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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur flächigen Verbindung metallischer
Werkstücke durch Hartlötung, insbesondere für die Lötverbindung der Lagen des Sandwich-Bodens
indes Edelstahl-Kochtopfs, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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Beim flächigen Verbinden von metallischen Werkstücken durch Hartlöten
wird die haftende Verbindung durch zwischen die zu verbindenden Flächen der Werkstücke
gebrachtes metallisch bindendes Material, das sogenannte Lot bewirkt, welches durch
Erwärmung der Ltstelle geschmolzen wird, während die zu verbindenden Teile erstarrt
bleiben. Festhaftende Verbindungen werden in der Regel nur zwischen metallisch reinen
Oberflächen erreicht, d.h. Oxydbeläge müssen entfernt und das Entstehen von neuen
Oxydfilmen während des Lötvorgangs muß verhindert werden. hierzu dienen die sogenannten
Flußmittel, die in Abhangigkeit von den durch Lötung zu verbindenden Materialien
so gewählt werden müssen, daß sie das sich Jeweils bildende Oxyd auflösen. Insbesondere
bei der Verbindung von liuminiumlegierungen mit Edelstahl, beispielsweise bei der
Herstellung der sogenannten Sandwich-Böden von Kochtöpfen bei denen auf den Topfboden
des Koohtopf-Rohlings eine Aluminiumplatte und auf deren Oberfläche wiederum eine
Edelstahlplatte flächig hart aufgelötet wird, wird bisher ausschließlich so
verfahren,
daß zunächst die Oxydschicht auf den zu verbindenden Flächen mit flüssigen Flußmitteln
(Säuren) behandelt werden, worauf die zu verbindenden Teile unter linbringung des
Lotmaterials zusammengebracht und die Teile dann zusammengedrückt und so weit erwärmt
worden daß das Lotmaterial aufschmilzt und die einander zugewandten Flächen nach
der Abkühlung haftend verbindet. Das gesonderte Aufbringen des flßssigen Flußmittels
in einem eigenen Arbeitsgang ist nicht nur aufwendig, sondern es besteht auch die
Gefahr, daß entweder eine zu geringe oder eine zu große Menge Flußmittel aufgebracht
wird. Beides ist unerwünscht, da die Haftung der Lötverbindung beeinträchtigt werden
kann.
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Dur Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
- sowie eine Vorrichtung zur Durchf(ihrung dieses Verfahrens - anzugeben, bei welchem
der gesonderte Schritt des Aufbringens von Flußmittel entfällt und trotzdem optimale
Haftfestigkeit der Lötverbindung gewährleistet wird.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zwiachst Flußmittel
in Form eines unhygroskopischen Pulvers im erforderlichen Verhältnis mit dem ebenfalls
pulvrigen oder fein granulierten Lotmaterial vorgemischt wird und daß dieses Lotmaterial-Flußmittel
Gemisch in gleichmäßiger Schichtdicke auf die wa4grecht gehaltene Verbindungsfläche
des einen Werkstücke aufgesiebt und dann die Verbindungsfläche des nächst folgenden
Werkstücks in der vorgesehenen
Weise ausgerichtet aufgesetzt wird,
worauf die eigentliche Lötverbindung durch Erwärmen der ausgerichtet zusammengedrückt
gehaltenen Werkstücke bis auf die für die Verflüssigung des Lötmaterial-FluBmittel-Ge«lachs
erforderliche Temperatur und anschließendes. AbkWllen erzeugt wird. Durch die Vormischung
des Flußmittels mit dem Lotmaterial zu einem trockenen pulvrigen Gemisch entfällt
nicht nur der gesonderte Schritt des Aufbringens des Flußmittels vor dem eigentlichen
Lötvorgang, sondern es hat sich gezeigt, daß auch eine optimale Haftfestigkeit der
verloteten Fläche erreicht wird, weil Flußmittel und Lötmaterial im optimalen Verhältnis
gemischt werden können. Das Aufsieben gewährleistet dabei von vornherein eine gleichmäßige
Verteilung des Gemischs auf den zu verbindenden Flächen, so daß auch bei großflächigen
Verbindungen eine durchgehende Lot-Verbindungsschicht ohne Unterbrechung erielt
wird.
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Vorzugsweise wird dabei so verfahren, daß das Lötmaterial-Flußmi t
tel-Gemisch in einem oberhalb der Verbindungsfläche des mit einer Schicht dieses
Gemischs zu versehenden Werkstücks angeordneten Siebs auf Vorrat gehalten und die
erforderliche Menge des Gemischs durch Ausübung wenigstens eines Stoßes auf dies
Sieb auf die darunter befindliche Verbindungsfläche dosiert aufgosiebt wird. Bei
geeigneter Abstimmung der Siobmaschenweite zur Konsistenz des
Flußmittel-Lotmaterial-Gemischs
wird die erforderlicht optimal. Schichtdicke gerade durch einen von einer Bedienungapjrson
mit einem leichten Werkzeug auf die Fassung des Siebs ausgeübten Stoß erreicht.
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Zur Herstellung des dreilagigen Sandwich-Bodens eines Edelstahl-Kochtopfs
wird erfindungsgemäß so verfahren, daß der aus Edelstahl gepreßte Kochtopf-Roh-ling
mit der Bodenseite nach oben weisend unter das das Lotmaterial-Flußmittel-Gemisch
enthaltende Sieb gebracht und Lotmaterial-Flußmittel-Gemisch in der erforderlichen
Schichtdicke auf die Bodenfläche aufgesiebt wird, daß dann eine passend. Platte
aus einem gut wärmeleitenden Metall, vorzugsweise Aluminium, bzw. einer Aluminiumlegierung
oder Kupfer bzw Kupferlegierung, auf die Bodenfläche des Kochtopf-Rohlings aufgelegt
wird und auf die obenliegende Oberfläche dieser Platte aus gut wärmeleitendem Metall
wiederum Lotmaterial-Flußmittel-Gemisch in der erforderlichen Schichtdicke aufgesiebt
wird, worauf auf die Oberfläche dieser Platte eine passende Platte aus Edelstahl
aufgelegt wird, und daß schließlich der Kochtopf-Rohling mit den aufgelegten Platten
im Bodenbereich derart induktiv erwärmt wird, daß die aufgesiebten Lotmaterial-Flußmittel-Gemischschichten
schmelzflüssig werden und nach Abkühlung; eine flächige Verbindungsschicht zwischen
den Lagen des Sandwich-Bodens bilden.
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Eine einfache Vorrichtung, welche das gleichmäßige Aufbringen der
Lotmateral-Flußmittel-Gemischschichten ermöglicht, ist erfindungsgemäß gekennzeichnet
durch eine ebene horizontale Werkstück-Aufsetzfläche und durch ein mit Abstand oberhalb
dieser Aufsetzfläche gehaltertes mit einem Vorrat des Lotmaterial-Flußmittel-Gemischs
füllbaren Sieb.
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Das Sieb ist vorzugsweise an einem senkrecht von der Aufsetzfläche
nach oben vorspringenden säulenartigen Ständer gehaltert wobei die Ausgestaltung
zur Anpassung an Werkstücke unterschiedlicher Höhe zweckmäßig so getroffen ist,
daß das Sieb von einer auf dem säulonartigen Ständer in Höhenrichtung verschiebbar
und in wählbaren Höhenstellung festlegbaren Schiebehülse getragen wird.
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Die Aufsetzfläche ist zweckmäßig von einer entlang ihrer Begrenzungskanten
angeordneten nach oben vorspringenden umlaufenden Wand umgeben. Dadurch ist es möglich,
das neben dem Werkstück auf die Aufsetzfläche gelangte Lotmaterial-Flußmittel-Gemiscli
auf dem Aufsetzfläche zu sammeln und zur erneuten Verwendung in das Sieb zurückzuführen.
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Zweckmäßig ist hierfür in der Aufsetzfläche wenigstens eine Öffnung
vorgesehen, durch welche auf die Aufsetzfläche gelangtes überschüssiges Lotmaterial-Flußmittel-Gemisch
in einen unter der Öffnung vorgesehenen Auffangbehälter verbringbar ist. Dabei ist
es dann von
Vorteils wenn sich die Öffnung in der Aufsetzfläche
in Richtung zum Aufnahmebehälter trichterartig verjüngt, bzw unter der Öffnung ein
Trichter befestigt ist.
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Die Siebfläche,des Siebs wird zweckmäßig mit deutlich größerem Durchmesser
als die mit dem Lotmaterial-Flußmittel-Gemisch zu beschichtende Werkstück-Oberfläche
bemessen.
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Zum Aufsieben der abgemessenen Menge des Lotmaterial-Flußmittel-Gemischs
dient im einfachsten Fall ein von Hand betätigtes Schlagwerkzeug, mit dem der Siebrand
angeschlagen wird Alternativ kann auch eine pneumatisch oder eine elektrisch betätigte
am Rand des Siebs stoßartig zur Einwirkung bringbare Stoßeinrichtung vorgesehen
sein.
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Eine andere Mögllchksit besteht in der Anordnung einer am Sieb angeordneten,
in Schwingungen versetzbaren Rütteleinrichtung, die entweder einen elektrischen
Schwinganker-Antrieb oder einen mechanisch oder pneumatisch antreibbaren Schwingungserzeuger
aufweist.
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Die Erfindung ist in der folgenden Ueschreibung in Verbindung mit
der Zeichnung näher erläutert, welche einen schematischen Längsmittelschnitt durch
eine einfache Vorrichtung zum Aufsieben eines Lotmaterial-11 Flvßmittel-Gemlschs
auf die Verbindungsflächen von Werkstücken zeigt.
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Die in der Zeichnungsfigur gezeigte, in ihrer Gesamtheit mit 10 bezeichnete
Vorrichtung weist einen Arbeitstisch 12 mit einer waagerechten ebenen Aufsetzfläche
14 für Werkstücke - im dargestellten Fall einen Kochtopf-Rohling 16 aus Edelstahl
(18/1.0) - auf. Im Randbereich des Arbeitstischs ist ein säulenförmiger Ständer
1 befestigt, der senkrecht über die Arbeitsfläche hochsteht.
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Auf dem Ständer 18 ist eine Schiebehülse 20 verschiebbar und - mittels
einer Klemmschraube 22 -in wählbaren Höhenstellungen feststellbar angeordnet.
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Die Schiebehülse 18 dient der Halterung eines über die Werkstück-Aufsetzfläche
ragenden Siebes 24, dessen feinmaschiges Siebgewebe 26 horizontal, d.h. parallel
zur Aufsetzfläche 14, in einer zylindrischen Randfassung 28 eingespannt ist, die
über einen kurzen Kragträger 30 mit der Schiebehülse 20 verbunden ist und die zur
Aufnahme eines Vorrats eines pulvrigen Lotmaterial-Flußmittel-Gemischs 32 dient.
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Die Aufsetzfläche ist von einer entlang ihres Randes vorgesehenen
nach oben vorspringenden umlaufenden Wand 34 umgebene welche beim Arbeiten mit der
Vorrichtung 10 auf die Aufsetzfläche 14 gelangtes Lotmaterial-Flußmittel-Gemisch
zurückhält, so daß es gesammelt und wieder verwendet werden kann.
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Dieses Sammeln des Uberschüssigen pulvrigen Gemischs geschieht einfach
dadurch, daß es durch eine in der Aufsetzfläche vorgesehene Öffnung 36 und einen
unter dieser Öffnung vorgesehenen Trichter 38 in einen unter dem Trichter aufgestellten
Aufnahmebehälter 40 gekehrt wird. Aus dem Aufnahmebehälter 40 kann das gesammelte
Gemisch dann gelegentlich zurück in das Sieb 24 geschüttet werden.
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Das dosierte Aufbringen des Lotmaterial-Flußmittel-Gemischs auf die
Lötverbindungsfläche des Werkstücks, z.B. die Bodenfläche des Kochtopf-Rohlings
16 erfolgt dadurch, daß von einer Bedienungsperson ein kurzer Schlag auf die Randfassung
2E, des Siebes 24 geführt wird. In der Zeichnung ist dies schematisch durch einen
kurzen, neben dem Sieb 24 eingezeichneten Stab 42 veranschaulicht.
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Zur Erläuterung der Funktion der Vorrichtung 10 sei angenommen daß
sie bei der Herstellung der sogenannten Sandwich-Böden von Edelstahl-Kochtöpfen
eingesetzt werde. Hierbei wird auf der Bodenfläche des Edelstahl-Koohtopf-Rohlings
eine passende Platte aus einem gut wärmeleitenden Metall, und zwar heute meist aus
Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung, flächig aufgelötet, auf deren der Bodenseite
des Kochtopf-Rohlings gegenüberliegender Fläche wiederum eine passende dünne Platte
aus Edelstahl flächig aufgelötet wird.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 erleichtert nun das vor dem eigentlichen
Erhitzen des Bodens des Topfs erforderliche Aufbringen von Flußmittel und Lotmaterial
auf die zu verbindenden Flächen, indem das pulvrige Lotmaterial;Flußmittel-Gemisch
aus dem Sieb 24 zunächst auf die nach oben weisende Bodenseite des Kochtopf-Rohlings
16 aufgesiebt, dann hierauf die (nioht gezeigte) Aluminiumplatte aufgelegt und hierauf
erneut die erforderliche Menge des Lotmaterial-Flußmittel-Gemischs auf die Oberseite
der Aluminiumplatte aufgesiebt und auf diese dann die äußere Edelstahiplatte aufgelegt
wird0 In dieser Form wird der Kochtopf dann in eine Lötanlage eingebracht, in welcher
die Lagen des Sandwich-Bodens zusammengespannt gehalten und induktiv so weit erhitzt
werden, daß das Lotmaterial schmelzflüssig wird und - nach Abkühlung - die flächige
Verbindung zwischen den Schichten des Sandwich-Bodens bewirkt Beispiele Auf die
horizontal nach oben weisend gehaltene äußere Bodenfläche eines Kochtopf-Rohlings
aus Edel stahl 18/1 Owre ein Granulat-Pulver-Gemisch aus AlSi 12 als Lotmaterial
und Firnit-Hartlot-Flußmittel Nr. 2803 Typ F - LH2 nach DIN 85 11/3 in dünner Schicht
aufsesiibt. Hierauf wurde eine der Große der Bodenfläche des Kochtopf-Rohlings entsprechend
bemessene Platte aus einer Aluminiumlegierung
auf die Bodenfläche
aufgelegt. Auf die Oberseite dieser Platte wurde dann eine Schicht des gleichen
Lotmaterial-Flußmittel-Gemischs aufgesiebt und auf diese Schicht dann wiederum eine
passende Dqckplatte aus Edelstahlblech 18/10 aufgelegt.
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Der Kochtopf-Rohling, die Aluminiumplatte und die Deckplatte wurden
ausgerichtet zusammengespannt und in dieser Form bis zum Schmelzflüssigwerden der
Lotmaterial-Flußmittel-Schichten induktiv erhitzt.
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Nach anschließender Abkühlung wurde ein Edelstahl-Kochtopf mit einem
Sandwichboden erhalten, dessen Lagen einwandfrei flächig und fest haftend mit ein
ander durch eine dünne Lot schicht verbunden waren.
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Ähnliche gute Ergebnisse wurden bei Verwendung eines Granulat. aus
AlSi 7 als Lotmaterial in Verbindung mit dem gleichen Flußmittel erhalten.
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Die Fertigbearbeitung des Aluminium-Kochtopf.
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erfolgt in üblicher Weise durch Uberdrehen des Randes des Sandwichbodens
sowie Entfernen der Anlauffarben des Kochtopf durch Nachschleifen bzw. Polieren
der Kochtopfoberflächen.
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