DE3436626A1

DE3436626A1 - Verfahren und vorrichtung zum punkterhitzen eines gegenstandes

Info

Publication number: DE3436626A1
Application number: DE19843436626
Authority: DE
Inventors: Torbjörn Sollentuna Carlberg; Mikael Bromma Liljendahl; Lennart Saltsjö-Duvnäs Wictorin
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-10-05
Filing date: 1984-10-05
Publication date: 1985-04-25
Also published as: SE439129B; SE8305476L; CH664108A5; JPS6097582A; SE8305476D0; US4575608A

Description

B e s c h r e ibung

Verfahren und Vorrichtung zum Punkterhitzen eines Gegenstandes

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Punkterhitzen eines Körpers, insbesondere zum Löten von Hartlot-Goldlegierungen.

In der Dental-Technik werden die geformten Komponenten von Dentalgold-Legierungsbrücken mittels Hartlöten oder Löten vereint. Zur Zeit wird dieses Löten mit einer Gasbrennerflamme, beispielsweise mittels einer Flamme durchgeführt, die aus Stadtgas mit komprimierter Luft oder Acetylen und Sauerstoff gebildet ist. Wenn jedoch die Qualität derartiger Hartlötungen untersucht wird, stellt sich heraus, daß Defekte bzw. Fehler ziemlich oft vorkommen. Somit hat es sich bei einer Untersuchung herausgestellt, daß bei Röntgenstrahl-Erfassungen, wo Defekte größer als 0,2 mm erfaßt werden, Fehlstellen bzw. Defekte in 34% des untersuchten Materials beobachtet werden konnten.

Weiterhin wurden in einer metallographischen Untersuchung die Bruchflächen von gebrochenen Dentalbrücken untersucht, In allen untersuchten Fällen traten dann Defekte wie beispielsweise Porositäten und Einschlüsse auf, und zur gleichen Zeit konnten Streifenbildungs- bzw. Schlierenmuster beobachtet werden, die in diesen Defekten ihren Ursprung

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ι haben. Diese Streifenbildungsmuster zeigen, daß der Bruch ein Ergebnis einer Ermüdung ist.

Aus den obengenannten Untersuchungen kann der Schluß gezogen werden, daß Defekte in einer Lötstelle einer Gold-Hartlötlegierung von wesentlicher Bedeutung für die Festigkeit der Dentallötung sind.Wenn die Anzahl und Größe von Defekten reduziert werden kann, ist es möglich, daß eine Dentalgold-Konstruktion mit erhöhter Lebensdauer erzielt werden kann.

Andere Untersuchungen haben gezeigt, daß die Löslichkeit von Gas in Dentalgold-Legierungen als Folge der Verwendung einer Gasbrennerflamme ansteigen kann. Dies tritt insbesondere bei Gold-Legierungen einschließlich Palladium ein.

Zum Zwecke eines Erzielens besserer Lötungen wurden Versuche mit Ofenhartlöten unternommen, wobei indessen die Ergebnisse nicht besonders erfolgreich waren, weil es schwierig ist zu erkennen, wann das Hartlot schmilzt.

Mit der Erfindung wird ein Verfahren und eine Vorrichtung geschaffen, um die oben erwähnten Nachteile zu eliminieren und um eine Hartlötung zu schaffen, die wesentlich weniger Defekte als bislang aufweist.- Die Mittel, mit welchen dieses Ziel erreicht wird, sind in den beigefügten Ansprüchen erwähnt.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 perspektivisch die beiden Hauptkomponenten einer Vorrichtung gemäß Erfindung,

Fig. 2 eine Schnittansicht durch die Mitte der Vorrichtung nach Fig. 1 in zusammengebautem Zustand,

Fig. 3 perspektivisch die Hauptkomponenten der Vorrichtung in zusammengebautem Zustand.

Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß Erfindung wurden aus dem Gesichtspunkt heraus entwickelt, daß wenn das Strahlungselement einer zweckmäßigen Lampe, beispielsweise der Faden einer Infrarotlampe, nachfolgend IR-Lampe genannt, in einem der Brennpunkte eines Ellipsoid-Spiegels angeordnet wird, die gesamte Strahlung der Lampe im anderen Brennpunkt des Ellipsoids konzentriert wird. Somit kann in diesem Brennpunkt eine sehr hohe Temperatur erreicht werden, und in praktischen Versuchen wurde gefunden, daß eine Lampe mit 250 Watt ausreichend ist, um eine zweckmäßige Temperatur zum Löten mit Hartlot-Gold-Legierungen zu erzielen, d.h. wenigstens 900⁰C. Jedoch kann eine wesentlich höhere Temperatur bis zu ungefähr 2000⁰C erreicht werden. Zusätzlich zu dem Vorteil, daß die beim Hartlöten mit einer Brenngasflamme auftretende Brennerflamme hier ausgeschaltet wird, macht das Erhitzen mit Hilfe einer IR-Lampe es möglich, das Werkstück von der Heizquelle recht einfach zu isolieren, nämlich durch Anordnen des Werkstückes in einer evakuierten Kammer mit einer luftdichten Glasabdeckung. Das Hartlöten kann unter einem Schutzglas oder im Vakuum durchgeführt werden, um somit den Vorteil zu erreichen, daß ein unmittelbares Entgasen des Schmelzlotes eintritt, so daß Porositäten als Folge einer Gasausscheidung während der Verfestigung wirksam vermieden werden.

Auf der Basis dieses Verfahrens kann ein Erhitzen sehr schnell durchgeführt werden. Weiterhin ist es leicht, die Temperatur durch Einstellen des Stromes zu steuern.

Es ist ebenfalls möglich» die Temperatur automatisch zu steuern, indem das Werkstück mit einem Thermoelement in Berührung gelangt und das Thermoelement mit einer Regeleinrichtung verbunden wird.
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Um das Hartlötverfahren mit dem Auge zu verfolgen, kann in der Anordnung ein Glasfenster zweckmäßiger Farbe eingebaut sein. Die Hartlötstellen können zu oder von dem Brennpunkt der Lampe oder der Lampen während des Hartlötens bewegt werden, was durch Bewegen der Lampen horizontal oder mittels eines Manipulators in der gasdichten Kammer ausgeführt werden kann. Alternativ kann ein Manipulator zum Zuführen von Lot und zum Bewegen der Lötstelle verwendet werden.

Die als Beispiel gezeigte Anordnung umfaßt eine Kammer 1, die evakuiert werden kann und in welcher ein Trägertisch 2 eines geeigneten Materiales angeordnet werden kann mit der Absicht, daß ein Gegenstand oder eine Gold-Legierung, die zu schmelzen ist, zentral am Punkt 3 des Tisches 2 angeordnet werden kann. Eine Glasabdeckung 4 ist der Kammer 1 zugeordnet. Die Heizeinheit besteht aus zwei Kupfergehäuseteilen 5 und 6 mit Innenflächen, die zu einem hohen Grad reflektierend sind, wobei diese Gehäuse mit einem Flansch 4¹ versehen sind, der an der Glasabdeckung 4 angeordnet werden kann, die Innenflächen der Gehäuse 5 und 6 sind als TeiIeI1ipsoide ausgebildet, und wenn die Heizeinheit auf der Kammer 1 angeordnet ist, trifft die Strahlung aus IR-Lampen 7 und 8, die in dem Brennpunkt eines jeden Ellipsoids in den entsprechenden Gehäusen 5 und 6 angeordnet sind, auf den Punkt 3, und dieser Punkt umfaßt den anderen Brennpunkt für die unvollständigen Ellipsoide. Ein Beispiel des Lichtstrahlenganges ist in Fig. 2 gezeigt, nach welcher die Gehäuse 5 und 6 und die darin angeordneten Lampen 7 und 8 von der Seite betrachtet werden und wobei die Stelle 3 den Auftreffpunkt der

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IR-Strahlen umfaßt.

Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht der beiden miteinander verbundenen Teile der Vorrichtung, wobei die Gehäuse 5 und 6 am Oberteil der Kammer 1 angeordnet sind. Ein Dichtungsring 1' (Fig. 2) kann in der Eingriffsfläche zwischen der Abdeckung 4 und der Kammer 1 vorgesehen sein, so daß ein zweckmäßiges Abdichten erreicht wird. Ein Vakuum kann im Innern der Vorrichtung geschaffen werden, indem vorhandene Luft mit Hilfe eines Auslasses 9 und einer damit verbundenen Evakuierungsleitung 10 evakuiert wird. Ein geeigneter Druck kann von 1 bis 10 Torr betragen. Als zweite Alternative kann ein Schutzgas, mit anderen Worten ein zum Hartlöten geeignetes inertes Gas wie beispielsweise Argon in die Kammer eingeführt werden. Beide Alternativen haben den Zweck, die Ausbildung von Poren als Folge der Gegenwart von Wasserstoff und Sauerstoff zu verhindern.

Eine Hülse 11, welche sich von der Kammer 1 erstreckt, kann entweder mit Hilfe eines Stopfens 13 verschlossen sein oder mit einem zweckmäßigen Manipulator versehen sein (nicht gezeigt), welcher als solcher bekannt ist, mit dessen Hilfe es möglich ist, "das Werkstück zu bewegen, so daß letzteres in der korrekten Lage in der evakuierten oder inerten Atmosphäre innerhalb der Vorrichtung angeordnet werden kann.

Damit die Lötstelle von der Außenseite der Vorrichtung gesehen werden kann, bildet ein Fenster 12 das Ende eines kurzen Rohres, welches zwischen den Gehäusen 5 und 6 angeordnet ist. Das Fenster 12 kann vorteilhaft aus gefärbtem Glas bestehen, so daß die Augen einer die Gold-Legierung beim Erhitzen betrachtenden Person nicht verletzt werden.

Das Erhitzen der Gold-Legierung auf die korrekte Temperatur kann empirisch von einem geübten Beobachter bestimmt werden, oder es kann alternativ ein Thermoelement das Werkstück berühren, so daß es möglich ist, entweder die Temperatur beispielsweise auf einem Anzeigeinstrument oder einer Digitalanzeige abzulesen oder die Temperatur mittels einer Regeleinrichtung zu steuern, wobei auch beides möglich ist.

Ein Vorteil in der Verwendung der IR-Lampe als Heizquelle besteht darin, daß sie ebenfalls sichtbares Licht emittiert, welches es ermöglicht, durch das erwähnte Glasfenster 12 zum Einstellen der Heiz- und Lichtstrahlen auf genau die vorgesehene Position am zu schmelzenden Gegenstand zu schauen, d.h. im gezeigten Ausführungsbeispiel die Gold-Legierung, die am Punkt 3 angeordnet ist.

Die Erfindung ist nicht auf das erläuterte Ausführungsbeispiel begrenzt, so kann auch ein einziges el 1ipsoidför- miges Gehäuse oder möglicherweise mehr als zwei derartiger Gehäuse verwendet werden. Im ersteren Fall muß zum Erzielen des gewollten Schmelzeffektes die Temperatur der Lampe hochgehalten werden, woraus sich ein schneller Verschleiß der Lampe ergibt, so daß sie oft zu ersetzen ist.

Wenn beispielsweise zwei el 1ipsoidförmige Gehäuse je eine IR-Lampe aufweisen und verwendet werden, wie dies bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel erläutert ist, ist es möglich, in jeder Lampe eine wesentlich geringere Energie einzusetzen, so daß die Lampen wesentlich länger arbeiten werden.

Es ist auch möglich, die Gesamtgröße der Vorrichtung zu erhöhen und Hochleistungs-Strahlungsquellen zu verwenden, um zu ermöglichen, daß ein Punkt beträchtlicher Größe intensiv erhitzt wird.

Die Erfindung ist auch nicht auf Löten von Hartlot-Gold-Legierungen beschränkt, es können viele weitere Anwendungen erfolgen. Beispielsweise kann das Verfahren und die Vorrichtung in Verbindung mit dem Herstellen von Jwelier- bzw. Schmuckwaren angewandt werden.

Weiterhin besteht eine alternative Handhabung des Werkstückes in dem Manipulieren des Hartlotes bzw. des Lötmittels, welches beispielsweise die Form eines Drahtes aus einer geeigneten Legierung haben kann.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Punkterhitzen eines Gegenstandes zum Erzielen einer hohen Temperatur, die nicht unter 900 und nicht über 2000⁰C liegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand in einem gemeinsamen Brennpunkt von zwei winkelmäßig angeordneten Teilel1ipsoiden (5,6) angeordnet wird, daß eine IR-Lampe in jedem der anderen Brennpunkte der Teilellipsoide angeordnet wird, wobei der gemeinsame Brennpunkt in einer evakuierten Kammer mit einer Glasabdeckung liegt, welche von Infrarotlicht durchdrungen werden kann und durch welche der Gegenstand betrachtet werden kann, und daß die IR-Lampen erregt werden.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine evakuierbare Kammer (1) mit einer luftdichten Glasabdeckung (4), welche IR-Licht passieren läßt, und eine entfernbare Einheit an der Kammer (1) umfaßt, an welcher zwei im Winkel angeordnete Gehäuse (5,6) mit reflektierenden Innenflächen angeordnet sind, deren jedes ein TeiIeI1ipsoid bildet, daß jedes der TeiIeIlipsoide zwei Brennpunkte aufweist, die in der gleichen Weise wie in einem vollständigen Ellipsoid angeordnet sind, daß eine IR-Lampe (7,8) in einem Brennpunkt eines jeden TeiIeIlipsoiden angeordnet ist, daß die

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anderen Brennpunkte der beiden TeiIeI1ipsoide zusammenfallen, und daß ein Trägerglied (2) für einen zu erhitzenden, in der Kammer angeordneten Gegenstand (3) in diesen weiteren Brennpunkten der beiden TeiIeI1ipsoide angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fenster (12) vorgesehen ist, durch welches der Gegenstand (3) von der Außenseite der Vorrichtung betrachtet werden kann.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer mit einem Evakuierungsauslaß (9) versehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Manipulator zum Zuführen von Hartlot und zum Einstellen der Position der Lötstelle vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Gegenstand ein Thermoelement verbunden ist, welches mit einem Temperaturfühler und einer Vorrichtung zum Beeinflussen der Stromzuführung zu den Lampen (7,8) verbunden ist, um letztere zu regeln, so daß der Gegenstand eine zweckmäßige Temperatur aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich-

2 net, daß die Kammer (1) auf einem Vakuum von 10 Torr evakuiert ist oder daß gewünschtenfal Is in der Kammer ein Schutzgas gehalten wird.