DE10221613A1 - Verfahren und Vorrichtung zum martensitfreien Löten - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung (Fig. 1) betrifft ein neues Verfahren zum Löten eines Verbindungsteiles (10) aus einem elektrisch leitenden Material, beispielsweise aus Metall, auf eine metallische Oberfläche mit Hilfe eines neuartigen temperaturgeregelten Lötverfahrens, wodurch für bestimmte Materialarten, beispielsweise Stahl, ein martensitfreies Löten erzielt werden kann, d. h. ein Löten ohne schädliche Gefügeänderungen (Martensitbildung). Es wird eine Lötverbindung erhalten, die vollständig frei von Martensit unterhalb der Lötverbindung, beispielsweise bei Eisenbahngleisen und/oder Rohrleitungen, ist. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Verfahren zum Löten, beispielsweise eines Verbindungsteiles aus einem elektrisch leitenden Werkstoff, beispielsweise einem Me­ tall, auf eine metallische Oberfläche durch ein neuartiges temperaturgesteuertes Löt­ verfahren, wodurch für bestimmte Werkstoffarten, beispielsweise Stahl, eine marten­ sitfreie Lötstelle erhalten wird. Die Lötstelle wird also ohne schädliche Gefügeänderun­ gen (Martensitbildung) hergestellt. Es wird eine Lötstelle erhalten, die unterhalb der Löt­ verbindung vollkommen frei von Martensitbildung ist, beispielsweise bei Eisenbahnglei­ sen (Schienen) und/oder Rohrleitungen. Die vorliegende Anmeldung beschreibt ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Entwicklungen im Schienenverkehr gehen einher mit immer höheren Geschwindigkeiten und schwereren Achslasten. Dies wiederum stellt erhöhte Anforderungen an die Festig­ keit von Eisenbahngleisen und deren Vermögen, Verschleiß zu widerstehen. Dement­ sprechend werden Schienen aus höherlegierten Stählen hergestellt, um diesen strengen Anforderungen zu genügen. Der Werkstoff, aus dem die Schienen hergestellt werden, ist anfällig für thermische Einflüsse, die Gefügeänderungen verursachen können, die als Martensitbildung (Härten) bekannt sind.

Die Martensitbildung kann im Schienenmaterial zur Rissbildung und bei höheren Lasten zum Bruch der Schienen führen, was katastrophale Folgen für den Eisenbahnverkehr hat. Folglich ist es sehr wichtig, Signalleitungen, andere Arten von Leitungen und Kabel fest mit den Schienen zu verlöten, wobei ein Verfahren eingesetzt wird, das keine Mar­ tensitbildung in den Schienen hervorruft.

Bis jetzt war es nur möglich, die Martensitbildung oder Gefügeänderungen durch ein Stiftlötverfahren zu minimieren, welches in dem schwedischen Patent 9003708-6 (469 319) beschrieben ist. Es gibt bis jetzt allerdings kein Stiftlötverfahren, das die völlige Vermeidung von Martensitbildung in elektrischen Kontaktverbindungen ermöglicht, die zwei oder mehr Gegenstände elektrisch verbinden sollen.

Das schwerwiegendste Problem bei den gegenwärtig im Zusammenhang mit Eisen­ bahngleisen eingesetzten Verfahren ist die große Wärme, die unterhalb der Lötverbin­ dung produziert und durch einen elektrischen Lichtbogen verursacht wird, der beim Löt­ vorgang erzeugt wird und die schädliche Gefügeänderung bzw. Martensitbildung hervor­ ruft.

Ein anderes Problem war die Elektrode an sich, die bei dem Verfahren verwendet wird und sich über den Lötstift entlädt. Der Lötstift enthält sowohl ein Flussmittel als auch ein Lötmetall. Zu Beginn des Vorgangs wird ein elektrische Lichtbogen gezündet, und das Flussmittel fließt vom Lötstift zur Lötstelle und reinigt diese. Daraufhin fließt Lot vom Lötstift zur Lötstelle. Schließlich wird der Lötstift nach unten in die Lötschmelze gepresst und dringt in die Lötstelle ein. Um eine Verbindung zwischen der metallischen Oberflä­ che auf der Schiene oder dem Rohr und einem Kabelschuh herzustellen, wird gegen­ wärtig ein Kabelschuh mit einer Öffnung vorgesehen, so dass das Flussmittel und das Lot aus dem Lötstift durch den Kabelschuh hindurchgelangen und dann den Kabelschuh fest auf die flache oder gekrümmte, metallische Oberfläche löten kann. Zu Beginn des Lötvorganges wirkt der elektrische Lichtbogen direkt auf die Schiene und erzeugt eine sehr hohe lokale Temperatur, die dann indirekt über die Lötschmelze weitergeleitet wird und hohe Temperaturen direkt in der Schiene hervorruft, die auf letztere eine schädliche Wirkung haben. Es besteht ferner das Risiko, dass sich in der Lötstelle eine Legierung mit dem Elektrodenmaterial bildet, wenn herkömmliche Lötstiftsysteme verwendet wer­ den, die sowohl die Lötstelle als auch das Werkstück beeinträchtigen. Im Endstadium des Stiftlötverfahrens wird der Lötstift nach unten in die Lötverbindung gepresst, worauf­ hin der Stift abgebrochen wird, was die Lötverbindung ebenfalls beeinträchtigt.

Ein anderes praktisches Problem beim herkömmlichen Lötverfahren besteht im ungenü­ genden Erden des Werkstückes, was viele erfolglose Lötvorgänge verursacht. Beim herkömmlichen Stiftlötverfahren stellt die Schiene den Gegenpolanschluss für die Elekt­ rode dar. Dies erfordert besondere Betriebsverfahren und getrennte Geräte. Aus diesem Grund ist es wünschenswert, das Lötverfahren zu verändern.

Ein weiterer Nachteil des gegenwärtigen Lötverfahrens ist der Kabelschuh, der mit Hilfe von Lötstiften befestigt wird, die sowohl das Flussmittel als auch das Lötmaterial ent­ halten. Die zurzeit eingesetzten Kabelschuhe weisen ein flaches Ende mit einer Öffnung auf, die es dem Lötmittel gestattet, von einer Oberseite des Kabelschuhes hindurchzu­ fließen und dann diesen an einer metallischen Oberfläche zu befestigen. Da der Lötvor­ gang schnell stattfindet, ist eine große Wärmemenge erforderlich, die von dem elektri­ schen Lichtbogen über das Lötmittel durch den Kabelschuh auf das Werkstück bzw. die Schiene übertragen wird. Das Problem bestand darin, eine ausreichend sichere Lötver­ bindung zu erzeugen, ohne gleichzeitig Gefügeänderungen unterhalb der Lötverbindung zu verursachen. Bis zu diesem Zeitpunkt war es lediglich möglich, die Martensitbildung mit Hilfe des im schwedischen Patent 9003708-6 beschriebenen Verfahrens zu minimie­ ren.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Lötverfahren, das bei Meidung herkömmlich bekannter Kombinationen aus verschiedenen Verfahren ein neues martensitfreies Löten gestattet, welches das gewünschte Endresultat erzielt und welches mit Hilfe bis jetzt bekannter Lötverfahren nicht erreichbar war.

Zurzeit ist es in Frankreich, Italien, Schweiz, Spanien und Deutschland verboten, im Zu­ sammenhang mit Eisenbahngleisen aufgrund der Martensitbildung Stiftlöten zu verwen­ den.

Bestimmte andere Staaten, in denen das Stiftlöten im Zusammenhang mit Eisenbahn­ gleisen derzeit erlaubt ist, ändern gerade ihre Bestimmungen, so dass die bestehenden Stiftlötverfahren in Zukunft nicht mehr eingesetzt werden können.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Verfahren zum temperaturgesteuerten Löten zusammen mit einer Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, bei der das Problem der Martensitbildung gelöst ist, unter dem die anderen Verfahren leiden.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen elektrischen Lichtbogen durch eine Kohleelektrode zu erzeugen, so dass eine Lötstelle hergestellt wird, ohne dass der elektrische Lichtbogen im direkten Kontakt mit der Schiene gelangt.

Eine andere Aufgabe der Erfindung besteht darin, dass die Kohleelektrode selbst einen elektrischen Widerstand im Lötverfahren darstellt, wobei die Länge, der Durchmesser und die Form der Kohleelektrode den elektrischen Widerstand und folglich auch die Stromstärke und Spannung während des Lötverfahrens beeinflussen.

Ein Vorteil des neuen Lötverfahrens besteht darin, dass Kohlepulver von der Kohleelekt­ rode während des Lötverfahrens freigesetzt und auf der oberen Oberfläche des elekt­ risch leitenden Verbindungsteils, beispielsweise des Kabelschuhs, abgelagert wird und dass die Bildung eines Hohlraumes im Kabelschuh während des Lötvorganges verhin­ dert wird. Ferner wird der elektrische Lichtbogen zwischen zwei Kohlepolen erzeugt, was eine stabilisierende Wirkung auf den elektrischen Lichtbogen hat und dem Bestre­ ben des Stromes, sich zeitlich zu ändern, entgegenwirkt. Darüber hinaus haben die wärmeisolierenden Eigenschaften von Kohlenstoff eine temperaturverteilende Funktion. Das Kohlepulver aus der Kohleelektrode wirkt also auch als Pulvermaterial, wodurch zu hohe Temperaturen, beispielsweise in der Schiene während des Lötvorganges, vermie­ den werden. Der elektrische Lichtbogen erzeugt ferner einen elektrischen Widerstand während des Lötverfahrens, wobei die Länge des elektrischen Lichtbogens, d. h. der Abstand zwischen der Elektrode und dem Gegenpol, innerhalb bestimmter Grenzen variiert werden kann. Bei einer großen Hubhöhe sinkt die Spannung und der Lichtbogen erlischt, während bei einer geringen Hubhöhe die Stromstärke ansteigt, wobei eine ge­ ringe Hubhöhe mit einem erhöhten Kurzschlussrisiko verbunden ist. Die Kohleelektrode schafft eine optimale Steuerung über die Bogenlänge während des Lötverfahrens, da das Kohlematerial einen höheren Widerstand als die abschmelzende Metallelektrode aufweist. Folglich ist die Längenänderung der Kohleelektrode vernachlässigbar.

Eine weitere Aufgabe des vorliegenden Lötverfahrens besteht darin, zu vermeiden, dass der elektrische Lichtbogen das Werkstück direkt berührt. Diese Aufgabe wird gelöst, wenn die elektrisch leitende Kontaktverbindung aus einer festen Platte aus einem kom­ pakten, elektrisch leitenden Werkstoff, beispielsweise Kupfer, besteht. Das vorliegende Lötverfahren involviert kein Flussmittel oder Lot aus einem eine Elektrode bildenden Lötstift. Das gesamte Lot muss nicht durch den Kabelschuh zum darunterliegenden Werkstück fließen. Aufgrund der Konstruktion des Kabelschuhs sind beim vorliegenden Lötverfahren das Flussmittel und das Lot unterhalb der elektrischen Kontaktverbindung selbst, beispielsweise des Kabelschuhs, angeordnet. Die gesamte Platte aus dem kom­ pakten, elektrisch leitenden Werkstoff, beispielsweise Kupfer, bildet einen Puffer, der zu hohe Temperaturen verhindert, die beispielsweise die Schiene beeinflussen und zur Martensitbildung führen. Bei dem vorliegenden Verfahren wird die Elektrode schließlich nicht nach unten in die Lötstelle gezwungen, und es besteht keine Gefahr, dass die Löt­ verbindung beeinträchtigt wird.

Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Stromstärke wäh­ rend des Verfahrens zu regeln. Das Anheben der Elektroden erhöht die Bogenlänge. Dies wiederum führt zu einem großen Spannungsabfall über den Bogen und zu einer verminderten Stromstärke im elektrischen Stromkreis. Die Bogenlänge kann nicht belie­ big erhöht werden, da nach einer bestimmten Länge der Bogen zusammenbricht, da der Widerstand zu groß wird. Ein schmaler Zwischenraum zwischen der Elektrode und dem Werkstück, die so genannte Hubhöhe, verhindert zuverlässig, dass der Bogen während des Lötvorganges erlischt. Eine niedrige Stromstärke während des Lötvorganges ist sehr vorteilhaft, da dies die Martensitbildung verhindert.

Das herkömmliche Verfahren setzt bis jetzt einen Schutzring aus keramischen Werk­ stoffen ein, der in bestimmten Situationen eine Funktion hat. Bei der vorliegenden Erfin­ dung wird vorzugsweise ein Schutzring aus Metall verwendet, wobei aber ein Schutzring bestehend aus einer Kombination der beiden Werkstoffe ebenfalls bevorzugt wird, da die Kombinationswirkung den auf die Lötpistole ausgeübten Schutz erhöht.

Unter dem Gesichtspunkt des Energieverbrauches spielen der Werkstoff und die Ges­ taltung des Schutzringes eine wichtige Rolle. Schutzringe bestehen aus einem elektrisch leitenden, kompakten Werkstoff, beispielsweise Metall, und sind derart gestaltet, dass sie eine gute wärmespeichernde Kapazität während des Lötverfahrens aufweisen und beständig ihre Form und Funktion während des gesamten Lötverfahrens beibehalten. Die von dem Schutzring absorbierte Wärme wird zu dem Kabelschuh geleitet. Das Ge­ samtergebnis besteht darin, dass relativ wenig Energie und/oder Leistung während des Verfahrens verbraucht wird, um eine martensitfreie Lötverbindung zu erzielen.

Der Schutzring verhindert auch zusammen mit einer Griffhülse, dass eine Betriebsper­ son mit dem Lichtbogen oder mit dabei gebildeten heißen Gasen in Berührung kommt. Dies verringert das Bedürfnis nach Schutzausrüstung für das Bedienpersonal. Dies eli­ miniert ferner das Risiko von Augenverletzungen bei dem Bedienpersonal und bei ande­ ren Personen, die zufällig während des Lötverfahrens in den Lichtbogen blicken.

Ein weiterer Vorteil dieses neuen Lötverfahrens besteht darin, dass die Schiene nicht mehr während des Lötens geerdet werden muss. Bei dem Lötverfahren dient die Elekt­ rode als ein Pol des Lichtbogens. Der andere Pol wird durch das elektrisch leitende Ver­ bindungsteil, beispielsweise den Kabelschuh, gebildet. In diesem Fall bildet das elekt­ risch leitende Verbindungsteil den Minuspol, der herkömmlicherweise in der Erdungs­ fachsprache Verbindung genannt wird. Bei dem vorliegenden Lötverfahren kann die Elektrode den Pluspol oder den Minuspol bilden oder wechselweise den Plus-/Minuspol. Vorteilhafterweise wird die Schiene nicht als ein Pol verwendet, da Sekundärlichtbögen zwischen dem Kabelschuh und der Schiene gebildet werden können, die sich negativ auf die Schiene in Form von Martensitbildung auswirken können. Indem die Schiene von dem geschlossenen, elektrischen Stromkreis ausgeschlossen wird, wird ferner der Grund für mögliche Störsignale in der Schiene und daran angeschlossene Geräte elimi­ niert. Die Verwendung des Kabelschuhs als ein Pol macht eine Arbeitsbühne und in be­ stimmten Situationen Erdungsgerät, das mit dem Löten assoziiert wird, überflüssig. Der Kabelschuh kann mit dem elektrischen Stromkreis über den Schutzring in der Lötpistole oder über das mit dem Kabelschuh verbundene Kabel verbunden werden.

Die kennzeichnenden Merkmale der vorliegenden Erfindung sind in dem beiliegenden Patentanspruch offenbart.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen nä­ her beschrieben, die ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellen. In diesen zeigen:

Fig. 1 schaubildartig einen Grundzug des Lötverfahrens;

Fig. 2 eine Seitenansicht der Lötpistole;

Fig. 3 eine Vorderansicht der Lötpistole;

Fig. 4A, 4B, 4C Querschnitte der Lötpistole;

Fig. 5 einen Lötbetrieb an einer Schiene;

Fig. 6 einen Lötbetrieb an einem Rohrabschnitt;

Fig. 7 eine Lötverbindung zwischen den äußeren und inneren Radrändern eines Eisenbahnwagons;

Fig. 8 ein elektrisch leitendes Verbindungsteil in Form eines Kabelschuhs in Sei­ tenansicht;

Fig. 9 die Seitenansicht eines Kabelschuhs;

Fig. 10A einen Kabelschuh in Draufsicht;

Fig. 10B einen Schnitt entlang der Linie A-A in der Fig. 10A;

Fig. 11 eine Klammer aus einem Lötmaterial;

Fig. 12 ein Spannungs-/Stromschaubild des Lötverfahrens;

Fig. 13, 14 und 15 Tabellen mit Ergebnissen von Härtemessungen von Schienen­ material bei einer Anzahl von Lötvorgängen, die gemäß des vorliegenden Verfahrens durchgeführt wurden;

Fig. 16 Aufnahmen von Lötverbindungen in vergrößertem Maßstab;

Fig. 17 ein Steuer- und Regelflussbild des Lötverfahrens und

Fig. 18 einen Querschnitt des Vorderteils der Lötpistole.

Fig. 1 stellt schematisch die notwendigen Bestandteile und den Ablauf des Lötverfah­ rens an sich dar. Die üblicherweise verwendete Stromquelle ist eine Batterie 1, aus der Strom an die Elektronikeinheit 2 geleitet wird. Die Elektronikeinheit 2 verarbeitet Daten, die von der Lötpistole 5 über deren Stromversorgungskabel und Signalkabel empfangen werden, sowie Daten aus einer externen Stromquelle. Die Elektronikeinheit 2 verarbeitet alle Informationen und regelt die Strom- und Spannungsversorgung der Lötpistole 5, beispielsweise durch Regeln der Spannungshöhe und/oder eines oder mehrerer Wider­ stände und durch Regeln dessen zusätzlichen Widerstandes. Die Zeitdauer und der Stromverbrauch können während des Lötvorganges geregelt werden, wodurch ein zu­ friedenstellendes Löten erzielt werden kann mit niedrigstem Energieverbrauch, verbun­ den mit einer Temperatursteuerung im Grundmaterial bzw. Werkstück.

Wenn der Schalter 3 den Stromkreislauf schließt, der einen Hubmagneten in der Löt­ pistole 5 umfasst, schließt die Kohleelektrode 6, die in einem Elektrodenhalter 7 ange­ ordnet ist, anfänglich den Stromkreis mit dem Kabelschuh 10 kurz, so dass, wenn nachfolgend der Elektromagnet die Kohleelektrode 6 vom Kabelschuh 10 abhebt, um einen elektrischen Lichtbogen 8 zu zünden, der von einem oder von mehreren Schutz­ ringen 9 geschützt ist, dieser auf die kompakte, flache Oberfläche des Kabelschuhs 10 wirkt, wobei der Kabelschuh einen Pol und die Kohleelektrode 6 den anderen Pol bildet. Wärme wird über den Kabelschuh 10 übertragen, aktiviert das Flussmittel zwischen dem Kabelschuh 10 und einem Lot 12, bereitet die Oberfläche vor und säubert diese zum Löten zwischen dem Lot 12 und dem Kabelschuh 10. Wenn das Lot 12 erwärmt wird, aktiviert dieses das Flussmittel 13 auf dem Werkstück 14 und eine Lötverbindung wird mit Hilfe des Lotes 12 auf dem Werkstück 14 gebildet. Folglich wird der Kabelschuh 10 fest auf das Werkstück 14 gelötet, ohne dass der elektrische Lichtbogen 18 direkt mit dem Werkstück 14 in Berührung kommt. Ferner werden keine unerwünschten Funken oder Lichtbögen zwischen der Schiene 14 und dem Kabelschuh 10 erzeugt, da die elektrische Verbindung über das Kabel des Kabelschuhs 10 oder über den Schutzring 9 und nicht durch das Werkstück 14 an sich gebildet wird. Bei dem neuen Lötverfahren bildet die gesamte Platte aus einem kompakten, elektrisch leitenden Werkstoff, bei­ spielsweise Kupfer, einen Puffer, der hohe Temperaturen verhindert, die beispielsweise die Schiene beeinträchtigen und zu Martensitbildung führen. Kohlepulver wird von der Kohleelektrode 6 während des Lötverfahrens freigesetzt, in der Form einer dünnen Schicht auf dem darunterliegenden, elektrisch leitenden Verbindungsteil, beispielsweise dem Kabelschuh 10, abgelagert und verhindert, dass sich ein Hohlraum im Kabelschuh 10 während des Lötverfahrens bildet.

Ferner wird der elektrische Lichtbogen zwischen den beiden Kohlepolen aufrechterhal­ ten, was eine stabilisierende Wirkung auf den Lichtbogen hat und dem Bestreben des Stromes, zeitlich abzufallen, entgegenwirkt. Da Kohlenstoff thermisch isolierende Eigen­ schalten aufweist, hat dieser eine temperaturverteilende Funktion. Das Kohlepulver aus der Kohleelektrode 6 wirkt ferner als ein Puffermaterial, so dass die Temperatur nicht zu stark ansteigt, wenn beispielsweise die Schiene dem Lötverfahren unterzogen wird.

Unter energetischen Gesichtspunkten hat der Schutzring 9, der aus einem elektrisch leitenden Material, beispielsweise aus Metall, besteht, eine wichtige Rolle während des Lötverfahrens. Der Schutzring 9 ist derart gebildet, dass er eine gute wärmeisolierende Funktion zeigt. Wenn der Schutzring 9 aus einem keramischen Werkstoff besteht und einen gezahnten unteren Rand aufweist, werden die heißen Gase, die während des Löt­ verfahrens gebildet werden, radial abgeführt. Wenn der Schutzring aus einem Metall besteht, verlassen die Gase den Schutzring in axialer Richtung. Deshalb wird mehr Wärme auf den Schutzring 9 übertragen. Der Schutzring 9 behält seine Form und Funk­ tion bei und ist während des gesamten Lötverfahrens stabil. Die Wärme, die vom Schutzring absorbiert wird, wird zu dem Kabelschuh 10 geleitet. Im Ergebnis wird weni­ ger elektrische Energie und/oder Leistung während des Lötverfahrens verbraucht, und martensitfreies Löten findet statt.

Fig. 2 ist eine Seitenansicht der Lötpistole 5, an deren Vorderseite die Kohleelektrode 6 zu sehen ist. Vor Beginn des Lötverfahrens wird die Pistole 5 zusammen mit der Kohle­ elektrode 6 nach unten gegen den Kabelschuh 10 gepresst, wodurch die Kohleelektrode 6 bündig gegen den unteren Rand des Schutzringes 9 gepresst wird. Der Schutzring 9 ist in einem Ringhalter 15 befestigt. Wenn der Schalter oder Startknopf 3 gedrückt wird, wird der Stromkreis kurzgeschlossen, woraufhin der Hubmagnet die Elektrode 6 eine bestimmte Höhe über das elektrisch leitende Verbindungsteil 10 anhebt und der Licht­ bogen 8 gezündet wird. Der Schutzring 9 und eine Griffhülse 18 schützen das Bedien­ personal während des Verfahrens. Die Figur zeigt ferner eine Schraube 16 zum Aus­ werfen des Schutzringes und eine Schraube 17 zum Auswerfen der Elektrode. Während des Lötverfahrens kann der Schutzring 9 als Anschluss bei einem Erdungsbetrieb fun­ gieren.

Fig. 3 zeigt einen von vorne gesehenen Abschnitt der Lötpistole, wobei der Schalter 3 ersichtlich ist, und wobei die Kohleelektrode 6 im Elektrodenhalter 7 in der Mitte der Pistolenmündung zusammen mit dem Ringhalter 15 und der Griffhülse 18 angeordnet ist.

Fig. 4A ist ein Querschnitt der Lötpistole 5 und zeigt die Kohleelektrode 6 im Elektro­ denhalter 7 und den Schutzring 9 aus Metall im Ringhalter 15 zusammen mit der Griff­ hülse 18 und die Schraube 16 zum Auswerten des Schutzringes sowie die Schraube 17 zum Auswerten der Elektrode zusammen mit dem Schalter 3. Die Kohleelektrode ist ein sehr wichtiges Bauteil bei dem Lötverfahren, welche einen elektrischen Widerstand bil­ det, wobei die Länge, der Durchmesser und die Form der Kohleelektrode den elektri­ schen Widerstand bei dem Verfahren beeinflussen und ferner entsprechend den Schal­ ter und die Spannung während des Lötverfahrens.

Fig. 4B zeigt dieselbe Lötpistole wie in Fig. 4A mit der Ausnahme, dass der Schutzring 9 aus einem keramischen Werkstoff besteht.

Fig. 4C zeigt dieselbe Lötpistole wie in Fig. 4A, wobei aber in diesem Fall der Schutzring 9 au s Metall besteht, obwohl auch hier ein zusätzlicher Schutzring 9B aus einem kera­ mischen Werkstoff vorgesehen ist, der in dem Metallring angeordnet ist. Die beiden Schutzringe erzeugen eine kombinierte Wirkung.

Fig. 5 zeigt eine Lötpistole 5, die an einer Schiene 14 verwendet wird. Ein elektrisch lei­ tendes Teil 10 in Form einer Kabelklemme wird fest auf einen Schienenkopf gelötet. Das Löten kann auch an einem Stegteil oder am Schienenfuß durchgeführt werden.

Fig. 6 zeigt eine Lötpistole 5, die an einem Werkstück 14 in der Form eines Abschnittes einer Rohrleitung verwendet wird. Ein elektrisch leitendes Verbindungsteil 10 in der Form eines Kabelschuhs wird fest auf das Rohr gelötet. Strenge Anforderungen gelten insbesondere für Rohrleitungen in Kernkraftwerken, wo das Löten durchgeführt werden muss, ohne Gefügeänderungen im Rohrleitungsmaterial zu verursachen, die zur Riss­ bildung führen könnten. Wenn die Rohre mit Gas oder Öl oder wenn die Rohre mit ei­ nem temperaturempfindlichen Material gefüllt sind, beispielsweise in der Chemieindust­ rie, ist es wichtig, beim Löten mit niedrigen Temperaturen zu arbeiten.

Wenn wärmeisolierende Rohre unter Verwendung des Schutzringes 9 geerdet werden, wird eine beträchtliche Arbeits- und Kostenersparnis erzielt, da zum Erden keine spe­ zielle Isolation durchgeführt werden muss.

Fig. 7 zeigt ein Eisenbahnwagonrad. Ein Innenrad 20 ist an einer Radachse 21 befestigt. Zwischen dem Innenrad und einem Außenradring 19, der so genannten Schienenlauf­ fläche, ist ein Dämpfer 23, beispielsweise aus einem Gummimaterial, angeordnet. Die Figur zeigt, wie ein Verbindungsteil 22 aus einem elektrisch leitendem Verbindungsma­ terial das Innenrad 20 mit dem Außenradring 19 verbindet, so dass Strom vom Eisen­ bahnwagon auf die Gleise geleitet werden kann. Aufgrund der Gefahr der Martensitbil­ dung und der damit verbundenen Rissbildung wurde bis jetzt nicht versucht, das Stiftlö­ ten in diesem Zusammenhang einzusetzen. Das vorliegende Lötverfahren eliminiert je­ doch die Martensitbildung und ermöglicht, dass das Löten auch in diesem Bereich aus­ geführt werden kann.

Fig. 8 ist eine Seitenansicht eines Kabelschuhs 10 und eines Verbindungsteils aus elekt­ risch leitendem Material, wobei eine Anschlussverbindung 24 zu dem elektrischen Stromkreis 10 erkennbar ist. Die Anschlussverbindung 24 ist an einer elektrischen Ver­ bindung 25 befestigt, die zu dem Kabelschuh 10 führt, dessen andere Seite aus einer festen Platte 26 aus einem kompakten Material besteht. Um diese durchgängige Platte 26 aus kompaktem Material ist eine Lötklammer 27 angeordnet, die gegen die Platte 26 des Kabelschuhs 10 an sich gepresst wird. Zwischen dem Kabelschuh 10 und der Löt­ klammer 27 befindet sich ein Flussmittel 28, das während des Lötverfahrens aktiviert wird.

Fig. 9 ist ebenfalls eine Seitenansicht eines Kabelschuhs 10, wobei das Löten an sich auf einer flachen, durchgängigen, kompakten Platte 26 des Kabelschuhs 10 mit Hilfe der Lötpistole 5 durchgeführt wird. In dieser Figur ist die Lötklammer ersichtlich, die gegen den Kabelschuh 10 gepresst wird und ein Flussmittel 11, das zwischen der Unterseite des Kabelschuhs 10 und der Lötklammer erwärmt wird. Ein anderes Flussmittel 13 ist zwischen dem Werkstück 14 und der Klammer 17, 20 vorgesehen, das aktiviert wird, wenn die Lötklammer 27 erwärmt wird und welches das Werkstück 14 vor dem Löten des elektrisch leitenden Verbindungsteiles 10 zu reinigen beginnt.

Die Lötklammer 12 weist eine gleichmäßige Dicke auf, bevor sie auf das Werkstück auf­ gebracht wird, an dem sie befestigt wird. Sobald das Lötmaterial durch die über die kompakte Platte 26 des Kabelschuhs 10 aufgebrachte Wärme geschmolzen ist, führt eine Oberflächenspannung in der Materialschmelze, die die kompakte Platte 26 und das Werkstück benetzt, zu einer Dickenänderung in dem Sinne, dass der Abstand zwischen der kompakten Platte 26 und dem Werkstück, d. h. in dem vom Lötmaterial eingenom­ menen Bereich, minimiert wird, wodurch eine feste Verbindung sowie eine gute elektri­ sche und thermische Leitfähigkeit zwischen der kompakten Platte 26 und dem Werk­ stück gewährleistet wird. Das Flussmittel 11,13 erfüllt die folgenden Aufgaben und weist die folgenden Eigenschaften auf:

• 1. Es säubert die Oberflächen;
• 2. es entfernt alle vorhandenen Oxide;
• 3. es verhindert eine Wiederoxidation;
• 4. es wird von dem geschmolzenen Lot verdrängt;
• 5. es wirkt als elektrischer Leiter, wenn der Kabelschuh 10 über die Schiene geerdet wird;
• 6. es erleichtert die Wärmedissipation aufgrund der Tatsache, dass es eine gute ther­ mische Leitfähigkeit aufweist, und
• 7. es benetzt die zu verbindenden Oberflächen.

Eine andere Anforderung besteht darin, dass das Flussmittel 28, 29 innerhalb eines be­ stimmten Temperaturbereiches aktiviert werden soll. Das Flussmittel, das Lötmittel und das Lötverfahren müssen aufeinander abgestimmt sein. Das Flussmittel wird bereits bei Beginn des Lötverfahrens aktiviert und ist fortwährend wirksam, bis das Löten abge­ schlossen ist.

Löten, das bei Temperaturen oberhalb etwa 500°C durchgeführt wird, wird Hartlöten genannt, im Gegensatz zum Weichlöten, das bei niedrigeren Temperaturen stattfindet. Das Lötmittel, das bei dem Lötverfahren verwendet wird, ist zum Hartlöten gedacht. Das Flussmittel, das zum Hartlöten gedacht ist, ist für das vorliegende Verfahren nicht ge­ eignet, da das Verfahren mit etwa 2 s zu schnell stattfindet. Für das vorliegende Lötver­ fahren wird ein Flussmittel 10 verwendet, das zum Weichlöten geeignet ist und dement­ sprechend bei einer niedrigeren Temperatur aktiviert wird, das sich aber nicht zersetzt, bevor der Lötvorgang aufgrund der kurzen Betriebszeit abgeschlossen ist.

Um eine notwendige Löttemperatur zu erreichen, wobei aber so wenig Energie wie möglich eingesetzt wird, ist ein hoher Leistungseintrag während einer kurzen Zeitdauer erforderlich. Eisenbahngleise, dickwandige Rohre und ähnliche Metallprofile sind starke Wärmesenken. Ein hoher Leistungseintrag erzeugt eine Wärmefront, die sich über den Kabelschuh hinunter in die Schiene bewegt, wo die Temperatur zum Hartlöten geeignet ist, aber nicht zur Martensitbildung führt.

Der Kabelschuh 10 ist ein Puffer gegen lokales Überhitzen und erzeugt eine relativ gleichmäßige Temperaturverteilung über die gesamte aufgeschmolzene Oberfläche.

Eine indirekte Erwärmung findet mit Hilfe der Kohleelektrode 6 statt. Ein elektrischer Lichtbogen 8 wird zwischen der Kohleelektrode 6 und dem Kabelschuh 10 gebildet. Beim herkömmlichen Stiftlöten wirkt hingegen ein Lichtbogen und/oder geschmolzenes Lot direkt auf die Schiene.

Fig. 110A ist eine Draufsicht auf einen Kabelschuh 10 mit einer kompakten Platte 26, wo­ bei eine Lötklammer 27 gezeigt ist, die gegen den Kabelschuh 10 gepresst wird, und wobei zwei Öffnungen 30, 31 zu erkennen sind, die örtlich arretiert sind, wenn die Löt­ klammer 27 gegen den Kabelschuh 10 gepresst wird. Aus diesen Figuren ist ferner er­ sichtlich, dass die Lötklammer 27 derart ausgebildet ist, dass sie größer als der Kabel­ schuh 10 an sich ist und über eine Seite des letzteren vorsteht. Dies schafft ein sichere­ res und vollständigeres Zusammenfügen des Kabelschuhs 10 und des Werkstückes 14 und verhindert ferner Korrosion, und dass Wasser durch Kapillarkräfte zwischen den Kabelschuh 10 und das darunterliegende Werkstück 14 eintritt. Eintretendes Wasser kann eine negative Wirkung auf die mechanische Festigkeit der Lötverbindung haben. Ferner kann Wasser die mechanische Verbindung und die elektrischen Eigenschaften der Verbindung beeinträchtigen. Da die Lötklammer 27 größer als der Kabelschuh 10 ist, wird eine größere Verbindungsfläche gebildet, die zu einem niedrigeren elektrischen Übergangswiderstand führt.

Bei Eisenbahnsignalsystemen und Kathodenschutzsystemen, die bei niedrigen Span­ nunalen und Strömen arbeiten, ist ein niedriger Gesamtübergangswiderstand in der Löt­ verbündung besonders wichtig, um Störungen im System zu vermeiden.

Bei hohen Strömen und Spannungen erzeugt ein hoher Übergangswiderstand Wärme in der Lötverbindung, die diese beschädigen und/oder schmelzen lassen kann. Deshalb ist ein niedriger Übergangswiderstand in der Lötverbindung wichtig, da die Verbindung auch hohe Rückströme im Eisenbahnbetriebssystem aufnehmen muss. Aus einem ähn­ lichen Grund ist es auch wichtig, dass der Übergangswiderstand bei Schutzerdungen niedrig ist.

Fig. 10B ist ein Querschnitt entlang der Linie A-A der Fig. 10A und zeigt die Lötklammer 27 und eine Öffnung 31, in die das darunterliegende elektrisch leitende Material nach oben von der flachen, durchgängigen, kompakten Platte 26 hineinragt, das eine Befesti­ gung zwischen der Klammer 27 und dem Verbindungsteil 10 bildet.

Fig. 11 zeigt nur eine separate Lötklammer 27, die nach dem Pressen auf einen Kabel­ schuh 10 gebildet wurde. Dort sind ferner zwei Öffnungen 30 und 31 auf der Oberseite der Lötklammer 27 und eine besondere abgesetzte Oberfläche 22 am anderen Ende der Lötklammer 27 zu erkennen.

Fig. 12 ist ein Spannungs-/Stromdiagramm des Lötverfahrens. Verglichen mit dem der­ zeitigen Stiftlöten tritt dort kein ähnlich hoher Stromstoß bei einem Kurzschluss auf. Bei­ de Spannungs- und Stromkurven sind vergleichsweise zeitlich konstanter. Das Dia­ gramm zeigt, dass die vorliegende Erfindung eine optimale Steuerung des Lötverfahrens schafft. Folglich können auch die Temperaturen während des Lötverfahrens geregelt und gesteuert werden, was eine Voraussetzung zum martensitfreien Löten darstellt.

Fig. 13, 14 und 15 sind Laborberichte, die die Ergebnisse von Härtemessungen von Schienenmaterial zeigen, bei denen eine Anzahl von erfindungsgemäßen Lötvorgängen durchgeführt wurden.

Fig. 16 ist eine Aufnahme einer Lötverbindung bei 200facher Vergrößerung. Die Auf­ nahme zeigt eine martensitfreie Lötstelle.

Fig. 17 zeigt ein Regel- und Steuerfließdiagramm des Lötverfahrens.

Fig. 18 zeigt einen Querschnitt des Vorderteiles der Lötpistole 5 mit einer Griffhülse 18 in zurückgezogener Stellung, wobei ein Elektrodenauswerfer 40 mit einer Schraube 16 für einen Schutzringauswerfer und eine Schraube 17 für einen Elektrodenauswerfer ge­ zeigt sind. Die ausgeworfene Kohleelektrode 6 und der ausgeworfene Schutzring 9 sind ebenfalls gezeigt.

Das Grundkonzept der vorliegenden Erfindung besteht darin, verschiedene Funktionen und Verfahren derart zu kombinieren, dass sie im neuen Lötverfahren zusammenwirken. Das Ergebnis dieses Zusammenwirkens ist ein vollkommen neues Lötverfahren, das frei von Gefügeänderungen oder Martensitbildung ist. Eine Kohleelektrode wird für das Löt­ verfahren eingesetzt, deren Länge und Durchmesser den Widerstand im elektrischen Stromkreis beeinflussen, wobei sich das Kohlepulver, das von der Kohleelektrode frei­ gesetzt wird, als eine dünne Schicht auf dem darunterliegenden Kabelschuh ansammelt und als Temperaturpuffer und Wärmeverteiler wirkt. Ferner wird der elektrische Lichtbo­ gen zwischen den beiden Kohlepolen aufrechterhalten, was eine stabilisierende Wirkung auf den Lichtbogen hat und dem Bestreben zu zeitlichen Stromänderungen entgegen­ wirkt.

Der Kabelschuh weist wenigstens ein glattes Ende aus einem kompakten elektrisch lei­ tenden Material auf, auf dem der elektrische Lichtbogen aus der Kohleelektrode wirkt. Die untere Seite des Kabelschuhs weist eine Klammer aus einem Lötmaterial auf, die wähnend der Herstellung daran befestigt wird. Das Löten erzeugt eine großflächige Löt­ verbindung, die in einem niedrigen elektrischen Gesamtübergangswiderstand resultiert. Ein Flussmittel ist zwischen dem Kabelschuh und der Lötklammer vorgesehen. Ein Flussmittel ist ferner zwischen der Lötklammer und dem Werkstück vorgesehen, wobei das Flussmittel, das Lötmaterial und das Lötverfahren auf geeignete Weise aufeinander abgestimmt sind. Das Lot ist zum Weichlöten geeignet und folglich in einem niedrigen Temperaturbereich aktiv, wodurch ein martensitfreies Löten ermöglicht wird.

Die Vorteile eines Schutzringes beim Lötverfahren, der beispielsweise aus einem Metall oder einem anderen ähnlichen Material besteht, liegen darin, dass der Gesamtprozess weniger Energie benötigt. Ferner erleichtert sich das Erdungsverfahren, verglichen mit früheren Verfahren. Das Erden über den Schutzring vermeidet das Bedürfnis nach spe­ ziellen Erdungskontakten, beispielsweise nach geerdeten Anschlüssen oder magneti­ schen Erdungskontakten ebenso das Erfordernis der speziellen Vorbereitung des Er­ dungsträgers. Da bei jeder Erdungssituation ein neuer Schutzring verwendet wird, ist sichergestellt, dass die Kontaktflächen immer sauber sind.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung senkt die Länge des Erdungsstromkreises und ver­ meidet einen zusätzlichen Übergangswiderstand ebenso wie Quellen für Sekundärfun­ ken und Sekundärlichtbögen zwischen dem Kabelschuh und dem Werkstück. Die Form des Schutzringes zusammen mit der Griffhülse schützen das Betriebspersonal während des Lötverfahrens vor elektrischen Lichtbögen und heißen Gasen.

Die Verwendung von metallischen Schutzringen beeinflusst das Lötverfahren insofern, als mehr freigesetzte Energie in Form von Wärme genützt und zum Kabelschuh kanali­ siert wird.

Um hinsichtlich der Temperatur ein zufriedenstellendes Löten zu erzielen, muss deshalb weniger elektrische Energie dem Lötverfahren zugeführt werden.

Bei den herkömmlichen Verfahren kann der gesamte Eigenwiderstand im Stromkreis als konstant angesehen werden. Eine niedrigere Energiezuführung sollte in der Praxis eine kürze Prozesszeit bedeuten. Die Prozesszeit wird dann jedoch viel zu kurz, um ein zu­ friedenstellendes Löten zu erzielen.

In dem vorliegenden neuen Lötverfahren wird mit einem konstanten Eigenwiderstand im Stromkreis begonnen, so dass der gesamte Widerstand, wenn der elektrische Lichtbo­ gen vollständig ausgebildet ist, dann mit Hilfe von einem oder mehreren zusätzlichen Widerständen im Stromkreis erhöht wird. Die sich ausbildende Leistung ist dann niedri­ ger, und die Zeitdauer verlängert sich entsprechend.

Durch Regeln des zusätzlichen Widerstandes und/oder durch Regeln der Spannung kann die Länge des Lötverfahrens gesteuert werden, wodurch ein zufriedenstellendes martensitfreies Löten bei minimalen Energiekosten erreicht werden kann. Ferner kann die Temperatur im Grundmaterial bzw. Werkstück gesteuert werden.

Bei herkömmlichen Verfahren wurden große Spielräume hinsichtlich der bereitgestellten elektrischen Leistung im Verfahren ebenso wie hinsichtlich der gesamten freigesetzten Energie und der Gesamtlänge des Verfahrens akzeptiert. Der Strom wurde entweder durch die Aufnahme eines festen elektrischen Widerstandes im Stromkreis begrenzt oder alternativ durch das Unterbrechen des Verfahrens, wenn die nötige freigesetzte Energiemenge verbraucht war. Nicht berücksichtigt wurden Änderungen der Batterie­ spannung in Abhängigkeit vom Ladezustand der Batterie, Entladungscharakteristiken oder andere Faktoren, Änderungen der Stromstärke während ein und desselben Lötbe­ triebs in Abhängigkeit der Längenänderung der Elektrode oder in Abhängigkeit von Lichtbogenfluktuationen, oder Änderungen in der Stromstärke zwischen verschiedenen Lötfällen in Abhängigkeit von Änderungen der Hubhöhe. Diese Änderungen resultierten zusammen mit einfachen ungeeigneten Anordnungen zur Berechnung der freigesetzten Energiemenge in variierenden Zeiten und variierenden Leistungen für andererseits ver­ gleichbare Lötverfahren sowie in Schwierigkeiten beim Steuern der Temperatur in den betreffenden Materialien.

In dem vorstehend beschriebenen und in Fig. 17 gezeigten neuen Lötverfahren können die Löttemperatur und die von dieser abhängigen Martensitbildung gesteuert werden, indem die bereitgestellte elektrische Leistung berechnet wird und letztere in Echtzeit entweder mit Hilfe eines analogen oder mit Hilfe eines digitalen Verfahrens mit hoher Auflösung geregelt wird. Die zur Verfügung gestellte Leistung wird durch unmittelbares Messen der Stromstärke und der Spannung berechnet. Die tatsächliche Leistung wird als mathematisches Produkt dieser Quantitäten berechnet. Das berechnete Ergebnis wird bearbeitet und in eine Verarbeitungseinheit eingegeben, deren Ausgangssignal eine Spannungsregeleinheit beeinflusst. Auf diese Weise wird die Spannung und da­ durch die Stromstärke geregelt. Die zur Verfügung gestellte elektrische Leistung wird auf einen geeigneten Wert eingestellt. Die Verarbeitungseinheit, die entweder als separate Einheit vorgesehen sein kann oder in der Elektronikeinheit aufgenommen ist, verarbeitet Daten in der Form von Strom- und Spannungswerten, Daten von Transmittern und Be­ triebseinstellungen, von extern verbundenen Einheiten sowie die gemessene, verstri­ chene Zeit und handhabt diese Daten in Bezug auf physikalische, mathematische und logische Strukturen derart, dass eine geeignete zeitliche Regelung der zur Verfügung gestellten Leistung stattfindet.

Da ferner die Regelung unabhängig vom Widerstand des Leistungsstromkreises ist, ist ein fest installierter Widerstand nicht erforderlich. Dementsprechend kann Energie ge­ spart werden, da ein Widerstand Verlustwärme produziert. Ferner kann mehr Energie aus den Batterien erhalten werden, da am Ende des Entladungszyklus die Batterien das Verfahren immer noch antreiben können, obwohl die Spannungshöhe fällt, da kein fester Widerstand vorgesehen ist. Darüber hinaus ist die Bildung des Lichtbogens bei Beginn des Verfahrens aus zwei Gründen erleichtert. Einerseits kann die Hubhöhe der Elektro­ de und somit die Lichtbogenlänge sowie die darauffolgende Startträgheit ohne die Ge­ fahr übermäßiger Ströme minimiert werden, die bei herkömmlichen Verfahren Tempe­ raturprobleme und regeltechnische Probleme schufen. Andererseits sind zu Beginn des Verfahrens höhere Strom- und Spannungswerte als bisher möglich, ohne auf einen fes­ ten Widerstand eingeschränkt zu sein. Folglich kann ein zuverlässiger Verfahrensstart gewährleistet werden.

In dem vorstehend beschriebenen neuen Lötverfahren handhabt die vorstehende Verarbeitungseinheit auch Signale aus externen Transmittern, beispielsweise Tempe­ raturfühlern, ebenso wie Betriebseinstellungen, deren Werte die Ausgangsdaten der Verarbeitungseinheit beeinflussen. Ferner werden Signale aus externen Einheiten, wie beispielsweise Batterieladegeräten, Generatoren und Motoren, verarbeitet. Diese Sig­ nale werden auch in der Verarbeitungseinheit verarbeitet, wenn geeignete Steuersignale in der Form von Ausgangsdaten erzeugt werden, um auch diese Einheiten zu regeln.

In den Zeichnungen sind nur einige Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass viele andere in den Schutzbereich der nachfol­ genden Ansprüche fallenden Modifikationen denkbar sind.

Claims (29)

1. Verfahren zum Löten eines Verbindungsteiles (10) aus einem elektrisch leitenden Werkstoff auf ein Werkstück (14) aus einem elektrisch leitenden Werkstoff mit Hilfe eines temperaturgesteuerten Lötverfahrens ohne die Erzeugung von Gefügeände­ rungen und Martensitbildung, dadurch gekennzeichnet, dass die Löttemperatur und die von dieser abhängige Martensitbildung gesteuert wird durch Berechnen und Regeln in Echtzeit der bereitgestellten elektrischen Leistung unter Verwen­ dung eines Analogverfahrens und/oder eines hochauflösenden Digitalverfahrens, und dass die bereitgestellte Leistung ferner, durch unmittelbares Messen der Stromstärke und Spannung berechnet wird, wobei die tatsächliche Leistung als mathematisches Produkt aus Stromstärke und Spannung berechnet wird, wobei die Berechnung ausgeführt wird und das Ergebnis in eine Verarbeitungseinheit eingegeben wird, deren Ausgangssignal eine Spannungsregeleinheit beeinflusst, und durch Regeln der Spannung, wodurch die Stromstärke der bereitgestellten elektrischen Leistung auf einen geeigneten Wert eingestellt wird. Die Verarbei­ tungseinheit handhabt Daten in der Form von Strom- und Spannungswerten, Da­ ten aus Sensoren und Betriebseinstellungen sowie der gemessenen verstrichenen Zeit und handhabt diese Daten in Bezug auf physikalische, mathematische und lo­ gische Strukturen, so dass eine geeignete zeitliche Regelung der bereitgestellten Leistung stattfinden kann. Signale aus externen Einheiten, wie beispielsweise Batterieladegeräten, Generatoren und Motoren werden ferner gehandhabt, wobei diese Signale ferner in der Verarbeitungseinheit verarbeitet werden, in der geeig­ nete Steuersignale in der Form von Ausgangsdaten erzeugt werden, um diese Einheit ebenfalls zu regeln.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 mit Hilfe eines temperaturgesteuerten Verfahrens zum Löten eines Verbindungsteiles (10) aus ei­ nem elektrisch leitenden Werkstoff auf ein Werkstück (14) aus einem elektrisch leitenden Werkstoff, ohne Gefügeänderungen und Martensitbildung zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stromquelle (1) Strom an eine Elektronik­ einheit (2) liefert, in der Daten aus verschiedenen Einheiten behandelt und Aus­ gangsdaten in der Vorrichtung geregelt werden, und die Kohleelektrode (6) den Stromkreis mit dem Verbindungsteil (10) aus elektrisch leitendem Material, vor­ zugsweise einem Kabelschuh, kurzschließt, wenn der Schalter (3) den elektri­ schen Stromkreis schließt, woraufhin ein Elektromagnet in einer Lötpistole (5) die Kohleelektrode (6) vom Verbindungsteil (10) abhebt und ein elektrischer Lichtbo­ gen (8) gezündet wird und auf eine flache, durchgängige, kompakte Oberfläche (26) auf dem Verbindungsteil (10) wirkt. Kohlepulver wird von der Kohleelektrode (6) während des Lötverfahrens freigesetzt und sammelt sich in Form einer dünnen Schicht auf der flachen, durchgängigen, kompakten Oberfläche (26) des darunter­ liegenden Verbindungsteils (10) an und der elektrische Lichtbogen (8) wird zwi­ schen den Kohlepolen aufrechterhalten, was den Lichtbogen (8) stabilisiert und die Temperatur verteilt. Das kompakte Teil (26) des Verbindungsteils (10) verhindert einen direkten Kontakt zwischen dem elektrischen Lichtbogen (8) und dem Werk­ stück (14) und bildet eine temperaturverteilende Wärmezwischenschicht. Die Er­ dung des Stromkreises erfolgt mit Hilfe eines fest sitzenden Schutzringes (9). Der Schutzring (9) aus elektrisch leitendem Material, der um die Kohleelektrode (6) angeordnet ist, absorbiert die während des Lötverfahrens erzeugte Wärme und kanalisiert diese zum Verbindungsteil (10). Die erzeugte Wärme wird durch das Verbindungsteil (10) übertragen und aktiviert ein Flussmittel (11), das zwischen ei­ nem Lot (12) und dem Verbindungsteil (10) angeordnet ist, und sie (die Wärme) aktiviert ferner, wenn das Lot (12) erwärmt ist, ein Flussmittel (13), das auf dem Werkstück (14), vorzugsweise einer Eisenbahnschiene oder einem Rohrmaterial, angeordnet ist, wodurch das Lot (12) auf das Werkstück (14) gelötet und das Ver­ bindungsteil (10) aus elektrisch leitendem Material fest auf das Werkstück (14) gelötet wird, wobei das zum Weichlöten geeignete Flussmittel, das zum Hartlöten geeignete Lot und das Lötverfahren aufeinander abgestimmt werden, und wobei das Lot zu Beginn des Lötverfahrens aktiviert wird und kontinuierlich wirksam ist, bis das Löten durchgeführt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Flussmittel (28) zwischen dem Verbindungsteil (10) und der Lötklammer (27) vorgesehen ist, wenn letztere zusammengepresst wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lötklammer (27) eine gleichmäßige Dicke mit einem abgesetzten Teil (32) und zwei Öffnungen (30, 31) aufweist und dass die Lötklammer (27) größer als das Verbindungsteil (10) ist, so dass eine größere Verbindungsfläche und ein niedrigerer elektrischer Übergangswiderstand geschaffen werden.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schutzring (9) aus einem keramischen Werkstoff besteht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schutzring (9) aus einer Kombination aus einem keramischen Ring und einem Ring aus elekt­ risch leitendem Werkstoff besteht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schutzring (9) zusammen mit einer Griffhülse (18) das Bedienpersonal vor dem Lichtbogen (8) und vor heißen Gasen abschirmt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Verbindung (25) zu dem Verbindungsteil (10) eine Polverbindung (24) umfasst, die zur Erdung des Stromkreises angebracht ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Griffhülse (18) verbrauchte Kohleelektroden (6) und einen verbrauchten Schutzring bzw. Schutz­ ringe (9, 9B) durch eine Längsbewegung auswirft.

10. Verfahren zum Löten eines ersten Werkstückes (14) aus einem elektrische leiten­ den Werkstoff auf ein zweites Werkstück (10) aus elektrisch leitendem Werkstoff mit Hilfe eines temperaturgesteuerten Lötverfahrens, wobei die zum Löten not­ wendige Wärme durch Zünden eines elektrischen Lichtbogens erzeugt wird mit den Schritten:

• - Bereitstellen einer Elektrode;
• - Bereitstellen einer Spannungsregeleinheit zum Regeln der zwischen der Elekt­ rode und dem ersten Werkstück (14) und somit über einen Lichtbogen (8) an­ gelegten Spannung;
• - Bereitstellen eines Spannungssensors zum Messen der Spannung über dem Lichtbogen (8) und eines Stromstärkesensors zum Messen des elektrischen Stroms im Lichtbogen (8);
• - Bereitstellen einer Verarbeitungsvorrichtung mit einer Einrichtung zum Erzeu­ gen eines Ausgangssignals, das die Spannungsregeleinheit steuert und ferner mit einer Einrichtung zum Berechnen in Echtzeit, ununterbrochen oder be­ ständig, der im Lichtbogen (8) bereitgestellten elektrischen Leistung,

ferner umfassend die Schritte:

• - Messen des Stroms im Lichtbogen (8) und der Spannung über dem Lichtbo­ gen (8), ununterbrochen oder beständig, in Echtzeit und
• - Berechnen in Echtzeit, ununterbrochen oder beständig, der entsprechenden bereitgestellten elektrischen Leistung als mathematisches Produkt aus Strom­ stärke und Spannung und
• - entsprechendes Steuern der Spannungsreglereinheit, um die Spannung und dadurch die bereitgestellte elektrische Leistung zu regeln.

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die bereitgestellte elektrische Leistung unun­ terbrochen aus der gemessenen Spannung und Stromstärke unter Verwendung eines analogen Verfahrens berechnet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die bereitgestellte elektrische Leistung be­ ständig und wiederholt aus der gemessenen Spannung und Stromstärke unter Verwendung eines digitalen Verfahrens berechnet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Verarbeitungsvorrichtung eine Verarbei­ tungseinheit, die ein Ausgangssignal ausgibt zum Steuern der Spannungsregel­ einheit und eine Leistungsberechnungseinheit umfasst, die an diese Verarbei­ tungseinheit ein Signal ausgibt, das die bereitgestellte Leistung darstellt, wobei das Verfahren ferner eine weitere Eingangseinrichtung umfasst zum Bereitstellen eines Eingangs zu der Verarbeitungsvorrichtung.

14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die weitere Eingangseinrichtung Mittel zum Eingeben von Signalen, die der verstrichenen Zeit entsprechen, und ferner manu­ elle Einstellungsmittel umfasst, und wobei die Verarbeitungsvorrichtung das Signal variieren kann, das an die Spannungsregeleinrichtung mit verstrichener Zeit wei­ tergegeben wird, in Übereinstimmung mit der Einstellung der manuellen Einstell­ mittel.

15. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Elektrode eine Kohleelektrode ist.

16. Vorrichtung zum Löten eines ersten Werkstückes (10) aus einem elektrisch leiten­ den Material auf ein zweites Werkstück (14) aus einem elektrisch leitenden Mate­ rial mit Hilfe eines temperaturgesteuerten Lötverfahrens, wobei die zum Löten notwendige Wärme durch Zünden eines elektrischen Lichtbogens erzeugt wird mit:

• a) einer Einrichtung zum Ineingriffkommen mit einem Werkstück,
• b) einer Kohleelektrode (6),
• c) einer Einrichtung zum Halten der Kohleelektrode (6) mit Mitteln zum Bewe­ gen der Kohleelektrode (6) zwischen einer Stellung, in welcher diese mit ei­ nem Werkstück in Eingriff kommt, das wiederum in Eingriff ist mit den Mitteln zum Ineingriffkommen, und einer zurückgezogenen Stellung, in welcher sie von diesem abgehoben ist,

wobei die Mittel zum Anlegen einer Spannung eine Spannungsregeleinheit umfas­ sen,

• a) Mittel zum Anlegen einer Spannung zwischen dem Werkstück und der Koh­ leelektrode (6),
• b) einen Spannungssensor zum Messen der Spannung,
• c) einen Stromstärkesensor zum Messen des elektrischen Stromes, der durch die Kohleelektrode (6) fließt,
• d) einer Verarbeitungseinrichtung mit Mitteln zum Erzeugen eines Ausgangs­ signals, das die Spannungsregeleinheit steuert und ferner mit Mitteln zum Berechnen in Echtzeit, ununterbrochen oder beständig, der in dem Lichtbo­ gen (8) bereitgestellten elektrischen Leistung,
• e) Schaltmitteln, die zum Verbinden der Einrichtung zum Anlegen einer Span­ nung in dem elektrischen Stromkreis mit der Elektrode (6) und mit einem sol­ chen Werkstück betätigbar sind, wodurch, wenn die Mittel zum Ineingriff­ kommen auf ein Werkstück angewendet werden und die Schaltmittel zum Schließen des elektrischen Stromkreises betätigt werden, das Mittel zum Halten und Bewegen die Kohleelektrode (6) vom Werkstück abhebt und ein elektrischer Lichtbogen (8) zwischen der Elektrode (6) und dem Werkstück gezündet wird, Kohlepulver von der Kohleelektrode (6) während des Lötver­ fahrens freigesetzt wird, das sich auf dem darunterliegenden Werkstück an­ sammelt, um eine dünne Schicht auf der Oberfläche des Werkstückes zu bil­ den, wodurch der elektrische Lichtbogen (8) zwischen zwei Kohlepolen auf­ rechterhalten wird, was den Lichtbogen (8) stabilisiert und die Temperatur verteilt.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Mittel zum Ineingriffkommen einen Schutzring (9) umfassen, der um die Kohleelektrode (6) angeordnet ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei der Schutzring (9) aus einem keramischen Werkstoff besteht.

19. Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei der Schutzring (9) aus einer Kombination aus einem keramischen Ring und einem Ring aus elektrisch leitendem Material besteht.

20. Vorrichtung nach Anspruch 17 mit einer Griffhülse (18) um den Schutzring (9), wo­ durch der Schutzring (9) zusammen mit der Griffhülse (18) das Bedienpersonal vor dem Lichtbogen (8) und den heißen Gasen abschirmt.

21. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Griffhülse (18) verbrauchte Kohleelekt­ roden (6) und Schutzringe (9) mit einer Längsbewegung auswirft.

22. Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Verarbeitungseinrichtung ferner externe Einheiten, wie beispielsweise Batterieladegeräte, Generatoren und Motoren steu­ ern kann, um diese Einheiten zu regeln.

23. Vorrichtung nach Anspruch 16 in Kombination mit einem ersten Werkstück zum Löten auf ein zweites Werkstück, wobei das erste Werkstück auf einer Seite eine Schicht aus Lötmetall aufweist und eine Flussmittelschicht zwischen dem ersten Werkstück und der Schicht aus Lötmetall vorgesehen ist.

24. Die Kombination aus Anspruch 23, wobei die Schicht aus Lötmetall durch eine Lötklammer bereitgestellt wird, die auf das erste Werkstück aufgebracht wird.

25. Die Kombination des Anspruchs 24, wobei die Lötklammer (27) größer als das erste Werkstück ist, um eine größere Verbindungsfläche und einen niedrigeren elektrischen Übergangswiderstand zu schaffen.

26. Die Kombination des Anspruchs 24 mit einer elektrischen Verbindung zum Verbin­ dungsteil, um einen Erdungskontakt für die Vorrichtung zu schaffen.

27. Vorrichtung zum Löten eines ersten Werkstückes aus einem elektrisch leitenden Material auf ein zweites Werkstück aus einem elektrisch leitenden Material mit Hilfe eines temperaturgesteuerten Lötverfahrens, wobei die zum Löten notwendige Wärme durch Zünden eines elektrischen Lichtbogens (8) erzeugt wird, mit:

• a) einer Einrichtung zum Ineingriffkommen mit einem Werkstück,
• b) einer Kohleelektrode (6),
• c) einer Einrichtung zum Anlegen einer Spannung zwischen dem Werkstück und der Kohleelektrode (6),
• d) Schaltmitteln, die zum Verbinden der Einrichtung zum Anlegen einer Span­ nung in dem elektrischen Stromkreis mit der Elektrode (6) und mit einem sol­ chen Werkstück betätigbar sind, wodurch, wenn die Mittel zum Ineingriff­ kommen auf ein Werkstück angewendet werden und die Schaltmittel zum Schließen des elektrischen Stromkreises betätigt werden, das Mittel zum Halten und Bewegen die Kohleelektrode (6) vom Werkstück abhebt und ein elektrischer Lichtbogen (8) zwischen der Elektrode (6) und dem Werkstück gezündet wird, Kohlepulver von der Kohleelektrode (6) während des Lötver­ fahrens freigesetzt wird, das sich auf dem darunterliegenden Werkstück an­ sammelt, um eine dünne Schicht auf der Oberfläche des Werkstückes zu bil­ den, wodurch der elektrische Lichtbogen (8) zwischen zwei Kohlepolen auf­ rechterhalten wird, was den Lichtbogen (8) stabilisiert und die Temperatur verteilt.

28. Vorrichtung zum Löten eines ersten Werkstückes aus einem elektrisch leitenden Material auf ein zweites Werkstück aus einem elektrisch leitenden Material mit Hilfe eines temperaturgesteuerten Lötverfahrens, wobei die zum Löten notwendige Wärme durch Zünden eines elektrischen Lichtbogens (8) erzeugt wird mit:

• a) einer Einrichtung zum Ineingriffkommen mit einem Werkstück,
• b) einer Elektrode (6),
• c) einer Einrichtung zum Anlegen einer Spannung zwischen dem Werkstück und der Elektrode (6), wobei die Einrichtung zum Anlegen einer Spannung eine Spannungsregeleinheit umfasst,
• d) einem Spannungssensor zum Messen der Spannung,
• e) einem Stromstärkesensor zum Messen des durch die Elektrode (6) fließen­ den elektrischen Stromes,
• f) einer Verarbeitungseinrichtung mit Mitteln zum Erzeugen eines Ausgangs­ signals, das die Spannungsregeleinheit steuert, und ferner Mitteln zum Be­ rechnen in Echtzeit, ununterbrochen oder beständig der im Lichtbogen (8) entwickelten elektrischen Leistung, und zum Steuern der Spannungsregel­ einheit, so dass die bereitgestellte Leistung und somit die erzeugte Tempe­ ratur gesteuert werden können, wodurch die Erzeugung von Gefügeände­ rungen oder die Martensitbildung vermieden werden kann.

29. Verfahren zum Löten eines ersten Werkstückes aus einem elektrisch leitenden Material auf ein zweites Werkstück aus einem elektrisch leitenden Material mit Hilfe eines Lötverfahrens, wobei die zum Löten notwendige Wärme durch Zünden eines elektrischen Lichtbogens (8) erzeugt wird mit den Schritten:

• - Bereitstellen von Mitteln zum Ineingriffkommen mit einem Werkstück,
• - Bereitstellen einer Kohleelektrode (6) und einer Stützeinrichtung zum Abstüt­ zen der Elektrode (6),
• - Bereitstellen einer Einrichtung zum Anlegen einer Spannung zwischen dem Werkstück und der Kohleelektrode (6),
• - Bereitstellen eines ersten Werkstückes mit einem ungelochten Bereich und Anordnung des ersten Werkstückes derart, dass der ungelochte Bereich ge­ genüber der Elektrode (6) angeordnet ist,
• - Bereitstellen von Mitteln zum Ineingriffkommen mit dem ersten Werkstück,
• - Bereitstellen einer Schalteinrichtung, die zum Verbinden der Einrichtung zum Anlegen einer Spannung in einem elektrischen Stromkreis mit der Elektrode und mit dem ersten Werkstück betätigbar ist, wenn die Einrichtung zum In­ eingriffkommen an dem ersten Werkstück angebracht wird,
• - Betätigen der Schalteinrichtung, um den elektrischen Stromkreis zu schließen und
• - Abheben der Kohleelektrode (6) vom ersten Werkstück, um einen elektrischen Lichtbogen (8) zwischen der Elektrode (6) und dem Werkstück zu zünden, wobei das Kohlepulver von der Kohleelektrode (6) während des Lötverfahrens freigesetzt wird, um sich auf dem darunterliegenden ersten Werkstück zur Bil­ dung einer dünnen Schicht auf der Oberfläche des Werkstückes anzusam­ meln, so dass der elektrische Lichtbogen (8) zwischen zwei Kohlepolen auf­ rechterhalten wird, was den Lichtbogen (8) stabilisiert und die Temperatur verteilt.