DE2254769A1 - Ofen zum flussmittellosen loeten von aluminiumwerkstoffen unter schutzgas - Google Patents

Ofen zum flussmittellosen loeten von aluminiumwerkstoffen unter schutzgas

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Description

YEREIlTIGTE AiUMHTEUM-WEBEE
AKTIENGESELLSCHAFT
BONN
Ofen zum flußmittellosen Löten von Aluminiumwerkstoffen
unter Schutzgas
Die Erfindung betrifft einen Ofen zum flußmittellosen Löten von Aluminiumwerkstoffen unter Schutzgas.
Zum Ofenlöten von Aluminiumwerkstoffen unter Verwendung von Flußmitteln sind bereits Luftumwälzöfen vorgeschlagen worden, bei deren Konstruktionen weitgehend keramische Materialien zu verwenden sind, da andere Werkstoffe durch die Flußmittel zu stark angegriffen werden wurden. Zwar ist es auch bekannt, für das Löten im Hochvakuum von keramischen Materialien abzusehen und für die Konstruktion des Ofens metallische Werkstoffe zu benutzen, jedoch läßt sich ein derartiger Ofen nicht zum flußmittellosen Löten unter Schutzgas verwenden. Bei diesen Öfen, die durch Strahlung beheizt werden müssen, wird die Außenhaut als wassergekühlte Doppelwand ausgebildet, vor der dann die Strahlungsschilde liegen. Dieses Prinzip ist für einen Schutzgasofen ungeeignet, da hierdurch der Wärmeträger (Schutzgas) seine Wärme vorwiegend an die wassergekühlte Wand, abgeben würde.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ofen zu schaffen, in dem Teile aus Aluminiumwerkstoffen ohne Verwendung von Flußmitteln unter Schutzgas gelötet werden können. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß innerhalb des Ofens eine wärmeisolierte metallische gasdichte Muffel, insbesondere aus Stahl, vorgesehen ist, der eingangsseitig eine Vakuum- oder eine Schutzgasschleuse vorgeschaltet ist, während sich ausgangsseitig- ebenfalls eine metallische derartige Schleuse befindet. Dabei sind sowohl die Metallmuffel sowie die metallische Ausgangsschleuse mit Eücksicht -auf den thermischen Ausdehnungskoeffizienten beweglich/beispielsweise auf Rollen gelagert. ·
Von besonderm Vorteil ist es bei dem erfindungsgemäßen Ofen, daß
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von der Verwendung keramischer Werkstoffe für den inneren Teil des Ofens abgesehen werden kann, da bei diesen infolge zu großer Adsorptionsmöglichkeiten für Sauerstoff und Feuchtigkeit die Gefahr besteht, daß die Ofenatmosphäre in unzulässigem Maße verunreinigt wird. Soweit Isolationsmaterial verwendet wird, besteht keine Verbindung zwischen diesem und dem Inneren der metallischen Muffel. Es können daher keine an der Isolation haftenden gasförmigen Verunreinigungen in die Muffel gelangen. So scheiden alle keramischen Werkstoffe wie beispielsweise auch Asbest und Mineralwolle als BaUtOiIexfür Packungen und Dichtungen beispielsweise, im Inneren der Muffel.vollständig aus.
Da sich gezeigt hat, daß auch öle und Fette und deren dampfförmige Produkte und auch Gummiabrieb beispielsweise von Simmeringen sich nachteilig auf den Lötprozeß beim flußmittellosen Löten unter Schutzgas auswirken, werden vorteilhaft sämtliche Durchführungen für Lüfterräder und Antriebswellen metallisch ohne zusätzliche Schmierung und Dichtung mit Schutzgas spülung im vorhandenen Spalt ausgeführt, oder der Antrieb für Lüfterräder und Wellen kann über eine magnetische Kupplung, die eine Übertragung mechanischer Bewegungen durch feste Wände hindurch ermöglicht, erfolgen. Nichtangetriebene Wellen bzw. Wellenenden werden gekapselt ausgebildet. Dichtungen, wie beispielsweise solche zwischen Schleuse und Ofenraum oder Außenatmosphäre können zweckmäßig bei hinreichender Kühlung aus Silikongummi ausgeführt werden. Dichtungen ruhender Teile werden vorteilhaft metallisch ausgeführt.
Leitungen oder Schläuche für die Zuführung des Schutzgases zum Ofen aus Gummi und Kunststoffen wie z.B. PVC sind nicht geeignet, da hierbei die Gefahr besteht, daß das Schutzgas durch eindiffundierenden Sauerstoff verunreinigt wird. Statt dessen haben sich metallische Zuleitungen aus z.B. Kupfer als zweckmäßig erwiesen, wobei die Rohre untereinander gasdicht, vorteilhaft durch Löten oder Schweißen zu verbinden sind.
Auf diese Weise wird ein Ofen geschaffen, der für ein störungsloses flußmittelfreies Löten von Aluminiumwerkstoffen geeignet ist. In diesem Ofen kann man eine Schutzgasatmosphäre mit hinreichend geringem Sauerstoffgehalt und einem ausreichend niedrigen Taupunkt
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aufrecht erhalten, wodurch eine Zunahme der Oxidschichtdicke "bzw. eine Oxidation des Lotes an der Verbindungsstelle während des Lötprozesses vermieden werden kann. Aus wirtschaftlichen Gründen bietet sich-als Schutzgas flüssiger, nachgereinigter Stickstoff an, der handelsüblicherweise schon =■ 5 ppm Op und einen Taupunkt = -60 0O aufweist. Auch andere Schutzgase entsprechender Reinheit wie beispielsweise Argon sind geeignet.
Um den Eintrag von adsorbierter Luft und Feuchtigkeit durch die zu lötenden Bauteile selbst in den Ofen, der die Ofenatmosphäre ebenfalls in unzulässiger Weise verunreinigen kann, zu vermeiden, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Vakuum- bzw. Schutzgasschleuse be&eizbar auszugestalten, so daß das Lötgut in dieser Schleuse auf mindestens 100 0O vorgewärmt werden kann«
Überraschenderweise hat sich ferner gezeigt, daß es für das Löten ohne Flußmittel unter Schutzgas unabhängig von der oben aufgezeigten Ofenkonstruktion ohne Nachteil ist, wenn die zu lötenden Teile vor Eintritt in die Eingangsschleuse in einem vorgeschalteten z.B. elektrisch beheizten Luftofen bis auf maximal 500 0G vorgewärmt werden. Bei dieser Verfahrensweise ist eine Beheizung der Eingangsschleusenkammer nicht unbedingt erforderlich. Außerdem wird hierdurch die-notwendige Aufenthaltszext des Lotgutes im Schutzgas und damit die erforderliche Länge der gasdichten Muffel verringert.
Das Aufheizen des Schutzgases kann zweckmäßigerweise elektrisch erfolgen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, eine Gasstrahlrohrheizung zu verwenden. Weiterhin ist es vorteilhaft, das aufgeheizte Schutzgas mit Ventilatoren umzuwälzen, um so ein gleichmäßiges Temperaturfeld im Ofenraum zu erreichen und bei größeren Bauteilen eine bessere und gleichmäßigere Durchwärmung zu ermöglichen. ·■
Eine direkte Messung der Temperatur am Bauteil selbst ist vorteilhaft mit einer Temperaturmeßeinrichtung möglich, wie sie in unserer Patentanmeldung P 22 06 721·6 beschrieben ist. Diese Vorrichtung zur thermoelektrisehen Temperaturmessung an einem oder mehreren in einem Ofen bewegbaren oder sich bewegenden Gegenständen ist dadurch
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gekennzeichnet, daß in einen z.B. durch Schleusen geschlossenen Ofen eine beliebige Anzahl, die sich nach der Zahl der zu bestimmenden Temperaturmeßstellen an einem oder mehreren Teilen richtet, von Thermomaterialien in Form von Draht, Stäben oder Schienen in der Zone des Ofens, in der die Temperatur gemessen werden soll, in Richtung des bewegten Teiles gespannt bzw. angeordnet sind, wobei dieses Thermomaterial sowohl gegen das Ofengehäuse als auch gegeneinander isoliert angebracht und entweder der positive oder der negative Schenkel nur einmal vorgesehen ist, während der Schenkel mit dem anderen Potential in der Anzahl verlegt ist, die der Anzahl der Temperaturmeßstellen entspricht, und zum Abgriff der Thermospannung ein Ende des verlegten Thermomaterials aus dem Ofen isoliert herausgeführt und ggfs. über Ausgleichsleitungen einer nach dem Kompensationsprinzip arbeitenden Temperaturmeßbzw, -registriereinrichtung zugeführt ist, während die Messung der Temperatur am bewegten oder bewegbaren Teil im geschlossenen Ofen derart erfolgt, daß aus dem jeweils gewählten Thermomaterial die entsprechende Anzahl von Thermoelementpaaren entsprechend dem im Ofen fest verlegten Thermomaterial, das nur einmal vorgesehen wird, zusammengefaßt und die übrigen Schenkel - ebenso wie die Verbindung der anderen Schenkel - einzeln und gegeneinander isoliert mit Spannungsüberträgern verbunden werden, die aus dem gleichen Thermomaterial wie der jeweilige Schenkel bestehen. Die Verwendung einer solchen Methode ist insbesondere zur Erzielung einer bei Serienfertigung angestrebten geringen Ausschußquote von Vorteil. Dies trifft besonders auch bei wechselnder Größe und/oder Konstruktion der Bauteile zu. Diese Einrichtung bietet sich weiterhin zur Steuerung der Durchlaufgeschwindigkeit an. Eine dieser Möglichkeiten besteht darin, daß die am Ende der Vorheizzone erreichte und gemessene Temperatur dazu benutzt wird, beim Abweichen vom Sollwert die Durchlaufgeschwindigkeit des Gutes entweder zu beschleunigen oder zu verringern bzw. dieses still zu setzen.
Mit Hilfe dieses Steiierungsprinzips kann die Ofenlänge auf Stückzahl und Konstruktion der zu lötenden Teile sehr genau abgestimmt werden. Insbesondere bei kleinen Stückzahlen ist eine sehr kurze Bauart mit nur einer Temperaturzone denkbar, bei der das vorgewärmte Lötgut innerhalb dieser mit Schutzgas beaufschlagten Zone
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in Ruhestillung gelötet wird. Das Vorwärmen, Ein- und Ausschleusen und gegebenenfalls ein beschleunigtes Abkühlen würde der schon ■vorher beschriebenen Arbeitsweise entsprechen.
Bei der Verwendung aushärtbarer Legierungen als Kernwerkstoffe ist es vorteilhaft, das Aufheizen auf Löttemperatur gleichzeitig als Lösunsglühen auszunutzen, d.h.. die Bauteile relativ kurzfristig nach dem Löten beschleunigt abzukühlen. Um ein Verwerfen der gelöteten Teile infolge zu hoher Abschreckspannungen zu vermeiden, sollte auf ein Abschrecken in Wasser verzichtet und ein Abblasen mit Gas angewendet werden. Dabei ist es von wirtschaftlichem Vorteil, das beschleunigte Abkühlen erst nach dem Ausschleusen des Gutes vorzur nehmen, da dann die Bauteile mit Luft abgeblasen werden können. Alternativ kann das Abblasen auch innerhalb der Ausgangsschleuse erfolgen, wobei dann allerdings Stickstoff verwendet werden sollte, weil sonst eine zu starke-:Verunreinigung durch feuchtigkeit und eventuelle ölnebel bei Verwendung von Preßluft erfolgen könnte, die ein längeres Abpumpen und auch Reinigen der Schleusenkammer erfordern würde.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Zeichnungen. · "
Es zeigen
Figur 1 einen senkrechten Längsschnitt durch den erfindungsgemäßen Ofen.
Figur 2 einen Querschnitt nach der Linie A - A der Figur 1." Figur 3 einen Querschnitt nach der Linie B - B der Figur 1.
Aus Figur 1 ist zunächst ersichtlich, daß die zu lötenden !Teile auf einem Chargiertisch 1 über Rollen 2 in die Vorwärmkammer 3 geführt werden. In dieser ist ein durch einen Motor 4a angetriebener Lüfter 4- angeordnet (vergl. Figur 3), der dazu dient, die durch die elektrischen Heizelemente 5 (siehe Figur 3) erhitzte Luft gleichmäßig in der Kammer 3 umzuwälzen. Die'zu lötenden Teile gelangen von den Rollen 2 auf ein Transportband 6, das sie der
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Schleuse 7 zuführt. Zum öffnen und Schließen der Schleuse dienen die Tore 8 und 9, die über Motore 1.0 und 11 aowie mit diesen gekuppelte Drahtseile 12, 13 heb- und senkbar sind. Innerhalb der Kammer 7 ist der Rollengang 14- angeordnet. Über diesen werden die zu lötenden Teile der gasdichten Metall-, insbesondere Stahlmuffel 15 zugebracht, die auf Rollen 16 längs verschiebbar ist. Solche Rollen 16 dienen im übrigen auch zur Verschiebbarkeit der Ausgangsschleuse 17 und einer Abkühlstrecke 18.
Innerhalb der Muffel 15 sind die Transportbänder 19 und 20 vorgesehen, wobei die zu lötenden Gegenstände auf dem.Band 19 bis kurz unterhalb der Löttemperatur vorgewärmt werden, während sich der eigentliche Lötvorgang auf dem Band 20 abspielt. Mit 21 dnd Lüfter bezeichnet, die durch nur einmal dargestellte Motore 21a betrieben werden (vergleiche auch Figur 2). Aus Figur 2 ist auch ersichtlich, daß in die Muffel 15 gasdicht Heizelemente 22 eingeführt sind, . durch die das innerhalb der Muffel 15 befindliche Schutzgas erhitzt und durch die Lüfter 21 umgewälzt wird. Durch die Temperaturmeßschiene 23 wird die Temperatur der zu lötenden Gegenstände abgefragt und danach die Geschwindigkeit des Bandes 19 gesteuert, während die weitere Meßschiene 24- den Lötprozeß überwacht. Am Ende der Muffel 15 sind Schleusentore 25, 32 vorgesehen, die über Seile 26 bzw. 32a durch die Motore 27 bzw. 33 heb- und senkbar sind. Die gelöteten Gegenstände gelangen durch Tor 25 in die Schleuse In dieser ist ebenso wie in der Schleuse 7 ein Stutzen 28 bzw. 28' vorgesehen, durch die die Schleusen 7 bzw. 17 evakuiert werden können« Der Zuführung des Schutzgases in die Schleusen 7 bzw. 17 dienen die Zuführungsleitungen 29 bzw. 29', die über Ventile 30 bzw. 30' geöffnet bzw. geschlossen werden können. In Schleuse 17 werden die gelöte-* ten Gegenstände durch Rollen 31 transportiert und gelangen über ein Schleusentor 32, das über ein Seil 32a durch den Motor 33 gehoben und gesenkt werden kann, in die Abkühlzöne 18, die sie auf dem Transportband 34- durchlaufen. Wenn beabsichtigt ist, die Teile in dieser Strecke beispielsweise durch Anblasen mit Luft abzuschrecken, so werden die Ventilatoren 35 eingeschaltet. Über den Rollengang gelangen die gelöteten Teile zur Entnahme. Der Durchgang des Lötgutes durch den Ofen wird u.a. durch die Lichtschranken 37 gesteuert.
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Claims (8)

Patentansprüche
1) Ofen zum fraßmittellosen Löten von Aluminiumwerkstoffen unter Schutzgas, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Ofens eine xirärmeisolierte metallische gasdichte Muffel (15) ι insbesondere
• aus Stahl, vorgesehen ist, der eiggangsseitig eine Vakuum- oder eine Schutzgasschleuse (7) vorgeschaltet ist, während sich ausgansseitig ebenfalls eine metallische derartige Schleuse (17) befindet.
2) Ofen nach Anspruch 1, dadurch'gekennzeichnet, daß sowohl die Metallmuffel (15) sowie die- metallische Ausgangsschleuse (1?) beweglich, beispielsweise auf Rollen (14, 16, 31), gelagert ist.
3) Ofen nach Anspruch 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß sein innerer Teil frei von keramischen Werkstoffen konstruiert ist.
4) Ofen nach Anspruch 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Durchführungen für Lüfterräder und Antriebswellen metallisch ohne zusätzliche Schmierung und Dichtung mit' Schutzgasspülung im vor-
■ handenen Spalt ausgeführt sind, oder der Antrieb für Lüfterräder und Wellen "· . über eine magnetische Kupplung, die eine Übertragung mechanischer Bewegungen durch feste Wände hindurch ermöglicht , erfolgt.
5) Ofen nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß nichtangetriebene Wellen bzw. Wellenenden gekapselt ausgebildet sind.
6) Ofen nach Anspruch 1 - 5i dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen oder Schläuche für die Zuführung des Schutzgases aus Metall bestehen, wobei die Rohre untereinander gasdicht vorteilhaft durch Löten oder Schweißen verbunden sind.
7) Ofen nach Anspruch 1- 6, dadurch gekennzeichnet, daß die "Vakuumbzw. Schutzgasschleuse (7) beheizbar sind.
8) Verfahren zum Löten von Aluminiumwerkstoffen unter Schutzgas, insbesondere in einsmOfen nach den Ansprüchen 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß die_ zu lötenden Teile vor Eintritt in die Eingangsschleuse in einem vorgeschalteten bzw. elektrisch beheizten Luftofen bis auf maximal 500 °G vorgewärmt werden.
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