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Tools & Technische Hinweise

 
 

Vakuumlötung von Aluminiumkühlplatten und -wärmetauschern

  Vakuumlötofen
 Steuerung für den Vakuumofen
  Vakuumgelötetes Aluminiumgehäuse
 kundenspezifischer Flachrohrwärmetauscher
  Lamellenwärmetauscher

Die Vakuumlötung ist eine hochwertige Löttechnologie, denn sie ermöglicht die Fertigung von Teilen mit extrem starken Lötverbindungen und ohne korrosive Flussmittel-Rückstände. Beim Vakuumlötverfahren werden zwei Grundmetalle, beispielsweise Aluminiumplatten, mithilfe eines Füllmetalls zusammengelötet. Der Schmelzpunkt des Füllmetals liegt unter dem des Grundmetalls. Das Füllmetall wird auch als verlötete Legierung bezeichnet. Es wird durch Kapillarwirkung in die eng anliegenden parallelen Oberflächen der Aluminiumplatten eingepasst. Zu den Attributen des Vakuumlötverfahrens gehören die einheitliche Erwärmung, eine enge Temperaturkontrolle, dass keine nachträglichen Reinigungsprozesse erforderlich sind, sowie die Wiederholbarkeit des Prozesses.

AluminiumkühlplattenLamellenwärmetauscher und
Flachrohrwärmetauscher sind drei Produkte, die häufig im Vakuum gelötet werden. Vakuumgelötete Aluminiumkühlplatten bestehen aus gewellten Aluminiumrippen, die in einen Zwischenraum zwischen zwei Aluminiumplatten eingelötet werden. Lamellenwärmetauscher verfügen über mit Lamellen gefüllte Strömungswege, die durch flache Platten getrennt sind. Die Lamelle wird auf die Platten gelötet. Die Platten sind mehrschichtige Aluminiumbleche mit verlöteter Legierung auf beiden Seiten. Welche verlötete Legierung für Lamellenwärmetauscher ausgewählt wird, hängt von den Legierungen der Grundmetalle und von den spezifischen Anforderungen der Anwendung ab. Flachrohrwärmetauscher werden auch als Ölkühler bezeichnet und haben Rippen zwischen Flachrohren.  Sowohl bei den Flachrohrwärmetauschern als auch bei den Kühlplatten ist die verlötete Legierung in der Regel dieselbe.

Vor der Vakuumlötung müssen die Kühlplatten- und Wärmetauscherkomponenten zunächst gereinigt werden. Durch die Entfernung von Fett, Öl, Verschmutzungen und Oxiden wird eine einheitliche Kapillarwirkung sichergestellt. Diese ist wichtig, um Lötverbindungen höchster Qualität zu erzielen.

Nach der Reinigung der Komponenten werden diese in versiegelten Behältern aufbewahrt und für die Montage in einen Raum mit Temperatur- und Feuchtigkeitskontrolle gebracht. Hierdurch wird sichergestellt, dass die Komponenten vor zusätzlicher Oxidation und Kontamination geschützt werden, bevor sie montiert und gelötet werden. Während der Montage werden Schutzhandschuhe getragen, um die Komponenten zusätzlich vor Kontaminationen zu schützen.

Sobald die Teile gereinigt und montiert wurden, werden sie in Löthalterungen befestigt. Die Löthalterungen halten die Teile zusammen und sorgen dafür, dass sie sich während des Lötverfahrens nicht verschieben. Halterungen mit geringer thermisch wirksamer Masse verkürzen den Lötzyklus. Wenn die Legierung kein Magnesium enthält, wird dieses in der Regel im Ofen hinzugefügt, um etwaige verbleibende Sauerstoffmoleküle zu binden.

Praktisch jede Kühlplatte und jeder Wärmetauscher benötigt ein leicht unterschiedliches Brennprofil, um eine Lötung von höchster Qualität zu erzielen. Das Brennprofil wird in der Branche als „Rezept“ für die Vakuumlötung bezeichnet. Im „Rezept“ werden Temperatur, Vakuumniveau und Zykluszeit angegeben. Die Lötung von Kühlplatten und Wärmetauschern erfolgt in der Regel bei etwa 1100°F (593°C) und bei einem Vakuumniveau zwischen 5 und 6 Torr. Allerdings hängt das „Rezept“ weitgehend von den Legierungen, der Gesamtmasse im Ofen und dem verwendeten Vakuumofen ab. Der Ofenregler überwacht die Vakuumniveaus und die Temperaturen und geht automatisch zum nächsten im Rezept programmierten Segment weiter, bis der Zyklus abgeschlossen ist.

Im Vergleich zu anderen metallurgischen Techniken für die Verbindung von Aluminium bietet das Hartlöten im Vakuumofen zahlreiche technische Vorteile.

  • Hochfeste, lückenlose, dichte Verbindungen, die fast an die Stärke des Grundmetalls heranreichen - Prüfdruck bis zu 800 psi, Berstdruck bis zu 1300 psi.
  • Temperaturbeständigkeit bis zu 350°F (176°C)
  • Durchgehend reproduzierbare Ergebnisse mit Verbindungsflächen mit enger Toleranz
  • Einheitliche Wärmeleitung
  • Extrem saubere Teile ohne korrosive Flussmittel-Rückstände aufgrund des flussmittelfreien Prozesses (im Gegensatz zum Tauchlötverfahren)
  • Möglichkeit, lange, anderenfalls nicht zugängliche Verbindungen zu füllen.
  • Minimale Verformung wegen einheitlicher Aufwärmung und Kühlung.
  • Keine Schädigung der Oberfläche während der Verarbeitung

Die Herstellung in einem einzigen Prozess aus komplexen Bauteilen mit zahlreichen Verbindungen kann auch Kosten senken und zugleich die Produktqualität steigern. Erträge von 80 % sind normal beim Vakuumlötverfahren, aber 98 % oder mehr erzielen positive Ergebnisse mit einem sorgfältig kontrolliertem Prozess. Angesichts der hohen Erträge bei komplexen Fertigungen ist die Vakuumlötung das bevorzugte Verbindungsverfahren für die Herstellung von hochleistungsfähigen Aluminiumkühlplatten und –wärmetauschern.