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Verfahren zum Einlöten von Heizstäben
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Einlöten von iieizstäben
in ihrer Befestigung dienende Flansche mit Hilfe von Schutzrohren.
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Es ist bekannt, IIeizstäbe mit Hilfe von Zwischen- oder Schutzrohren,
die in Flanschplatten eingeschweißt sind, zu verlöten. Hierzu werden die Flanschplatten
mit den eingesetzten Heizstäben nach Aufbringen der beispielsweise blattförmigen
Lote in Lötöfen eingeführt und dort kurzzeitig auf die liöttemperatur erhitzt, Es
ist auch bekannt, die einzelnen Lötstellen nacheinander mit Hilfe einer Flamme auf
die Löttemperatur zu erhitzen.
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Bei diesen Verfahren besteht die Gefahr von örtlichen Überhitzungen,
insbesonders an den Heizstäben, die ebenfalls rohrförmig ausgebildet sind und in
ihren Inneren ein isoliert und feuchtigkeitsdicht eingebautes Heizelement aufweisen.
Durch örtliche Uberhitzung werden die Bindungen zwischen Heizelement und Stabelement
und insbesonders die Feuchtigkeitsisolierung zerstört. Ferner werden, insbesonders
beim Löten mit der Flamme, noch nicht eingelötete Heizstäbe miterwärmt, so daß es
zu oxydativen Schichtbildungen an Heizstäben und/oder Schutzrohren kommt, die eine
gute Lötverbindung zwischen diesen verhindern. Auch kann es infolge der Wärme dehnungen
zu Verwerfungen an den Flanschen kommen, so daß ein paßgerechter Einbau der verhältnismäßig
langen Heizelemente nicht mehr möglich ist. Schließlich verhindern alle diese Vorkommnisse
eine druckdichte Verbindung zwischen Flansch und Heizstäben, so daß sie für den
Einsatz in Druckbehältern nicht geeignet sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum druckdichten
Einlöten von Heizelementen in sie tragende Flansche zu schaffen, dessen Verfahrensschritte
ein örtlit ches Ueberhitzen der nicht an der Lötung beteiligten Bauteile vermeidet
und das zu fehlerfreien druckdichten Lötverbindungen führt, so daß ein Einsatz von
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter aus von Flanschen getragenen
Heizstäben bestehender Heizkörper in Druckbehältern möglich wird.
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Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung gelöst durch folgende Verfahrensschritte:
1. Die Schutzrohre werden an dem dem Flansch abgewandten Ende im Abstand von der
Stirnseite durch mechanische Krafteinwirkung verengt und anschließend mit dem unverengten
Ende bündig in den Flansch eingeschweißt,
2. die verengten Stellen
der eingeschweißten Schutzrohre werden unmittelbar vor der Lötung aufgebohrt auf
einen Innendurchmesser, der nur wenig größer als der Außendurchmesser des einzulötenden
Heizstabes ist, 3. die Lötstellen werden mit Flußmittel versehen und in den ringförmigen
stirnseitigen Raum vor der Verengung des Schutzrohres wird ein Lotring eingebracht,
4. der einzulötende Heizstab wird in das Schutzrohr bis zur gewünschten Lötstellung
eingeschoben und 5. mit Hilfe einer Lötzange wird der als Heizwiderstand dienende
Abschnitt des Schutzrohres für eine vorbestimmte Zeit elektrisch so stark erwärmt,
daß das Lot in den Ringspalt zwischen den einander zugewandten Zylindermantelflächen
von Schutzrohr und Heizstab fließt und anschließend dort erkaltet.
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Auf diese Weise gelingt es erstmals, fehlerfreie Lötverbindungen zwischen
Schutzrohr und Heizstab zu erzielen, da einerseits durch das Aufbohren der im Flansch
eingeschweißten Schutzrohre unmittelbar vor der jeweiligen Lötung ein genau definierter,
genügend enger Spalt zwischen den während der Lötung einander zugewandten Zylindermantelflächen
von Schutzrohr und Heizstab und eine metallisch reine Oberfläche erzielbar sind,
so daß sehr geringe Einbau-Toleranzen einhaltbar sind; und andererseits durch die
Benutzung des eingezogenen Abschnittes des Schutzrohres als Heizwiderstand nur dieser
und nicht andere benachbarte oder entfernt liegende Teile oder Flächenstücke erhitzt
werden. Oxydationen benachbarter Schutzrohre und/oder Heizstäbe können nicht eintreten
und die einmal bei der mechanischen Fertigung erzielten Toleranzen bleiben durch
den Lötvorgang unverändert. Schließlich erlaubt der exakt reproduzierbare Spalt
definierter Länge
eine genaue Dosierung des Lötmaterials, so daß
hier neben einer guten Lötverbindung auch noch an Lot gespart werden kann. Ein Schutzrohr
ist im Unteranspruch gekennzeichnet.
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Eine Einrichtung zur Durchführung des Lötverfahrens ist gemäß der
Erfindung als Lötzange ausgebildet deren Schenkel Kühlwasserkanäle und Stromzuführungen
aufweisen und deren abgeschrägte Schenkel auf einander zugewandten Seiten mit balligen
Vorsprüngen versehen sind zur Einleitung elektrischer Energie in den als Heizwiderstand
dienenden eingezogenen Abschnitt des den einzulötenden Heizstab aufnehmenden Schutzrohres,
wobei eine Druckschraube zur Verspannung der Schenkel mit der Lötstelle vorgesehen
ist.
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Aus der DT-OS 2 124 868 ist zwar eine Lötzange bekannt, mit deren
Hilfe Rohre durch Löten miteinander verbunden werden können. Dort ist jedoch der
die Wärme erzeugende Heizwiderstand in den die miteinander zu verbindenden Rohre
umfassenden Schenkeln der Lötzange angeordnet.
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Mit Hilfe einer solchen Lötzange wird also die Lötstelle indirekt
erhitzt, während bei der Erfindung eine direkte Erhitzung der Lötstelle stattfindet.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung mehr oder
minder schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles beschrieben.
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Es zeigen: Figur 1 eine teilweise im Schnitt dargestellte Vorrichtung
zur Durchführung des erfindungsgemäßen Lötverfahrens in der Seitenansicht, und zwar
während eines Lötvorganges und
Figur 2 die teilweise im Schnitt
dargestellte Vorrichtung gemäß Figur 1 in der Ruhestellung.
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In einem in Figur 1 nur angedeuteten Flansch 3 einer Einrichtung zur
elektrischen Beheizung von Druckbehältern sind eine Vielzahl von der Halterung von
Heizstäben 4 dienender sogenannter b#er- oder Schutzrohre 5 eingeschweißt - von
denen nur eines dargestellt ist - in der Weise, daß sie mit der dem nicht dargestellten
Bruckbehälter zugewandten Stirnseite des Flansches bündig abschließen, während sie
auf der abgewandten Seite um ein Mehrfaches der Flanschstärke überstehen.
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Die Schutzrohre weisen einen um ein vorbestimmtes Maß größeren Innendurchmesser
D1 auf als die Außendurchmesser D2 der von ihnen zu haltenden Heizstäbe mit Ausnahme
eines der Herstellung der Lötverbindung dienenden, nicht ganz bis zur Stirnseite
6 reichenden Abschnittes 7. An dieser Stelle ist das Schutzrohr durch mechanische
Krafteinwirkung soweit eingezogen, daß der Innendurchmesser D1 kleiner als der Außendurchmesser
D2 des jeweils aufzunehmenden Heizstabes ist.
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Nach dem Einschweißen eines solchen Schutzrohres in den Flansch wird
der eingezogene Abschnitt 7 mittels einer hier nicht dargestellten Bohrvorrichtung
aufgebohrt auf ein Maß, das geringfügig größer als der Außendurchmesser des Heizstabes
ist, so daß bei eingeschobenem Heizelement ein Spalt 8 zwischen den einander zugewandten
Zylindermantelflächen von Schutzrohr und Heizelement verbleibt, in den während des
noch zu beschreibenden Lötvorganges Lot gezogen wird.
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Zur Durchführung des Lötvorganges ist eine lediglich der Stromzuführung
dienende Lötzange 10 vorgesehen, vgl. auch Figur 2, die aus zwei mit je einem Kühlwasserkanal
11 versehenen metallischen Schenkeln 12 und 13 besteht, welche über ein über die
Länge L
isoliertes Gelenk 14 und Schrauben 15 und 16 zusammengehalten
werden, oberhalb des Gelenkes 14 ist im Schenkel 13 eine isoliert angebrachte Druckschraube
17 vorgesehen, die über ein isoliertes Druckstück 18 den Schenkel 12 um das Gelenk
14 im Gegenzeigersinne beaufschlagt. Die abgeschrägten Enden 20 und 21 der Schenkel
tragen auf einander zugewandten Seiten ballige Vorsprünge 22 und 22, mit denen die
Lötzange jeweils den eingezogenen Abschnitt 7 des Schutzrohres erfassen kann, vgl.
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Figur 1.
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Schließlich sind mit der Lötzange elektrische Anschlüsse 24 für die
Zuführung eines niedergespannten Stromes hoher Amperezahl und Wasseranschlüsse 25
für die Zuführung von Kühlwasser verbunden.
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Die Wirkungsweiso der beschriebenen Anordnung ist folgende: Die eingezogenen
Schutz rohre werden nach ihrem Einschweißen in den Flansch aufgebohrt. Daraufhin
werden der einzulötende Heizstab und die zukünftige Lötstelle, also die metallisch
reine Bohrung, mit Flußmittel versehen und in die den ursprünglichen Innendurchmesser
aufweisende Stirnseite 6 des Schutzrohres Lot 26 in vorbestimmter menge eingebracht.
Daraufhin wird die Lötzange im Abschnitt 7 angesetzt, so daß der über diesen Abschnitt
fließende Strom diesen so stark erwärmt, daß das Lot in den Spalt 8 fließen kann,
während die der Lötstelle benachbarten Zonen keine großen Temperaturänderungen erfahren.
Der Abschnitt 7 dient also als Heizwiderstand. Die in der Lötzange entstandene Wärme
wird über das sie durchströmende Kühlwasser abgeführt.
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Über ein hier nicht dargestelltes Schaltwerk läßt sich die Stromzufuhr
nach Stärke und Zeit und damit die Löttemperatur genau regeln.
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Auf diese Weise entstehen druckdichte Lötverbindungen ohne Beschädigung
oder gar Zerstörung der gerade einzulötenden ileizelemente oder benachbarter, bereits
eingelöteter Heizelemente.
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Patentansprüche: