DE102005030438A1

DE102005030438A1 - Spannvorrichtung zum Löten

Info

Publication number: DE102005030438A1
Application number: DE102005030438A
Authority: DE
Inventors: Steffen Dipl.-Ing. Brunner (Fh); Martin Dipl.-Ing. Kämmerer; Ulrich Dr.-Ing. Maucher
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2005-06-30
Filing date: 2005-06-30
Publication date: 2007-01-04

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung (2) zum Löten eines aus mehreren Einzelteilen bestehenden metallischen Teils, insbesondere eines Wärmetauschers (1), wobei die Spannvorrichtung (2) aus einem Material mit einem geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als das metallische Teil besteht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung zum Löten, insbesondere von Wärmetauschern aus Metallen wie Edelstahl oder Aluminium in einem Ofen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Üblicherweise werden bei der Fertigung von Wärmetauschern aus Metall in Schicht- oder Stapelbauweise Gewichte verwendet, um die Fügestellen sicher zu verlöten. Die Gewichte können sich jedoch verschieben, so dass die Qualität der Verlötung beeinträchtigt werden. Zudem müssen die Gewichte im Ofen auch mit erwärmt werden, so dass der Energiebedarf und auch die Prozessdauer erhöht wird.

Bekannt sind ferner metallische Spannvorrichtungen in Klammerform, in welche die Wärmetauscher eingespannt werden, bevor sie in den Lötofen gelangen. Die Festigkeit der metallischen Spannvorrichtungen lässt insbesondere in Hochtemperaturöfen jedoch bei mehrfacher Wärmebehandlung zu wünschen.

Zudem sind in den Öfen in Sonderfällen Pressen vorhersehbar, welche die Einzelteile beim Verlöten gegeneinander fixieren. Diese sind jedoch teuer.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte und möglichst kostengünstige Spannvorrichtung zur Verfügung zu stellen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Spannvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß ist eine Spannvorrichtung zum Löten eines aus mehreren Einzelteilen bestehenden metallischen Teils, insbesondere eines Wärmetauschers, vorgesehen, wobei die Spannvorrichtung aus einem Material mit einem geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als das metallische Teil besteht. Hierbei handelt es sich bevorzugt um ein nichtmetallisches Material. Zum Spannen des aus zu verlötenden Einzelteilen bestehenden Teils in einem Ofen wird die Spannvorrichtung vor dem Verlöten mit Spiel um das zu verlötende Teil positioniert. In Folge der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten von zu verlötendem Teil und Spannvorrichtung erfolgt der Spannvorgang automatisch und ohne dem Erfordernis einer Presse im Lötofen auf Grund des Temperaturanstiegs. Nach dem Abkühlen kann die Spannvorrichtung auf Grund des nunmehr wieder vorhandenen Spiels einfach abgenommen werden.

Die Spannvorrichtung besteht bevorzugt zumindest teilweise aus einer Faserverbundkeramik, wie insbesondere bevorzugt CFC und/oder CSiC, und/oder einer oxidischen oder nichtoxidischen Keramik, deren Wärmeausdehnungskoeffizient für Wärmeübertrager aus Edelstahl besonders vorteilhaft ist. Derartige nichtmetallische Werkstoffe weisen keinen oder einen nur sehr geringen Verzug bei den beim Löten auftretenden Temperaturen auf.

Zudem sind derartige Werkstoffe auf Grund ihres geringen spezifischen Gewichts im Vergleich zu bekannten metallischen Spannvorrichtungen sehr leicht. Zudem ist bei der Verwendung einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung auf Grund des geringen Gewichts derselben die Lötlage des Bauteils relativ unerheblich, da die Krafteinleitung nicht durch die Schwerkraft bestimmt wird, sondern durch die Anlagestellen der Spannvorrichtung. Besonders vorteilhaft ist.

Bevorzugt weist die Spannvorrichtung zumindest in einem Teilbereich der Kontaktfläche zum Teil eine Beschichtung aus einer Oxidkeramik, z.B. SiO₂, auf, um Phasengrenzreaktionen mit dem metallischen, zu verlötenden Teil zu vermeiden. Eine derartige Schicht bildet sich beispielsweise bei CSiC von selbst aus (passive Oxidation). Alternativ können auch entsprechende Einlagen, beispielsweise Plättchen, vorgesehen sein.

Die Spannvorrichtung wird vorzugsweise durch ein Hybrid- oder Verbundteil, insbesondere eine Faserverbundkeramik, gebildet.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Spannvorrichtung mindestens einen ersten Bereich aus einem metallischen Werkstoff und einen zweiten Bereich aus einem nichtmetallischen Werkstoff auf. Hierbei sind bevorzugt je zwei Bereiche aus einem metallischen und einem nichtmetallischen Werkstoff vorgesehen, wobei die Bereiche abwechselnd angeordnet sind und sich im Wesentlichen plattenförmig erstrecken, und die metallischen, ersten Bereiche zumindest im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet und senkrecht hierzu die nichtmetallischen, zweiten Bereiche zumindest im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind. Dies ermöglicht ein gezieltes Spannen in eine Richtung, nämlich in der Richtung der Längserstreckung der nichtmetallischen Bereiche. Diese sind bevorzugt zumindest im Wesentlichen, d.h. zu mindestens 90% des Volumens, durch CFC oder CSiC gebildet.

Bevorzugt verlaufen mehr als die Hälfte der Fasern im nichtmetallischen Bereich in Richtung zwischen den beiden voneinander beabstandeten metallischen, ersten Bereichen, so dass die Festigkeit in dieser Richtung erhöht ist.

Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels mit Varianten unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht eines Wärmetauschers in einer Spannvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel,
2 eine schematische Ansicht eines Wärmetauschers in einer Spannvorrichtung gemäß einer ersten Variante, und
3 eine schematische Ansicht eines Wärmetauschers in einer Spannvorrichtung gemäß einer zweiten Variante.
Um die Einzelteile eines vormontierten, noch nicht verlöteten Wärmetauschers 1 positioniert zu halten und auch während des Lötvorgangs in einem Lötofen zu fixieren, ist eine Spannvorrichtung 2 aus CFC (Carbon Fibre reinforced Carbon = kohlenstofffasetverstärkter Kohlenstoff) vorgesehen, welche vorliegend den Wärmetauscher 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ringförmig mit leichtem Spie! umgibt. Die Fasern des CFC verlaufen hierbei zumindest im Wesentlichen in der Zugrichtung beim Verlöten.
Erfolgt eine Erwärmung im Lötofen, so dehnt sich der metallische Wärmetauscher 1 wohingegen die Spannvorrichtung 2 aus CFC auf Grund des deutlich geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten sich nur minimal ausdehnt, so dass das bei der Vormontage vorhandene Spiel schnell überwunden ist und die Spannvorrichtung 2 den Wärmetauscher 1 fest einspannt, so dass die Einzelteile fest aneinandergepresst und dadurch sicher miteinander verlötet werden.
Gemäß einer ersten Variante des Ausführungsbeispiels ist die Spannvorrichtung 2 durch zwei Klammem 11 gebildet (vgl. 2), welche den Wärmetauscher 1 von beiden Seiten halten. Auch in diesem Fall besteht die Spannvorrichtung 2 aus CFC.
Gemäß einer zweiten Variante des Ausführungsbeispiels sind zwei parallele Seiten der Spannvorrichtung 2, im Folgenden als erste Bereiche 21 bezeichnet, durch metallische plattenförmige Elemente 22 und die anderen beiden Seiten, welche diese Seiten verbinden und im Folgenden als zweite Bereiche 23 bezeichnet sind, durch nichtmetallische plattenförmige Elemente 24, vorliegend aus CFC, gebildet. Eine derartige Ausgestaltung ermöglicht, dass die Spannvorrichtung 2 beim Verlöten sich in einer Richtung entsprechend der Ausdehnung des Wärmetauschers 1 ausdehnt, während in der anderen Richtung der Wärmetauscher 1 zusammengepresst wird.
Gemäß einer dritten Variante des Ausführungsbeispiels entspricht der Aufbau der Spannvorrichtung dem in 1 dargestellten Aufbau. Die Spannvorrichtung weist jedoch eine oxidische keramische Beschichtung auf der Innenseite auf.

Claims

Spannvorrichtung zum Löten eines aus mehreren Einzelteilen bestehenden metallischen Teils, insbesondere eines Wärmetauschers (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Spannvorrichtung (2) aus einem Material mit einem geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als das metallische Teil besteht.
Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannvorrichtung (2) zumindest teilweise aus einer Faserverbundkeramik, insbesondere aus CFC und/oder CSiC, und/oder einer oxidischen oder nichtoxidischen Keramik besteht.
Spannvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannvorrichtung (2) zumindest in einem Teilbereich der Kontaktfläche zum Teil eine Beschichtung aus einer Oxidkeramik aufweist.
Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannvorrichtung (2) ein Hybrid- oder Verbundteil, insbesondere eine Faserverbundkeramik, ist.
Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannvorrichtung (2) mindestens ei nen ersten Bereich (21) aus einem metallischen Werkstoff und einen zweiten Bereich (23) aus einem nichtmetallischen Werkstoff aufweist.
Spannvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass je zwei Bereiche (21, 23) aus einem metallischen und einem nichtmetallischen Werkstoff vorgesehen sind, wobei die Bereiche (21, 23) abwechselnd angeordnet sind und sich im Wesentlichen plattenförmig erstrecken, wobei die metallischen, ersten Bereiche (21) zumindest im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet und senkrecht hierzu die nichtmetallischen, zweiten Bereiche (23) zumindest im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind.
Spannvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der nichtmetallische Bereich (23) zumindest im Wesentlichen durch CFC oder CSiC gebildet ist.
Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle einer Verwendung eines nichtmetallischen Werkstoffs mit Fasern, insbesondere bei CFC oder CSiC, zumindest die Hälfte der Fasern in Richtung der Zugbelastung verlaufen.
Verfahren zum Spannen eines aus zu verlötenden Einzelteilen bestehenden Teils in einem Ofen unter Verwendung einer Spannvorrichtung (2), insbesondere einer Spannvorrichtung (2) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Spannvorrichtung (2) vor dem Verlöten um das zu verlötende Teil positioniert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannvorrichtung (2) mit Spiel um das zu verlötende Teil positioniert wird und der Spannvorgang im Lötofen erfolgt.