DE1565390B1

DE1565390B1 - Ofen zum Hartloeten oder Schweissen

Info

Publication number: DE1565390B1
Application number: DE19661565390
Authority: DE
Inventors: Woodrow A Burnham; Paul N Eckles; Fred H Meissner; James C Sisson; Edward C Jun Sparrow
Original assignee: Aerojet General Corp
Current assignee: Aerojet Rocketdyne Inc
Priority date: 1965-07-06
Filing date: 1966-07-04
Publication date: 1970-09-24
Also published as: GB1125661A; US3353005A; JPS5021979B1; BE683726A; SE310829B; NL6609444A

Description

Die Erfindung betrifft einen Ofen zum Hartlöten oder Schweißen, insbesondere von aneinanderstoßenden Rohrenden, in Form eines Hohlzylinders od. dgl., an dessen innerem Umfang Infrarotstrahler ringförmig versetzt angeordnet sind.

Es ist ein Ofen dieser Bauart bekannt (deutsche Patentschrift 844765), bei dem jeder Infrarotstrahler für sich in die Wandung des Zylinders eingebettet ist und demnach seine Wärmeenergie als punkt- bzw. im wesentlichen linien- oder streifenförmige Strahlungsquelle abgibt. Innerhalb des Hohlzylinders gibt es deshalb wechselnde Bereiche größerer und geringerer Strahlungsdichte, insbesondere in der Nähe der Wandung des Hohlzylinders. Eine gleichmäßige Aufheizung eines Werkstücks, dessen Durchmesser sich der lichten Weite des Höhlzylinders nähert, über den gesamten Umfang ist nicht möglich. Der bekannte Ofen ist deshalb zum Hartlöten oder Schweißen, insbesondere von aneinanderstoßenden Rohrenden^ nicht geeignet, vielmehr ist er zum Kochen und Schmelzen vorgesehen. Ferner gibt dieser bekannte Ofen über die ganze Höhe seines Hohlzylinders Wärme ab; beim Schweißen oder Hartlöten hingegen ist es erwünscht, die Hitze zu konzentrieren, beispielsweise beim Hartlöten oder Schweißen von Rohren auf die Stoßstelle der beiden Rohre.

Ferner ist ein elektrischer Widerstandsofen bekannt (deutsche Patentschrift 715407), bei welchem im Inneren seines Hohlzylinders ringförmige Vertiefungen vorgesehen sind. Diese Vertiefungen sind für die Aufnahme von ebenfalls ringförmig ausgebildeten Infrarotstrahlern bestimmt. Eine Vielzahl dieser Vertiefungen mit ringförmigen Infrarotstrahlern sind übereinander angeordnet, um das gesamte Innere des bekannten Ofens aufzuheizen. Es ist also nicht möglich, die Strahlung sämtlicher Infrarotstrahler auf einen relativ schmalen Ring am Werkstück zu konzentrieren. Jeder Infrarotstrahler füllt seine Vertiefung voll aus und gibt lediglich an seiner freien Oberfläche Strahlungsenergie ab. Diese Strahlung tritt entweder frei in das Innere des Hohlzylinders oder sie wird an einer Fläche einer darunterliegenden, ringförmigen Strahlungseinheit reflektiert, und zwar in einer zur direkten Strahlungsrichtung im wesentlichen senkrechten Richtung. Die Vertiefung selber stellt demnach keinen Reflektor dar.

Schließlich ist noch eine sogenannte keramische Muffel mit in der Innenwandung der Muffel verlegten Heizleitern bekannt (deutsche Auslegeschrift 1 110777), die eine wellenförmig gestaltete Oberfläche der Innenwandung aufweist, in deren gewindeartig verlaufenden, nach dem Muffelinneren zu gerichteten Erhebungen in nächster Nähe der Oberfläche die Heizleiter liegen. Auch hier wird wiederum der gesamte Innenraum der Muffel aufgeheizt, es läßt sich keine Konzentration der Wärmeenergie auf eine Stelle bzw. einen Bereich im Inneren erzielen. Auch diese Muffel ist deshalb zum Hartlöten und Schweißen nicht geeignet.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, einen Ofen zum Hartlöten oder Schweißen, insbesondere von aneinanderstoßenden Rohrenden zu schaffen, der es ermöglicht, ein Werkstück bzw. zwei aneinanderstoßende Werkstücke über seinen bzw. ihren Umfang gleichmäßig aufzuheizen, wobei die Aufheizung auf einen schmalen Ring der Werkstückoberfläche konzentriert ist und im übrigen die beiden zu verbindenden Werkstücke jeweils eine größere axiale Länge aufweisen können als der Ofen; darüber hinaus soll der Ofen ortsunabhängig sein und auch zur Verbindung von zwei bereits eingebauten, stationären Werkstücken verwendet werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Zylinder aus zwei längs zweier ihrer Berührungskanten aneinander angelenkten Halbzylindern besteht und an seiner Innenseite eine quer

ίο zur Längsachse angeordnete, an sich bekannte ringförmige Vertiefung aufweist und daß diese Vertiefung als gemeinsamer Reflektor für die Strahlung sämtlicher Infrarotstrahler ausgebildet ist.

Diese Ausbildung ermöglicht es, den Ofen nach Art einer Manschette um die zu verbindenden Werkstücke herumzulegen und diese miteinander zu verschweißen, und zwar auch dann, wenn die Werkstücke bereits stationär eingebaut sind; das ist insbesondere bei Rohrleitungen wichtig. Darüber hinaus ergibt sich durch die Ausbildung der Vertiefung als für sämtliche Infrarotstrahler gemeinsamer Reflektor eine ganz besonders gleichmäßige, ringförmige Wärmeverteilung, die es erlaubt, die miteinander zu verschweißenden oder zu verlötenden Teile sehr gleichmäßig aufzuheizen, und zwar in einem schmalen, ringförmigen Bereich, der eine gute Konzentration der Strahlungsenergie auf die Nahtstelle gewährleistet. Abgesehen davon beansprucht der erfindungsgemäße Ofen nur wenig Platz, so daß auch Schweißungen bei beengten Raumverhältnissen möglich sind. Ferner entstehen keine gasförmigen Nebenprodukte. Verglichen mit den schwerfälligen, bisher verwendeten Ausrüstungen weist der erfindungsgemäße Ofen schließlich ein sehr geringes Gewicht auf und ist deshalb leicht zu tragen, so daß ein Spengler denselben als Handwerkszeug zum Schweißen und Löten von Verbindungen von Kühlleitungen und ähnlichen Installationen in großen Neubauten verwenden kann. Ferner kann er auch als Brennofen zum Brennen kleinerer keramischer Teils verwendet werden. Er ist dabei in seiner Anwendung wesentlich flexibler als die gegenwärtig verwendeten, mit Backsteinen ausgelegten Brennöfen; außerdem ist er wesentlich wirtschaftlicher.

Die Erfindung und ihre weiteren, vorteilhaften Ausgestaltungen sind im folgenden an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine teilweise geschnittene, schaubildliche Ansicht des Ofens und seiner Infrarotstrahler,

Fig. 2 eine schaubildliche Ansicht eines aufgeklappten Ofens und seiner inneren Einzelheiten,

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie 3-3 der Fig. 2 und die Anordnung des Ofens gegenüber einer zu lötenden Rohrverbindung,

Fig. 4 eine schaubildliche Ansicht der Kabelenden eines Ofens nach der Erfindung und zusätzlich ein Temperaturmeß-Anzeige- und Steuergerät,
F i g. 5 ein Schema der elektrischen Verbindungen in dem Ofen.

In den F i g. 1 und 2 ist ein Ofen nach der Erfindung dargestellt, der einen Hohlzylinder 10 aufweist. Dieser Hohlzylinder 10 ist in zwei Halbzylinder 10 a und 10 b unterteilt. Jeder Halbzylinder besteht aus zusammengesteckten Sektionen lla, 12 a, 13 a und Ub, 22b und 13b. Die beiden Halbzylinder 10a und 10 & sind längs zweier ihrer Berührungskanten Ma und 14 b mittels eines Scharniers 15 aneinander an-

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gelenkt, derart, daß der Hohlzylinder 10 am Scharnier 15 geöffnet werden kann, wie es in der F i g. 2, oder geschlossen werden kann, wie es in der F i g. 1 gezeigt ist. Dabei kommen die gegenüberliegenden Enden 16« und 16b längs der Fläche Yl zusammen. Die Enden 16 α und 16 b v/erden durch einen Bügel 18 zusammengehalten, der um eine Achse 19, die in einer Ausnehmung 20 im Teil 11 b, nahe der Kante 16/) des Halbzylinders 10 b, angeordnet ist, gedreht werden kann. Das abgekröpfte Ende 21 des Bügels 18 schnappt in eine geeignete Ausnehmung 22 in der Sektion lla nahe der Kante 16a des Halbzylinders 10 a.

Die drei Sektionen des Ofens können als die obere oder wärmerefiektierende Sektion 11 α und 11 b und als mittlere oder die wärisequellenaufnehmende Sektion 12a und 12b und als untere oder Verdrahtungssektion 13 a und 13 b bezeichnet werden, wie aus dem Schnitt in F i g. 3 zu entnehmen ist.

Aus den Fig. 1, 2 und 3 ist ersichtlich, daß die Sektion 11 in ihrem oberen Teil eine Reihe von Öffnungen 24 besitzt, die gleichmäßig über din Umfang der Sektion verteilt sind. Der Hohlzylinder 10 weist an seiner Innenseite eine quer zur Längsachse angeordnete, ringförmige Vertiefung 25 auf. Die Öffnungen 24 liegen in der oberen Seite dieser Vertiefung 25, die als gemeinsamer Reflektor für sämtliche Infrarotstrahler 27 ausgebildet ist und vorzugsweise mit einer wärmewiderstandsfähigen und reflektierenden Keramik oder einem ähnlichen Be-Schichtungsmittel mit einer Farbe, die die auftreffende Strahlung am besten reflektiert und in einer verhältnismäßig begrenzten Fläche konzentriert, wie noch zu beschreiben ist, beschichtet. Auf der unteren Seite der Vertiefung 25 sind zu den öffnungen 24 hin ausgerichtete Öffnungen 26 vorgesehen.

In der mittleren Sektion 12 sind aus isolierendem Kunststoff hergestellte Sockel 23 angebracht. Die Sockel 28 sind in axialer Verlängerung zu den entsprechenden Öffnungen 24 und 26 angeordnet, so daß die Infrarotstrahler 27 durch die Öffnungen 24 und 26 in die Sockel 28 eingesetzt werden können. Der die Strahlung abgebende Teil der Infrarotstrahler, die Infrarotlampen 27 sein können, ist dabei vorteilhafterweise in der Vertiefung 25 an der Innenseite des Hohlzylinders 10 angeordnet. Zweckmäßig sind dabei die Achsen der wärmeerzeugenden Teile der Infrarotlampen 27 innerhalb der Vertiefung parallel zueinander angeordnet. Die Sockel 28 sind mit einem Gewinde 30 versehen, in das die ebenfalls mit einen Gewinde versehenen Sockel eingeschraubt werden. Am Boden jedes Sockels 28 ist ein zentraler Kontakt 31 angeordnet und durch das isolierende Sockelmaterial vom Gewindeteil 30, welcher letztere den zweiten Kontakt für die in dem Sockel 28 eingeschraubte Lampe 27 bildet, isoliert.

Wie aus der F i g. 2 zu ersehen ist, ist ein elektrisches Verbindungskabel 35 vorgesehen, das durch eine Bohrung 36 in dem Boden der Ofensektion 13 b eingeführt und von einem Klemmbügel 37 gehalten ist. Die Halbzylinder 10 a und 10 δ sind durch die aus der Sektion 13 & durch eine Öffnung 38 austretende Kabelschleife 40, die durch die Öffnung 41 in die Sektion 13 a eintritt, verbunden. Die Kabelbügel 39, 42 halten die Kabelschleife 40 und verhindern eine Beschädigung des Kabels.

Jedem Halbzylinder 10 a, 10 & des Ofens wird durch Leitungen 43, 49 Kühlluft zugeführt. Die Leitungen 43 und 49 sind mit Knieverbindungen 45 und 46 an die Eintrittsöffnungen 44 und 47 angeschlossen. Von den Knieverbindungen gelangt die Luft in Hohlräume 66 und 68, von wo sie zu nutenförmigen Durchlässen 62 geleitet wird. Die Durchlässe 62 leiten die Luft zu den Sockeln 28, nahe den mit dem Gewinde versehenen Teilen. Der Sockelhalter ist bogenförmig ausgebildet und enthält die einzelnen Sockel 28 für die verschiedenen Infrarotlampen 27. Der bogenförmige Sockelhalter ruht auf einer inneren Schulter 72 und ist von den Durchlässen 62, die den einzelnen Gewindeteilen 30 benachbart sind, durchbrochen, um diese zu kühlen.

Von den Durchlässen 62 gelangt die Kühlluft in eine Kammer 74. Aus der Kammer 74 wird ein Teil der Kühlluft durch die Öffnungen 64 aus dem Hohlzylinder 10 entlassen. Die verbleibende Kühlluft wird durch die Öffnungen 26 und von dort durch die ausgearbeiteten Leitungen 70 und 80 geleitet. Jeder der Halbzylinder 10 a, 10 b besitzt eine Leitung 70 oder 80, die, wie in F i g. 3 zu sehen ist, aus einer bogenförmigen Nut besteht und die alle öffnungen 26 miteinander verbindet. Von dieser ausgearbeiteten Leitung 70 und 80 tritt die Kühlluft durch die seitlichen öffnungen 50 aus dem Hohlzylinder 10 aus. Dem Durchfluß der Kühlluft durch die Öffnungen 26 in die Heizzone steht der Wärmegradient zwischen der Heizzone und dem restlichen Ofen entgegen. Wegen der in der Heizzone erzeugten Wärme dehnt sich das Gas dort aus und neigt dazu, durch die Öffnungen 26 in Richtungen der Leitungen 66 und 68 abzufließen. Diese Neigung bildet einen Widerstand gegen die in der umgekehrten Richtung fließende Kühlluft. Darum nimmt die aus den Leitungen 65 und 68 austretende Kühlluft den Weg des geringsten Widerstandes und verläßt den Ofen zum größten Teil durch die Öffnungen 64 und 51.

Die elektrischen Verbindungen zwischen den verschiedenen Lampen 27 sind in Fig. 5 gezeigt. 3,2 bestehen aus einer Reihe von Serie-Parallelschaltungen, wie sie jedem Fachmann bekannt sind.

Zweckmäßig sind einstellbare Halteeinrichtungen für die zentrale Halterung von Werkstücken innerhalb des Hohlzylinders 10 vorgesehen. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel werden sie von einer Mehrzahl von Justierschrauben 49 gebildet. Diese sind in die Innenwand der Sektionen 11a, Ub, 13 a, 13 & des Ofens eingeschraubt und können verwendet v/erden, um ein Rohr 50 (das mit gestrichelten Linien in F i g. 1 eingezeichnet ist) innerhalb des Ofens bzw. Hohlzylinders 10 zu zentrieren. Dieses wird, wenn der Bügel 18 eingerastet ist, um die Ofenhälften 10 a und 10 b über dem Rohr 50 zu verbinden, durch den Druck der Justierschrauben 49 fest an seinem Platz gehalten. Auf diese Weise ist das Rohr im Ofenraum zentriert.

Wie aus der F i g. 4 zu sehen ist, wird der Ofen 10 gewöhnlich mit einer Kontroll- und Steuereinrichtung für die Regelung jedes einzelnen der Infrarotstrahler bzw. -lampen 27 verwendet. Diese Temperatursteuerung liefert dem Ofen die von einer äußeren Stromquelle mit einem Kabel 55 über einen Stecker 56 dem Steuergerät 51a zugeführte notwendige Leistung. Die Leistung wird durch ein Kabel 35, das über einen Stecker 57 am Steuergerät angeschlossen ist, dem Ofen zugeführt.

Eine Temperaturmeßeinrichtung 52 mit einem Chromel-Alumel-Thermoelement 54, das über ein

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Kabel 53 und einen Stecker 58 mit dem Steuergerät 51a verbunden ist, wird in die Heizzone des Ofens 10 eingeführt, um die Temperatur der Schweiß- bzw. Lötzone des Rohres 50 zu messen und die den Infrarotlampen 27 zugeführte Leistung so einzustellen, wie es zum erfolgreichen Zusammenfließen der aneinanderstoßenden Teile der zu verbindenden Rohre notwendig ist.

Die Funktion der Erfindung kann aus den verschiedenen Figuren ersehen werden, in denen der Ofen 10 in die zwei halbzylindrischen Teile 10 α und 10 b geteilt ist, die mit einem Scharnier 15 beweglich verbunden und leicht zu öffnen sind und über ein Paar Rohrstücke 50, die durch Verschmelzen der aneinanderstoßenden Enden vereinigt werden sollen, *5 angeordnet werden können. Die Halbzylinder 10 a und 10 b werden, nachdem sie um die Rohrstücke 50 gelegt sind, mit dem Bügel 18 verbunden und wie geschildert, durch geeignete Einstellung der Schrauben 49 in den Innenwänden der Halbzylinder 10 a ao und 10 b zentriert.

Die Verbindungen der elektrischen Drähte mit den Gewindestücken 30 bzw. den Kontakten 31 der Sockel 28 nach einem vorherbestimmten Stromkreis sind in F i g. 5 gezeigt und ergeben eine gleichmäßige Verteilung der von den Infrarotlampen 27 abgestrahlten Wärme.

Die Lampen 27 können Quarz-Jodid-Lampen oder auch andere Infrarotstrahlung erzeugende Lampen sein, die für solche Zwecke brauchbar und bekannt sind.

Es versteht sich, daß auch noch andere Ausführungsformen möglich sind. Zum Beispiel kann das Schweißen oder Hartlöten auch in einem Ofen ohne kreisförmigen Querschnitt ausgeführt werden, weshalb die Erfindung nicht auf die Ausgestaltung mit einem kreisförmigen Querschnitt begrenzt ist.

Claims

Patentansprüche:

1. Ofen zum Hartlöten oder Schweißen, insbesondere von aneinanderstoßenden Rohrenden, in Form eines Hohlzylinders, an dessen innerem Umfang Infrarotstrahler ringförmig versetzt angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder aus zwei längs zweier ihrer Berührungskanten (14 α und 14 b) aneinander angelenkten Halbzylindern (10 α und 10 b) besteht und an seiner Innenseite eine quer zur Längsachse angeordnete, an sich bekannte ringförmige Vertiefung (25) aufweist und daß diese Vertiefung als gemeinsamer Reflektor für die Strahlung sämtlicher Infrarotstrahler (27) ausgebildet ist.

2. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Infrarotstrahler (27) Infrarotlampen vorgesehen sind, deren wärmeerzeugende Teile innerhalb der als Reflektor ausgebildeten Vertiefung (25) angeordnet sind.

3. Ofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der wärmeerzeugenden Teile der Infrarotlampen (27) innerhalb der Vertiefung (25) parallel zueinander angeordnet sind.

4. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einstellbare Halteeinrichtungen (49) für die zentrale Halterung von Werkstücken (50) innerhalb des Hohlzylinders vorgesehen sind.

5. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kontroll- und Steuereinrichtung (51, 52) für die Regelung der Strahlungsintensität jedes einzelnen der Infrarotstrahler (27) vorgesehen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen