DE2254769B2 - Durchlaufofen zum flußmittellosen Löten von Aluminiumwerkstoffen unter Schutzgas - Google Patents

Durchlaufofen zum flußmittellosen Löten von Aluminiumwerkstoffen unter Schutzgas

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Description

Die Erfindung betrifft einen Durchlaufofen zum flußmittellosen Löten von Aluminiumwerkstoffen unter Schutzgas, enthaltend je eine Eingangs- und Ausgangsschleuse und mindestens einen Umwälzventilator.
In der DE-AS 19 59 713 ist ein Durchlauf industrieofen mit Schutzgasatmosphäre beschrieben, dessen Glühraum beidseitig durch eine unbeheizte Schleusenkammer für das Glühgut gegen die Außenatmosphäre abgeschlossen ist In dem Glühraum sollen Metalle, beispielsweise Stahlteile, einer Wärmebehandlung unterzogen werden. Zwischen Glühraum und Schleusenkammer ist eine Vorwärmkammer angeordnet, in der das kalte Glühgut durch aus dem Glühraum zuströmendes heißes Schutzgas vorwärmbar ist Vorwärmkammeir und Glühraum sind nicht gasdicht voneinander getrennt Daher können Verunreinigungen wie Sauerstoff und Wasserdampf entgegen dem Gasstrom in den Glühraum eindiffundieren. Eine für das Löten von Aluminium geeignete Atmosphäre läßt sich in der bekannten Vorrichtung nicht aufrechterhalten.
In METALL, 19. Jgn Juli 1965, H. 7, S. 738-741, wird über das Löten im wtderstandsbeheizten Vakuumstoßofen berichtet In diesem Kaltwandofen mit unbeheizten Schleusen sollen nur Lote verwendet werden, bei denen der Gesamtdampfdruck bzw. der Dampfdruck ihrer Komponenten bei Arbeitstemperatur weniger als 10~3 Torr beträgt Ferner sollen nur sehr enge Lotspalte zugelassen sein, wobei die Spaltbreiten weniger als 0,03 mm betragen müssen.
In der US-PS 8 02 517 ist ein Ofen zur Wärmebehandlung von Metallen beschrieben, der nicht beheizbare Eingangs- und Ausgangsschleusen aufweist. Bei dem bekannten Wärmebehandlungsofen handelt es sich um einen Durchstoßofen, bei dem ein erschütterungsfreier Transport komplizierter Bauteile nicht möglich ist
In der US-PS 20 33 331 wird ein Wärmebehandlungsofen mit einer unbeheizbaren Eingangs- und Ausgangsschleuse und einer Vorrichtung zum Längenausgleich bei hohen Temperaturen beschrieben. Die Wärmebehandlungskammer ist aus mehreren Teilen verschraubt und daher nicht gasdicht ausgeführt Der bekannte Wärmebehandlungsofen ist als Stoßofen ausgeführt
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das
ίο flußmittellose Löten von Aluminiumwerkstoffen in einem Schutzgasofen zu ermöglichen. Bei dem erfindungsgemäßen Schutzgasofen wird das dadurch erreicht, daß die Eingangsschleuse beheizbar ist und die Wandung des Ofens aus einer nach außen isolierten und innen von keramsichen Werkstoffen freien gasdichten metallischen Muffel besteht, und daß der Antrieb der Lüfterräder und Antriebswellen über schmier- und dichtungsmittelfreie Durchführungen in Metallagern mit Schutzgasdichtung erfolgt, wobei magnetische
μ Kupplungen für die Antriebe vorgesehen sind.
Eine vorteilhafte Ausbildung des erfindungsgemäßen Schutzgasofens ist dadurch gekennzeichnet daß die Metallmuffel und die Ausgangsschleuse auf Rollen gelagert sind.
Zur sicheren Einhaltung der Reinheit der Lötatmosphäre sollen die Leitungen der Schläuche für die Zuführung des Schutzgases in den Ofen aus Metall bestehen, wobei die Rohre untereinander gasdicht vorteilhaft durch Löten oder Schweißen verbunden sind.
ίο Ein vorteilhaftes Verfahren zum Betreiben eines Durchlaufofens zum Löten von Aluminiumwerkstoffen unter Schutzgas ist dadurch gekennzeichnet, daß die zu lötenden Teile vor Eintritt in die Eingangsschleuse in einem vorgeschalteten z. B. elektrisch beheizten Luftofen bis auf maximal 500° C vorgewärmt werden.
Die Vermeidung von keramischen Werkstoffen für den inneren Teil des Ofens sorgt für eine Verbesserung der Ofenatmosphäre, da keramische Werkstoffe eine große Adsorptionsmöglichkeit für Sauerstoff und Feuchtigkeit aufweisen. Diese Eigenschaft der keramischen Werkstoffe würde auch bei sorgfältigster Reinigung der verwendeten Schutzgase dazu führen, daß bei einem Dauerbetrieb die Lötatmosphäre in unzulässiger Weise verunreinigt wird.
Soweit Isolationsmaterial verwendet wird, darf keine Verbindung zwischen diesem und dem Inneren der metallischen Muffel bestehen, da sonst an der Isolation anhaftende gasförmige Verunreinigungen in die Muffel gelangen können. Auch dürfen nicht Asbest und
>o Mineralwolle für Packungen und Dichtungen od. dgl. verwendet werden.
Ferner sind öle und Fette und deren dampfförmige Produkte und auch Gummiabrieb beispielsweise von Simmeringen nachteilig für die Lötatmosphäre. Daher sind sämtliche Durchführungen für Lüfterräder und Antriebswellen metallisch ohne zusätzliche Schmierung und Dichtung mit Schutzgasspülung im vorhandenen Spalt auszuführen. 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 oder Wasserdampf verunreinigt wird. Stattdessen haben sich metallische Zuleitungen z.B. aus 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 Aluminium-Werkstoffen geeignet ist In diesem Ofen kann man eine Schutzgasatmosphäre mit hinreichend geringem Sauerstoffgehalt und einem ausreichend niedrigen Taupunkt aufrechterhalten, wodurch eine Zunahme der Oxidschichtdicke bzw. eine Oxidation des Lotes an der Verbindungsstelle währen des Lötprozesses vermieden werden kann. Aus wirtschaftlichen Gründen bietet sich als Schutzgas flüssiger, nachgereinigter Stickstoff an, der handelsüblicherweise schon £5 ppm Q2 und einen Taupunkt < -600C 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 beheizbar auszugestalten, so daß das Lötgut in dieser Schleuse auf mindestens 1000C 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 5000C vorgewärmt werden. Bei dieser Verfahrensweise ist eine Beheizung der Eingangsschleusenkammer nicht unbedingt erforderlich. Außerdem wird hierdurch die notwendige Aufenthaltszeit des Lötgutes 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 thermoelektrischen Temperaturmessung an einem oder mehreren in einem Ofen bewegbaren oder sich bewegenden Gegenständen ist dadurch 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 des 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 Thermomafsrials aus dem Ofen ί isoliert herausgeführt und ggfs. über Ausgleichsleitungen einer nach dem Kompensationsprinzip arbeitenden Temperaturmeß- bzw. registriereinrichtung zugeführt ist während die Messung der Temperatur am bewegten oder bewegbaren Teil im geschlossenen Ofen derart ο 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 insbeson-
dere zur Erzielung einer bei Serienfertigung angestrebten geringen Ausschußquote von Vorteil. Dies betrifft besonders auch bei wechselnder Größe und/oder Konstruktion der Bauteile zu. Diese Einrichtung bietet sich weiterhin zur Steuerung der Durchlaufgeschwin digkeit 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. diese stillzusetzen.
Mit Hilfe dieses Steuerungsprinzips kann die Ofenlänge auf Stückzahl und Konstruktion der zu lötenden Teile sehr genau abgestimmt werden. Insbe sondere bei kleinen Stückzahlen ist eine sehr kurze Bauart mit nur einer Temperaturzone denkbar, bei der das vorgewärmte Lötgut innerhalb dieser mit Schutzgas beaufschlagten Zone in Ruhestellung 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 Lösungsglühen auszunut zen, 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 vorzunehmen, da dann die Bauteile mit Luft abgeblasen werden können. Alternativ kann das Abblasen auch innerhalb der Ausgangsschleuse erfol gen, 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 Zeichnungen. Es zeigt
F i g. 1 einen senkrechten Längsschnitt durch den erfi.idungsgemäßen Ofen.
Fig.2 einen Querschnitt nach der Linie A-A der Fig. 1.
Fig.3 einen Querschnitt nach der Linie B-B der Fig. 1.
Aus F i g. 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 (vgl. F i g. 3), der dazu dient, die durch die elektrischen Heizelemente 5 (siehe F i g. 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 Schleuse 7 zuführt. Zum öffnen und Schließen der Schleuse dienen die Tore 8 und 9, die über Motore 10 und U sowie 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 Meta!!-, insbesondere Stahlmuffe! 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 sind Lüfter bezeichnet, die durch nur einmal dargestellte Motore 21a betrieben werden (vgl. auch F i g. 2). Aus F i g. 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
i" Gegenstände gelangen durch Tor 25 in die Schleuse 17. 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 Zuführungslei-Γ· tungen 29 bzw. 29', die über Ventile 30 bzw. 30' geöffnet bzw. geschlossen werden können. In Schleuse 17 werden die gelöteten Gegenstände durch Rollen 31 transportiert und gelangen über ein Schleusentor 32, das über ein Seil 32a durch den Motor 33 gehoben und gesenkt
»o werden kann, in die Abkühlzone 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 36 gelangen die gelöteten Teile zur Entnahme. Der Durchgang des Lötgutes durch den Ofen wird u. a. durch die Lichtschranken 37 gesteuert.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1 Patentansprüche:
1. Durchlaufofen zum flußmittellosen Löten von Aluminiumwerkstoffen unter Schutzgas, enthaltend je eine Eingangs- und Ausgangsschleuse und mindestens einen Umwälzventilator, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsschleuse(7) beheizbar ist und die Wandung des Ofens aus einer nach außen isolierten und innen von keramischen Werkstoffen freien gasdichten metallischen Muffel (15) besteht, und daß der Antrieb der Lüfterräder (21) und Antriebswellen über schmier- und dichtungsmittelfreie Durchfahrungen in Metallagern mit Schutzgasabdichtung erfolgt, wobei magnetische Kupplungen für die Antriebe vorgesehen sind.
2. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallmuffel (15) und die Ausgangsschleuse (17) auf Rollen (14,16,31) gelagert sind.
3. Ofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen oder Schläuche für die Zuführung des Schutzgases in den Ofen aus Metall bestehen, wobei die Rohre untereinander gasdicht vorteilhaft durch Löten oder Schweißen verbunden sind.
4. Verfahren zum Betreiben eines Durchlaufofens zum Löten von Aluminiumwerkstoffen unter Schutzgas nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zu lötenden Teile vor Eintritt in die Eingangsschleuse in einem vorgeschalteten z. B. elektrisch beheizten Luftofen bis auf maximal 500° C vorgewärmt werden.
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