DE2936941A1 - T-loetverbindung - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine T-förmlge Löt- oder Hartlötverbindung, welche frei von Hohlräumen ist, sowie ein Verfahren zur Herstellung derselben.

Eine herkömmliche, T-förmige Löt- oder Hartlötverbindung ist in Fig. 1 gezeigt. Dabei ist die untere Stirnfläche eines vertikalen Metallbäutells 2 auf die Oberfläche eines horizontalen Metallbauteils 1 aufgesetzt. Beide Metalle 1 und 2 erhitzt, und das Ende einer Lotlegierung oder Hartlötlegierung 3 wird in Berührung mit den Seitenbereichen der zu verbindenden Flächen gebracht, so daß das Lot schmilzt und das geschmolzene Lot 4 in die Lötfuge eindringt. Auf diese Weise erhält man die T-förmige Verbindung. Dabei dringt jedoch das geschmolzene Lot 4 nicht vollständig in die Fuge ein, und es bilden sich große Hohlräume 5. Das geschmolzene Lot 4 breitet sich nämlich rascher entlang der seitlichen Randbereiche der Lötfuge aus, so daß alle seitlichen Randbereiche mit Lot umgeben werden, bevor dieses in die Innenbereiche der Lötfuge zwischen der Oberfläche des horizontalen Metallbauteils 1 und der Stirnfläche des vertikalen Metallbauteils 2 während der Lötoperation eindringen kann. Die Benetzung und Ausbreitung des geschmolzenen Lotes 4 entlang der Seitenbereiche der zu verbindenden Flächen ist vorherrschend (oder rascher) im Vergleich zum Eindringen des Lotes in die Innenbereiche aufgrund der Kapillarkräfte. Die Hohlräume 5 der Lötverbindung schwächen die T-Verbindung, welche durch Hartlöten oder Löten hergestellt wird, erheblich. Daher ist die Festigkeit der Lötverbindung gering und auch die Leitfähigkeit läßt zu wünschen übrig.

Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Erhöhung der Festigkeit einer T-förmigen Löt- oder Hartlötverbindung zu schaffen sowie zur Erhöhung der Leitfähigkeit der Lötverbindung, und zwar durch die Verhinderung einer Ausbildung von Hohlräumen zwischen den zu verbindenden

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Flächen. Dies gelingt d ireh Ausbildung einer schrägverlaufenden, sich erweiternden Fuge zwischen den zu verbindenden Flächen des vertikalen Metallbauteils und des horizontalen Metallbauteils. Nach dem Erhitzen der Metallbauteile wird das Lot in Berührung mit diesen gebracht. Es schmilzt und breitet sich in das Innere der Lötfuge aus.

Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, Schwierigkeiten zu vermeiden, welche im Falle langer Lötfugen auftreten, wenn man diese in Longitudinalrichtung schräg verlaufen, d.h. sich erweitern läßt. Diese Schwierigkeiten hängen damit zusammen, daß die Lötfuge an einem Ende außerordentlich weit wird. Das Problem wird dadurch gelöst, daß man der Lötfuge eine sägezahnförmige Gestalt gibt.

Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, die Probleme zu überwinden, welche mit einer sich in Längsrichtung erweiternden Lötfuge zusammenhängen, die an einem Ende eine zu große Fugenweite aufweist. Die abgewandelte Lösung besteht darin, daß man die schräge Fuge zwischen den zu verbindenden Flächen des vertikalen Metallbauteils und des horizontalen Metallbauteils derart ausbildet, daß sie sich in Dickenrichtung des vertikalen Metallbauteils erweitert. Hierzu wird entweder das vertikale Metallbauteil schräg aufgesetzt oder dessen Stirnfläche wird abgeschrägt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine herkömmliche T-Lötverbindung, wobei Fig. 1a eine Seitenansicht; Fig. 1b eine Frontansicht und Fig. 1c eine Draufsicht zeigt;

Fig. 2 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen T-Lötverbindung, wobei Fig. 2a eine Seitenansicht; Fig. 2b eine Frontansicht und Fig. 2c eine Draufsicht zeigt;

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Fig. 3 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen T-Verbindung in Anwendung auf einen Rotor, wobei Fig. 3a eine Draufsicht und Fig. 3b einen Schnitt entlang der Linie B-B der Fig. 3a zeigt;

Fig. 4 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgeraäßen T-Verbindung für einen Rotor, wobei Fig. 4a eine Draufsicht und Fig. 4b einen Schnitt entlang der Linie B-B der Fig. 4a zeigt;

Fig. 5 eine schematische Ansicht einer weiteren AusfUhrungsform der erfindungsgemäßen T-Lötverbindung;

Fig. 6 den Lötzustand der T-Lötverbindung gemäß Fig. 5, und zwar Fig. 6a eine Seitenansicht; Fig. 6b eine Frontansicht und Fig. 6c eine Draufsicht der Lötfuge;

Fig. 7 eine weitere Ausführungsform der Erfindung, und zwar Fig. 7a eine Seitenansicht und Fig. 7b eine Frontansicht;

Fig. 8 eine weitere Ausführungsform der Erfindung, und zwar Fig. 8a eine Seitenansicht und Fig. 8b eine Frontansicht; und

Fig. 9 eine weitere Ausfuhrungsform zur Erläuterung eines praktischen Problems der erfindungsgemäßen T-Verbindung, und zwar Fig. 9a eine Seitenansicht; Fig. 9b eine Frontansicht und Fig. 9c eine Draufsicht der Lötfuge.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder sich entsprechende Bauteile. Fig. 2 zeigt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen T-Verbindung. Ein vertikales Metallbauteil 2 wird derart auf ein horizontales Metallbauteil 1 aufgesetzt, daß die Unterkante des vertikalen Metallbauteils 2 schräg mit einem Winkel θ zur horizontalen Fläche des horizontalen Metallbauteils 1 verläuft. Diese Abschrägung verläuft in der Fuge in Längsrichtung des vertikalen Metallbauteils 2. Hierdurch kommt eine schräge Fuge zustande, welche in Längsrichtung der Fuge sich erweitert, derart, daß der Abstand zwischen dem horizontalen Metallbauteil 1 und

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dem vertikalen Metallbauteil 2 in Längsrichtung der Fuge zunimmt. Das horizontale Metallbauteil 1 und das vertikale Metallbauteil 2 werden in dieser Position erhitzt, und das Ende eines Hartlotes 3 oder eines Lotes wird in Kontakt mit den beiden Metallbauteilen 1 und 2 gebracht, und zwar beginnend im engsten Fugenbereich der schrägverlaufenden Fuge, wobei das Lot in die Fuge eindringt. Sodann wird das Lot entlang der Fuge geführt, und zwar vom engen Bereich zum weiten Bereich der Fuge hin. Bei dieser AusfUhrungsform beobachtet man kein Vorherrschen der Benetzung der Seitenflächen und der Randbereiche der Fuge der T-Verbindung mit der geschmolzenen Lotlegierung 3 sowie kein Vorherrschen der Ausbreitung des Lotes entlang dieser seitlichen Randbereiche im Vergleich zur Kapillarwirkung der Fuge. Somit ist die Ausbreitung des Lotes aufgrund der Kapillarkräfte in Querrichtung zur Fuge in die Fuge hinein stets größer als die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lotes entlang der Seitenkanten in Längsrichtung der Fuge, und das geschmolzene Lot wird vollständig aufgrund der Kapillarkräfte in den Spalt der Fuge gezogen. Das geschmolzene Lot 4 wird gemäß der gestrichelten Linie zum weiten Ende der Fuge hin (zur rechten Seite in Fig. 2) geführt, und die Fuge der T-Verbindung wird vollständig mit dem geschmolzenen Lot 4 gefüllt. Es kommt somit nicht zur Ausbildung von Hohlräumen in der Fuge, und man erhält eine T-Verbindung mit hoher Festigkeit und vorzüglicher Leitfähigkeit. Der Abschrägungswinkel θ kann je nach den speziellen Bedingungen der Bauelemente und des Lötens gewählt werden. Er liegt in einem Bereich, der nach oben vorzugsweise durch 45°, speziell durch 30° und insbesondere durch 20°, begrenzt ist und der nach unten vorzugsweise durch 1°, speziell durch 2° und insbesondere durch 3°, begrenzt ist.

Fig. 3 zeigt eine weitere AusfUhrungsform der Erfindung, und zwar in Anwendung auf einen Rotor. Dabei wird eine Vielzahl von Stangen 8 als vertikale Metallbauelemente auf die Ober-

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fläche eines ringförmigen Flansches 7, welcher als horizontales Metallbauteil dient, aufgelötet, wobei die Metallstangen 8 sich einerseits von der Fläche des Ringbauteils 7 vertikal nach oben und andererseits in Radialrichtung erstrecken. Die Stangen 8 werden in Form eines Kranzes angeordnet. Sie werden mit ihren unteren Stirnflächen aufgelötet. Fig. 3 zeigt den Zustand vor dem Löten. Die unteren Stirnflächen der Stangen 8, welche als Verbindungsflächen dienen, weisen eine Abschrägung in Radialrichtung auf, d.h. in Längsrichtung der Lötfuge, so daß die Spaltweite der Lötfuge sich von innen nach außen vergrößert. Die Abschrägung der Stirnflächen der Stangen 8 kann durch Schleifen oder Drehen erfolgen. Der Flansch 7 und die Stangen 8 werden erhitzt und das Ende der Lotlegierung (Hartlotlegierung) 3 wird in Kontakt mit den beiden Bauelementen im Bereich der Lötfuge gebracht, und zwar beginnend am engsten Bereich der Lötfuge unter FUhrung des Lotes entlang der Fuge zum weiteren Ende derselben hin. Dabei dringt das Lot allseitig in die Fuge ein, ohne daß Hohlräume verbleiben. Daher weist die Verbindung der Stangen 8 mit dem Flansch 7 eine außergewöhnliche Festigkeit auf.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung zur Herstellung eines Rotors. Dabei weist der Flansch 7 auf seiner Oberfläche eine Ringnut 10 auf, welche aus einer vertikalen Ringfläche und einer abgeschrägten (Boden-)Ringfläche besteht. Die Abschrägung ist so gewählt, daß die Ringnut an der Peripherie weniger tief ist als im Innenbereich, d.h. in Richtung zum Zentrum des Flansches hin tiefer wird. Eine Vielzahl von Stangen 8 wird auf die Nut 10 aufgesetzt. Die Stirnflächen der Stangen 8 verlaufen in einem 90° Winkel zu den Seitenflächen. Die Stangen 8 werden vertikal zur Ober fläche des Flansches, jedoch nicht zur Bodenfläche der Ringnut 10 aufgesetzt, so daß ein abgeschrägter Spalt zwischen

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der Bodenfläche der Ringnut 10 und der Stirnfläche der Stangen 8 verbleibt. Die Spaltweite nimmt zum Zentrum des Ringflansches 7 hin zu, d.h. wiederum in Längsrichtung der Verbindungsfuge. Auch in diesem Falle kann man eine ausgezeichnete Lötverbindung erhalten, wobei das Lot überall in die Fugen eindringt und keine Hohlräume verbleiben. Auf diese Weise können die Stangen 8 vertikal mit großer Festigkeit aufgelötet werden.

Bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen weist entweder das horizontale Metallbauteil oder das vertikale Metallbauteil eine abgeschrägte Verbindungsfläche auf. Es ist Jedoch auch möglich, an beiden Bauteilen abgeschrägte Verbindungsflächen vorzusehen. Die Zufuhr der Hartlotlegierung erfolgt beginnend beim engsten Bereich der Lötfuge. Es ist jedoch bei der praktischen Durchführung des Lötvorgangs auch möglich, die Hartlötlegierung derart zuzuführen, daß man in anderen Bereichen der Lötfuge beginnt oder zugleich an einer Vielzahl von Stellen der Lötfuge beginnt.

Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen T-Verbindung, wobei die stirnfläche des vertikalen Metallbauteils 2 eine Sägezahnform aufweist, so daß sägezahnförmige, abgeschrägte Lötfugen gebildet werden. Hierdurch wird verhindert, daß die sich in Längsrichtung der Lötfuge vergrößernde Spaltweite zu einer zu großen Spaltweite am Ende der Lötfuge führt.

Fig. 6 zeigt den Zustand beim Hartlöten zur Ausbildung der T-Lötverbindung. Dabei sind wiederum die abgeschrägten Fugen in Sägezahnform am vertikalen Metallbauteil 2 ausgebildet. Es ist jedoch auch möglich, das horizontale Metallbauten 1 derart zu bearbeiten, daß es eine Nut mit einer sägezahnförmigen Bodenfläche erhält. Bei der gezeigten AusfUhrungsform handelt es sich um eine Sägezahnfläche mit abwechselnd

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schräg ansteigenden, linearen Flächen und vertikalen Flächen. Allgemein ist es erforderlich, abwechselnd konvexe und konkave Bereiche auszubilden, d.h. anstelle der vertikalen Flächenbereiche können auch abgeschrägte Flächenbereiche vorgesehen sein und anstelle der linearen Flächenbereiche können auch konvex oder konkav abgerundete Bereiche vorgesehen sein, und anstelle der unstetigen Knickpunkte können auch stetige übergänge vorgesehen sein.

Die Fig. 7 und 8 zeigen weitere Ausführungsformen der Erfindung. Dabei ist das vertikale Metallbauteil 2 derart angeordnet oder derart an seiner Stirnfläche bearbeitet, daß man einen schrägen Spalt erhält, welcher in Querrichtung schräg verläuft, d.h. in Querrichtung hin sich öffnet. Bei der Anordnung gemäß Fig. 7 ist das vertikale Metallbauteil 2 auf dem horizontalen Metallbauteil 1 derart schräg angeordnet, daß man aufgrund dieser Anordnung einen schrägen Spalt erhält, welcher in Transversalrichtung, d.h. in Dickenrichtung, des vertikalen Metallbauteils schräg verläuft, d.h. sich öffnet. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 8 ist das vertikale Metallbauteil 2 an seiner Stirnfläche abgeschrägt, derart, daß die Abschrägung in Transversalrichtung, d.h. in Dickenrichtung, verläuft,und das vertikale Metallbauteil 2 wird vertikal auf das horizontale Metallbauteil 1 aufgesetzt, wobei sich aufgrund der schrägen Stirnfläche eine sich zur Seite hin erweiternde Fuge ergibt. Natürlich können auch Fugen vorgesehen sein, welche sowohl in der einen als auch in der anderen Richtung schräg verlaufen.

Wenn man eine schräge Fuge in Längsrichtung ausbildet, ohne diese sägezahnförmig zu gestalten, und wenn die Länge der Fuge sehr groß ist, so kommt es selbst bei einem geringen Steigungswinkel θ von z.B. 3°C an einem Ende der Fuge zu einer äußerst großen Fugenweite. Daher ist das Volumen der Fuge

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erhöht und die Menge der Lotlegierung für die vollständige Füllung der Fuge ist ebenfalls erhöht und der Lötvorgang nimmt eine längere Zeit in Anspruch. Diese Problematik ist in Fig. 9 dargestellt. Das Bezugszeichen 6 deutet dabei einen konkaven Bereich am weiten Ende der Fuge an. Dieser kommt dadurch zustande, daß die geschmolzene Lotlegierung nicht ausreichend aufgrund ihrer Oberflächenspannung (Kohäsion) zusammengehalten werden kann, so daß man keine stabile Füllung der Nut erhält, sondern eine Füllung mit einem konkaven Bereich 6 am erweiterten Ende der Fuge. Hierdurch wird die Festigkeit der Lötverbindung herabgesetzt.

Bei den Ausführungsformen der Fig. 6 bis 8 wird ein konkaver Endbereich 6 der Fugenfüllung nicht gebildet, und man erhält stabile Verbindungen höchster Qualität. Somit eignet sich die vorliegende Erfindung hervorragend zur Ausbildung einer T-Verbindung durch Löten oder Hartlöten, welche stets mit Sicherheit eine ausgezeichnete Festigkeit und Leitfähigkeit aufweist und stets frei von Hohlräumen und nicht von Lot benetzten Fugenbereichen ist. Dies gelingt auf einfache Weise lediglich dadurch, daß man die die Lötfuge bildenden Flächen derart bearbeitet, daß man eine schrägverlaufende Lötfuge zwischen den zu verbindenden Flächen erhält. Dabei erweitert sich die Lötfuge vorzugsweise in der Richtung, in der das Lot geführt wird. Im Falle von sägezahnförmigen Schrägfugen der T-Verbindung kann man auf diese Weise auch äußerst lange Fugen löten, ohne daß die Hartlötverbindung am erweiterten Fugenende Defekte aufweist, wie diese beim Löten mit einer nicht-sägezahnförmigen, schrägen Fuge auftreten würden.

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Claims (7)

1A-2995
ME-445(F-1790)

MITSUBISHI DENKI KABUSHIKI KAISHA Tokyo, Japan

T-Lötverbindung

Patentansprüche

T-förmige Löt- oder Hartlötverbindung zwischen der Stirnfläche eines vertikalen Metallbauteils und der Oberfläche eines horizontalen Metallbauteils, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den zu verbindenden Flächen des vertikalen Metallbauteils (2) und des horizontalen Metallbauteils (1) eine schräge, sich erweiternde Fuge ausgebildet ist, welche mit dem Lot (4) gefüllt ist.

2. T-förmige Löt- oder Hartlötverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der schräge, sich erweiternde Verlauf der Lötfuge durch eine schräge Bearbeitung des vertikalen Metallbauteils (2) oder durch eine schrägverlaufende Nut des horizontalen Metallbauteils (1) gebildet ist.

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3. T-förmige Lot- oder Hartlötverbindung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den zu verbindenden Flächen des vertikalen Metallbauteils (2) und des horizontalen Metallbauteils (1) eine sägezahnförmige, schrägverlaufende Fuge ausgebildet ist und mit der Lotlegierung (4) gefüllt ist.

4. T-förmige Lot- oder Hartlötverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß das vertikale Metallbauteil (2) derart auf das horizontale Metallbauteil (1) aufgesetzt ist, daß eine schrägverlaufende, sich erweiternde Lötfuge gebildet ist, welche mit dem Lot gefüllt ist.

5. T-förmige Lot- oder Hartlötverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche des vertikalen Metallbauteils (1) abgeschrägt ist, so daß die schräge Lötfuge sich in longitudinaler Richtung oder in Dickenrichtung des vertikalen Metallbauteils (2) erweitert.

6. Verfahren zur Herstellung einer T-förmigen Lötoder Hartlötverbindung der Stirnfläche eines vertikalen Metallbauteils mit der Oberfläche eines horizontalen Metallbauteils, dadurch gekennzeichnet, daß man zwischen den zu verbindenden Flächen des vertikalen Metallbauteils und des horizontalen Metallbauteils eine schräge, sich erweiternde Lötfuge ausbildet, sodann die beiden Metallbauteile erhitzt und die Lotlegierung, beginnend an mindestens einer Stelle der schrägen Lötfuge, zuführt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man mit der Zufuhr der Lotlegierung an der engsten Stelle der schrägen Lotfuge beginnt.

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