DE102011010317A1 - Steel made component of exhaust gas cooler installed at exhaust line of internal combustion engine, has solder stop recess that is provided adjacent to the to-be soldered area in which solder is applied - Google Patents

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Abstract

The component (1) has a solder stop recess (3) that is formed on a top surface. The solder stop recess is formed adjacent to the to-be soldered area in which solder material (2) is applied so that flowing of solder material from to-be soldered area towards a specific side (4) of component is prevented. The width of the solder stop recess is 0.5-2mm. The depth of the solder stop recess is 0.1-1mm. An independent claim is included for method for soldering component.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bauelement gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Verlöten von derartigen Bauelementen gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 10.The invention relates to a component according to the features of patent claim 1 and a method for soldering such components according to the features of patent claim 10.

Durch die DE 10 2008 026 615 A1 zählt ein Bauelement einer Brennstoffzelleneinheit und ein Verfahren zum Verlöten von Bauelementen einer Brennstoffzelleneinheit zum Stand der Technik. Aufgrund von fertigungsbedingten Welligkeiten der Fügeflächen kann gegebenenfalls nicht gewährleistet werden, dass ein einheitlicher Fügespalt mit konstanter Spalthöhe vorhanden ist, so dass das auf Liquidustemperatur erhitzte Lot aus dem Lötspalt herausfließt, was zur Leckage und im Betrieb oder Brennstoffzelle zu Kurzschlüssen führen kann. Zur Lösung dieses Problems wird vorgeschlagen, dass das Bauelement mit mindestens einer ringförmig geschlossenen Lotstopper-Sicke versehen ist, die im verlöteten Zustand des Bauelements mit dem Lotmaterial einer Lotspur in Kontakt steht und als mechanische Sperre dazu dient, das Lot daran zu hindern, in kritische Bereiche des Brennstoffzellenstacks abzufließen. Um eine konstante Spaltbreite zu gewährleisten, soll die Höhe der Lotstopper-Sicke im Wesentlichen der Höhe der Lotspur aus dem Lotmaterial im verlöteten Zustand des Bauelements entsprechen. Es handelt sich bei den Sicken also um Erhebungen, die gleichzeitig als Distanzelemente dienen.By the DE 10 2008 026 615 A1 includes a component of a fuel cell unit and a method for soldering components of a fuel cell unit to the prior art. Due to production-related ripples of the joining surfaces may not be ensured that a uniform joint gap is provided with a constant gap height, so that the solder heated to liquidus temperature flows out of the solder gap, which can lead to leakage and short circuit during operation or fuel cell. To solve this problem, it is proposed that the device is provided with at least one closed Lotstopper bead, which is in the soldered state of the device in contact with the solder material of a solder track and serves as a mechanical barrier to prevent the solder from being in critical Drain areas of the fuel cell stack. In order to ensure a constant gap width, the height of the solder stop bead should correspond substantially to the height of the solder track made of the solder material in the soldered state of the component. It is in the beads so elevations, which also serve as spacers.

Im Stand der Technik sind weitere Möglichkeiten bekannt, das Ausbreiten von Lot zu verhindern. Beispielsweise schlägt die WO 2005/043966 A1 ein Verfahren zur Herstellung einer Lötstopp-Barriere vor, bei welchem durch Einwirkung eines Laserstrahls eine chemische Veränderung der Oberfläche herbeigeführt wird, welche die Benetzbarkeit der Oberfläche reduziert. Ein Materialabtrag von der Trägeroberfläche soll durch die Einwirkung des Laserstrahls so weit wie möglich vermieden werden.In the prior art, other ways are known to prevent the spread of solder. For example, the WO 2005/043966 A1 a method for producing a solder-stop barrier, in which by the action of a laser beam, a chemical change of the surface is brought about, which reduces the wettability of the surface. A material removal from the support surface should be avoided by the action of the laser beam as far as possible.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Bauelement, das zum Verlöten mit einem weiteren Bauelement vorgesehen ist, bereitzustellen, bei welchem ein Lotstoppmittel einfach und kostengünstig bereitgestellt werden kann. Zudem soll ein Verfahren zum Verlöten von derartigen Bauteilen aufgezeigt werden.Proceeding from this, the object of the invention is to provide a component which is provided for soldering to a further component, in which case a solder stop means can be provided simply and inexpensively. In addition, a method for soldering such components will be shown.

Der gegenständliche Teil der Aufgabe wird durch Bauelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.The objective part of the object is achieved by a component having the features of patent claim 1.

Ein Verfahren, das diese Aufgabe löst, ist Gegenstand des Patentanspruchs 10.A method that solves this problem is the subject of claim 10.

Die Unteransprüche betreffen jeweils zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.The subclaims relate to expedient developments of the invention.

Das erfindungsgemäße Bauelement weist wenigstens eine Lotstoppvertiefung auf, die benachbart zu einem zu verlötenden Bereich angeordnet ist. Die Lotstoppvertiefung ist dafür vorgesehen, den Übertritt von Lotmittel von dem zu verlötenden Bereich auf eine andere Seite der Lotstoppvertiefung zu verhindern.The device according to the invention has at least one Lotstoppvertiefung, which is arranged adjacent to a region to be soldered. The Lotstoppvertiefung is intended to prevent the passage of solder from the area to be soldered on another side of the Lotstoppvertiefung.

Derartige Lotstoppvertiefungen sind an wenigstens einem der beiden miteinander zu verbindenden Bauelemente vorgesehen. Selbstverständlich ist es auch möglich, Lotstoppvertiefungen an beiden miteinander zu verbindenden Bauelementen vorzusehen.Such Lotstoppvertiefungen are provided on at least one of the two components to be joined together. Of course, it is also possible to provide Lotstoppvertiefungen on both interconnected components.

Eine Lotstoppvertiefung im Sinne des Patentanspruchs 1 ist eine mechanische Barriere, die das Ausbreiten von flüssigem Lot während des Lötvorgangs, insbesondere beim Hochtemperaturlöten verhindert. Die Lotstoppvertiefung ist nicht mit einer oberflächlichen Aktivierung des Bauelements gleichzusetzen, wie sie in der WO 2005/043966 A1 beschrieben ist, sondern stellt deutliche Vertiefungen in der Oberfläche dar. Eine solche Lotstoppvertiefung kann durch Materialabtrag gebildet sein. Materialabtrag kann durch spanabhebende Bearbeitung erfolgen oder aber auch durch Laserabtrag. Auch eine Materialverdrängung im Sinne einer Prägung ist denkbar. Eine Lotstoppvertiefung im Sinne der Erfindung ist keine Körperkante, wie z. B. eine Randseite oder ein ein Bauteil durchdringender Durchbruch, sondern lediglich eine Senke in der Oberfläche der miteinander zu verbindenden Bauteile im Sinne einer Nut, Rille oder Kerbe.A Lotstoppvertiefung in the sense of claim 1 is a mechanical barrier that prevents the spread of liquid solder during the soldering process, especially in high-temperature soldering. The Lotstoppvertiefung is not synonymous with a superficial activation of the device, as in the WO 2005/043966 A1 is described, but represents significant depressions in the surface. Such Lotstoppvertiefung may be formed by removal of material. Material removal can be done by machining or by laser ablation. Also a material displacement in the sense of an embossment is conceivable. A Lotstoppvertiefung in the context of the invention is not a body edge, such. B. an edge side or a component penetrating breakthrough, but only a sink in the surface of the components to be joined together in the sense of a groove, groove or notch.

Im Stand der Technik ist es bekannt, in eine Oberflächenbeschichtung Lötstopplinien einzubringen, um ein darunter liegendes Material freizulegen, das als Lotstopp dient ( DE 10 2008 042 777 A1 ). Im Rahmen der Erfindung ist das Freilegen einer unteren Schicht bzw. das Entfernen einer Deckschicht nicht als Erzeugen einer Lotstoppvertiefung zu verstehen. Eine Lotstoppvertiefung im Sinne der Erfindung meint eine Absenkung im Grundwerkstoff. Wenn der Grundwerkstoff beschichtet ist, dann erstreckt sich die Lotstoppvertiefung durch die Beschichtung hindurch bis in den tragenden Grundwerkstoff hinein.It is known in the prior art to incorporate solder stops in a surface coating to expose an underlying material which serves as a solder stop ( DE 10 2008 042 777 A1 ). In the context of the invention, the exposure of a lower layer or the removal of a cover layer is not to be understood as generating a Lotstoppvertiefung. A Lotstoppvertiefung in the context of the invention means a reduction in the base material. When the base material is coated, the solder stop recess extends through the coating into the supporting base material.

Die erfindungsgemäße Lotstoppvertiefung kann aus mehreren linienartig verlaufenden Vertiefungen gebildet sein, die in ihrer Gesamtheit die Lotstoppvertiefung bilden. Zur Verbesserung der Barrierewirkung der Lotstoppvertiefung können die linienartig verlaufenden einzelnen Vertiefungen parallel zueinander verlaufen. Der Abstand zwischen den einzelnen Vertiefungen kann relativ klein sein und sich in der Größenordnung der Tiefe bzw. Breite der einzelnen Vertiefungen bewegen.The Lotstoppvertiefung invention may be formed of a plurality of line-like depressions that form the Lotstoppvertiefung in their entirety. To improve the barrier effect of the Lotstoppvertiefung the line-like extending individual recesses may be parallel to each other. The distance between the individual wells can be relatively small and move in the order of the depth or width of the individual wells.

Es ist auch denkbar, dass sich die linienartig verlaufenden Vertiefungen kreuzen. Auch können die linienartig verlaufenden Vertiefungen wellenförmig verlaufen und dies wiederum in sich kreuzender Weise oder in paralleler Anordnung. Im Rahmen der Erfindung ist selbstverständlich auch möglich, dass sich nicht nur die einzelnen Vertiefungen einer Lotstoppvertiefung, sondern die Lotstoppvertiefungen insgesamt kreuzen, wenn es sich um komplexere Strukturen handelt.It is also conceivable that the line-like depressions intersect. Also, the line-like recesses can be wavy and this in turn in a crossing manner or in a parallel arrangement. In the context of the invention, it is of course also possible that not only the individual wells of a Lotstoppvertiefung, but the Lotstoppvertiefungen cross as a whole, if it is more complex structures.

Die Lotstoppvertiefung besitzt eine Breite in einem Bereich von 0,5 bis 2,0 mm. Die Tiefe liegt vorzugsweise in einem Bereich von 0,1 bis 1,0 mm.The Lotstoppvertiefung has a width in a range of 0.5 to 2.0 mm. The depth is preferably in a range of 0.1 to 1.0 mm.

Bei den miteinander zu verbindenden Bauelementen handelt es sich insbesondere um Bauteile aus Metall, d. h. um solche Bauteile, die durch Hochtemperaturlöten gefügt werden können. Bei den Metallen handelt es sich insbesondere um Edelstahl und Stahl.The components to be interconnected are, in particular, metal components, i. H. around such components that can be joined by high temperature soldering. The metals are in particular stainless steel and steel.

Die miteinander zu verbindenden Bauelemente sind derart gestaltet, dass ein ungewolltes Verteilen des Lotmittels in flüssigem Zustand in nicht zum Verlöten vorgesehene Bereiche verhindert werden muss. Es kann sich insbesondere um Bauelemente handeln, die mit einem Lot niedriger Viskosität verbunden werden sollen bzw. in vertikaler Orientierung verlötet werden müssen.The components to be connected to each other are designed so that an unintentional distribution of the solder in the liquid state must be prevented in not intended for soldering areas. In particular, these may be components that are to be connected to a low-viscosity solder or soldered in a vertical orientation.

Bei den Bauelementen handelt es sich insbesondere um Bauteile von Abgaskühlern auf Edelstahlbasis bzw. um Komponenten, die im Abgasstrang einer Verbrennungskraftmaschine zum Einsatz kommt.The components are, in particular, components of exhaust gas coolers based on stainless steel or components which are used in the exhaust gas system of an internal combustion engine.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Verlöten von Bauelementen, insbesondere zur Herstellung eines Abgasrückkühlers einer Verbrennungskraftmaschine, sieht folgende Schritte vor: An wenigstens einem der zu verlötenden Bauelemente wird eine Lotstoppvertiefung in das Bauelement eingebracht.The inventive method for soldering of components, in particular for producing an exhaust gas recooler of an internal combustion engine, provides the following steps: On at least one of the components to be soldered, a Lotstoppvertiefung is introduced into the device.

Vor dem Verlöten wird benachbart der Lotstoppvertiefung ein Lotmaterial aufgetragen. Es ist auch möglich, zuerst das Lotmaterial aufzutragen und danach die Lotstoppvertiefung auszubilden. Die Bauelemente werden miteinander in Kontakt gebracht und miteinander verlötet. Beim Verlöten wird das Lotmittel zumindest auf seine Liquidustemperatur erhitzt. Das flüssige Lotmittel füllt den Lötspalt durch Kapillarwirkung aus. Im Bereich der Lotstoppvertiefung wird der Lötspalt unterbrochen, so dass das Ausbreiten des Lotmittels verhindert wird.Before soldering, a solder material is applied adjacent the solder stop well. It is also possible to first apply the solder material and then form the Lotstoppvertiefung. The components are brought into contact with each other and soldered together. During soldering, the solder is heated at least to its liquidus temperature. The liquid solder fills the soldering gap by capillary action. In the area of the Lotstoppvertiefung the solder gap is interrupted, so that the spreading of the solder is prevented.

Die Lotstoppvertiefung wird durch Materialabtrag insbesondere mittels Laserbearbeitung oder mittels Materialverdrängung durch Prägen hergestellt.The Lotstoppvertiefung is produced by material removal in particular by means of laser machining or by material displacement by embossing.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to the embodiments illustrated in the schematic drawings. Show it:

1 in stark vereinfachter Darstellung in der Seitenansicht ein Bauelement mit einer ersten Ausführungsform einer Lotstoppvertiefung und 1 in a highly simplified representation in side view of a component with a first embodiment of a Lotstoppvertiefung and

2 Ein Bauelement in einer zweiten Ausführungsform einer Lotstoppvertiefung. 2 A device in a second embodiment of a Lotstoppvertiefung.

1 zeigt ein Bauelement 1, dessen in der Bildebene linker Bereich mit einem Lotmittel 2 belegt ist. Dieser Bereich ist zum Hochtemperaturlöten mit einem nicht näher dargestellten weiteren Bauteil vorgesehen, das an der Oberseite des dargestellten Bauteils 1 positioniert wird. 1 shows a component 1 , whose left in the image plane area with a Lotmittel 2 is occupied. This area is provided for high-temperature soldering with a further component, not shown, which is at the top of the illustrated component 1 is positioned.

Benachbart dem Lotmittel 2 befindet sich eine Lotstoppvertiefung 3 in Form einer dreieckförmigen Einkerbung in der Oberseite des Bauelements 1. Die Lotstoppvertiefung 3 ist eine mechanische Barriere, die verhindert, dass das Lotmittel 2 im flüssigen Zustand von dem zu verlötenden Bereich auf eine andere Seite 4 der Lotstoppvertiefung 3 gelangt.Adjacent to the solder 2 There is a Lotstoppvertiefung 3 in the form of a triangular notch in the top of the device 1 , The Lotstoppvertiefung 3 is a mechanical barrier that prevents the solder 2 in the liquid state from the area to be soldered to another side 4 the Lotstoppvertiefung 3 arrives.

Die Lotstoppvertiefung 3 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Kerbe konfiguriert, die zum Tiefsten hin spitz zuläuft. Ihre Breite liegt in einem Bereich von 0,5 bis 2,0 mm. Die Tiefe kann sich zwischen 0,1 und 1,0 mm bewegen.The Lotstoppvertiefung 3 is configured in this embodiment as a notch, which tapers towards the bottom. Their width is in a range of 0.5 to 2.0 mm. The depth can range between 0.1 and 1.0 mm.

Aus der Schnittdarstellung ist lediglich die Kontur der Lotstoppvertiefung ersichtlich. Der Verlauf der Lotstoppvertiefung in der Oberfläche des Bauelements 1 ist einzig und allein abhängig von der gewünschten Begrenzung der zu verlötenden Bereiche. Es kann sich dabei um geschlossene Bereiche handeln, so dass die Lotstoppvertiefung einen in sich geschlossenen Verlauf hat.From the sectional view, only the contour of the Lotstoppvertiefung is visible. The course of the Lotstoppvertiefung in the surface of the device 1 is solely dependent on the desired limitation of the areas to be soldered. It may be closed areas, so that the Lotstoppvertiefung has a self-contained course.

Die Ausführungsform der 2 unterscheidet sich von 1 durch die Ausgestaltung der Lotstoppvertiefung 3. Anders als bei der Ausführungsform der 1 setzt sich die Lotstoppvertiefung 3 in 2 aus mehreren einzelnen Vertiefungen 5 zusammen, welche insgesamt als Lotstoppvertiefung 3 dienen. Die einzelnen Vertiefungen 5 sind identisch konfiguriert. Es handelt sich um im Querschnitt dreieckförmige Rillen, die unmittelbar benachbart angeordnet sind. Die einzelnen Vertiefungen 5 sind im gleichen Abstand zueinander angeordnet. Bei diesem Ausführungsbeispiel handelt sich um drei Vertiefungen 5. Es können aber auch durchaus mehr Vertiefungen sein. Es ist möglich, dass die einzelnen Vertiefungen 5 einen voneinander abweichenden Querschnitt haben. Genauso ist es denkbar, dass die Vertiefungen über ihren Verlauf gesehen in der Tiefe, Breite oder im Profil variieren.The embodiment of the 2 differs from 1 by the configuration of the Lotstoppvertiefung 3 , Unlike the embodiment of the 1 the solder stop recess settles 3 in 2 from several individual wells 5 together, which in total as Lotstoppvertiefung 3 serve. The individual wells 5 are identically configured. It is in cross-section triangular grooves, which are arranged immediately adjacent. The individual wells 5 are arranged at the same distance from each other. In this embodiment, there are three wells 5 , But it can also be more wells. It is possible that the individual wells 5 have a different cross-section. It is also conceivable that the depressions vary in their depth, width or profile over their course.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Bauelementmodule
22
LotmittelSolder
33
LotstoppvertiefungLotstoppvertiefung
44
Seitepage
55
einzelne Vertiefungsingle recess

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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  • DE 102008042777 A1 [0011] DE 102008042777 A1 [0011]

Claims (12)

Bauelement, das zum Verlöten mit einem weiteren Bauelement vorgesehen ist, wobei wenigstens eines der beiden Bauelemente (1) wenigstens eine Lotstoppvertiefung (3) aufweist, die benachbart zu einem zu verlötenden Bereich angeordnet ist und welche dafür vorgesehen ist, den Übertritt von Lotmittel (2) von dem zu verlötenden Bereich auf eine andere Seite der Lotstoppvertiefung (3) zu verhindern.Component which is provided for soldering with a further component, wherein at least one of the two components ( 1 ) at least one Lotstoppvertiefung ( 3 ), which is arranged adjacent to a region to be soldered and which is intended to prevent the passage of solder ( 2 ) from the area to be soldered to another side of the Lotstoppvertiefung ( 3 ) to prevent. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Lotstoppvertiefung (3) durch Materialabtrag gebildet ist.Component according to claim 1, characterized in that the at least one Lotstoppvertiefung ( 3 ) is formed by removal of material. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Lotstoppvertiefung (3) durch Materialverdrängung gebildet ist.Component according to claim 1, characterized in that the at least one Lotstoppvertiefung ( 3 ) is formed by material displacement. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lotstoppvertiefung (3) mehrere linienartig verlaufende Vertiefungen (5) umfasst.Component according to one of claims 1 to 3, characterized in that the Lotstoppvertiefung ( 3 ) several linear depressions ( 5 ). Bauelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die linienartig verlaufenden Vertiefungen (5) parallel zueinander verlaufen.Component according to claim 4, characterized in that the line-like depressions ( 5 ) parallel to each other. Bauelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die linienartig verlaufenden Vertiefungen (5) sich kreuzen.Component according to claim 4, characterized in that the line-like depressions ( 5 ) intersect. Bauelement nach Anspruch 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die linienartig verlaufenden Vertiefungen (5) wellenförmig verlaufen.Component according to claim 4 or 6, characterized in that the line-like depressions ( 5 ) wavy. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lotstoppvertiefung (3) eine Breite in einem Bereich von 0,5 mm und 2 mm aufweist.Component according to one of claims 1 to 7, characterized in that the Lotstoppvertiefung ( 3 ) has a width in a range of 0.5 mm and 2 mm. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lotstoppvertiefung (3) eine Tiefe zwischen 0,1 mm und 1 mm aufweist.Component according to one of claims 1 to 8, characterized in that the Lotstoppvertiefung ( 3 ) has a depth between 0.1 mm and 1 mm. Verfahren zum Verlöten von Bauelementen mit folgenden Schritten: a) an wenigstens einem der zu verlötenden Bauelemente (1) wird eine Lotstoppvertiefung (3) in das Bauelement (1) eingebracht; b) Benachbart der Lotstoppvertiefung (3) wird Lotmaterial aufgetragen; c) Die Bauelemente (1) werden miteinander in Kontakt gebracht und miteinander verlötet.Method for soldering components with the following steps: a) on at least one of the components to be soldered ( 1 ) is a Lotstoppvertiefung ( 3 ) in the component ( 1 ) brought in; b) Adjacent to the Lotstoppvertiefung ( 3 ) Lotmaterial is applied; c) The components ( 1 ) are brought into contact with each other and soldered together. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Lotstoppvertiefung (3) durch Materialabtrag mittels Laserbearbeitung gebildet wird.A method according to claim 10, characterized in that the Lotstoppvertiefung ( 3 ) is formed by material removal by means of laser processing. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Lotstoppvertiefung (3) durch Materialverdrängung mittels Prägen gebildet wird.A method according to claim 10, characterized in that the Lotstoppvertiefung ( 3 ) is formed by material displacement by means of embossing.
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