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Die
Erfindung betrifft eine Anlage und ein Verfahren zum Herstellen
von gelöteten
Bauteilen, insbesondere von Wärmeübertragern,
aus Leichtmetall, insbesondere aus Aluminium-Werkstoffen, unter Schutzgas
mit beziehungsweise in einem Durchlauflötofen oder in einem Kammerlötofen, der
als Muffel ausgeführt
ist, die aus einem Muffelmaterial gebildet ist.
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Beim
Löten von
Aluminium können
Flussmittel verwendet werden, um die Lötstellen zu reinigen. Bei der
Verwendung von Flussmitteln gestaltet sich die Applikation oft sehr
aufwendig und kostenintensiv. Darüber hinaus sind die Bauteile
nach dem Löten mit
Flussmitteln beaufschlagt, was bei der Verwendung von chloridischen
Flussmitteln einen aufwendigen Reinigungsvorgang impliziert. Bei
Verwendung von nicht korrosiven Flussmitteln ist diese Reinigung bei
bestimmten Produkten nicht erforderlich. Jedoch ist deren Einsatzmöglichkeit
durch das Produktdesign oder erhöhte
Anforderungen an das Bauteil, insbesondere hinsichtlich Reinheit
und Optik, eingeschränkt.
Es ist auch möglich,
Aluminium flussmittelfrei unter Vakuum zu verlöten. Zum Löten unter Vakuum sind jedoch
technisch aufwendige und somit teuere Lötanlagen erforderlich. Die
zu verlötenden
Teile müssen
absolut sauber sein, was nur durch eine kostenintensive Vorbehandlung
zu gewährleisten
ist.
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Aufgabe
der Erfindung ist, die Herstellung von gelöteten Bauteilen, insbesondere
von Wärmeübertragern,
aus Leichtmetall, insbesondere aus Aluminium-Werkstoffen, unter
Schutzgas mit beziehungsweise in einem Durchlauf lötofen oder
in einem Kammerlötofen,
der als Muffel ausgeführt
ist, die aus einem Muffelmaterial gebildet ist, zu vereinfachen und
zu verbessern.
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Die
Aufgabe ist bei einer Anlage zum Herstellen von gelöteten Bauteilen,
insbesondere von Wärmeübertragern,
aus Leichtmetall, insbesondere aus Aluminium-Werkstoffen, unter
Schutzgas mit einem Durchlauflötofen
oder in einem Kammerlötlofen, der
als Muffel ausgeführt
ist, die aus einem Muffelmaterial gebildet ist, dadurch gelöst, dass
die Muffel, zumindest teilweise, aus einem speziellen Muffelmaterial
gebildet ist, das mit Sauerstoff oder mit sauerstoffhaltigen Verbindungen
reagiert beziehungsweise Sauerstoff oder sauerstoffhaltige Verbindungen
bindet, um Bauteile aus Leichtmetall, insbesondere aus Aluminiumwerkstoffen,
ohne Verwendung von Flussmitteln oder mit deutlich reduzierten Flussmittelmengen
stoffschlüssig
zu verlöten.
Das spezielle Muffelmaterial reagiert mit dem beziehungsweise bindet den
im Betrieb im Ofeninnenraum befindlichen Restsauerstoff beziehungsweise
mit entsprechenden sauerstoffhaltigen Verbindungen. Die Ofenmuffel kann
sowohl vollständig
als auch teilweise, das heißt zum
Beispiel in Form von Auskleidungen (vollständig oder partiell), aus dem
speziellen Muffelmaterial gebildet sein. Dadurch ist es möglich, den
Sauerstoffgehalt, der in herkömmlichen
Muffeln in der Regel im Bereich von 50 bis 500 ppm (parts per million)
liegt, auf 5 bis 20 ppm zu reduzieren. Das hat zur Folge, dass es
an der Oberfläche
des Lötguts
zu keiner den Lötvorgang,
insbesondere die Benetzung der Aluminiumoberfläche mit Lot beeinträchtigenden
Reoxidation kommt. Somit ist es möglich, ohne Verwendung von
Flussmitteln stoffschlüssige
Lötverbindungen zwischen
Lötwerkstücken aus
Aluminium, insbesondere Wärmetauschern,
darstellen zu können.
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Anlage ist dadurch gekennzeichnet, dass das spezielle Muffelmaterial
unter Bildung von Kohlenmonoxid oder Kohlendioxid mit Sauerstoff
oder mit sauerstoffhaltigen Verbindungen reagiert.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Anlage ist dadurch gekennzeichnet, dass das spezielle Muffelmaterial
Graphit umfasst. Mit Graphit wurden im Rahmen der vorliegenden Erfindung
die besten Ergebnisse erzielt.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Anlage ist dadurch gekennzeichnet, dass das spezielle Muffelmaterial
Stahl und/oder Nickelwerkstoffe und/oder Aluminium-Schäume umfasst. Es
ist möglich,
herkömmliche
Fertigungseinrichtungen ohne gravierende Modifikationen mit dem
speziellen Muffelmaterial auszustatten. Die erfindungsgemäße Anlage
weist deutlich längere
Standzeiten als herkömmliche
Fertigungseinrichtungen auf. Außerdem
benötigt
die erfindungsgemäße Anlage
weniger Platz als herkömmliche
Anlagen.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Anlage ist dadurch gekennzeichnet, dass das spezielle Muffelmaterial
in einer Vorheiz- und Lötzone
des Durchlauflötofens
angeordnet ist.
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Die
oben angegebene Aufgabe ist bei einem Verfahren zum Herstellen von
gelöteten
Bauteilen, insbesondere von Wärmeübertragern,
aus Leichtmetall, insbesondere aus Aluminium-Werkstoffen, unter Schutzgas
in einem Durchlauflötofen
oder in einem Kammerlötofen,
der als Muffel ausgeführt
ist, die aus einem Muffelmaterial gebildet ist, dadurch gelöst, dass
in der Muffel, also innerhalb der Muffel, ein Material angeordnet
wird, das mit Sauerstoff oder mit sauerstoffhaltigen Verbindungen
reagiert beziehungsweise Sauerstoff oder sauerstoffhaltige Verbindungen
bindet, um Bauteile aus Leichtmetall, insbesondere aus Aluminiumwerkstoffen,
ohne Verwendung von Flussmitteln oder mit deutlich reduzierten Flussmittelmengen
stoffschlüssig
zu verlöten.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird ein Gegenstand innerhalb der Muffel angeordnet, der ein Material
umfasst, das mit Sauerstoff oder mit sauerstoffhaltigen Verbindungen
reagiert beziehungsweise diesen oder diese bindet. Das erfindungsgemäße Verfahren
ist ohne großen
technischen Aufwand als Alternative zum Löten mit nicht korrosiven Flussmitteln großtechnisch
realisierbar. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, den
Sauerstoffgehalt, der in herkömmlichen
Muffeln in der Regel im Bereich von 50 bis 500 ppm (parts per million)
liegt, auf 5 bis 20 ppm zu reduzieren. Das hat zur Folge, dass es
an der Oberfläche
des Lötguts
zu keiner den Lötvor gang,
insbesondere die Benetzung der Aluminiumoberfläche mit Lot beeinträchtigenden
Reoxidationen kommt. Somit ist es möglich, ohne Verwendung von Flussmitteln
stoffschlüssige
Lötverbindungen
zwischen Lötwerkstücken aus
Aluminium, insbesondere Wärmetauschern,
darstellen zu können.
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Beim
so genannten Nocolok-Löten
werden normalerweise Aluminiumlegierungen mit Magnesiumgehalten
verwendet, die kleiner oder gleich 0,3 Prozent sind. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen
sich in vorteilhafter Weise auch Aluminiumwerkstoffe mit höheren Magnesiumgehalten
als 0,3 Prozent, das heißt
höherfeste
Aluminiumlegierungen, fertigungssicher verlöten.
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Material unter
Bildung von Kohlenmonoxid oder Kohlendioxid mit Sauerstoff oder
mit sauerstoffhaltigen Verbindungen reagiert beziehungsweise Sauerstoff oder
sauerstoffhaltige Verbindungen bindet, um Bauteile aus Leichtmetall,
insbesondere aus Aluminiumwerkstoffen, ohne Verwendung von Flussmitteln
oder mit deutlich reduzierten Flussmittelmengen stoffschlüssig zu
verlöten.
Bei dem Material handelt es sich vorzugsweise um Graphit.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass magnesiumhaltige
Kern- beziehungsweise Plattierwerkstoffe verlötet werden.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass Aluminium-Grundwerkstoffe
mit bis zu 1 Prozent Magnesium verlötet werden, insbesondere mit bis
zu 2 Prozent Magnesium verlötet
werden.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass Aluminium-Silizium-Basis-Werkstoffe,
insbesondere Aluminium-Sizilium-Basis-Lacke, insbesondere dass Aluminium-Silizium-Lotwerkstoffe mit
bis zu 2 Prozent Magnesium verwendet werden.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass Hilfsvorrichtungen,
wie zum Beispiel Lötgestelle,
Unterlagen, Abdeckungen, zum Beispiel aus Graphit ausgeführt sind,
und somit Sauerstoff-reduzierende Werkstoffe über den normalen Fertigungsprozess
in unveränderte,
das heißt
Standard-Lötöfen, eingebracht
werden.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass beim Durchlauflötprozess
Sauerstoff-reduzierendes Material, insbesondere z. B. als Spannungsgestelle,
mit dem Lötgut
den Prozess durchläuft. Hierbei
lässt sich
neben der Verringerung des Sauerstoffanteils durch Reaktion mit
dem Material (vorzugsweise Graphit, insbesondere Kohlefaser verstärkter Graphit)
eine Verringerung über
eine optimierte Ofenbeladung erzielen.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung, in der verschiedene Ausführungsbeispiele
im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und
in der Beschreibung erwähnten
Merkmale jeweils einzeln für
sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
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Bei
der erfindungsgemäßen Anlage
handelt es sich um eine Anlage zum Herstellen von gelöteten Wärmeübertragern
aus Aluminium-Werkstoffen. Das Verlöten erfolgt unter Schutzgas
in einem Durchlauflötofen
oder in einen Kammerlötofen,
der als Muffel ausgeführt
ist. Durch den Einsatz von bestimmten Muffelmaterialien für den Durchlauflötofen beziehungsweise
Kammerlötofen,
insbesondere durch die Verwendung von Graphit, wird die Lötatmosphäre verbessert
und somit eine unerwünschte
Reoxidation von Aluminium verhindert.
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Vorzugsweise
umfasst das in der Vorheiz- und Lötzone befindliche Ofenmuffelmaterial
Graphit. Das Ofenmuffelmaterial reagiert mit dem im Ofeninnenraum
befindlichen Restsauerstoff beziehungsweise sauerstoffhaltigen Verbindungen
unter Bildung von insbesondere Kohlenmonoxid und/oder Kohlendioxid.
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Die
Ofenmuffel kann sowohl vollständig
als auch teilweise, das heißt
zum Beispiel in Form von Auskleidungen (vollständig oder partiell), aus dem mit
Restsauerstoff beziehungsweise sauerstoffhaltigen Verbindungen reagierenden
Material aufgebaut sein.
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Des
Weiteren ist es auch möglich,
einen Körper
aus mit Sauerstoff (O2) reagierenden Materialien im
Ofeninnenraum, insbesondere in der Vorheiz- und Lötzone, einzusetzen.
Dadurch wird der Sauerstoffgehalt, der in herkömmlichen Durchlauflötöfen mit Muffeln
in der Regel im Bereich von 50 bis 500 ppm liegt, auf 5 bis 20 ppm
abgesenkt.
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Das
hat zur Folge, dass es an der Oberfläche des Lötguts zu keiner den Lötvorgang,
insbesondere die Benetzung der Aluminiumoberfläche mit Lot beeinträchtigenden
Reoxidation kommt. Somit ist es möglich, ohne Verwendung von
Flussmitteln stoffschlüssige
Lötverbindungen
zwischen Lötwerkstücken aus
Aluminium, insbesondere Wärmetauschern,
darstellen zu können.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung können die
Herstellkosten für
Wärmeübertrager
aus Aluminium-Werkstoffen deutlich reduziert werden. Das ist unter
anderem auf den Wegfall des Befluxens zurückzuführen. Dabei sind nicht nur
die wegfallenden Fluxkosten zu berücksichtigen. Zusätzlich können die
Anlagenkosten reduziert werden. Außerdem kann eine ansonsten
erforderliche Sondermüllentsorgung
entfallen. Die erfindungsgemäße Lösung kann ohne
gravierende Modifikationen in bestehenden Fertigungseinrichtungen
realisiert werden. Gemäß der vorliegenden
Erfindung können
wesentlich längere
Standzeiten der Fertigungseinrichtungen, insbesondere der Ofenmuffel,
erreicht werden. Außerdem benötigt die
erfindungsgemäße Anlage
weniger Platz als herkömmliche
Anlagen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
können
magnesiumhaltige Werkstoffe mit einer höheren Festigkeit verlötet werden. Dadurch
können
die Wanddicken gegenüber
herkömmlichen
Bauteilen reduziert werden.