DE3733618C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Löten von Ringstück-Rohrverbindungen - Google Patents

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Löten von Ringstück-Rohr­ verbindungen aus Stahl.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Ringstücke werden im Maschinenraum verwendet, um Flüssigkeiten, wie z. B. Benzin, Öl oder Fett in Aggregate einspeisen zu können. Sie bilden die Nahtstelle zwischen den Maschinen, wie z. B. Motoren, Drehmaschinen usw. und den medienführenden Rohren. Die Verbindung zwischen Ringstück und Rohr wird nach dem Stand der Technik gelötet. Dazu werden hauptsächlich das Flammenlöten unter Flußmitteln, das Schutzgaslöten im Ofen sowie das Induktionslöten unter Schutzgas angewandt.

Beim Löten mit der Flamme wirkt sich nachteilig aus, daß gut ausgebildetes Personal vorhanden sein muß, um qualitätsgerecht die Lötung ausführen zu können. Des weiteren muß nach dem Löten die Verbindungsstelle gebeizt werden, um Zunder oder Flußmittelreste zu entfernen, da sie im Betriebszustand zu Störungen führen können. Das Schutzgaslöten im Durchlaufofen ist ein effektives Fügeverfahren für die Serienfertigung von großen Stückzahlen. Für Reparaturarbeiten oder zum Fügen kleiner Stückzahlen ist diese Technologie nicht wirtschaftlich, weil die Investitions- und Betriebskosten sehr hoch sind. Das gleiche gilt für das Induktionslöten unter Schutzgas. Hier sind die Investitionskosten zwar etwas geringer als beim Ofenlöten, dafür ist aber auch nur eine Einzelfertigung möglich.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Fügen von Ringstück-Rohr­ verbindungen zu schaffen, um bei Reparaturarbeiten und in der Einzelfertigung eine kostengünstigere Fügetechnologie als die bisherige in Anwendung zu bringen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung unter Anwendung der direkten elektrischen Widerstandserwärmung zu entwickeln, um Ringstück-Rohr­ verbindungen löten zu können. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß unter Verwendung des an sich bekannten Prinzips der direkten elektrischen Widerstanderwärmung (Salzberg, Bogdahn, "Schweißen und Schneiden" Düsseldorf 38 (1986), H. 5, S. 233-236; Salzberg, Bogdahn, "Schweißtechnik" (Berlin) 28 (1978), H. 6, S. 181-182; Salzberg, Bogdahn, "Schweißtechnik" (Berlin) 32 (1982) H. 10, S. 443-444 ) die Stromeinleitung am Ringstück über eine oder mehrere hinreichend kleine Kontaktflächen erfolgt, so daß ein relativ großer Übergangswiderstand entsteht. Dabei müssen sich diese Kontaktflächen in einem Bereich befinden, der sich außerhalb oder innerhalb der Hälfte des Ringstückes befindet, welche sich am Lötstutzen anschließt. Die Stromeinleitung am Rohr erfolgt über verhältnismäßig große Kontaktflächen, die sich parallel zur Rohrachse auf der äußeren Mantelfläche des Rohres befinden, um einen relativ geringen Übergangswiderstand zu erhalten.

In vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemaßen Verfahrens erfolgt die Stromeinleitung über jeweils symmetrisch zur Rohrachse angeordnete Kontaktflächen.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im Auge des Ringstückes ein Kontakt- und Halteelement so angeordnet, daß eine hinreichend kleine Kontaktfläche des Kontakt-Halteelementes in dem auf der Rohrachse liegenden Scheitelpunkt des Auges gewährleistet ist. Dabei handelt es sich um den Scheitelpunkt, der der Verbindungsstelle am nächsten liegt. Das Kontakt- und Halteelement des Rohres ist durch einen Grundkörper charakterisiert, der hinreichend große Auflageflächen aufweist.

In günstiger Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist im Auge des Ringstückes ein zylinderförmiges oder polygones Kontakt- und Halteelement angeordnet. Als Kontakt- und Halteelement des Rohres ist ein prismenförmiger Grundkörper angeordnet, dessen Auflageflächen parallel zur Rohrachse verlaufen. Weitere Varianten werden im Ausführungsbeispiel näher beschrieben.

Anschließend soll das erfindungsgemäße Verfahren mit der dazugehörigen Vorrichtung in Funktion beschrieben werden.

Der Aufgabenstellung der Erfindung folgend, erfolgt die Erwärmung der Lötstelle mittels direkter elektrischer Widerstandserwärmung. Dabei wird zwar ein an sich bekanntes Erwärmungsverfahren angewandt, das allerdings für die Herstellung von Ringstück-Rohr­ verbindungen bisher nicht angewandt wurde. Der Grund bestand in dem für eine direkte elektrische Widerstandserwärmung vorliegenden ungünstigen Massenverhältnis zwischen Ringstück und Rohr, das zu Gunsten des Ringstückes stark verschoben ist. Dies wirkte sich bei üblicher Anwendung der elektrischen Widerstandserwärmung (möglichst geringe Übergangswiderstände an den Kontaktflächen zwischen Bauteil und Kontaktelektrode) negativ aus, weil die für das jeweilige Bauteil notwendige Temperatur nur ungenügend erzeugt werden kann. Bedingt durch den großen Massenunterschied entstehen entweder kalte Lötstellen am Ringstück (durch zu geringe Lötenergie) oder das Rohr wird aufgeschmolzen (durch zu hohe Lötenergie).

Überraschenderweise konnte eine qualitätsgerechte Lötverbindung unter Beibehaltung des Prinzips der direkten elektrischen Widerstanderwärmung nur dann geschaffen werden, wenn entgegen der bisher üblichen Verfahrensweise zwischen Kontaktelement und Ringstück mit einem relativ großen Übergangswiderstand gearbeitet wurde, der durch eine annähernd punktförmige Anlage des Kontaktelements an das Ringstück erreicht wurde. Durch diese annähernd punktförmige Anlage für die Stromeinleitung beginnt in unmittelbarer Nähe der Kontaktstelle das Ringstück zu glühen. Damit ist garantiert, daß die Wärme, ausgehend vom Ringstück, in das Rohr gelangt und nicht umgekehrt. Die Halterung und Kontaktierung des Rohres erfolgt nach den allgemeinen üblichen Kriterien der direkten elektrischen Widerstanderwärmung durch Realisierung eines möglichst geringen Übergangswiderstandes. Erst diese Kombination, Einleitung des Stromes über einen kleinen Übergangswiderstand einerseits und über einen großen Übergangswiderstand andererseits, macht die Anwendung des Prinzips der direkten elektrischen Widerstanderwärmung zum Löten von Ringstück-Rohr­ verbindungen möglich.

Ausführungsbeispiel

Anschließend soll das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Dabei zeigt

Fig. 1 die Vorderansicht

Fig. 2 die Seitenansicht

Fig. 3 die Draufsicht
einer nach erfindungsgemäßem Verfahren und Vorrichtung hergestellten Ringstück-Rohr­ verbindung mit der entsprechenden Anordnung von Kontakt- und Halteelementen.

Ein Rohr (1) aus unlegiertem Baustahl mit 15 mm Außendurchmesser soll mit einem entsprechenden Ringstück (2) mittels direkter elektrischer Widerstandserwärmung unter Schutzgas Argon R 40 gelötet werden. Zu diesem Zweck wird das Rohrende mit einem kupferlegierten Lotring aus CuMn12Ni oder CuBe2 bestückt. Die Drahtstärke des Ringes soll zweckmäßigerweise 1 mm betragen. Durch das Aufschieben des Ringstückes (2) auf das Rohrende wird erreicht, daß der Lötring unmittelbar am Schaftende des Ringstückes positioniert wird. Diese so bestückten Bauteile werden dann in die Lötvorrichtung eingelegt. Dabei muß das Kontakt- und Halteelement (3) im Auge (4) des Ringstückes so angeordnet sein, daß eine hinreichend kleine Kontaktfläche (5) (ca. 1 mm²) in dem auf der Rohrachse liegenden Scheitelpunkt des Auges (4) erreicht wird, der der Verbindungsstelle (6) am nächsten liegt. Als Kontakt- und Halteelement (3) im Auge (4) des Ringstückes (2) kann neben einer zylinderförmigen Elektrode auch eine quaderförmige bzw. eine Elektrode mit einer polygonen Grundfläche zur Anwendung kommen. Voraussetzung ist in jedem Fall nur, daß zwischen Elektrode und Ringstück eine hinreichende kleine Kontaktfläche zur Gewährleistung eines verhältnismäßig großen Übergangswiderstandes erreicht wird. Durch diese Maßnahme entsteht an der Kontaktstelle eine annähernd punktförmige Wärmequelle, die die Lötteile in kurzer Zeit (6-10 Sekunden) auf die notwendige Arbeitstemperatur bringt. Durch die kurze Lötzeit wird erreicht, daß nicht die gesamte Dichtfläche des Ringstückes erwärmt wird und somit eine notwendige Härte für die Dichtfunktion erhalten bleibt. Der erwärmte Bereich des Ringstückes erfährt seine Härte durch die Abschreckwirkung des Schutzgases. Damit ist die Dichtfunktion des Ringstückes in seiner Gesamtheit gewährleistet. Eine große Kontaktfläche zwischen Elektrode und Ringstück wurde einen geringen Übergangswiderstand bewirken und somit zur Dominanz des Stoffwiderstandes führen. Die Folge davon wäre eine gesamte Erwärmung des Ringstückes (die Abschreckwirkung des Schutzgases ist bei einer großen Masse nicht intensiv genug, um eine Aufhärtung zu erzielen) und eine Schädigung des Rohres durch eine zu hohe Stromdichte. Eine weitere Ankopplung mit kleiner Kontaktfläche zu erzielen wäre möglich, indem ein Kontakt- und Halteelement konstruktiv so gestaltet wird, daß die Stromeinleitung von der Außenfläche (7) des Ringstückes erfolgen kann. Dabei sollten jedoch die Kontaktpunkte jeweils symmetrisch zur Rohrachse angeordnet sein, um eine gleichmäßige Erwärmung des Ringstückes zu garantieren und außerdem müssen diese Kontaktpunkte so nahe wie möglich an der Verbindungsstelle (6) liegen, damit eine schnellstmögliche Erwärmung garantiert ist. Die Halterung des Rohres (1) erfolgt über ein Kontakt- und Halteelement (8), das beispielsweise einen prismenförmigen Grundkörper mit dreieckförmiger Aufnahme (12) besitzt, so daß verhältnismäßig große Kontaktflächen (ca. 10 mm²) 9 entstehen, die jeweils parallel zur Rohrachse verlaufen und einen kleinen Übergangswiderstand garantieren. Ein durch den Klemmbügel (11) auf das Rohr ausgeübter Druck gewährleistet noch eine Verbesserung des elektrischen Kontaktes.

Die so montierten Bauteile sind in einer Schutzgaskammer angeordnet, deren Aufbau und Funktionsweise der in DD-PS 213373 (Verfahren und Vorrichtung zum Schutzgaslöten hochlegierter Stahlbauteile) beschrieben, ähnlich ist.

Nach dem Schließen der Kammer und deren Füllung mit dem Schutzgas (Argon R 40 oder Stickstoff R 40) wird der Lötprozeß eingeleitet. Ist der Lotring abgeschmolzen, wird der Lötstrom unterbrochen. Zweckmäßigerweise ist die Lötverbindung nach dem Löten noch etwa 1 min in der Schutzgasatmosphäre zu belassen. Damit wird verhindert, daß der unlegierte Baustahl verzundert. Die so hergestellten Verbindungen genügen in jedem Fall allen löttechnischen Forderungen und brauchen nicht gebeizt werden.

Claims (4)

1. Verfahren zum Löten von Ringstück-Rohrverbindungen, das nach dem Prinzip der direkten elektrischen Widerstandserwärmung arbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stromeinleitung seitens des Ringstückes (2) zur Erzeugung eines relativ großen Übergangswiderstandes über eine oder mehrere hinreichend kleine Kontaktflächen (5) erfolgt, wobei sich diese Kontaktflächen (5) in dem Bereich der Hälfte des Ringstückes (2) befinden, an welchen sich der Lötstutzen (10) anschließt, und daß die Stromeinleitung seitens des Rohres (1) zur Erzeugung eines relativ geringen Übergangswiderstandes über verhältnismäßig große Kontaktflächen (9) erfolgt, die parallel zur Rohrachse auf der äußeren Mantelfläche des Rohres (1) angeordnet sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromeinleitung seitens des Rohres (1) über symmetrisch zur Rohrachse angeordnete Kontaktflächen (9) erfolgt.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Auge (4) des Ringstückes (2) ein Kontakt- und Halteelement (3) so angeordnet ist, daß eine hinreichend kleine Kontaktfläche (5) im Scheitelpunkt des Auges (4), der der Verbindungsstelle (6) am nächsten liegt, gewährleistet ist und daß ein an dem Rohr (1) an geordnetes Kontakt- und Halteelement (8) hinreichend große Kontaktflächen (9) hat.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontakt- und Halteelement (3) zylinderförmig oder polygonal und das Kontakt- und Halteelement (8) ein prismenförmiger Grundkörper ist, dessen Kontaktflächen (9) parallel zur Rohrachse des Rohres (1) verlaufen.