METHOD OF SOLDER-COATING FINE STRUCTURES OF THIN SHEETS TO BE SOLDERED TOGETHER, ESPECIALLY OF EXHAUST GAS CATALYST-CARRIER ELEMENTS

Abstract: 1. Method for the application of brazing powder into the approximately wedge-shaped or tangential brazing apertures of exhaust gas catalyst carrier bodies which are wrapped up in or coated in thin, finely structured sheets (1, 2), more particularly in level and ondulated sheets (1, 2), characterized by the following features : a) Brazing powder is applied dry and after the wrapping or coating. b) A brazing powder is used with a distribution of the particle sizes brought into line with the brazing aperture (3), with as large a portion as possible of small particles in the order of magnitude of 10 mu. c) The entire structure is filled with brazing powder as completely as possible. d) The surplus brazing powder is subsequently removed, so that brazing powder only remains in the brazing apertures (3) in the vicinity of the places (5) to be brazed.

Description: Verfahren zum Beloten von feinen Strukturen aus dünnen zu verlötenden Blechen, insbesondere von Abgaskatalysa tor-Trägerkörpern Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beloten von feinen Strukturen, gemäss dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Werkstücke von komplizierter Form, insbesondere mit zahlreichen Lötspalten und geringer Masse an Grundwerkstoff sind schwierig und nurmit hohen Aufwand an Material und Arbeitsstunden zu verlöten. Das Hauptproblem ist dabei die richtige und gleichmässige Belotung. Das brotist ist allgemeinen teuer und sollte daher nur in sehr geringen Mengen dosiert und möglichst dort deponiert werden, wo die zu verbindenden Teile sich berühren oder den geringsten Spalt zwischen den Verbindungsflächen aufweisen. Beim Löten von sehr dünnen Blechen mit einer Wandstärke von beispielsweise 0,04 mm oder noch weniger traten bisher Schwierigkeiten auf, weil die üblichen totpasten in einer Bindemittelmasse Lotkörner enthalten, deren Durchmesser bis zu 0,1 mm beträgt, und die aufgetragene Schicht der Lotmasse zwangsläufig wesentlich dicker ist als der Durchmesser der Lotkörner. Im Bereich der zu verlötenden Flächen ist daher die Materialmenge des Lotwerkstoffes wesentlich grösser als die Materialmenge des angrenzenden dünnwandigen Bleches. Es kommt daher durch Diffusion zum Auflegieren der wesentlich geringeren Werkstoffmenge des Bleches mit der bedeutend grösseren Menge des Lotmaterials an der Lötstelle, wodurch die mengenmässig geringeren Anteile des Blechwerkstoffes sich in der mengenmässig grösseren Lotschmelze lösen und zum Ausschmelzen des dünnwandigen Bleches führen (Errosion). Insbesondere bei stellenweiser Anhäufung mehrerer dicker Lotkörner entstehen dann im dünnwandigen Blech Löcher, die naturgemäss die örtliche Festigkeit erheblich stören. Auch wenn man die üblichen Lotpasten sehr sorgfältig und nur in einer sehr dünnen Schicht auftragen würde, so lässt sich doch nicht vermeiden, dass an Blechkanten oder in Ecken und Spalten grössere Mengen an Lotpaste zurückbleiben, die ebenfalls das bereits erwähnte Errodieren des dünnwandigen Bleches und damit Löcher an den Lötstellen bewirken, anstatt diese Bleche miteinander zu verbinden. In der europäischen Patentanmeldung 0 049 489 wird ein Verfahren zum Löten von dünnen Blechen vorgeschlagen, bei dem auf den zu lötenden Flächen ein Haftklebstoff aufgebracht wird, der bei Löttemperatur rückstandsfrei verdampft, wonach die mit Haftklebstoff beschichteten Flächen mit einem trockenen Lotpulver von geringer und bestimmter Korngrösse bestäubt und anschliessend miteinander verlötet werden. Mit diesem Verfahren werden die oben genannten Probleme beim Löten von dünnwandigen Blechen gelöst, das Aufbringen von Klebstoff und Lotpulver ist aber immer noch recht aufwendig. Ferner verursachen die zwischen den zu lösenden Verbindungsflächen deponierten Lotkörner eine für die vorhandene Lotmasse relativ grosse Distanz der Verbindungsflächen, so dass eine qualitativ gute Lötverbindung nur entstehen kann, wenn die Verbindungsflächen sich in der schmelzflüssigen Phase des Lots durch äussere oder innere Bewegungskräfte einander räumlich nähern können, was nicht in allen Fällen, so auch beispielsweise nicht bei spiralig gewickelten Abgaskatalysator-Trägerkörpern gegeben ist. Darüberhinaus ist das vor dem Löten notwendige Verdampfen des organischen Klebstoffes aus engen Spalten zeitaufwendig und führt auch bei längerem Betrieb zu Ver schmutzungen des Lötofens und der für Lötöfen dieser Art notwendigen Evakuierungsvorrichtungen. Aus der Praxis ist zumindest für bestimmte Anwendungsfälle auch bekannt, Lotpulver einfach auf zu verbindende Strukturen zu streuen, wobei beim späteren Erhitzen das Lot zu den zu verbindenden Stellen läuft. Bei der komplizierten Struktur von beispielsweise Abgaskatalysator-Trägerkörpern und den hierzu erforderlichen, oberflächennetzungsunfähigen Hochtemperaturwerkstoffen kann auf diese Weise nicht ohne weiteres genügend Lot eingebracht werden und zu den Lötstellen fliessen. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Belotungsverfahren, bei dem auf möglichst einfache Weise Lotpulver in genügend grosser Menge in unmittelbarer Nähe der zu verbindenden Stellen einer Struktur aus dünnen Blechen deponiert wird, und zwar erst nach dem Aufwickeln bzw. Schichten des Körpers, damit die Stabilität der gewickelten Struktur des Körpers auch im Lötzustand bei schmelzflüssigem Lot durch die spaltfreie Berührung der Bleche voll erhalten bleibt. Dadurch soll die Festigkeit der Lötverbindungen erhöht und Spalte in der Struktur vermieden werden. Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäss dem Hauptanspruch vorgeschlagen, die Belotung trocken, d. h. ohne Verwendung von Klebern, Bindemitteln oder ähnlichem, durchzuführen. Es wird dazu ein Lotpulver verwendet, dessen Lotkörner überwiegend die Grössenordnung der Spalte aufweisen, welche in der unmittelbaren Nähe der zu verlötenden Stellen vorhanden sind. Die ganze Struktur wird dazu an den vorgesehenen Verbindungsstellen mit Lotpulver möglichst vollständig gefüllt. Das überschüssige Lotpulver wird an schliessend entfernt, so dass fast nur noch Lot in den Spalten in unmittelbarer Nähe der zu verbindenden Lötstellen verbleibt. Wie anhand der Zeichnung erläutert wird, weisen feine Strukturen, wie sie beispielsweise bei Abgaskatalysator-Trägerkörpern auftreten, eine typische Art von zu verbindenden Stellen auf, welche in grösser wer- denden Spalten auslaufen. Mit dem vorgeschlagenen Verfahren können Lotkörner in genügender Menge in den zu lötenden Spalten deponiert werden, wo sie auch beim Entfernen von überschüssigem Lot durch Adhäsionskräfte festgehalten werden. Insbesondere bei Abgaskatalysator-Trägerkörpern, welche aus abwechselnd gewickelten gewellten und in Längsrichtung strukturierten glatten Blechbändern bestehen, kann auf diese Weise genügend Lotpulver in der Nähe der Berührungsstellen deponiert werden. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird im Anspruch 2 vorgeschlagen, dass das Lotpulver in der vollständig gefüllten Struktur zusätzlich verdichtet wird. Durch diese Massnahme werden zusätzlich Körner in die Spalte gedrückt, und es wird erreicht, dass die Körner durch mechanische Kräfte so fest gehalten werden, dass sie auch beim späteren Aufheizen nicht herausfallen. In spezieller Ausgestaltung der Erfindung wird dazu im Anspruch 3 vorgeschlagen, dass die vollständig mit Lotpulver gefüllte Struktur in mechanische Schwingung versetzt wird, insbesondere durch Rütteln, Vibrationen oder ähnliche Verfahren. Dadurch wird das Lot nicht nur verdichtet, sondern es können auch zusätzlich noch besonders kleine Körner besonders weit in die Spalten hineinwandern, so dass noch mehr Lot und vor allem noch näher an den zu verbindenden Stellen deponiert wird. Wie sich aus den bisherigen Erklärungen ergibt, ist es besonders günstig, wie im Anspruch 4 vorgeschlagen, wenn ein Lotpulver mit einem möglichst grossen Anteil möglichst kleiner Körner verwendet wird. Je kleiner die Körner sind, desto weiter können sie in die Spalten eindringen und sich dort festsetzen. Natürlich sind für die Herstellung eines solchen Lotpulvers technische Grenzen gesetzt, jedoch wurde speziell für das beschriebene Verfahren die Herstellung von Lotpulver mit einem nennenswerten Anteil an Körnern in der Grössenordnung von 10 Mikron entwickelt. In der Praxis kann das erfindungsgemässe Belotungsverfahren so durchgeführt werden, dass ein oder mehrere der zu belotenden feinen Strukturen in einen schon teilweise mit Lot gefüllten Behälter gedrückt werden, und anschliessend der Behälter so hoch mit Lotpulver auf gefüllt wird, dass die Strukturen ganz bedeckt sind. Durch eventuelles anschliessendes Verdichten oder Rütteln können die beschriebenen Verbesserungen erreicht werden. Schliesslich werden die beloteten Strukturen wieder her ausgezogen und das überflüssige Lot entfernt, beispielsweise durch Abschütteln oder auch durch Ausblasen. Dabei kann die zu belotende Struktur gemäss Anspruch 5 vor dem Beloten an ihren offenen Seiten mit Lochmasken abgedeckt werden, damit Lot nur an vorbestimmbare Stellen gelangt. Eine solche Lochmaske kann z. B. sternförmig geschlitzt oder mit anders geformten Öffnungen versehen sein. Zur Verdeutlichung der durch das erfindungsgemässe Belotungsverfahren erzielbaren Effekte ist in der Zeichnung eine typische Verbindungsstelle von feinen Strukturen dargestellt. An der Berührungsstelle 5 zwischen einem gewellten Blech ) und einem, eventuell in Längsrichtung strukturierten, glatten Band 2 entstehen auf beiden Seiten Spalte 3. Diese sich wegen der tangentialen Berührung der beiden Bleche verengenden Spalten verhindern, dass Lotkörner beim trockenen Beloten schon fertig geschichteter bzw. gewickelter Körper beliebig nahe an die zu verbindende Stelle 5 herangebracht werden können. Je kleiner jedoch die Lötkörner sind, desto näher können sie an der zu verbindenden Stelle deponiert werden. Entscheidend ist, dass genügend Lotkörner 4 soweit in den Spalt 3 hineingebracht werden können, dass beim Schmelzen der Lotkörner Lot den ganzen Spalt ausfüllt und eine feste Verbindung entstehen kann. Dazu ist es durchaus von Vorteil, wenn ausser ganz kleinen Lotkörnern auch im ausgewogenen Verhältnis, jeweils abgestimmt auf die Spaltweite, grössere Lotkörner in dem Lotpulver vorhanden sind, welche sich etwas weiter aussen in den Spalten festsetzen. Die beschriebene Methode eignet sich besonders zum Beloten von Abgaskatalysator-Trägerkörpern, wobei als Lote alle in genügend feiner Pulverform verfügbaren Materialien in Betracht kommen.

Claims: Verfahren zum Beloten von feinen Strukturen aus dünnen zu verlötenden Blechen, insbesondere von Abgaskatalysator-Trägerkörpern Patentansprücne 1. Verfahren zum Beloten von feinen Strukturen, die aus dünnen, zumindest teilweise gewellten oder sonstwie strukturierten Blechen (1, 2) geschichtet oder gewickelt sind, insbesondere von Abgaskatalysator-Trägerkörpern, wobei die Belotung trocken und nach dem Schichten bzw. Wickeln erfolgt, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h folgende Merkmale: a) Es wird ein Lotpulver verwendet, dessen Lotkörner (4) zumindest teilweise die Grössenordnung der Spalte (3) aufweisen, welche in der unmittelbaren Nähe der zu ver lötenden Stellen (5) vorhanden sind. b) Die ganze Struktur wird mit Lotpulver möglichst voll ständig gefüllt. c) Das überschüssige Lotpulver wird anschliessend entfernt, so dass fast nur noch Lot in den Spalten (3) in unmittel barer Nähe der zu verbindenden Stellen (5) verbleibt. 2. Verfahren nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h folgendes Merkmal: Das Lotpulver in der vollständig gefüllten Struktur wird verdichtet. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h folgendes Merkmal: Die vollständig mit Lotpulver gefüllte Struktur wird in mechanische Schwingung versetzt, insbesondere durch Rütteln, Vibration etc. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h folgendes Merkmal: Es wird ein Lotpulver mit einem überwiegenden An teil möglichst kleiner Körner verwendet. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h folgendes Merkmal: Die zu belotende Struktur wird an ihren offenen Seiten vor dem Betten mit Lochmasken abgedeckt, so dass Lot nur an durch die Löcher in den Loch masken vorbestinmbare Stellen in der Struktur ge langen kann.

Inventors: CYRON, THEODOR, DIPL.-ING.
Applicants: INTERATOM GESELLSCHAFT MIT BESCHRANKTER HAFTUNG
Application year: 1984
Main classification: B23K1
IPC codes: B23K35, B23K1