DE102016009985A1

DE102016009985A1 - Anordnung zum Löten eines aus Blechlamellen fügbaren Metallkörpers

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Publication number: DE102016009985A1
Application number: DE102016009985.2A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-07-28
Filing date: 2016-08-17
Publication date: 2018-02-01

Abstract

Hohe Fertigungskosten eines aus Lamellen/Segmentblechen verlöteten Metallkörpers begrenzen den Einsatzbereich dieser Art von Konstruktionsteilen. An Innen-Außenkonturen der einzelnen Lamellen werden offene Ausnehmungen angebracht, die bei den benachbarten Lamellen eines vormontierten Körpers zueinander versetzt sind und somit Räume bilden, die zur Aufnahme von pastenförmigem Lot genutzt werden. Angebracht an der Wand einer Zylinderbohrung lassen sich diese Depots besonders kostengünstig mit Hilfe eines Lotverteilers füllen, der an Bohrungswand anliegt und entlang dieser Wand verdreht oder verschoben wird um alle Depots zu erreichen, während das Lot aus einem Behälter unter Überdruck in die Depots durchgeleitet wird. Komplexe hochbelastete Maschinenbauteile, die aus Blechlamellen zusammengesetzt und stoffschlüssig verlötet werden um z. B. feine Kühlungskanäle oder geschlossene Kavitäten zu erzeugen, die durch Gießen nicht herstellbar sind.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Löten eines aus einer Anzahl von Segmentblechen fügbaren Metallkörpers, bei dem Lotmaterial in zwischen einander benachbarten Lamellen gebildeten, kapillaren Lotspalten eine vollflächige, stoffschlüssige Verbindung geringer Schichtdicke vermittelt, wobei das Lotmaterial in Depoträumen bereitgestellt ist, die mit den Lötspalten in kommunizierender Verbindung stehen.
Stand der Technik
Eine Anordnung dieser Art ist durch DE19629217 bekannt. Bei dieser Anordnung münden die kapillaren Lotspalten zwischen den benachbarten Segmentblechen direkt in einem Lotdepot, das aus geschlossenen Ausnehmungen in einzelnen Segmentplatten gebildet ist und die Spalte zwischen den Segmentplatten, die mit Lot zu versorgen sind, durchquert. Diese Lösung hat den Nachteil, dass beim Hartlotvorgang im Lötofen die Segmentplatten so orientiert sein müssen, dass die Depoträume exakt horizontal verlaufen, so dass das aufgeschmolzene Lotmaterial alle Lotspalten erreichen kann. Die damit verbundene senkrechte Orientierung der Segmentplatten erfordert zusätzliche Maßnahmen, um die einzelnen Segmentplatten im Ofen, solange sie nicht miteinander verlötet sind, sicher zusammenzuhalten, was bei größeren Konstruktionen nur mit erhöhtem Aufwand realisierbar ist.
Des Weiteren sind Anordnungen aus DE19929828 und DE10351541A1 bekannt, bei denen das Lot von den Depoträumen zu den kapillaren Spalten zwischen den benachbarten Segmentplatten durch vertikale Zuführungskanäle herbeigeführt wird. Bei einer Anordnung dieser Art werden die Segmentplatten zum Verlöten in einem Stapel angeordnet, bei dem die großflächigen Begrenzungsflächen der übereinander angeordneten Segmentplatten horizontal und die schmalen, den Konturenverlauf markierende Stirnflächen, vertikal verlaufen. Um die Segmentplatten vor dem Verlöten in der für den fertigen Metallkörper vorgesehenen Konfiguration vorfixieren zu können, sind die Segmentplatten mit Nuten oder kreisförmigen Ausnehmungen versehen in die Fixierungselemente eingesetzt sind. In unmittelbarer Nähe zu diesen Fixierelementen wird das Lotmaterial so angebracht, dass es nach dem Aufschmelzen, durch die Kapillarwirkung, entlang den Spalten zwischen den Fixierungselementen und den Ausnehmungen zu den übereinander angeordneten horizontalen Lotspalten zwischen den Segmentplatten zugeführt wird und in diese eintritt, was das Benetzen sichert und letztendlich zu einer porenfreien stoffschlüssigen Verbindung im Bereich um diese vertikalen Lotzuführungskanäle führt. Hierbei ist es meist ausreichend zwei bis drei solche Elemente einzubauen, um die definierte Anordnung der Segmentplatten zu erzielen.
Bei kleineren Konstruktionsteilen, in denen die Kapillarwirkung dieser vertikalen Lotzuführungskanäle ausreichend ist, um das Lot sicher von dem Depot bis an das oberste Segmentblech zu transportieren, hat sich diese Art der Lotzuführung als kostengünstige Alternative zum galvanischen Beschichten der Segmentplatten mit Lot oder Verwendung von Lotfolien erwiesen.
Bei großen Metallblöcken wird die in DE19929828 formulierte Annahme, dass wenn die Segmentplatten noch „lose” aufeinander gestapelt sind, die jeweils nur punktförmige Anlage aneinander noch eine hinreichende „vertikale” lichte Weite hervorgibt, innerhalb der das flüssige Lot aufgrund der Kapillarwirkung sich flächig verteilen kann, auch wenn die Platten mit höheren Kräften aneinander gedrückt werden, offenbar (erfahrungsgemäß) nicht immer erfüllt. Berücksichtigt man, dass die Steifigkeit der großflächigen und relativ dünnen Segmentplatten, die aus üblichem kaltgewalzten Feinblechstahl mit einer maximalen Dicke um 3 mm hergestellt werden, bei Löttemperaturen über 1000°C signifikant abnimmt und die Kapillareffekte in den Lotspalten, einschließlich auch bei der Bildung von Lot-Kehlen an deren Ränder, den hydrostatischen Druck in diesen Spalten senken, kann eine örtliche Spaltverkleinerung stattfinden. Dies erhöht die Festigkeit der Lotverbindung, begrenzt aber den Bereich des kapillaren Lötspaltes, in dem sich das Lot aus einem Depot ausbreiten kann (ca. 45 bis 95 mm bei Lamellen aus 2 mm dicken kaltgewalzten Feinblechstahl DC01).
Somit werden bei größeren Metallblöcken mehr Lotzuführungskanäle benötigt, als die obligatorischen Fixierelemente aufweisen, was zu einem erhöhten Montageaufwand und folglich auch Herstellungskosten führt. Selbstverständlich können die vertikalen Zuführungskanäle bei solchen Blöcken als einfache Laserschnitte hergestellt werden, die bei den benachbarten Lamellen exakt übereinander positioniert sind und somit ein Kapillarspalt bilden. Dies erübrigt die Montagekosten für zusätzliche Fixierelemente, hat aber den Nachteil, dass mit Laserstrahldicke um 0,2 mm der kapillare Fülldruck in solchen vertikalen Zuführungskanäle niedrig ist, was dessen maximale Höhe (mit Hinsicht auf eine sichere Beförderung des Lots aus dem Depot bis zum obersten Segmentblech) begrenzt. Folglich werden bei höheren Metallkörper mehrere Etagen solcher vertikalen Kanäle mit dazugehörigen Lotdepots benötigt, was ein bestimmtes Risiko in sich birgt: das überschüssige Lot, das in den Depots der oberen Schichten nach dem Schmelzen verbleibt, kann in die nebenan platzieren medium-leitenden Funktionskanälen durchsickern, sich dort sammeln und bei Kanälen mit kleinen Abmessungen zu Verstopfungen führen. Dieses Lot nachträglich zu entfernen ist kaum möglich und sehr kostenintensiv. Eine Verwendung von verkupferten Lamellen minimiert diese Gefahr, ist aber mit Beschichtungskosten verbunden, die bei großen Metallkörpern (um 500 mm im Durchmesser und Höhe) in Kleinserienfertigung ca. ein Viertel aller Herstellungskosten ausmachen.
Darstellung der Erfindung
Gemäß dem Grundgedanken der Erfindung werden für jeden kapillaren Spalt zwischen den benachbarten Lamellen eigene Lot-Depots, die zu einer den Wände des Metallblocks offen sind und dessen Volumen die erforderliche Menge von pastenförmigen Lotmaterial (Lot Paste) aufnehmen kann, um eine vollflächige und stoffschlüssige Verbindung dieser Lamellen herzustellen, geschaffen. Angebracht an einer, vorzugsweise alle Lamellen durchquerender Bohrungswand, können diese Lot-Depots alle auf einmal oder gruppenweise mengengenau mit Lotmaterial gefüllt werden, indem sie zuerst vor dieser Wand z. B. mit einem passenden Dorn räumlich abgetrennt und danach durch Kanalführungen in diesen Dorn mit einem Lotspender verbunden werden. Hat die Lot Paste eine passende Konsistenz, dann wird das Depot bis direkt an den Bohrungsmantel mit Lot gefüllt und die Grenzfläche zu dem Depoteingang behält seine Gestalt, auch nach dem der Dorn entfern wurde. Die Ausrichtung der Depoteingänge zur Seitenwand einer Bohrung (Kavität- im Allgemeinen) gewährleistet, dass während des Lötprozesses im Vakuumofen eine direkte Wärmebestrahlung des Lots in diesen Eingängen nicht stattfindet, oder mit einfachen Mitteln verhindert werden kann. Folgemäßig wird die Wärmeenergie von den Heizelementen des Ofens zum Lot in den Depots durch die Wände des Metallkörpers übertragen und die kapillare Lotspalte um die Lotdepots herum werden somit auf die Löttemperatur erhitzt, bevor das Lot flüssig wird. Dies gewährleistet, dass beim Schmelzen das Lot sofort in diese Kapillarspalte „aufgesaugt” wird und nicht über die Kanten der Depoteingänge entlang der Bohrungswand abfließen kann, auch wenn die Depots relativ flach ausgeführt sind, um z. B. die Bearbeitungszugabe an Seiten mit eingebetteten Depoträumen so klein wie möglich zu halten.
Sind die Konturen der Lamellen, an denen diese Depots in Form von offenen Ausnehmungen angebracht werden, funktional bedingt, erhöhen sich die Herstellungskosten der Lamellen dadurch nicht oder kaum, die Belotungskosten fürs Anbringen des Lots in diese Depots können jedoch – im Vergleich zum galvanischen Beschichten der Lamellen – gesenkt werden, auch wenn die Anzahl der Lotdepots sehr groß ist.
Im Einklang mit Merkmalen des Anspruchs 2 ist es vorteilhaft, die Ausnehmungen für Lotdepots bei einem Konstruktionsteil vom Typ „Zylinderblock” um die Zylinderbohrung/en zu platzieren. Dann kann der Zentrierdorn, der die koaxiale Positionierung der Lamellen beim Stapeln gewährleistet, mit einem schlitzförmigen Kanal an der Seite versehen werden, so dass aus diesem Kanal heraus alle Depots nacheinander mit pastenförmigem Lot gefüllt werden, indem der Dorn um seine Achse gedreht wird. Dies reduziert die Belotungszeit und somit auch die Herstellungskosten.
In Metallblöcken mit integrierten Kühlkanälen ist es besonders vorteilhaft die Depoträume um die vertikale Kanalführungen/Bohrungen für das Kühlungsmedium anzubringen (Merkmale des Patentanspruchs 3). Das Lotmaterial wird beim Lötprozess aus diesen Räumen aufgebraucht, so dass diese „lehrstehenden” Räume nicht nur die Kontaktfläche zum Kühlmedium vergrößern, sondern auch zu Verwirbelungen in der Kühlflüssigkeit führen, die die Wärmeübertagung von der angrenzenden Wand zur Kühlflüssigkeit intensivieren.
Gemäß Anspruch 4 kann es vorteilhaft sein die Depots an benachbarten Lamellen kommunizierend miteinander zu verbinden. Dadurch wird erreicht, dass das überschüssige Lot, das kaum zu vermeiden ist und nach dem Löten sogenannte Lotkehlen in Lotdepots bildet, aus den oberen in weiter unten liegende Schichten geleitet und zur Speisung der weiter unten im Stapel platzierten Lotspalten genutzt werden kann, um den Lotverbrauch zu minimieren. Da dieser Lotfluss am Rande der Lamellen verläuft und somit offen ist, kann ein Aufbau von jeglichem hydrostatischen Druck nicht stattfinden und damit wird einer Verstopfung der inneren Kanalführungen des Metallblocks vorgebeugt.
Diese kommunizierende Verbindung kann auf zweierlei Weise erreicht werden. Nach Merkmalen des Anspruchs 5 ist es besonders kostengünstig diese Verbindung herzustellen, indem die Aussparungen für Depoträume an den benachbarten Lamellen so zueinander versetzt abgebracht werden, dass eine direkte Verbindung zwischen diesen in Form eines Schlitzes jeglicher Gestalt entsteht. Wichtig ist, dass die Kapillarwirkung dieser Verbindung wesentlich kleiner als des Spaltes zwischen den Lamellen ist. Dies gewährleistet, dass das überschüssige Lot erst weitergeleitet wird, nachdem die Kapillarspalte sich „vollgesaugt” haben.
Diese Verbindung kann auch durch ein Lichtspalt am Rande der benachbarten Lamellen bei weit auseinander platzierten Ausnehmungen hergestellt werden, indem eine oder beide Kanten der Lamellen abgerundet oder mit Fasen versehen werden und dadurch ein Spalt am Rande dieser gestapelten Lamellen entsteht, dessen Kapillarität einen horizontalen Flusspfad bildet, der die entsprechenden Depots miteinander verbindet. Dies hat den Vorteil, dass aus diesem Lotpfad heraus auch Bereiche des kapillaren Lotspaltes zwischen den Lamellen versorgt werden können, die außerhalb des Wirkungsbereiches der Lotdepots liegen und folglich deren Zahl somit reduziert werden kann.
Nach Merkmalen des Anspruchs 6, kann dieser kapillare Lotpfad durch Kantenverformung und Kantenabtragung, die beim Herstellen der Lamellen durch Stanzen entstehen, gebildet werden. Dies ist von besonderer wirtschaftlicher Bedeutung, weil bei bestimmter Geometrie eine Herstellung der Lamellen durch Stanzen wirtschaftlicher ist als durch Lasern. Der erhöhte Lotverbrauch beim Löten von gestanzten Lamellen spielt in der vorgeschlagenen Anordnung eine untergeordnete Rolle, weil das zusätzliche Lotmaterial für das Ausfüllen der Unebenheiten, die durch Stanzen entstanden sind, beim großflächigen aneinanderpassen der Grenzflächen der benachbarten Lamellen, wieder in die Depots zurückgedrängt wird und für Speisung der weiter unten liegende Spalte genutzt werden kann.
Genauer betrachtet, bilden diese beiden Verbindungsarten zwischen den benachbarten Lotdepots einen Lotpfad, der parallel zu den jeweiligen Kapillarspalten zwischen den benachbarten Lamellen „geschaltet” ist, und der das überschüssige Lot, das sich in Form von Lotkehlen in dem unteren Eckbereich eines Depots sammelt, in den oberen Eckbereich des nebenan, weiter unten platzierten Depots leitet, bis die Kapillarwirkung dieser beiden Ecken auf das Lot dazwischen sich ausgleicht. Das Weiterfließen des Lots aus der oberen Ecke in die untere des jeweiligen Depots ist nicht möglich, es sei denn, eine oder beide Lotkehlen werden so groß, bis diese sich berühren und verschmelzen. Dabei fließt das meiste Lot aus der oberen Ecke in die untere und dieser Vorgang kann sich wiederholen, bis dieses Lot immer tiefer liegende Depots erreicht und letztendlich sich in den untersten Lotdepots des Stapels sammelt. Ansonsten verbleibt das überschüssige Lot in diesen Lotkehlen. Dies hat den Vorteil, dass die „gefüllten” Lotkehlen auf ein spaltfreies Löten hinweisen und ermöglicht somit eine einfache Sichtkontrolle der Lötqualität.
Wird ein restloses Abführen des überschüssigen Lots angestrebt, dann kann nach Merkmalen des Anspruchs 7 auf einfachste Weise ein vertikaler kapillarer Pfad entlang der Seitenwand des Depots vorgesehen werden. Dies gewährleistet, dass das flüssige Lot kontinuierlich und ohne Restbestände von den höher liegenden, zu den weiter unten liegenden Depots fließen kann.
Dieses Netz an kapillaren Pfaden an einer oder mehreren Seitenwänden des Metallblocks kann auch soweit angepasst werden, dass bei Bedarf das gesamte Lot in den Depoträumen der obersten Etagen deponiert wird. Die weiter unten liegenden Ausnehmungen werden nur soweit geformt, dass diese nicht als Depots, sondern als Zuflusspfad dienen, der die weiter unten liegenden Kapillarspalten mit Lotmaterial aus den weiter oben liegenden versorgt (Merkmale des Anspruchs 8). Dies kann erforderlich sein z. B. wenn nur im oberen Bereich des Metallblockes genügend Platz für Depoträume vorhanden ist, oder wenn die Depoträume als offene Ausnehmungen an äußeren Wänden des Metallblockes platziert werden, und das durch direkte Wärmestrahlung abschmelzende Lot aus den oberen Depots in den weiter unteren aufgenommen und in die darin mündenden kapillaren Spalte weitergeleitet werden kann.
Dieser stufen- oder zickzack förmige an der Seitenwand eines Lamellenstapels verlaufende Lotpfad aus offenen, miteinander kommunizierenden Ausnehmungen kann auch zur Optimierung des Lotmaterialverbrauchs beim Löten von Metallkörpern aus galvanisch beschichteten Lamellen genutzt werden, um, wie oben beschrieben, das überschüssige Lot aus den oberen Bereichen des Stapels an die weiter unten liegenden aufzubrauchen.
Ungeachtet der Tatsache, dass die Lotdepots-Ausnehmungen in den benachbarten Lamellen zueinander versetzt sein müssen, um den Merkmalen des Anspruchs 1 zu entsprechen, bedeutet dies noch nicht, dass diese Lamellen eine unterschiedliche Geometrie aufweisen müssen. Haben diese Teile eine Rotationsachse, so kann der Versatz der Depots im Einklang mit den Merkmalen des Anspruchs 9 durch winkelversetzte Positionierung zweier geometrisch gleichen Lamellen erreicht werden, die zueinander um seine Achse beim Stapeln versetzt montiert sind.
Im Anspruch 10 sind die notwendigen Schritte aufgeführt, die das Verfahren zur Befüllung der Depoträume mit pastenförmigem Lotmaterial beinhalten sollten.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Anordnung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von der Zusammenfassung in einzelnen Ansprüche oder deren Rückbeziehung.
Es zeigen:
1 eine erfindungsgemäße Anordnung in elementarer Ausführungsform mit jeweils drei zur zentralen Bohrung offenen Lotdepots in jeder Lamelle in perspektivischer, schematisch vereinfachter Ansicht,
2 eine weitere Gestaltung der Anordnung gemäß 1, dessen Lot-Depots an den benachbarten Lamellen eine kommunizierende Verbindung durch Überdeckung/Überlappung aufweisen,
3 eine Variante des prinzipiellen Ablaufs der Belotung aus einem Dorn heraus, der beim Stapeln als Zentrierdorn dient,
4 ein Ausschnitt aus einer 4-Zylinder Trommel mit Lotdepots um die Kanalführungen und Fixierelemente in perspektivischer Ansicht,
4a eine vergrößerte Darstellung der Gestaltung der Depot-Räumen um Kühlkanäle und Fixierelemente der Anordnung gemäß 4.
Zweck der in 1 dargestellten Anordnung, die in einem Stapel 11 übereinander liegenden Lamellen 11i (i = 1 bis 33), die mittels zweier Fixierstifte 14 in miteinander flüchtende Bohrungen kleinen Durchmessers so zueinander positioniert sind, dass die kreisförmige Öffnungen 12i der einzelnen Lamellen 11i koaxial zueinander verlaufen, alle drei sichelförmigen Ausnehmungen 13 am Rande der einzelnen Öffnungen 12i die gleiche Geometrie haben und bei den benachbarten Lamellen so zueinander versetzt sind, dass im Stapel 11 daraus voneinander getrennte Depoträume 13' (entsprechend den Ausnehmungen 13) mit offenem Zugang zur Bohrung 12 gebildet werden, ist, in einem Hartlotprozess eine stoffschlüssig-feste Verbindung der Lamellen 111 bis 1133 zu einem hochfesten, einstückigen Metallkörper 10 zu erzielen. Für diesen Metallkörper 10 sei, ohne Beschränkung der Allgemeinheit, lediglich zum Zweck der Erläuterung, eine Verwendung als Montageblock zur Aufnahme eines elektrischen Antriebsmotors, der in die zentrale Bohrung 12 (nach entsprechender spanabhebender Bearbeitung) eingebaut und mittels der, in dieser Ansicht nicht dargestellten Kanälen, gekühlt/temperiert wird.
Für das gewählte Anordnungsbeispiel sei angenommen, dass die Lamellen 11i aus kaltgewalztem Feinblech hergestellt sind, alle (außer Lamelle 111, die keine Ausnehmungen 13i hat) die gleiche Innen- und Außenkonturen haben und die Ausnehmungen 13i bei den benachbarten Lamellen 11i am Rande der Öffnungen 12i um 120° zueinander versetzt sind und ein Gesamtvolumen aufweisen, das die Menge von pastenförmigem Lotmaterial aufnehmen kann, um alle Räumlichkeiten in Kapillarspalten 16j (j = 1 bis 32) zwischen den aufeinander gestapelten Lamellen 11i und 11i+1 mit Lot im flüssigen Zustand sicher zu füllen und dadurch ein großflächiges Anlegen der Lamellen zueinander ohne Spaltbildung zu ermöglichen.
Wie aus der 1 ersichtlich, bilden die Ausnehmungen 13i am Rande der Bohrung 12 vertikale Depotreihe 1 bis 6, wobei die Ausnehmungen 13i in Lamellen 11i mit ungeraden i-Zahl (i = 1, 3, 5, 7...) der Reihen 1, 3 und 5 zu den Ausnehmungen 13 an Lamellen mit geraden i-Zahl (i = 2, 4, 6, 8...) der Reihen 2, 4, und 6 vertikal versetzt sind. Dies macht es möglich, dass das flüssige Lot aus der Lotkehle 19, die sich in der unteren Ecke 17 eines Depots 13i/k (k = 1 bis 6 – Positionsnummer einer Depotreihe) bilden kann in die obere Ecke 18 der Depots 13i/k der benachbarten Reihen (z. B. aus dem Depot 1328/6 in die Depots 1327/5 und 13'27/1) fließen kann und dort die Lotkehlen 20 bilden, mindestens solange die Lamelle noch „lose” (punktuell abgestützt) aufeinander liegen und eine bestimmte lichte Weite zwischen den Lamellen vorhanden ist.
Im Lötprozess, nachdem die Spalte 16j mit flüssigen Lot aus jeweiligen Depot 13i/k gefüllt sind und ein großflächiges Aneinanderpressen der gegenüberliegenden Oberflächen der Lamellen stattgefunden hat, kann diese kommunizierende Verbindung unterbrochen sein und das Abfließen des überschüssigen Lots in die immer weiter unten liegenden Depots 13i/k ist nicht mehr gewährleistet. Um diese Verbindung aufrechtzuerhalten und dieses überschüssige Lotmaterial in weiter unten liegenden Spalten 16j benutzen zu können, werden in diesem Anwendungsbeispiel gestanzte Lamellen 11 vorgesehen, die nach dem Stapeln am Rande der Öffnungen 12i der benachbarten Lamellen (siehe z. B. Pos. 11 ₂₇ und 11 ₂₈) einen keilförmigen Spalt 21, der durch einseitigen Materialeinzug einer gestanzten Kante 15 beding ist, aufweisen. Dieser Spalt bildet einen entsprechenden horizontalen Zuflusspfad 21 zwischen den Depots 13 _28/6 und 13 _27/1, in die der Kapillarspalt 16 ₂₇ mündet und der das Abfließen des überschüssigen Lots aus den Depots 13 _28/6 in 13 _27/1 (bzw. 13 _27/5) ermöglicht, auch wenn das Fließen im kapillaren Spalt 1627 selbst nicht mehr stattfinden kann.
Zur Lotverteilung aus den Depots 13i/k in die Kapillarspalte 16j sei auf einen, hier etwas vereinfacht dargestellten Ablauf hinzuweisen. Wenn alle Depoträume 13i/k mit Lotmaterial gefüllt und im Lötprozess auf die Löttemperatur gebracht sind, wird das flüssige Lot aus diesen Räumen vorwiegend in den Kapillarspalt 16j, der in der unteren Ecke 17 dieser Depots 13i/k mündet, hineingesaugt und breitet sich bis an die Grenzkonturen der Lamellen aus. Bedingt durch die Kapillarwirkung der oberen Ecken 18 der Depots 13i/k aus beiden benachbarten Reihen bilden sich hier Lotkehlen 20, die ein Teil des überschüssigen Lots aus der Lotkehle 19 in sich aufnehmen, bis die Kapillarwirkung dieser beiden Ecken 17 und 18 auf das Lot im keilförmigen Spalt der kommunizierenden Verbindung zwischen diesen Ecken sich ausgleicht. So wird z. B. das Lot aus der Ecke 17 (Lotkehle 19) des Depots 13 _28/6 zum Teil in die Lotkehlen 20 von Ecken 18 der Depots 13 _27/5 und 13 _27/1 geleitet. Da dieser Prozess zeitnah in allen Depots 13i/k (i = 2 bis 33, k = 1 bis 6) abläuft, bilden sich entsprechend Lotkehlen in beiden Ecken 19 und 20 jedes Lotdepots. Ist die Menge an überschüssigem Lot mindestens in einem dieser Depots so groß, dass die obere und untere Lotkehlen „verschmelzen”, dann fließt das Lot aus der oberen Ecke 18 in die untere Ecke 17 herunter und von dort aus, wie bereits oben beschrieben, – in die obere Ecke 18 des nächsten Depots, welches sich weiter unten in der benachbarten Reihe „k” sich befindet und die miteinander kommunizierend verbunden sind. Bei entsprechender Menge von überschüssigem Lot in den Depots wiederholt sich dieser Vorgang, bis dieses Lot die Depots 131/k an der untersten Lamelle 11 ₁ des Stapels erreicht hat oder unterwegs von einem oder mehreren Lotspalten 16j aufgesaugt wurde.
Der Vorteil der vorgeschlagenen Belotungsart der Depots mit pastenförmigem Lotmaterial unter Überdruck ist, dass dabei ein flächendeckendes „Anheften” der Lotteilchen an den Wänden und Ecken der Depots zustande kommt, was zur flächigen Benetzung dieser Wände mit flüssigem Lotmaterial führt. An den senkrechten Wänden der Depots, die entsprechend benetzt sind, sind die Voraussetzungen für ein kontinuierliches Abfließen des überschüssigen Lotmaterials aus der oberen in die zur unteren Ecken dieser Depots gegeben, so dass ausgeprägte Lotkehlen sich nicht bilden und eine optimale Lotmaterialausnutzung erreicht werden kann.
Bei der in 2 dargestellter Anordnung 10, die der 1 im Wesentlichen entspricht, haben die Lotdepot-Ausnehmungen 13 am Rande der Bohrung 12 ein schmales, in die Länge gezogenes Profil mit „scharfen” Ecken 22 an den jeweiligen Enden. Muss die Bohrung 12 nach einer spanabhebenden Bearbeitung eine durchgehende, glatte Oberfläche haben, so ergibt diese Form der Ausnehmungen 13 die kleinste Materialzugabe an der Wand, in die diese Aussparungen 13 integriert werden müssen, um nach dem Löten mit minimalem Aufwand abgetragen zu werden.
In diesem Ausführungsbeispiel sind die Aussparungen 13 an den benachbarten Lamellen 11 zueinander versetzt angeordnet, jedoch so ausgeführt, dass diese Aussparungen sich teils überlappen, um auf einfachste Weise eine horizontale kommunizierende Verbindung zwischen den benachbarten Lotdepots zu ermöglichen. Dies ist erreicht, indem die beiden, nebeneinander liegenden seitlichen Wände 23 der zwei miteinander kommunizierenden Ausnehmungen der benachbarten Lamellen kreuzend zueinander angeordnet sind. Somit kreuzen sich auch die Bahnen entlang der Lotkehlen, in denen das Lot aus der unteren Ecke 17 eines Depots zur oberen Ecke 18 des benachbarten Depots fließen kann. Die Umleitung zwischen diesen Ecken entsteht durch den lichtweiten Spalt zwischen den benachbarten Lamellen an der Spitze dieser Kreuzung 24, wo der kapillare Spalt dazwischen sich nach und nach bis auf einen direkten Kontakt der beiden Lotkehlen verkleinert. Dabei wird diese Umleitung durch Kantenabrundungen vom Lasern oder Materialeinzug vom Stanzen der seitlichen Wände 23 im Bereich der Kreuzung 24 begünstigt.
Die Ecken 22, die den vertikalen Lotpfad zwischen den benachbarten Kapillarspalten 16 bilden, haben eine Kapillarwirkung, die signifikant kleiner ist als des Spaltes 16, jedoch ausreicht, um, nachdem dieser Spalt 16 mit Lotmaterial gefüllt ist, ein kontinuierlichen Abfluss des überschüssigen Lots aus der oberen Ecke 18 in die untere Ecken 17 der Depots 13 zu gewährleisten.
Das anhand der 3 geschilderte Prinzip der Befüllung der Depoträume 13 mit pastenförmigem Lotmaterial 25 aus einem Lotspender 26, der im Zentrierdorn 27 intergiert ist, sieht vor, dieses Lots 25 unter Überdruck „p”, der von einem Luftkompressor 26 erzeugt und konstant gehalten wird, durch die Zuführungskanäle 30 und den schlitzförmigen Kanal 29 an der Seite des Dornes 27 in die gegenüber liegende Depoträume 13 reinzudrängen bis die Luft aus diesen Räumen 13 durch die Kapillarspalte 16 entwichen ist und diese Depots 13 vollständig (bis auf „Anschlag”) mit Lot 25 gefüllt sind. Der Überdruck „p” wird mit Hinsicht auf die Viskosität der Lotpaste 25 und Spaltgröße zwischen dem Dorn 27 und der Bohrung 12 so gewählt, dass das Lot aus diesen eingeschlossenen Räumen kaum noch entweichen kann. Wird dabei der Dorn/Lotverteiler 27 um seine Achse 28 gedreht, dann werden nacheinander alle Depoträume 13 um die Bohrung 12 herum mit Lotmaterial gefüllt und der Dorn 27 kann herausgezogen werden, am einfachsten – ohne die Drehbewegungen zu unterbrechen.
Das Anordnungsbeispiel gemäß 4 zeigt einen Ausschnitt aus einem 4-Zylinderblock vom Typ „Trommel”, dessen vier Zylinderbohrungen 31 mit Kühlkanälen 32 umschlossen sind, die eine zick-zack-förmige Bahn für die Kühlflüssigkeit entlang und um die Bohrungen 31 herum vorgibt. Ein oder mehrere Eingänge und Ausgänge für diese Flüssigkeit können auf unterschiedlicher Weise gestaltet werden und sind hier nicht dargestellt.
Vergrößerte Ansicht dieser Kanäle 32 ist in 4a dargestellt. Die Besonderheit dieser Anordnung ist, dass die Kühlkanäle 32 aus Langlochausnehmungen mit Abmessungen D × (L + E) gebildet sind, die bei benachbarten Lamellen im Stapel 11 mit einem Versatz E zueinander zickzack-förmig übereinander angeordnet sind. Daraus ergibt sich eine Lichtweite des Kanals 32 von D × L mit sichelförmigen Lotdepots 33, die übereinander zu einer oder anderen Seite des Kanals 32 versetzt angeordnet sind und die aus einem passenden Dorn-Verteiler 34 heraus, mit pastenförmigen Lotmaterial gefüllt werden können. Dieser Dorn 34 wird direkt mit einem externen Lotspender (ähnlich wie 26 in 3) verbunden und muss dabei entlang dieses Kanals verschoben werden, um alle Depots zu erreichen. Selbstverständlich können diese Kühlkanäle 32 auch andere, als in Ansicht A dargestellt, Profile haben, z. B. – eckförmige, die vertikale Lotpfade an der Seitenwand der Depots hervorrufen und somit ein vollständiges Abfließen des überschüssiges Lot gewährleisten.
Entscheidend bleibt – die Lotdepots sind als offene Ausnehmungen zum Kühlkanal zu gestalten, die bei den benachbarten Lamellen zueinander versetzt anzuordnen sind und ein Volumen aufweisen, um für alle kapillaren Spalten 16 zwischen den benachbarten Lamellen genügend Lotmaterial zur Verfügung bereitzustellen. Der Ablauf der Lotversorgung aus diesen Depots in die Kapillarspalte 16 zwischen den Lamellen ist der gleiche, wie bereits bei Anordnung aus 1 beschrieben.
Ein weiteres Beispiel der Ausführungsmöglichkeiten von Lotdepots ist in der Ansicht B von 4a dargestellt, wo die Depots 36 um die Durchgangslöcher 35 für die Fixierstifte 14 nach den Merkmalen des Anspruchs 1 angeordnet sind. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass der Spalt zwischen dem Fixierstift 14 und den Öffnungen 35 in den einzelnen Lamellen den vertikalen Lotpfad bilden, der das überschüssige Lot aus den weiter oben platzierten Lotdepots in die weiter unten platzierten Depots leitet und somit zur besseren Ausnutzung des Lots genutzt werden kann. Selbstverständlich müssen diese Depots 36 aus einem entsprechenden Dorn mit Lotpaste gefüllt werden, bevor die Fixierstifte 14 montiert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19629217 [0002]
DE 19929828 [0003, 0005]
DE 10351541 A1 [0003]

Claims

Anordnung zum Hartlöten eines aus Lamellen zusammensetzbaren Metallkörpers mit Lotmaterial, das in Depoträumen bereitgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Depoträume an den Inneren- und/oder Außenkonturen der einzelnen Lamellen als randoffene Ausnehmungen, die bei den benachbarten Lamellen zueinander versetzt angebracht sind, wobei das Volumen dieser Ausnehmungen zur Aufnahme der erforderlichen Menge von pastenförmigen Lotmaterial bemessen ist;
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen an Konturen angebracht sind, die zur Positionierung der Lamellen beim Stapeln genutzt werden und/oder Fixierelemente aufnehmen;
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der Ausnehmungen an Kanalführungen für flüssiges Medium angebracht sind;
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Depoträume an den benachbarten Lamellen eine kommunizierende Verbindung zueinander aufweisen;
Anordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die kommunizierende Verbindung durch Überlappung der Ausnehmungen zustande kommt;
Anordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die kommunizierende Verbindung der Ausnehmungen an den benachbarten Lamellen durch einen Lichtspalt hergestellt wird, der durch Kantenverformung oder Kantenabtragung an Konturen der gestanzten Lamellen entstanden ist;
Anordnung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der benachbarten Lamellen gleiche Inneren- und/oder Außenkonturen aufweist;
Anordnung nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Depoträume mit einer kommunizierenden Verbindung zueinander, eine weitere Verbindung zu Aussparungen aufweisen, die am Rande der Lamellenkonturen einen Flusspfad für das flüssige Lot aus den Depoträumen zu Kapillarspalten der weiter unten im Stapel positionieren Lamellen bildet;
Anordnung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der benachbarten Lamellen eine gleiche Inneren- und/oder Außenkonturen aufweist;
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Befüllung der Depoträume mit Lotpaste nach einem Verfahren erfolgt, das folgende Schritte beinhaltet: a) Anbringen eines Lotverteilers, der an der seitlichen Wand mit integrierten Lotdepoträumen anliegt und der beim Drehen oder/und Verschieben mehrere Depoträumen mit einem Lotspender verbindet; b) Zusammenpressen der gestapelten Lamellen; c) Befüllung der Depoträume mit Lotpaste unter Überdruck, der das entweichen der Luft aus diesen Räumen und eine sichere Haftung der Paste an den Wänden, anschließend im Mündungsbereich der kapillaren Spalte, gewährleistet; d) Entfernung des Lotverteilers.