abhängigkeit von einer Arbeitstemperatur während des Lötens erfolgen. Unter der Arbeitstemperatur ist die niedrigste Oberflächentemperatur des Werkstücks an der Fügestelle, bei der sich das Lot benetzen, ausbreiten und am Werkstück binden kann, gemeint. Es kann unterschieden werden zwischen sogenannten Weichlötungen mit Loten unter 450°C Schmelztemperatur (zum Beispiel Lötzinn) und Hartlötungen, bei denen die Schmelztemperatur bei über 450°C liegt (zum Beispiel Kupfer/Zink-Loten, Aluminium- Basis-Lote, silberhaltige Lote). Häufig wird dem Lot zusätzlich ein Flussmittel (nichtmetallische Stoffe) zugesetzt. Das Flussmittel soll nach entsprechender Reinigung der Lötflächen vorhandene Oberflächenfilme (Oxid) beseitigen sowie ihre Neubildung verhindern, damit das Lot die Fügefläche benetzen kann. Darüber hinaus soll eine Schmelzpunkterniedrigung durch Zugabe des Flussmittels erreicht werden. Bekannte Flussmittel sind beispielsweise Fluoride, wie Natriumfluorid und Natriumfluoraluminat, sowie Chloride, wie Natriumchlorid NaCl und Calciumchlorid CaCl.

Nach dem Verbinden der Werkstücke mittels Löttechnik ist es häufig notwendig, diese einer zusätzlichen Reinigungsstufe zu unterwerfen, um Flussmittelreste zu entfernen. Dazu wurden manuelle Verfahren entwickelt, bei denen das Werkstück zunächst in ein basisches Tauchmedium (zum Beispiel Natriumhydroxidlösung) und anschließend in ein Säurebad (zum Beispiel verdünnte Salpetersäure) getaucht wird. Die Tauchmedien werden in zusätzlichen Arbeitsschritten mit Wasser abgespült. Der hohe Arbeitsaufwand führt dabei zu hohen Verfahrenskosten. Darüber hinaus sind die Kosten für eine Badpflege der Tauchbäder in derartigen Batch-Verfahren hoch, da zum einen die Entsorgung der Tauchmedien aufwendig und kostspielig ist und zum anderen in dieser Zeit keine Reinigung von Werkstücken durchgeführt werden kann (Totzeit).

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Anlage und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit denen eine automatisierte Reinigung gelöteter, metallischer Werkstücke durchgeführt werden kann. Daneben soll durch eine Optimierung der Badpflege eine Reinigung der Wirkmedien verbessert und die Totzeit reduziert werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Anlage zur Entfernung von Flussmittelresten an einem gelöteten, metallischen Werkstück mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen sowie einem entsprechenden Verfahren mit den im Anspruch 7 genannten Merkmalen gelöst. Die Anlage sieht vor, dass

a) eine Werkstückaufnahme zur lösbaren Arretierung des Werkstücks sowie Hebe-, Senk- und Transportmittel für die Werkstückaufnahme samt Werkstück vorhanden ist, die eine kontinuierliche Behandlung des Werkstücks in der Anlage erlaubt;
b) eine Behandlungszone mit einem Wirkmedium vorgesehen ist, wobei das erste Wirkmedium verdünnte Natronlauge im pH-Bereich von 8,0 bis 10,5, insbesondere mit pH = 9,5, ist;
c) eine erste Spüleinrichtung zum Abspülen des ersten Wirkmediums mit Wasser vorhanden ist;
d) eine Behandlungszone mit einem zweiten Wirkmedium vorgesehen ist, wobei das zweite Wirkmedium eine 5- bis 15%ige, insbesondere 10%ige Salpetersäure ist;
e) eine zweite Spüleinrichtung zum Abspülen des zweiten Wirkmediums mit Wasser vorhanden ist und
f) eine Abkühl- und Trockenvorrichtung vorgesehen ist.

Durch eine solche Ausgestaltung der Anlage ist es möglich, die Reinigung des Werkstücks zu automatisieren. Gemäß dem Verfahren wird das Werkstück in Durchlaufrichtung

a) in eine Werkstückaufnahme eingelegt und dort lösbar festgelegt;
b) in eine erste Behandlungszone eingebracht und im ersten Behandlungsschritt außen und innen mit Druck abgespritzt beziehungsweise durchgespült, wobei als erstes Wirkmedium verdünnte Natronlauge im pH-Bereich von 8,0 bis 10,5, insbesondere mit pH = 9,5, verwendet wird (erste Wirkphase);
c) der ersten Behandlungszone entnommen und mit Wasser in einer ersten Spüleinrichtung innen und außen abgespritzt beziehungsweise ausgespült (erste Spülphase);
d) in eine zweite Behandlungszone mit einem zweiten Wirkmedium verbracht und innen und außen abgespritzt und durchgespült, wobei als zweites Wirkmedium 5- bis 15%ige, insbesondere 10%ige Salpetersäure verwendet wird (zweite Wirkphase);
e) der zweiten Behandlungszone entnommen und mit Wasser in einer zweiten Spüleinrichtung abgespritzt beziehungsweise ausgespült (zweite Spülphase) und
f) anschließend mittels einer Abkühl- und Trockenvorrichtung getrocknet und wieder der Werkstückaufnahme entnommen.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Anlage ist eine Gebläsevorrichtung vorgesehen, mit der das Werkstück nach den Spül- und oder Spritzphasen ausgeblasen werden kann. Findet vorzugsweise noch eine Einteilung der Spül- und/oder Wirkphase in einzelne Teilschritte vorgegebener Anzahl statt (getaktete Behandlung), so kann das Werkstück nach jedem dieser Teilschritte ausgeblasen werden. Auf diese Weise ist eine besonders gründliche Reinigung sowie eine möglichst geringe Badverschleppung sichergestellt.

Ferner ist bevorzugt, dass die Spüleinrichtungen einen oder mehrere mit Wasser gefüllte Spültanks umfassen. In weiterer bevorzugter Ausbildung der Erfindung verfügt ein einem Spültank in Durchlaufrichtung anschließender Spültank über einen Kaskadenüberlauf in den vorhergehenden Spültank. Der Spültank weist dann einen Zulauf für Brauch- oder Reinwasser auf, wobei im Bereich der Behälter Abläufe für die jeweiligen Medien vorgesehen sind. Hierdurch kann ein kontinuierlicher Ein- und Austrag aus den Spüleinrichtungen und Wirkbädern ermöglicht werden. In weiterer bevorzugter Ausgestaltung einer solchen Anlage werden den Wirkbädern noch Dosier beziehungsweise Aufbereitungsvorrichtungen beigeordnet. Die Dosiervorrichtungen dienen der Regelung einer Zusammensetzung der Wirkmedien, und mit Hilfe der Aufbereitungsvorrichtungen lassen sich die Wirkmedien aufreinigen (optional).

Die erfindungsgemäße Anlage beziehungsweise das erfindungsgemäße Verfahren sollen insbesondere Verwendung bei der Reinigung eines gelöteten Kapselkühlers aus Aluminium finden.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.

Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand einer zugehörigen Zeichnung näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt dabei in schematischer Weise eine Anlage 10, die zur Entfernung von Flussmittelresten an einem gelöteten, metallischen Werkstück dient. Das metallische Werkstück ist hier ein gelöteter Kapselkühler aus Aluminium, der Einsatz im Bereich des Kfz-Baus findet. In diesem Falle werden Hartlote auf Aluminiumbasis wie L-AlSi12, L- AlSi10 oder L-Alsi7,5 und als Flussmittel fluorid- und chloridhaltige Salze verwendet. Nach Beendigung des Lötens besteht dann die Notwendigkeit, Flussmittelreste an den Innen- und Außenseiten des Kapselkühlers zu entfernen.

Zunächst wird das Werkstück in eine hier nicht dargestellte Werkstückaufnahme zur lösbaren Arretierung verbracht. Mit Hilfe ebenfalls hier nicht dargestellter Hebe-, Senk und Transportmittel lässt sich dann die Werkstückaufnahme samt Werkstück während der gesamten Behandlung kontinuierlich in der Anlage befördern. Derartige Mittel sind hinlänglich aus dem Stande der Technik bekannt und werden daher an dieser Stelle nicht näher erläutert.

Anschließend wird das Werkstück in eine Behandlungszone 12 verbracht und außen und innen mit Druck abgespritzt beziehungsweise durchgespült (erste Wirkphase). Als erstes Wirkmedium wird eine auf einen pH-Wert von zirka 9,5 eingestellte Natronlauge verwendet. Die erste Behandlungsphase lässt sich wiederum in einzelne Teilschritte gliedern (getaktete Behandlung). Die einzelnen Teilschritte sind hier schematisch den einzelnen Elementen der Anlage zugeordnet worden und durch gestrichelte, senkrechte Linien voneinander abgegrenzt worden. In den Teilschritten S1 und S2 wird das Werkstück demnach zunächst in zwei Takten mit der Natronlauge behandelt. Mit einer - aus Gründen der Übersichtlichkeit hier nicht dargestellten - Gebläsevorrichtung wird das Werkstück in einem Teilschritt S3 ausgeblasen, so dass möglichst wenig der Natronlauge haften bleibt.

Im sich anschließenden Teilschritt S4 wir das Werkstück in einer Spüleinrichtung - mit einem Spültank 14 - mit Wasser innen und außen abgespritzt beziehungsweise durchgespült (erste Spülphase). In einem zweiten Teilschritt S5 der ersten Spülphase wird das Werkstück dann wieder ausgeblasen. Der zweite Spültank 14 erhält einen Kaskadenüberlauf 18 aus einem zweiten Spültank 26 sowie einem Ablauf 36b. Der Spültank 12 weist ferner einen Ablauf 20 sowie eine zugeordnete Dosiervorrichtung 22 auf. Über den Zulauf 16 und Ablauf 20 kann demnach kontinuierlich Brauchwasser zugeführt und verdünnte Natronlauge entnommen werden. Um den pH-Wert im Spültank 12 aufrechtzuerhalten, wird mittels der Dosiervorrichtung 22 in entsprechendem Maße konzentrierte Natronlauge zugesetzt.

Nach der Behandlung mit dem basischen Wirkmedium und mit Ende des ersten Spülvorganges schließt sich eine zweite Behandlungsphase mit 10%iger Salpetersäure aus Spültank 24 an. Auch die zweite Behandlungsphase lässt sich in einzelne Teilschritte gliedern, wobei hier in den Teilschritten S6 und S7 jeweils eine Behandlung des Werkstückes mit dem zweiten Wirkmedium (analog zu S1 und S2) erfolgt und im Teilschritt S8 das Werkstück mit Hilfe der Gebläsevorrichtung ausgeblasen wird.

In Durchlaufrichtung schließt sich dem Wirkbad 24 eine Spüleinrichtung an, die aus insgesamt zwei Spültanks 26 und 28 besteht. Die Spültanks 26 und 28 sind vorzugsweise mit Reinwasser, das kontinuierlich über einen Zulauf 30 ergänzt werden kann, gefüllt. Der Spültank 28 besitzt einen Kaskadenüberlauf 32 in den Spültank 26. Ein Ablauf 34 am Spültank 24 beziehungsweise ein Ablauf 36 und 36a an Spültank 26 und 28 ermöglichen eine kontinuierliche Entnahme von Wasser oder verdünnter Salpetersäure. Um eine Konzentration des zweiten Wirkmediums im Spültank 24 aufrechtzuerhalten, wird mittels einer Dosiervorrichtung 38 konzentrierte Salpetersäure dem Wirkmedium zugesetzt. Dem Ablauf 34 kann eine Aufbereitungsvorrichtung 40 nachgeschaltet werden, mit deren Hilfe eine Säurerückgewinnung erfolgen kann. Die zurückgewonnene Säure kann dann der Dosiervorrichtung 38 zur Verfügung gestellt werden.

Die Behandlung des Werkstückes während der zweiten Spülphase lässt sich in einzelne Teilschritte gliedern. So wird das Werkstück in den Teilschritten S9, S10, S12 und S13 mit Wasser abgespritzt und ausgespült. Im Teilschritt S11 lässt man das Werkstück unter Vorgabe einer gewünschten Verweildauer abtropfen. Während der Teilschritte S14, S15, S16 wird das Werkstück mit vorzugsweise Warmluft ausgeblasen. Anschließend wird das Werkstück im Teilschritt S17 in eine Trocken- und Abkühlstation 42 verbracht und nach dem Abkühlen wieder der Werkstückaufnahme entnommen.

BEZUGSZEICHENLISTE

10

Anlage

12

,

24

Spültank (Wirkmedium)

14

,

26

,

28

Spültank (Wasser)

16

,

16

a Brauchwasserzulauf

18

,

32

Kaskadenüberlauf

20

,

34

,

36

,

36

a,

36

b Ablauf

22

,

38

Dosiervorrichtung

30

Reinwasserzulauf

40

Aufbereitungsvorrichtung (optional)

42

Trocken- und Abkühlstation
S1-S17 Teilschritte

Claims

1. Anlage (10) zur Entfernung von Flussmittelresten an einem gelöteten, metallischen Werkstück, bei der

a) eine Werkstückaufnahme zur lösbaren Arretierung des Werkstücks sowie Hebe-, Senk- und Transportmittel für die Werkstückaufnahme samt Werkstück vorhanden sind, die eine kontinuierliche Behandlung des Werkstücks in der Anlage (10) erlauben;
b) eine Behandlungszone (12) mit einem ersten Wirkmedium vorgesehen ist, wobei das erste Wirkmedium verdünnte Natronlauge im pH-Bereich von 8,0 bis 10,5, insbesondere mit pH = 9,5, ist;
c) eine erste Spüleinrichtung (14) zum Abspülen des ersten Wirkmediums mit Wasser vorhanden ist;
d) eine Behandlungszone (24) mit einem zweiten Wirkmedium vorgesehen ist, wobei das zweite Wirkmedium eine 5- bis 15%ige, insbesondere 10%ige Salpetersäure ist;
e) eine zweite Spülvorrichtung (26 und 28) zum Abspülen des zweiten Wirkmediums mit Wasser vorhanden ist und
f) eine Trocken- und Abkühlvorrichtung (42) vorgesehen ist.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gebläsevorrichtung vorgesehen ist, mit der das Werkstück nach den Spülphasen ausgeblasen werden kann.

3. Anlage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spüleinrichtungen einen oder mehrere mit Wasser gefüllte Spültanks (14, 26, 28) umfassen.

4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spültank (14, 26 und 28) sich der Behandlungszone (12, 24) in Durchlaufrichtung unmittelbar anschließt, wobei der Spültank (14, 26) einen Zulauf für Wasser (16, 30) und das Wirkbad (12, 24) einen Ablauf (20, 34) für das Wirkmedium aufweist.

5. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass den Wirkbädern (12, 24) Dosiervorrichtungen (22, 38) zur Regelung einer Zusammensetzung der Wirkmedien zugeordnet sind.

6. Anlage nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass den Wirkbädern (12, 24) Aufbereitungsvorrichtungen (40) zur Reinigung der Wirkmedien zugeordnet sind.

7. Verfahren zur Entfernung von Flussmittelresten an einem gelöteten, metallischen Werkstück, bei dem das Werkstück in Durchlaufrichtung

a) in eine Werkstückaufnahme eingelegt und dort lösbar festgelegt wird;
b) in eine Behandlungszone (12) mit einem ersten Wirkmedium verbracht wird, wobei als erstes Wirkmedium verdünnte Natronlauge im pH-Bereich von 8,0 bis 10,5, insbesondere mit pH = 9,5, verwendet wird (erste Wirkphase);
c) der ersten Behandlungszone entnommen und mit Wasser in einer ersten Spüleinrichtung innen und außen abgespritzt beziehungsweise durchgespült wird (erste Spülphase);
d) in eine Behandlungszone (24) mit einem zweiten Wirkmedium verbracht wird, wobei als zweites Wirkmedium 5- bis 15%ige, insbesondere 10%ige Salpetersäure verwendet wird (zweite Wirkphase);
e) der zweiten Behandlungszone entnommen und mit Wasser in einer zweiten Spüleinrichtung innen und außen abgespritzt beziehungsweise durchgespült wird (zweite Spülphase) und
f) anschließend mittels einer Trocken- und Abkühlvorrichtung (42) getrocknet, abgekühlt und wieder der Werkstückaufnahme entnommen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück nach den Spülphasen mit einer Gebläsevorrichtung ausgeblasen wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Spülphasen in einzelne Teilschritte vorgegebener Anzahl unterteilt werden (getaktete Behandlung).

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück nach jedem Teilschritt ausgeblasen wird.

11. Verwendung der Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6 oder des Verfahrens nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das zu reinigende Werkstück ein gelöteter Kühler oder Kapselkühler aus Aluminium ist.