Verfahren zum Beloten einer metallischen Struktur, insbesondere von Teilbereichen eines Wabenkörpers

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beloten von Teil¬ bereichen einer metallischen Struktur, insbesondere eines metallischen Wabenkörpers. Besonderes Anwendungsgebiet ist das Beloten der Innen¬ seiten eines Mantelrohres für einen metallischen Wabenkörper, der z. B. als Trägerkörper für katalytisch aktives Material zum Einsatz in der Ab¬ gasreinigung bei Kraftfahrzeugen gebraucht wird. Auch andere Anwendun¬ gen bei vergleichbar feinen Blechstrukturen, wie z. B. in Wärmetau- schern, sind möglich.

Aus der EP-B-0 049 489 ist bereits ein Verfahren zum Beloten von metallischen Strukturen bekannt, bei dem ein Haftkleber aufgebracht und anschließend mit Lötpulver beaufschlagt wird. Dieser Haftkleber bleibt auch nach dem Trocknen haftfähig und soll bei Löttemperatur rück¬ standsfrei verdampfen. Mit Hilfe eines solchen Klebers kann eine dünne, praktisch monopartikulare Schicht aufgebracht werden, so daß über die Korngröße der verwendeten Lötkörner recht genau die Menge des auf¬ zubringenden Lotes dosiert werden kann. Weitere Aussagen über das Verhalten des Haftklebers bei erhöhter Temperatur, wie sie bei einer thermischen Behandlung der Struktur auftreten könnte, enthält diese Schrift nicht.

Aus der DE-A-38 18 512 sind verschiedene Belotungsverfahren mit ihren unterschiedlichen Vor- und Nachteilen bekannt. Diese Schrift enthält einen Überblick über die bis dahin bekannten Lotungsverfahren für Wabenkörper und ähnliche Strukturen. Auch hier wird jedoch keine Aussage über die Eigenschaften der verwendeten Kleber oder Binder bei erhöhter Temperatur gemacht.

Aus der US-PS 4,795,615 ist es auch bekannt, bei einem metallischen Wabenkörper, der ein Mantelrohr aufweist, die Anbindung der eigentli- chen Wabenstruktur an das Mantelrohr in einem streifenförmigen, etwa in Umfangsrichtung verlaufenden Bereich vorzunehmen, beispielsweise durch Einlegen einer Lötfolie. Das Einlegen einer Lötfolie ist jedoch nicht für alle Anwendungsfälle geeignet, da eine Lötfolie beispielsweise verschoben oder verformt wird, wenn eine Wabenstruktur in ein Mantel- röhr hineingeschoben wird.

Bei komplexeren Bauteilen, beispielsweise Katalysator-Trägerkörpern oder Wärmetauschern, sind oft mehrere Herstellungsschritte erforderlich bevor der gewünschte Körper vollständig zusammengesetzt und belotet ist. Die auftretenden Probleme seien anhand eines metallischen Wabenkörpers mit Mantelrohr erläutert:

Um die feinen Strukturen der für einen Wabenkörper verwendeten Bleche herstellen und verarbeiten zu können, ist es vorteilhaft, wenn die Bleche mit einem Walzöl beschichtet sind, welches Mineralstoffe, Fett¬ stoffe und Hilfsstoffe enthalten kann. Ein solches Walzöl muß jedoch vor einem Beloten der aus den Blechen hergestellten Struktur zumindest teilweise entfernt werden, was durch eine thermische Behandlung gesche¬ hen kann. Besonders praktisch ist es allerdings, wenn diese thermische Behandlung bereits an dem in seiner Form vollständig hergestellten

Wabenkörper mit Mantelrohr erfolgen kann, d. h. die noch mit einer Ölschicht versehenen Blechstrukturen müssen zunächst in ein geeignetes Mantelrohr eingesetzt werden. Da die zu verlötenden Bereiche zwischen Mantelrohr und Wabenstruktur später nicht mehr mit Lot versehen werden können, müssen zu diesem Zeitpunkt bereits die gewünschten Teilbereiche im Inneren des Mantelrohres belotet sein. Wenn dies in an sich bekannter Weise mittels eines klebrigen Materials und Lotpulver erfolgen soll, so ist es notwendig, daß das Lotpulver auch bei und nach einer thermischen Behandlung in den gewünschten Bereichen haften bleibt. Ähnliche Probleme treten auch bei anderen Wabenstrukturen auf, in denen bestimmte Teile schon vor dem Zusammensetzen belotet wer¬ den müssen, andere Teile jedoch erst später.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, einen Belotungsprozeß anzugeben, welcher die gezielte und thermisch stabile Belotung von Teilbereichen einer metallischen Struktur ermöglicht, ohne daß das aufgebrachte Lot bei späterer thermischer Behandlung oder weiteren Handhabungsschritten herausfällt.

Dieses Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Beloten einer metallischen Struktur, wobei ein klebriges Material auf die Strktur oder Teilbereiche davon aufgetragen und anschließend Lotpulver aufgebracht wird, welches an dem klebrigen Material haften bleibt, und wobei das klebrige Material seine Haftfähigkeit bis zu Temperaturen von mindestens 180° C, vorzugsweise über 200° C, beibehält, und nach dem Auftrag des Lotpulvers aber vor dem eigentlichen Lötprozeß eine thermische Behand¬ lung der Struktur, insbesondere ein thermisches Entfetten nicht oder noch nicht beloteter Strukturteile, durchgeführt wird, ohne daß das Lötpulver dabei oder bei anschließenden Handhabungsschritten herausfällt.

Während es bisher praktisch nicht möglich war, komplexere Strukturen in zwei oder mehreren Arbeitsschritten zu beloten und nach einer ersten Belotung noch komplexe Arbeitsschritte mit einer thermischen Behand¬ lung vorzunehmen, schafft die vorliegende Erfindung eine solche Möglich- keit. Dadurch können verschiedenartige Lötverbindungen in einer metalli¬ schen Struktur durch verschiedene Belotungstechniken, mit unterschiedli¬ chen Loten bei hoher Qualität nacheinander angewendet werden. Ins¬ besondere ist es möglich, noch mit einem Walzöl versehene Strukturen nach der Zusammensetzung eines Wabenkörpers noch thermisch zu entfetten, auch wenn in anderen Bereichen schon Lot aufgebracht ist. Dies war bisher nicht möglich, so daß erhebliche Nachteile durch die Verwendung bereits entfetteter Bleche beim Aufbau der Strukturen in Kauf genommen werden mußten.

Die Erfindung läßt sich insbesondere besonders vorteilhaft für die Ver¬ bindung des Mantelrohres eines Katalysator-Trägerkörpers mit dem übrigen Wabenkörper einsetzen. Dazu wird auf der Innenseite des Man¬ telrohres mindestens ein streifenförmig, etwa entlang des Innenumfanges verlaufender Bereich mit einem klebrigen Material und anschließend mit Lotpulver versehen. Der Auftrag des klebrigen Materials kann beispiels¬ weise mit einer Filzrolle, einem offenporigen Gummi oder einer schwammartigen Vorrichtung erfolgen, wodurch sich ein solcher Prozeß auch leicht automatisieren läßt. Bei typischen Anwendungen sind solche streifenförmigen Bereiche etwa 15 mm bis 25 mm, vorzugsweise etwa 20 mm breit.

Als günstig für die Haltbarkeit und zur Bewältigung von Dehnungsproble¬ men hat es sich erwiesen, bei Wabenkörpern bzw. Mantelrohren mit einer axialen Länge von mehr als 90 mm mindenstens drei streifenförmi- ge Bereiche zu beloten, bei kürzeren Mantelrohren zwei oder einen.

Da einerseits die in ein solches Mantelrohr eingesetzten Wabenstrukturen bei manchen Anwendungsfällen etwas kürzer als das Mantelrohr selbst sind, andererseits eine Verbindung zwischen Mantelrohr und Waben¬ struktur nicht unbedingt direkt an den Stirnseiten erfolgen soll, ist es vorteilhaft, wenn die streifenförmigen Bereiche mit Abstand von den Stirnseiten des Mantelrohres angebracht werden.

Falls es sich bei dem klebrigen Material um eine Lösung handelt, wird dieses vor der eigentlichen thermischen Behandlung getrocknet, um leicht flüchtige Bestandteile zu entfernen. Dies vermeidet bei einer späteren schnellen Aufheizung die Blasenbildung und dadurch das Ablösen von Lotpulver.

Als geeignetes klebriges Material hat sich z. B. Polyvenylmethylether erwiesen. Dieser kann umweltschonend in einer etwa 2-6%igen wässrigen Lösung verarbeitet werden, vorzugsweise einer etwa 4%igen Lösung.

Zumindest für den beschriebenen Anwendungsfall der Katalysator-Träger¬ körper eignen sich besonders Lotpulver mit Korngrößen von etwa 50 μ bis 140 ß, vorzugsweise etwa 63 ß bis 125 μ. Für die Verlötung der feinen Wabenstruktur selbst werden im allgemeinen Lote mit einem erheblichen Anteil noch kleinerer Körner benötigt, wobei solche Lotpul¬ vermischungen mit der Zeit an kleinen Lotkörnern verarmen. Gerade die übrigbleibende Zusammensetzung an Korngrößen eignet sich besonders gut für die Innenbelotung von Mantelrohren, wodurch der gesamte Herstellungsprozeß sehr wirtschaftlich wird.

Nach dem Aufbringen des Lotpulvers können strukturierte Blechlagen in das Mantelrohr geschoben oder anderweitig eingesetzt und anschließend thermisch behandelt werden.

Was das Aufbringen des Lotpulvers angeht, so kann dieses vorzugsweise in einem Wirbelbett erfolgen, in welches die zu belotenden Teile der Struktur eingetaucht werden. Auch das Einblasen von Lotpulver oder vergleichbare Verfahren finden Anwendung.

Die gewünschte sehr geringe und sehr präzise Dosierung von Lotpulver in den gewünschten Bereichen kann auf diese Weise eingehalten werden, wobei sich z. B. für ein Nickel-Basislot in einer vorzugsweise monoparti¬ kularen Schicht ein Auftragsgewicht von etwa 0,03 g bis 0,04 g pro Quadratzentimeter ergibt.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand eines Ausführungsbeispiels, auf das die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist, unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische, perspektivische, teilweise aufgebrochene An¬ sicht eines Katalysator-Trägerkörper und

Fig. 2 einen Teilquerschnitt durch ein belotetes Mantelrohr eines solchen Körpers.

Fig. 1 zeigt einen Katalysator-Trägerkörper (1) mit einem Mantelrohr (2), dessen Innenseite (3) in einem Bereich (5) der Breite (b) mit dem erfindungsgemäßen Verfahren belotet wird. Nach der Belotung kann der eigentliche Wabenkörper (4) aus einer Vielzahl strukturierter Blechlagen eingesetzt werden. Wie Fig. 2 veranschaulicht, wird das Mantelrohr (2) beim Beloten mit einem klebrigen Material (6) versehen, auf dem eine Schicht Lotpulver (7) haften bleibt. Nach dem Zusammensetzen des Wabenkörpers (1) kann dieser ohne Verlust des bereits aufgebrachten Lotpulvers thermisch behandelt, z. B. entfettet werden bei Temperaturen von 180° C oder höher, wodurch eine anschließende Belotung z. B. der

Stirnseiten der Wabenstruktur (4) nach einem anderen Belotungsverfahren und/oder mit einem anderen Lot erfolgen kann. Durch die Verwendung noch nicht entfetteter oder besonders eingefetteter strukturierter Bleche kann der Herstellungsprozeß insgesamt vereinfacht und beschleunigt werden und es können unterschiedliche Lote und Belotungsverfahren für die unterschiedlichen sich stellenden Verbindungsaufgaben verwendet werden.