DE4328317A1 - Ventil und zugehöriges Lötverfahren - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Ventil, das Teile aufweist, die oberhalb einer Grenztemperatur wärmeemp­ findlich sind, mit einem Gehäuse und mindestens einem Stutzen, an dem ein Rohr unter lokaler Beheizung anlöt­ bar ist, und auf ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Lötverbindung.

In Kälteanlagen, verfahrenstechnischen Anlagen u. dgl. ist es üblich, die dort verwendeten Expansionsventile, Magnetventile, Rückschlagventile usw. durch Löten mit den zugehörigen Rohrleitungen zu verbinden. Für diese Leitungen werden in weitem Umfang Kupferrohre verwen­ det. Auch die Stutzen der Ventile bestehen aus Kupfer oder einem ähnlichen Material. Damit beim Anlöten der Rohre die wärmeempfindlichen Teile des Ventils, z. B. Kunststoffteile, O-Ringe oder eine im Ventil verwendete Dampf-, Flüssigkeits- oder Feststoff-Füllung nicht be­ schädigt werden, mußte bisher beim Lötvorgang eine Küh­ lung erfolgen. Es ist daher üblich, neben der Lötstelle eine sogenannte "Kältezange" anzusetzen oder das Ven­ tilgehäuse in ein feuchtes Tuch einzuhüllen, damit das Ventilgehäuse nicht zu heiß wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Lötvor­ gang zu vereinfachen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Stutzen aus einem Material so geringer Wärmeleitfä­ higkeit besteht, daß die wärmeempfindlichen Teile bei der zum Löten erforderlichen Wärmezufuhr unterhalb der Grenztemperatur bleiben.

Bei Verwendung eines solchen Stutzens ist es möglich, auf eine Kühlung durch eine Kältezange, ein feuchtes Tuch o. dgl. während des Lötvorganges zu verzichten. Der Stutzen behindert den Wärmefluß so stark, daß der Löt­ vorgang beendet ist, bevor die wärmeempfindlichen Teile eine unzulässig hohe Temperatur erreicht haben. Dieser Effekt kann durch die Bemessung des Stutzens (Wandstär­ ke, Länge) noch unterstützt werden.

Mit Vorteil besteht der Stutzen aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit unter 80 W/°K·m. Da die Wärme­ leitfähigkeit für Kupfer 395 W/°K·m beträgt, ist die Wärmeleitfähigkeit auf ein Fünftel oder weniger herab­ gesetzt.

Insbesondere kann der Stutzen im wesentlichen aus rost­ freiem Stahl bestehen. Rostfreier Stahl ist ein aner­ kanntes Baumaterial und besitzt eine Wärmeleitfähigkeit von nur 15 W/°K·m, kommt also für den vorliegenden Zweck besonders in Frage.

Für den Fall, daß das Material geringer Wärmeleitfähig­ keit schlechtere Löteigenschaften hat, empfiehlt es sich, daß der Stutzen am freien Ende hohlzylindrisch ausgebildet ist und an seiner dem ein- oder aufzuschie­ benden Rohr zugewandten Fläche eine Lötschicht trägt. Die Lötschicht, die bei anzulötenden Kupferrohren zweckmäßigerweise ebenfalls aus Kupfer besteht, sorgt dafür, daß das Rohr über das zugeführte Lot dicht und fest mit der Lötschicht am Stutzen verbunden ist. Es genügt eine Lötschichtdicke in der Größenordnung von 10 bis 100 µm, die auch bei guter Wärmeleitfähigkeit des Lötschichtmaterials die Gesamt-Wärmeleitfähigkeit des Stutzens nur geringfügig beeinträchtigt.

Aus US-PS 4 415 187 ist es bereits bekannt, Stahlbehäl­ ter und andere Stahlkomponenten einer Kälteanlage mit einem rohrförmigen Stutzen aus Stahl zu versehen. Zum Anlöten eines Kupferrohres ist die Innenwand des Stut­ zens im Bereich des freien Endes mit einer eingelöteten Kupferhülse versehen. Hinweise auf Ventile mit wär­ meempfindlichen Teilen und auf die Ausnutzung der ge­ ringen Wärmeleitfähigkeit des Stahls gibt es nicht.

Günstig ist es ferner, daß der Stutzen einen Flansch besitzt, mit dem er am Gehäuse angelötet ist. Dies er­ gibt eine großflächige Lötstelle, die es erlaubt, dem Stutzen eine geringere Wandstärke zu geben als beim Einlöten des Stutzens in einer Öffnung des Gehäuses.

Mit besonderem Vorteil ist der Stutzen ein Tiefzieh­ teil. Durch Tiefziehen lassen sich wesentlich geringere Wandstärken herstellen als durch eine spanabhebende Bearbeitung. Daher kann die Wärmeleitung durch den Stutzen noch weiter reduziert werden.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist dafür gesorgt, daß das Gehäuse aus dem gleichen Material ge­ ringer Wärmeleitfähigkeit wie der Stutzen besteht. Die geringe Wärmeleitfähigkeit des Gehäuses tritt zur ge­ ringen Wärmeleitfähigkeit des Stutzens hinzu, so daß die Gefahr einer Beschädigung der wärmeempfindlichen Teile noch weiter herabgesetzt ist.

Ein Verfahren zum Herstellen einer Lötverbindung zwi­ schen einem Ventilstutzen und einem Rohr ist erfin­ dungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Stutzen aus einem Material geringer Wärmeleitfähigkeit am Gehäuse angelötet wird, dann die wärmeempfindlichen Teile eingebracht werden und schließlich das Rohr an den Stutzen angelötet wird. Bei diesem Vorgehen werden die wärmeempfindlichen Teile beim ersten Lötvorgang nicht beeinträchtigt, weil sie noch nicht eingebaut sind, und beim zweiten Lötvorgang nicht, weil sie durch die geringe Wärmeleitfähigkeit des Stutzens geschützt sind.

Besonders empfehlenswert ist es, daß der Stutzen aus einer einseitig mit einer Kupferschicht versehenen Pla­ tine tiefgezogen worden ist. Außer dem Vorteil, daß sich ein dünnwandiger Stutzen ergibt, erhält man den weiteren Vorteil, daß die Lötschicht fest mit dem Stut­ zenmaterial verbunden ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten, bevorzugten Ausführungsbei­ spiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Ven­ tils,

Fig. 2 Stutzen und Kupferrohr beim Zusammenfügen und

Fig. 3 einen Teilquerschnitt durch die Membrandose.

Das veranschaulichte Ventil 1 ist ein Expansionsventil für eine Kälteanlage. Es weist ein Gehäuse 2 mit drei Stutzen auf, nämlich einen Stutzen 3 für das zuströmen­ de flüssige Kältemittel, einen Stutzen 4 für das ab­ strömende dampfförmige Kältemittel und einen Stutzen 5 zum Anschluß einer Fühlerleitung. Alle Stutzen besitzen einen Außenflansch 6, 7 und 8, mit dem sie großflächig an der Außenseite des Gehäuses angelötet sind. Das eine Ende des Gehäuses 2 ist durch eine Membrandose 9 ver­ schlossen, deren Bodenring 10 an einem Außenflansch 11 des Gehäuses 2 angelötet ist. Eine Deckplatte 12 der Membrandose ist über ein Kapillarrohr 13 mit einem Füh­ ler 14 verbunden. Die Membran 15 steht daher von oben her unter dem Verdampfungsdruck der Flüssigkeit im Füh­ ler 14 und von unten her unter dem Druck des Kältemit­ tels, der am Stutzen 5 erfaßt ist, sowie einer nicht veranschaulichten Feder.

Alle in Fig. 1 gezeigten Teile des Ventils 1 bestehen aus rostfreiem Stahl mit einem sehr geringen Kohlen­ stoffgehalt von beispielsweise 0,06% C oder weniger. Hierbei sind das Gehäuse 2 und die Stutzen 3, 4 und 5 als Tiefziehteile ausgebildet, während der Bodenring 10 und der Deckel 12 Stanz-Präge-Teile sind. Beispielswei­ se wird ein Stahl mit der DIN-Bezeichnung X2CrNiMo1810 verwendet, der wegen seines Nickelgehalts die Tiefzieh- und Löteigenschaften verbessert und wegen des geringen Kohlenstoffgehalts in Verbindung mit dem Molybdän-An­ teil der Spalt- und Spannungskorrosion entgegenwirkt. Ein derartiger rostfreier Stahl ist als säure- und mee­ reswasserbeständig bekannt.

In Fig. 2 ist es am Beispiel des Stutzens 4 gezeigt, daß die Innenseite des Stutzens mit einer Lötschicht 16 aus Kupfer versehen ist. Das Material der Lötschicht war schon auf der Stahlplatine aufgetragen, aus der die Stutzen 3, 4 und 5 tiefgezogen worden sind. Den Aus­ gangspunkt hierbei kann eine Platine mit einer geringen Dicke, beispielsweise 0,75 mm, aus kupferplatiertem rostfreien Stahl mit einer Kupferschichtdicke von 10 bis 100 µm bilden. Die Lötschicht erstreckt sich daher vom freien Ende des Stutzens bis auf die zu lötende Seite der Flansche 6, 7 und 8. Das Anlöten kann in ei­ nem Ofen bei relativ hohen Temperaturen, beispielsweise bei 1000°C, erfolgen.

Wenn ein Kupferrohr 17 in den Stutzen 4 eingeschoben und dort verlötet wird, erleichtert die Lötschicht 16 diesen Vorgang. Hierbei kann ein übliches Lot verwendet werden, beispielsweise ein mit 15% Silber versetztes Kupferlot, wie es unter der Handelsbezeichnung Silfoss 15 vertrieben wird. Dieses Lot schmilzt bei etwa 700°C. Diese Temperatur läßt sich ohne Schwierigkeiten mit einem Schweißbrenner am freien Ende des jeweiligen Stutzens erzielen.

Diese hohe Temperatur wirkt sich aber nicht an den wär­ meempfindlichen Teilen des Ventils aus, weil die gerin­ ge Wärmeleitfähigkeit des Stutzen und des Gehäuses dies verhindert. Beispielsweise ist die mit ihrer Füllung versehene Membrandose 9 äußerst temperaturempfindlich. Ihre Grenztemperatur liegt bei nur 100°C.

Bei der Herstellung eines solchen Ventils wird in der Weise vorgegangen, daß das tiefgezogene Gehäuse 2 mit der Bodenplatte 10 und den drei Stutzen 3, 4 und 5 durch Löten verbunden wird. Dann werden die Einbauten in das Ventilgehäuse 2 eingebracht und schließlich die Membrandose 9 durch Aufsetzen der Membran und des mit dem Fühler 14 über das Kapillarrohr 13 verbundenen Deckels 12 vervollständigt. Alsdann erfolgt das Einfül­ len des wärmeempfindlichen Füllstoffes in das Fühlersy­ stem. Nunmehr ist das Ventil fertig zum Einsatz. Es wird an Ort und Stelle mit den Anschlußrohren 17 ver­ bunden, indem diese in die Stutzen eingeführt oder auf diese aufgeschoben und schließlich durch Löten hieran befestigt werden.

Die Einbauten können auch von unten her in das Gehäuse 2 eingeführt werden. Der Stutzen 3 wird dann erst an­ schließend am Gehäuse 2 angebracht. Die Befestigung des zuletzt anzubringenden Teils kann auch durch einen Schweißvorgang erfolgen, der weniger wärmebelastend ist als ein Lötvorgang.

Claims (9)

1. Ventil, das Teile aufweist, die oberhalb einer Grenztemperatur wärmeempfindlich sind, mit einem Gehäuse und mindestens einem Stutzen, an dem ein Rohr unter lokaler Beheizung anlötbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Stutzen (3, 4, 5) aus einem Material so geringer Wärmeleitfähigkeit besteht, daß die wärmeempfindlichen Teile bei der zum Löten erforderlichen Wärmezufuhr unterhalb der Grenztem­ peratur bleiben.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stutzen (3, 4, 5) aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit unter 80 W/°K·m besteht.

3. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stutzen (3, 4, 5) im wesentlichen aus rostfrei­ em Stahl besteht.

4. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stutzen (3, 4, 5) am freien Ende hohlzylindrisch ausgebildet ist und an seiner dem ein- oder aufzuschiebenden Rohr (17) zugewand­ ten Fläche eine Lötschicht (16) trägt.

5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stutzen (3, 4, 5) einen Flansch (6, 7, 8) besitzt, mit dem er am Gehäuse (2) angelötet ist.

6. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stutzen (3, 4, 5) ein Tief­ ziehteil ist.

7. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) aus dem glei­ chen Material geringer Wärmeleitfähigkeit wie der Stutzen (3, 4, 5) besteht.

8. Verfahren zum Herstellen einer Lötverbindung zwi­ schen einem Ventilstutzen und einem Rohr gemäß ei­ nem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindesten ein Stutzen aus einem Material gerin­ ger Wärmeleitfähigkeit am Gehäuse angelötet wird, dann die wärmeempfindlichen Teile eingebracht wer­ den und schließlich das Rohr an den Stutzen angelö­ tet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Stutzen aus einer einseitig mit einer Kup­ ferschicht versehenen Platine tiefgezogen worden ist.