DE3428590A1

DE3428590A1 - Loetverbindung und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE3428590A1
Application number: DE19843428590
Authority: DE
Inventors: Edward Bernard Findlay Ohio Gempler
Original assignee: United Aircraft Products Inc
Current assignee: United Aircraft Products Inc
Priority date: 1983-12-23
Filing date: 1984-08-02
Publication date: 1985-07-04
Also published as: JPS60141366A; GB8418411D0; GB2151965A

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Verbindung metallischer Teile durch Löten, d.h. durch die Verwendung einer Füller- oder Lötlegierung, deren Schmelzpunkt geringfügig unterhalb der Schmelztemperaturen der zu verbindenden Metalle liegt. Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit dem Verlöten stangenartiger oder röhrenförmiger Elemente in eine Körperausnehmung, wenn die infrage kommenden Materialien oder die Qualität der Anforderungen an das Lötmittel besondere Schwierigkeiten bereiten.

Ein besonderes Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Löttechnik, die als sog. Vakuumofenlötung bekannt geworden ist. Bei diesem Verfahren werden die zu verbindenden Teile in einen Montagezustand gebracht. Ein Füllermetall oder eine Lötlegierung wird zwischen den zusammenpassenden Teilen angeordnet oder so positioniert, daß beim Schmelzen sie infolge Schwerkraft oder Kapillareinfluß zwischen die zusammenpassenden Flächen fließt. Die Teile werden in einem Montagezustand gehalten und werden so in einen Ofen eingebracht; Luft wird im Ofen evakuiert; die Temperatur hierin bis zum Schmelzpunkt der Lötlegierung, jedoch bis unterhalb des Schmelzpunktes der zu verbindenden Teile erhöht. Läßt man die Anordnung abkühlen, so stellt sich heraus, daß die Lötlegierung sich innerhalb der Verbindung zwischen den Bauteilen verteilt hat und daß sie während der Verfestigung die Teile miteinander verbunden hat.

Die Innigkeit des Kontaktes zwischen den zusammenpassenden Flächen der zu verbindenden Bauteile, zu dem Augenblick^ zu dem die Löttemperatur erreicht ist, ist für einen erfolgreichen Lötvorgang wichtig. Gewöhnlich versucht man dies dadurch sicherzustellen, daß die Teile in einer Spannvorrichtung vor dem Verlöten blockiert werden. Diese

Praxis löst jedoch nicht das Problem, das darin besteht,

einen Druckkontakt /,wischen einer Stange oder einem Röhrenonde und der Seitenwand eines Loches oder einer Ausnehmung, in der sie aufgenommen wird, zu erhalten. Diese Teile sind so bemessen, daß zwischengeschaltetes Füller- oder Lötmaterial vorhanden sein kann, welches typischerweise durch Folienwickeln um ein Rohr vor dessen Einführen in ein Loch angebracht wird. Eine praktikable Art, in welcher entweder ein expandierender Druck auf das Rohrende oder ein kontrahierender Druck auf die Lochwandung in einer Spannvorrichtung ausgeübt werden kann, ist nicht gegeben: das Vorhandensein von Hohlräumen hat sich als unvermeidlicher Teil der fertigen Verbindung herausgestellt.

Das Problem, das sich insbesondere beim Ofenlöten stellt, jedoch auch beim Tauchlöten auftritt, vermeidet Löten als Verbindungstechnik für gewisse Anwendungsfälle. So erfordert beispielsweise das Verbinden ungleicher Metalle eine gleichförmig gesunde Lötung wie bei Anordnungen, die unter me-

chanischen Spannungen oder unter Bedingungen eines zwangsweise ausgeübten Fluiddruckes arbeiten müssen.

Ein weitergehender Stand der Technik ist zur Zeit nicht
bekannt.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe wie folgt:

Eine Lötverbindung und ein Verfahren zu ihrer Herstellung nach der Erfindung geht davon aus, daß geringe komplementäre Verjüngungen sowohl auf der Lochwand wie dem Rohr -oder dem hierin zu installierenden Stangenendteil vorgesehen werden. Weiterhin wird zwangsweise Druck aufgebracht, um das Rohroder Stangenende an der Lochwand in seinen Sitz zu bringen; dieser Druck wird aufrecht erhalten, während die Temperatur der Anordnung bis auf Schmelztemperatur der geschaffenen
Lötlegierung erhöht wird. Auf diese Weise wird eine Innigkeit des Kontaktes zwischen den zueinander passenden
Flächen erreicht; Bedingungen werden für die Herstellung

einer gleichförmig gesunden Verbindung geschaffen. Eine relativ geringe Verjüngung, beispielsweise in der Größenordnung von 2°, wird als wünschenswert erachtet, da sie eine lange Lager- oder Kontaktfläche zwischen den zusammenpassenden Oberflächen möglich macht. Verjüngungen bis zu wenigstens 10° jedoch erzeugen zufriedenstellende Ergebnisse. Diese Technik hat sich als zufriedenstellend herausgestellt bei der Montage eines nicht aus Aluminium bestehenden Rohres oder einer solchen Stange an einem Aluminiumkörper; man nimmt an, daß diese auch genauso gut für andere Anwendungsfälle dient, bei denen gleiche oder ungleiche Materialien im Spiel sind.

Zusammengefaßt kann also gesagt werden: vorgesehen wird eine Lötverbindung, bei der ein Rohr oder ein stangenartiges Element mit einem Ende in einer Ausnehmung eines Körpers aufgenommen wird, wobei das Äußere des Rohrendes und die Innenwandung der Ausnehmung eine mit Lötmetall gefüllte Verbindung darstellen. Die Ausnehmung der Wandung ^un(3 das aufgenommene Rohrende verfügen über komplementäre sich verjüngende Konfigurationen und, als Teil des Verbindungsverfahrns wird das Rohr gegen einen Sitz in der Ausnehmung beaufschlagt, so daß das Erreichen einer Temperatur, bei der das Lötmetall schmilzt, vor sich geht, während ein Druckkontakt zwischen den zueinander passenden Rohr- und Wandflächen vorhanden ist.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. Diese zeigen in

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Unteranordnung, die erfindungsgemäß zusammengelötet wurde;

Fig. 2 eine Darstellung von Teilen der Unteranordnung in einem Montageverfahren;

Fig. 3 eine Querschnittsdarstellung einer zusammengebauten Unteranordnung vor dem Verlöten, wobei jedoch die Bauteile eine stirnseitige Beaufschlagung

erfahren haben;

Fig. 4 eine Teildarstellung der Verbindung nach Fig. 3,

wie sie sich nach dem Verlöten darstellt; und Fig. 5 eine Darstellung ähnlich Fig. 1 einer anderen Art wie Lötmetall an die Verbindungsstelle gebracht wird.

Nach den Zeichnungen gibt es auf dem Gebiet der Metallherstellung eine Anzahl von Fällen, bei denen die Maßnähme nach der Erfindung mit Vorteil eingesetzt werden kann. Beispielsweise und zur Vereinfachung der Darstellung wird die Löttechnik hier anhand der Vereinigung eines röhrenartigen Elementes LO und eines Körpers 11 gezeigt, wobei der letztere über eine Ausnehmung verfügt, in welche ein Ende des Rohres eingefügt werden kann. Die Körperausnehmung besteht im dargestellten Fall aus einer durchgehenden Bohrung 12 und einem offenendigen Rohr. Ein Ende des Rohres 10, das im Loch 12 aufgenommene Ende, ist außen reduziert und bildet eine sich verjüngende Fläche 13.

Das Loch 12 ist gebohrt und geräumt oder auf andere Weise geformt, um eine sich verjüngende Wandfläche 14 komplementär zur Fläche 13 zu bilden.

Das Loch 12 ist so bemessen, daß ein Rohr 10 hierin einführbar ist, während es mit einem Lötmaterial in Form eiiier Folie 15 umwickelt ist. Ist das Rohrende so, wie Fig. 2 zeigt, gewickelt und in das Loch 12, wie Fig. 3 zeigte eingeführt, so läßt sich eine stirnseitige Beaufschlagung auf die Teile aufbringen, wodurch das Rohr gegen ein Sitz im Loch 2 druckbeaufschlagt wird. Während dies gewöhnlicherweise in einer zweckmäßig konstruierten Spannvorrichtung geschieht, ist sie hier so dargestellt, als ob sie aus der Anwendung eines Gewichtes 16 gegen das außenseitige Ende des Rohres 10 resultiert, während gg der Reaktionsdruck von einem Träger 17 geliefert wird. Die unter Druck stehende Teile 10 und 11 umfassende Anordnung wird nun dem Lötvorgang einem Ofen, nach einem Tauchverfahren oder anderem ausgesetzt. So wird die Temperatur der

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Anordnung oder insbesondere der zu lötenden Verbindung bis auf Schmelztemperatur der Lötfolie erhöht, die für ein gewähltes Zeitintervall auf dieser Temperatur gehalten wird und wird dann vermindert. Während die Lötfolie 15 schmilzt, drückt der vom Gewicht 16 aufgebrachte Schub die Flächen 13 und 14 in innigen Kontakt. Alle Bedingungen, die für eine ausgezeichnet gelotete Verbindung notwendig oder für diese förderlich sind, liegen also vor und, nach Abkühlen der Teile ergibt sich eine lange gesunde Lötung, wie Fig. 5 erkennen läßt.

In der Zeichnung ist der Grad der Verjüngung der Flächen 13 und 14 aus Gründen der Darstellung übertrieben worden. Eine Verjüngung in der Größenordnung von 2 bis 10 Grad ist zufriedenstellend. Eine Verjüngung, die sich eng an eine gerade Linie annähert ist wünschenswert und gibt die maximale Kontaktfläche zwischen den zusammenpassenden Flächen. Auch ist, und dies wieder aus Gründen der Darstellung, das Vorhandensein von Füllermetall zwischen den Flächen 13 und 14 in Fig. 3 übertrieben dargestellt. Das Füller- oder Lötmaterial wird vorteilhaft in Form einer Folienwicklung 15 an seinen Ort gebracht. Es kann jedoch auch in anderen Formen geliefert werden. Wie Fig. beispielsweise zeigt, wird ein Rohr 18 in einer Ausnehmung oder einem Loch in einem Körper 19 aufgenommen. Auf der Oberfläche des Körpers und relativ eng das Rohr umgebend, ist ein Ring 21 aus Lötmittelmaterial vorgesehen. Bei der kritischen oder Löttemperatur schmilzt das Material des Ringes 21 und unter dem Einfluß von Schwerkraft und Kapillarität fließt es in die Körperausnehmung und verteilt sich um das eingeführte Rohrende. Die entstehende Verbindung ist von einem Aussehen und von einer Qualität, die im wesentlichen wie in Fig. 4 angegeben ist.

Wie angegeben, kann das Loch 12 stattdessen eine innerhalb des Körpers endende Ausnehmung sein und beim Rohr 10 kann es sich um ein festes stangenartiges Element handeln. Als vorbereitender Schritt für das Löten könnte die Folie

1 als Auskleidung für das Loch 12 eingeführt werden anstatt, wie gezeigt, auf das Rohr 10 gewickelt zu sein.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Lötverbindung zur Vereinigung eines metallischen Körpers, der über eine Ausnehmung verfügt, die gegen wenigstens eine Seite offen ist, und eines stangenartigen metallischen Elementes, dessen eines Ende in dieserAusnehmung aufgenommen wird, wobei das stangenartige Ende des Elementes und die die Ausnehmung bildende Körperwandung so bemessen ist, daß hierzwischen ein Füller- oder Lötmaterial aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet , daß die Ausnehraungswandung und das aufgenommene Ende dieses stangenartigen Elementes über komplementäre Verjüngungsausbildungen verfügen, die die Durchführung eines Lötvorganges in Anwesenheit von Beaufschlagungs- und Reaktionsdrücken zwischen den in Kontakt stehenden Flächen durch das Lötmaterial ermöglichen.

D-8000 München Isartorplatz

POB 26 02 D-8000 München

Kabel: Telefon Telecopier Infotec 6400 B Telex

Müebopat 089/221483-7 GII + III (089)2296 43 5-24285
2. Lötverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lötmaterial in einer zur Zwischenlage zwischen komplementäre Verjüngungsausbildungen als Teil des Einführungsvorgangs dieses Elenentendesin die Ausnehmung geeigneten Form ausgebildet ist.
3. Lötverbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lötmaterial die Gestalt einer Folie aufweist, die um das aufgenommene Ende des stangenartigen Elementes vor seinem Einführen in die Nut gewickelt ist.
4. Lötverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lötmaterial ringförmige Gestalt hat und auf dem Körper um eine jeweilige Ausnehmung herum angeordnet ist und bei einer Lötmitteltemperatur schmilzt und in die Ausnehmung um das aufgenommene Ende des stangenartigen Elementes fließt.
5. Lötverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die komplementären Verjüngungsausbildungen auf der Wand der Ausnehmung und auf dem aufgenommenen Ende des stangenartigen Elementes im Bereich zwischen 2 und 10° liegen.
6. Lötverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung über eine durchgehende Öffnung in diesem Körper verfügt, wobei das stangenartige Element ein Rohr ist.
7. Verfahren zur Herstellung einer Lötverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauteile im Montagezustand mit dem vorgesehenen Lötmaterial auf eine Temperatur bis zu einem Wert erwärmt werden, bei dem das Lötmaterial schmilzt und, während die Temperatur steigt und diese Temperatur erreicht, diese Beaufschlagungs- und Reaktionsdrücke hervorgerufen werden.

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8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei diese erzeugten Drücke als stirnseitiger Schub auf dieses stangenartige Element gegen den Widerstand eines getragenen Körpers ausgeübt werden, wobei das aufgenommene Ende des stangenartigen Elementes sich konisch verjüngend auf diese Wandung der Ausnehmung setzt.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Lötmittel vorgesehen wird, indem eine Lötmittelfolie um das verjüngte oder konische Ende dieses stangenartigen Elementes vor seiner Einführung in diese Ausnehmung gewickelt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Lötmittelmaterial in einer Form und an einem Ort derart vorgesehen wird, daß es in die Ausnehmung bei Erreichen der Lötmitteltemperaturen fließt.