DE4419258C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Induktionslöten - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Induktionslöten, insbesondere für Haushaltsgeräte, wobei ein elektrischer Heizkörper an einen Metallkörper gelötet wird.

Ein derartiges Verfahren ist bekannt aus der EP 0 111 445 D1, wobei ein mit einem Aluminiumrohr ummantelter Heizkörper zwischen zwei Aluminium­ platten eingelegt auf den Boden eines Friteusenbehäl­ ters aus Chrom-Nickel-Stahl (Metallkörper) in einem Hochfrequenzlötvorgang aufgelötet wird. Die erste Aluminiumplatte weist eine wulstartige Ausbuchtung auf, innerhalb welcher der Rohrheizkörper angeordnet ist. Zwischen der ersten Aluminiumplatte und dem Bo­ den des Friteusenbehälters ist die zweite Aluminium­ platte angeordnet. Sowohl zwischen der ersten und der zweiten Aluminiumplatte, sowie zwischen der zweiten Aluminiumplatte und dem Friteusenboden als auch zwi­ schen dem Heizkörper und der ersten und zweiten Alu­ miniumplatte ist Lötmaterial aufgebracht. Friteuse, zweite Aluminiumplatte, erste Aluminiumplatte und Heizkörper werden in einem Arbeitsvorgang direkt miteinander verlötet. Nachteilig dabei ist, daß zur Befe­ stigung des Rohrheizkörpers am Metallkörper zusätz­ lich zur zweiten Aluminiumplatte, der Wärmevertei­ lungsplatte, die erste Aluminiumplatte erforderlich ist. Problematisch ist zudem, beim Hochfrequenzlötvor­ gang der vorliegenden Sandwichstruktur ein gutes Löt­ ergebnis zu gewährleisten. Denn beim Hochfrequenz­ lötvorgang breitet sich die erzeugte Wärme nur lang­ sam vom Topfboden zur zweiten Aluminiumplatte und dann zur ersten Aluminiumplatte bzw. dem Rohrheiz­ körper aus. Während bei den einen Teilen eine Überhit­ zung droht, können andere zu verlötende Teile, bei­ spielsweise der Rohrheizkörper, noch zu kalt für eine gute Lötverbindung sein.

Weiterhin bekannt sind Induktionslötvorrichtungen zum Induktionslöten dickerer Teile mit Mittenfrequen­ zen von 1 bis 10 kHz. Als Induktoren kommen abhängig von der Werkstückform Spulen und Flächeninduktoren zum Einsatz.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Induk­ tionslötverfahren und eine Induktionslötvorrichtung be­ reitzustellen, die die Nachteile des Standes der Technik vermeiden und eine gute Lötverbindung zwischen Heiz­ körper und Metallkörper ermöglichen.

Dies wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Hauptanspruches und des nebengeordneten Anspru­ ches 5 erreicht. Durch das Kontaktieren der elektri­ schen Anschlüsse des Heizkörpers mittels der Kontakt­ einrichtung der Induktionslötvorrichtung ist es möglich, den Heizkörper durch Einspeisung elektrischer Energie zu beheizen. Die zum Lötvorgang erforderliche Tempe­ raturerhöhung des Heizkörpers muß vorteilhafterweise nicht ausschließlich durch den Wechselstrom hoher Fre­ quenz beim Induktionslöten erzeugt werden, sondern wird wie beim späteren betriebsgemäßen Gebrauch des beheizbaren Metallkörpers durch die Beheizung des Heizkörpers selbst bewirkt. Es findet also eine Erwär­ mung der zu verlötenden Bestandteile von beiden Sei­ ten statt.

In einer bevorzugten Weiterbildung weist die Induk­ tionslötvorrichtung eine Andruckeinrichtung zum Drücken des Heizkörpers an den Metallkörper auf. Da­ durch wird vorteilhafterweise der Heizkörper zunächst am Boden des Metallkörpers fixiert. Gemäß einer wei­ teren vorteilhaften Ausführungsform trägt die An­ druckeinrichtung die Kontakteinrichtung. Indem die Andruckeinrichtung den Rohrheizkörper zeitlich vor der Kontakteinrichtung berührt, ist ein Verkippen bzw. Verrutschen des Heizkörpers infolge der Berührung der elektrischen Anschlüsse durch die Kontakteinrichtung ausgeschlossen. Zudem ist durch das Andrücken des Heizkörpers an den Metallkörper ein für die Lötqualität vorteilhaftes Anliegen der zu verlötenden Bestandteile sichergestellt. Dabei ist vorzugsweise die Andruckein­ richtung über dem Induktor vertikal verschiebbar ange­ ordnet. So können die zu verlötenden Teile ohne zusätz­ liche Sicherungsmaßnahmen aufeinander gesetzt wer­ den.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die Einspeisungsvorrichtung einen von der Steue­ rungsvorrichtung gesteuerten Schalter auf. Alternativ kann der Schalter auch von der Bedienperson betätigt werden. Durch das Öffnen des Schalters vor dem Kon­ taktieren der elektrischen Anschlüsse des Heizkörpers durch die Kontakteinrichtung der Induktionslötvorrich­ tung wird die Funkenbildung zwischen beiden vermie­ den. Erst nach Herstellung des Kontakts wird der Schal­ ter geschlossen.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfah­ rens wird das Induktionslöten mit Beginn der elektri­ schen Beheizung des Heizkörpers gestartet. Diese Vor­ gehensweise reduziert die zum Lötvorgang insgesamt erforderliche Zeitdauer und erhöht somit die Wirt­ schaftlichkeit des Verfahrens. Grundsätzlich ist ein Be­ ginn der elektrischen Beheizung vor dem Beginn des Induktionslötens unter Zuhilfenahme eines Zeitverzö­ gerungsgliedes möglich. Abhängig von den vorliegen­ den Materialien und Materialstärken der zu verlöten­ den Teile kann dadurch eine Verbesserung der Qualität der Lötverbindung bei gleichzeitiger Verlangsamung des Lötverfahrens erreichbar sein.

Gemäß einer weiteren Weiterbildung weist die Steuerungsvorrichtung eine Prüfeinrichtung für elektri­ sche Kenndaten des Heizkörpers auf. Insbesondere kann vor Beginn des Lötvorganges bzw. des elektri­ schen Beheizens des Heizkörpers dieser auf elektri­ schen Durchgang und/oder auf Spannungsfestigkeit überprüft werden. Dadurch ist ausgeschlossen, daß be­ schädigte Heizkörper auf den Metallkörper aufgelötet werden und separate Prüfvorgänge entfallen.

Nachfolgend ist anhand einer schematischen Darstel­ lung ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Induktionslötvorrichtung beschrieben.

Die Figur zeigt dabei einen zu bearbeitenden Metall­ körper und einige für den Lötvorgang erforderliche Hilfseinrichtungen im Längsschnitt.

Die Induktionslötvorrichtung weist eine Steuervor­ richtung 1 auf, die mit einem Induktor 3 elektrisch lei­ tend verbunden ist. Der Induktor 3 besteht aus einem elektrisch isolierenden und wärmebeständigen Induk­ tionslötkopf 5 mit einer Auflagefläche 6 und einer darin befindlichen Induktionsspule 7. Die Steuervorrichtung 1 speist eine Wechselspannung bei etwa 6,5 kHz mit zwi­ schen 300 und 700 V in die Spule 7 ein. Die mit unterbro­ chenen Linien angedeutete Induktionsspule 7 ist als hohle Vierkantkupferrohr-Wicklung ausgeformt, in der das erforderliche Kühlwasser fliegt. Die Induktionsspu­ le 7 ist in den mit Glasfasern verstärkten Kunststoff-In­ duktionslötkopf 5 vergossen, wobei die Oberschicht des Induktionslötkopfes 5 aus hochtemperaturbeständigem Kunststoff besteht.

Auf der Auflagefläche 6 des Induktionslötkopfes 5 liegt eine 8 bis 10 mm dicke Wärmeisolationsplatte 9 auf, die als getrocknete Zementplatte mit Zellulosefa­ sern realisiert ist. Die Wärmeisolationsplatte 9 schützt wegen ihrer extrem schlechten Wärmeleitung den In­ duktionskopf 5 vor Überhitzung. Auf die Wärmeisola­ tionsplatte 9 ist eine Wärmediffusorplatte 11 aus ferro­ magnetischem Stahl gelegt. In der Wärmediffusorplatte 11, die etwa 2 mm dick ist, wird durch die hochfrequente Wechselspannung Wärme erzeugt. Auf der Wärmedif­ fusorplatte 11 liegt ein Friteusetopf 13 aus nicht-rosten­ dem Stahl mit der Innenseite seines Bodens 15 auf. Auf dem Topf 13 bzw. auf die Außenseite dessen Bodens 15 ist eine Aluminiumplatte in Lötqualität der Dicke 2,5 mm aufgelegt. Diese dient zur besseren Wärmever­ teilung über den Boden 15 des Friteusentopfes 13 beim betriebsgemäßen Gebrauch der Friteuse. Auf die Alu­ platte 17 ist ein im wesentlichen U-förmig verlaufender Rohrheizkörper mit zwei Heizkörperendabschnitten 21, die elektrische Anschlüsse 23 tragen, aufgelegt. Zwi­ schen den zu verlötenden Teilen 13, 17, 19 befindet sich Lötfolie bzw. Lötgranulat. Der Aluminium- Rohrheiz­ körper 19 besteht aus einem Widerstandsdraht, der mit Quarzsand umhüllt ist und in ein Aluminiumrohr ver­ preßt ist. Über die elektrischen Anschlüsse 23 des Heiz­ körpers 19 wird im betriebsgemäßen Zustand der Fri­ teuse dieser bzw. dem Topfboden Wärme zugeführt.

Über den zu verlötenden Teilen ist eine Andruckein­ richtung 30 angeordnet. Ein Pfeil 31 zeigt die Bewe­ gungsrichtung der Andruckeinrichtung 30 bei Andruck an. Die Andruckeinrichtung 30 weist eine Grundplatte 32 auf, die mit ersten Bohrungen und zweiten Bohrun­ gen versehen ist. In den ersten Bohrungen sind zwei Niederhalter 34 verschiebbar geführt, die am unteren Endabschnitt einen Andruckkörper 36 und am oberen Endabschnitt einen Niederhalteranschlag 38 aufweisen. Zwischen der Grundplatte 32 und dem Andruckkörper 36 ist jeweils eine Niederhalterfeder 40 angeordnet. Die Federkraft beträgt etwa 30 kg während des Lötens. In den zweiten Bohrungen der Grundplatte 32 sind zwei Kontakteinrichtungen 42 verschiebbar geführt. Diese weisen am unteren Endabschnitt einen eigentlichen Kontakt 44 und am oberen Endabschnitt Kontaktan­ schläge 46 auf. Zwischen der Grundplatte 32 und dem eigentlichen Kontakt 44 ist jeweils eine Kontaktfeder 48 mit einer Federkraft von etwa 300 g vorgesehen. Die Niederhalteranschläge 38 sind im Vergleich zu den Kontaktanschlägen 46 so angeordnet, daß beim Absen­ ken der Andruckeinrichtung 30 zunächst die Andruck­ körper 36 den Rohrheizkörper 19 auf die Aluminium­ platte 17 drücken, bevor die eigentlichen Kontakte 44 die elektrischen Anschlüsse 23 des Heizkörpers 19 kon­ taktieren. Die Federn 40, 48 dienen jeweils zur reprodu­ zierbaren Festlegung des Anpreßdruckes und zum Aus­ gleich von Dickentoleranzen der zu verlötenden Teile 13, 15, 17, 19 bzw. der Wärmediffusorplatte 11.

Eine elektrische Einspeisungseinrichtung 50 ist über einen Schalter 52 mit den Kontakteinrichtungen 42 ver­ bunden. Die Einspeisungsvorrichtung 50 verfügt über Netzspannung von 220 V und speist diese über die Kon­ takteinrichtung 42 in den Rohrheizkörper 19 ein, wenn der Schalter 52 von der Steuervorrichtung 1 geschlos­ sen ist. Zudem ist in der Steuervorrichtung 1 eine Prüf­ einrichtung 54 vorgesehen, die gesteuert von der Steu­ ervorrichtung 1 in den Heizkörper 19 eine Prüfspan­ nung einspeist, und den Heizkörper dadurch vor dem Beheizen mit 220 V auf elektrischen Durchgang und elektrische Spannungsfestigkeit überprüft.

Das Verfahren zum Induktionslöten, wobei der elek­ trische Heizkörper 19 an den Metallkörper bzw. den Friteusentopf 13 gelötet wird, läuft wie folgt ab:
Zunächst werden die Wärmeisolationsplatte 9, die Wärmediffusorplatte 11, der Topf 13, die Aluminium­ platte 17 und der Rohrheizkörper 19 auf der Auflageflä­ che 6 des Induktors 3 abgelegt. Anschließend fährt die Andruckeinrichtung 30 auf die gestapelten Teile herab.

Dabei wird zuerst der Heizkörper 19 mittels der Nie­ derhalter 34 auf die Aluminiumplatte 17 bzw. den Topf 13 gedrückt. Anschließend wird der Heizkörper 19 bzw. dessen Anschlüsse 23 über die Kontakteinrichtung 42 elektrisch leitend mit der Prüfeinrichtung 54 verbunden.

Durch Einspeisen einer Prüfspannung wird der Heiz­ körper 19 dann auf elektrischen Durchgang und dessen Spannungsfestigkeit geprüft. Bei fehlerhaften Heizkör­ pern 19 wird der Lötvorgang nicht gestartet und die Andruckeinrichtung 30 nach oben weggefahren. Der de­ fekte Heizkörper 19 wird ausgetauscht. Ist der Heizkör­ per 19 in Ordnung wird die Prüfeinrichtung 54 durch die Steuervorrichtung 1 von der Kontakteinrichtung 42 ge­ trennt. Anschließend schließt die Steuervorrichtung 1 den Schalter 52, und die elektrische Einspeisungsvor­ richtung 50 speist die Netzspannung in den Rohrheiz­ körper 19 ein. Dieser wird für ungefähr 40 Sekunden gespeist und dadurch auf ca. 500°C aufgeheizt. Unmit­ telbar nach dem Start der elektrischen Beheizung des Rohrheizkörpers 19 wird mit dem Induktionslöten be­ gonnen bzw. die Wechselspannung für die Induktions­ spule 7 eingeschaltet. Der eigentliche Induktionslötvor­ gang ist in drei aufeinander folgende Wärmestöße von jeweils 30 Sekunden Länge aufgeteilt, die jeweils von einer kurzen Pause voneinander getrennt sind. Dabei wird der Rohrheizkörper 19 mit der Aluminiumplatte 17 und diese mit dem Topf 13 verlötet. Nach dem Lötvor­ gang werden die im Topfinneren entstandenen Anlauf­ farben wegpoliert.

Claims (10)

1. Verfahren zum Induktionslöten, insbesondere für Haushaltsgeräte, wobei ein elektrischer Heizkörper an einen flächigen Metallkörper gelötet wird, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Heizkörper (19) beim Induktionslöten über seine elektrischen Anschlüsse (23) kontaktiert wird und elektrisch beheizt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Induktionslöten mit Beginn der elektrischen Beheizung des Heizkörpers (19) ge­ startet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zunächst der Heizkörper (19) mittels einer Andruckeinrichtung (30) an den Me­ tallkörper (13) gedrückt wird und anschließend der Heizkörper (19) elektrisch kontaktiert wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Kontaktieren elektrische Kenndaten des Heizkör­ pers (19) durch Anlegen einer Prüfspannung ge­ prüft werden, und daß in Abhängigkeit vom Prüfer­ gebnis das elektrische Beheizen des Heizkörpers (19) gestartet wird.

5. Induktionslötvorrichtung, insbesondere für Haushaltsgeräte, zum Löten eines elektrischen Heizkörpers an einen flächigen Metallkörper mittels eines Induktors und einer das Löten steuernden Steuervorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Indukti­ onslötvorrichtung eine Kontakteinrichtung (42) zum Kontaktieren der elektrischen Anschlüsse (23) des Heizkörpers (19) und eine elektrische Einspeisungsvorrichtung (50) aufweist.

6. Induktionslötvorrichtung nach Anspruch 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Induktionsvorrich­ tung eine Andruckeinrichtung (30) zum Drücken des Heizkörpers (19) an den Metallkörper (13) auf­ weist.

7. Induktionslötvorrichtung nach Anspruch 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Andruckeinrichtung (30) über dem Induktor (3) vertikal verschiebbar angeordnet ist.

8. Induktionslötvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Andruckein­ richtung (30) die Kontakteinrichtung (42) trägt und so zu ihr angeordnet ist, daß die Andruckeinrich­ tung (30) den Heizkörper (19) vor dessen Berüh­ rung durch die Kontakteinrichtung (42) an den Me­ tallkörper (13) drückt.

9. Induktionslötvorrichtung nach einem der An­ sprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspeisungsvorrichtung (50) einen von der Steuer­ vorrichtung (1) gesteuerten Schalter (52) aufweist.

10. Induktionslötvorrichtung nach Anspruch 9, da­ durch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (1) eine Prüfeinrichtung (54) für elektrische Kenn­ daten des Heizkörpers (19), insbesondere elektri­ scher Durchgang und/oder Spannungsfestigkeit, aufweist.