DE4435676A1 - Verfahren und Anlage zum Verbinden von Aluminiumteilen durch Löten, Anwendung des Verfahrens und Anlage zur Durchführung - Google Patents
Verfahren und Anlage zum Verbinden von Aluminiumteilen durch Löten, Anwendung des Verfahrens und Anlage zur DurchführungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden sich
überlappender, zwischen sich einen Lötspalt bildender
Aluminiumteile durch Löten mit einem für eine Al/Al-Lötung
geeigneten Lot als Zusatzwerkstoff, wobei zunächst nahe dem
sichtbaren Ansatz des Lötspalts dem Lotbedarf mengenmäßig
entsprechender Zusatzwerkstoff und Flußmittel deponiert
wird und anschließend die Aluminiumteile so lange erwärmt
werden, bis der Zusatzwerkstoff geschmolzen und in den
Lötspalt gekrochen ist, worauf die Erwärmung beendet wird.
Die Erfindung befaßt sich weiterhin mit besonderen
Anwendungen des Verfahrens und mit einer Anlage zur
Durchführung des Verfahrens.
Die Gattung der Erfindung betrifft somit das allgemein
bekannte, regelmäßig ausgeübte Lötverfahren, das, wie dem
Fachmann geläufig, auch meist unter zusätzlicher Verwendung
eines geeigneten Flußmittels praktiziert wird. Ein solches
Löten erfordert beim Einsatz eines Lotes, das für sich
und/oder in Verbindung mit dem Flußmittel einen nahe dem
bei etwa 600°C liegenden Schmelzpunkt von Aluminium hat,
eine sorgfältige Temperaturführung, um ein Aufschmelzen der
zu verbindenden Aluminiumteile zu verhindern. Ein
Aluminiumbasislot, beispielsweise AlSi13 (Aluminium mit
13% Masseanteil Silizium) als Zusatzwerkstoff wird in
Verbindung mit einem speziell auf das Al/Al-Löten
abgestimmten Flußmittel ein Lötintervall von 590 bis 610°C
haben, also im Temperaturbereich von 590 bis 610°C
aufschmelzen und dann in den Lötspalt kriechen.
Wenn man auch verbindungsspezifisch empirisch ermitteln
kann, daß der Lötbereich beispielsweise durchschnittlich
6 Sekunden erwärmt werden muß, um den Lötvorgang zur
Auslösung zu bringen, so bleiben doch einige Lötvorgänge
einer Serie, bei denen die Erwärmung etwas länger oder
etwas kürzer hätte ausfallen müssen. Die so verbleibenden
Fehllötungen, nämlich eine unvollständige Verbindung oder
alternativ praktisch ein Zerstören des Verbindungsbereiches
durch Aufschmelzen, wirken sich sehr nachteilig auf die
Wirtschaftlichkeit der Lötung und die Zuverlässigkeit einer
Automatisierung aus.
Aufgabe der Erfindung ist es, den gattungsgemäßen Lötprozeß
unter Vermeidung der geschilderten Unzulänglichkeiten mit
dem Ziel hoher Betriebssicherheit zu automatisieren, wobei
auch eventuelle, wenn auch nur vorübergehende Veränderungen
in der Intensität der Erwärmung bewältigbar sein sollen.
Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, daß ein Bereich
des sichtbaren Ansatzes des Lötspaltes und des deponierten
Zusatzwerkstoffes und Flußmittels während des Erwärmens
kontinuierlich und berührungslos über einen Sensor
abgetastet und die Erwärmung beeinflußt wird, sobald ein
vom Sensor ausgelöster Steuerimpuls das Wegschmelzen des
Zusatzwerkstoffes oder des Flußmittels registriert hat.
Bei einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist vorgesehen, daß das Relief des Bereiches über einen
Laser als Sensor abgetastet und die Erwärmung beendet wird,
sobald der Laser eine vorgegebene Veränderung des Reliefs
registriert hat.
Dagegen sieht eine Alternative vor, daß der Bereich von
einer Video-Kamera als Sensor erfaßt, das erfaßte Bild
digitalisiert und die Erwärmung beeinflußt wird, sobald
durch das Wegschmelzen des Zusatzwerkstoffes oder des
Flußmittels eine markante Veränderung des digitalisierten
Bildes eingetreten ist.
Hierdurch wird der Vorteil erreicht, daß bereits das
niedrig schmelzende Flußmittel, welches für das
Aufschließen der Oxidationsoberfläche und damit zur
Reinigung der zu verbindenden Teile erforderlich ist,
beobachtet und Veränderungen desselben in einen
frühzeitigen Regeleingriff münden.
Besonders vorteilhaft ist es hierbei, wenn die markante
Veränderung des digitalisierten Bildes durch eine auf eine
Veränderung der Farbe bzw. Frequenz des an der Lotstelle
durch die Erwärmung ausgestrahlten und über die
Video-Kamera aufgenommenen Lichtes reagierende Auswertung
erfolgt. Hierdurch kann auf relativ einfache Weise eine
besonders feine und genau auf den Prozeß abgestimmte
Regelung erfolgen. Während des Lötvorganges beinhaltet
nämlich die Lötstelle bzw. die Lötflamme, abhängig von den
Zuständen innerhalb der erwärmten Bereiche, fein abgestufte
Frequenzänderungen und damit Farbänderungen im
ausgestrahlten Licht.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich in Bezug auf eine
möglichst frühzeitige Reaktion auf Veränderungen im
Lötbereich, wenn die Auswertung auf die Veränderung der
Farbe bzw. der Frequenz des an der Lotstelle durch die
Erwärmung der im Flußmittel vorhandenen Elemente
ausgestrahlten und über die Video-Kamera aufgenommenen
Lichtes reagiert.
Da das Flußmittel das niedrig schmelzende Element ist, kann
über seine Beobachtung und insbesondere über die bei der
Erwärmung oder auch Verbrennung seiner Elemente
entstehenden ausgesandten Farben oder Lichtfrequenzen
bereits eine Beeinflussung des Lötvorganges unterhalb von
kritischen Temperaturen erfolgen.
So beginnt der Schmelzvorgang bei einem der bekannten
Flußmittel beispielsweise bei etwa 575°C. In geschmolzenem
Zustand erreicht das Flußmittel seine höchste Aktivität und
Wirksamkeit, so daß eine Einwirkzeit von ca. 2 s
erforderlich wird, bevor eine weitere Erwärmung auf ca.
630°C auch das Lot schmelzen läßt und letztendlich die
Verbindung initiiert.
Wesentlich und wichtig ist jedoch dabei, daß das Aluminium
selbst nicht schmilzt, weil dann die Lötung in eine
Schweißung mit den damit verbundenen Nachteilen übergehen
würde.
Insofern ist es besonders vorteilhaft, wenn man bereits zum
Beginn des Schmelzens des Flußmittels die das Verfahren
regelnden Parameter beeinflussen, eine Überhitzung
verhindern und eine Einwirkzeit kontrollieren kann.
Üblicherweise geschieht dies über eine Mengenänderung in
der Gaszufuhr. Jegliche andere Beeinflussung,
beispielsweise durch eine Änderung des Abstandes zwischen
Flamme und Lötstelle oder über eine Änderung der
Gaszusammensetzung, ist ebenfalls möglich.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders zur
Herstellung von einer Lötverbindung zwischen ineinanderge
steckten Aluminiumrohren. Dabei wird der Zusatzwerkstoff in
Form eines Lotringes auf das eine, regelmäßig das innere
Rohrende, aufgesteckt und sitzt auf dem äußeren Rohrende
auf.
Bei der Verdampferfertigung für Kühlgeräte, deren
Anschlußstutzen durch die Lötverbindung an Leitungen des
Kühlmittelkreislaufes angeschlossen werden muß, bringt das
erfindungsgemäße Verfahren erhebliche Vorteile.
Fehllötungen führen nämlich häufig dazu, daß der
entsprechende Verdampfer aus der Fertigungslinie genommen
und verschrottet werden muß.
Eine Anlage zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens
umfaßt Haltevorrichtungen zum überlappenden Halten der zu
verbindenden Aluminiumteile und mit mindestens einer, auf
den Überlappungsbereich gerichteten, über eine Stellvor
richtung zu- und abschaltbaren Wärmequelle und ist
gekennzeichnet durch
- - einen auf den Bereich des sichtbaren Ansatzes des Lötspaltes und des deponierten Zusatzwerkstoffes gerichteten berührungslos arbeitenden Sensor,
- - eine elektronische Regeleinrichtung, an die der Sensor und die Stellvorrichtung angeschlossen sind, wobei die Regeleinrichtung dazu ausgelegt ist, die Charakteristik einer ersten Impulsfolge des Sensors zu speichern, eine weitere Impulsfolge des Sensors mit der gespeicherten Impulsfolge zu vergleichen und ein Stellsignal der Stellvorrichtung abzugeben, wenn eine weitere Impulsfolge von einer ersten Impulsfolge erheblich abgewichen ist.
Es ist dabei nicht erforderlich, die Gesamtheit aller
Impulse einer Impulsfolge zu speichern, vielmehr wird über
entsprechende Aufbereitungsprogramme das für das
Vorhandensein des Schweißzusatzwerkstoffdepots Typische
herausgearbeitet und schließlich der Wegfall dieser
typischen Merkmale zur Auslösung des Stellimpulses
herangezogen.
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachfolgend
erläutert.
Fig. 1 zeigt eine Anlage zum Verlöten zweier Bleche aus
Aluminium;
Fig. 2 zeigt eine Anlage zum Verlöten eines Rohres mit
einer Platine;
Fig. 3 zeigt ein den Lötvorgang beschreibendes Zeit-
Temperatur-Diagramm;
Gleiche Teile sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
Gleiche Teile sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
Gemäß Fig. 1 ist an dem sichtbaren Spalt zweier einander
teilweise überlappender Bleche 1, 2 ein Lot 3 deponiert.
Mittels eines Brenners 4 wird das Lot aufgeschmolzen. Ein
Sensor 5 überwacht den Aufschmelzvorgang des Lotes 3.
Sobald der Sensor 5 eingedrungen ist, löst er in der
Regeleinheit 6 einen Steuerimpuls aus, der den Gasregler 7
betätigt, der die Gaszufuhr zu dem Brenner 4 unterbricht.
Mit der Anlage gemäß Fig. 2 wird ein Rohr 1a an einer
Platine 8 über eine an dieser angebrachte Muffe 2a mittels
eines ringförmig an den sichtbaren Spalt zwischen dem Rohr
1a und der Muffe 2a gelegten Lotes 3 in gleicher Weise,
hier aber mittels zweier Brenner 4, im übrigen aber wie bei
der Ausführung gemäß Fig. 1 verlötet.
Das Diagramm in Fig. 3 zeigt den Lötprozeß mit der
erfindungsgemäßen Verfahrensregelung in einer über der
Prozeßzeit aufgetragenen Temperaturkurve. Deutlich
erkennbar wird hier der Zeitpunkt, an dem das Flußmittel
schmilzt, und die darauf folgende nur mit einer leichten
Temperaturerhöhung einhergehende Einwirkzeit. Erst am Ende
der Einwirkzeit wird die Temperatur weiter durch
Energiezufuhr erhöht, wonach das Lot schmilzt und die
beiden Teile verbindet. Bei der Maximaltemperatur von
628°C fällt dann nach einer Lötzeit von 9,5 s die
Temperatur durch Ausschalten der Flamme ab.
Im Zeitverlauf sieht man deutlich, daß der durch den
Farbumschlag ermittelte Zeitpunkt des beginnenden
Schmelzens des Flußmittels genügend Zeit läßt, Regelungen
durchzuführen und die Energiezufuhr so einzustellen, daß
eine Überhitzung mit Sicherheit verhindert wird.
Claims (8)
1. Verfahren zum Verbinden sich überlappender, zwischen
sich einen Lötspalt bildender Aluminiumteile durch Löten
mit einem für eine Al/Al-Lötung geeigneten Lot als
Zusatzwerkstoff und einem Flußmittel, wobei zunächst nahe
dem sichtbaren Ansatz des Lötspaltes dem Lotbedarf
mengenmäßig entsprechender Zusatzwerkstoff und Flußmittel
deponiert wird und anschließend die Aluminiumteile so lange
erwärmt werden, bis der Zusatzwerkstoff geschmolzen und in
den Lötspalt gekrochen ist, worauf die Erwärmung beendet
wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Bereich des sichtbaren Ansatzes des Lötspaltes und
des deponierten Zusatzwerkstoffes und Flußmittels während
des Erwärmens kontinuierlich und berührungslos über einen
Sensor abgetastet und die Erwärmung beeinflußt wird, sobald
ein vom Sensor ausgelöster Steuerimpuls das Wegschmelzen
des Zusatzwerkstoffes oder des Flußmittels registriert hat.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Relief des Bereiches über einen Laser als Sensor
abgetastet und die Erwärmung beendet wird, sobald der Laser
eine vorgegebene Veränderung des Reliefs registriert hat.
3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Bereich von einer Videokamera als Sensor erfaßt,
das erfaßte Bild digitalisiert und die Erwärmung beeinflußt
wird, sobald durch das Wegschmelzen des Zusatzwerkstoffes
oder des Flußmittels eine markante Veränderung des
digitalisierten Bildes eingetreten ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die markante Veränderung des digitalisierten Bildes
durch eine auf Veränderung der Farbe bzw. Frequenz des an
der Lotstelle durch die Erwärmung ausgestrahlten und über
die Videokamera aufgenommenen Lichtes reagierende
Auswertung erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Auswertung auf die Veränderung der Farbe bzw.
Frequenz des an der Lotstelle durch die Erwärmung der im
Flußmittel vorhandenen Elemente ausgestrahlten und über die
Videokamera aufgenommenen Lichtes reagiert.
6. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1
bis 5 zur Herstellung einer Lötverbindung zwischen
ineinandergesteckten Aluminiumrohren, wobei der
Zusatzwerkstoff in Form eines Lotringes auf das eine
Rohrende aufgesteckt wird.
7. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1
bis 6 bei der Einbindung von Verdampfern von Kühlschränken
in den Kühlmittelkreislauf für den Zweck nach Anspruch 6.
8. Anlage zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit
Haltevorrichtungen zum überlappenden Halten der zu
verbindenden Aluminiumteile und mit mindestens einer
auf den Überlappungsbereich gerichteten, über eine
Stellvorrichtung zu- und abschaltbaren Wärmequelle,
gekennzeichnet durch
- - einen auf den Bereich des sichtbaren Ansatzes des Lötspaltes und des deponierten Zusatzwerkstoffes gerichteten berührungslos arbeitenden Sensor,
- - eine elektronische Regeleinrichtung, an die der Sensor und die Stellvorrichtung angeschlossen sind, wobei die Regeleinrichtung dazu ausgelegt ist, die Charakteristik einer ersten Impulsfolge des Sensors zu speichern, eine weitere Impulsfolge des Sensors mit der gespeicherten Impulsfolge zu vergleichen und ein Stellsignal der Stellvorrichtung abzugeben, wenn eine weitere Impulsfolge von einer ersten Impulsfolge erheblich abgewichen ist.
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