Präzisions-Vakuumpumpenlösungen für Fügeprozesse in der Luft- und Raumfahrt
Vakuumschweißen und -löten sind wesentliche Fügetechnologien in der Luft- und Raumfahrtfertigung. Sie erzeugen hochfeste, saubere und oxidationsfreie Verbindungen für kritische Strukturkomponenten wie Turbinenschaufeln, Wärmetauscher, Kraftstoffsystemverteiler und leichte Legierungsbaugruppen. Beim Vakuumlöten muss die Prozessumgebung streng kontrolliert werden, um metallurgische Festigkeit, minimale Porosität und gleichmäßige Verbindungen zu erreichen, insbesondere beim Verbinden von Hochtemperaturlegierungen und komplexen Geometrien.
Um diese Ergebnisse zu erzielen, muss das Vakuumpumpsystem während des gesamten Wärmezyklus, von der Evakuierung und Ausgasung der Kammer bis hin zum Halten und Abkühlen bei hoher Temperatur, ein konstantes, kontaminationsfreies Vakuumniveau liefern. In diesem Artikel werden die Rolle von Vakuumpumpen bei Schweiß- und Lötanwendungen in der Luft- und Raumfahrt, die verwendeten spezifischen Vakuumtechnologien und die Entwicklung zuverlässiger Pumpsysteme für qualitativ hochwertige Verbindungen erläutert.
1. Schweißen und Löten in der Luft- und Raumfahrt in der Praxis
1.1 Überblick über das Vakuumlöten
Beim Vakuumlöten werden Komponenten in einer kontrollierten Vakuumumgebung erhitzt, sodass das Füllmetall durch Kapillarwirkung ohne Flussmittel fließt und hochintegrierte Verbindungen bildet.
Typische Vakuumniveaus: 10⁻³ bis 10⁻⁵ mbar für das Hartlöten in der Luft- und Raumfahrtindustrie, um Oxidation zu verhindern und eine gute Benetzung des Füllmetalls sicherzustellen.
Temperaturbereiche: Abhängig von Legierungen und Zusatzwerkstoffen oft 1000–1700 °C .
Vakuumlöten bietet Vorteile wie:
Eliminierung von Flussmitteln und damit verbundenen Rückständen
Gleichmäßige Erwärmung und konsistente Verbindungsgeometrie
Reduzierte Verformung und hohe strukturelle Festigkeit
Diese Eigenschaften sind besonders wichtig für Komponenten in der Luft- und Raumfahrt, bei denen Zuverlässigkeit und Gewichtsleistung von größter Bedeutung sind.
2. Rolle von Vakuumpumpen in Schweiß- und Lötöfen
In Vakuumschweiß- und Lötöfen sind Vakuumpumpen zuständig für:
● Kammerevakuierung
Das Entfernen von Luft und Feuchtigkeit vor dem Erhitzen verhindert Oxidation und Kontamination der Verbindungsflächen.
● Ausgasungskontrolle
Beim Erhitzen von Metallen und Vorrichtungen werden beim Temperaturanstieg Gase freigesetzt; Vakuumsysteme müssen variable Gaslasten bewältigen , ohne das Vakuumniveau zu verschlechtern.
● Stabiles Prozessvakuum
Während des Haltens bei hohen Temperaturen muss das Vakuum stabil bleiben, um eine gleichmäßige metallurgische Verbindung sicherzustellen.
● Saubere Umwelt
Ölfreie oder ordnungsgemäß gefilterte Systeme verhindern die Rückströmung von Kohlenwasserstoffen und schützen so die Verbindungsqualität.
3. Vakuumpumpentechnologien für das Schweißen und Löten in der Luft- und Raumfahrt
Vakuumpumpsysteme für das Hartlöten in der Luft- und Raumfahrt umfassen typischerweise mehrere Pumpentechnologien, die aufgrund ihrer Leistung in verschiedenen Druckbereichen und Prozessstufen ausgewählt werden:
3.1 Drehschieber-Vakuumpumpen (Vorstufe)
Ölgeschmierte Drehschieberpumpen werden üblicherweise als primäre Vakuumquelle verwendet, um die Kammer vom atmosphärischen Druck auf den Grobvakuumbereich (≈10⁻²–10⁻³ mbar) zu senken.
Schlüsselattribute
Zuverlässige und bewährte Prozessstartpumpe
Konstante Hubraumleistung
Gut für die anfängliche Evakuierung und Feuchtigkeitsentfernung
Technische Hinweise
Kombinieren Sie es mit Ölnebelfiltern und Rückschlagventilen, um das Kontaminationsrisiko zu verringern
Dienen typischerweise als Vorvakuumpumpen für höhere Vakuumstufen
Diese Pumpen erzeugen das Basisvakuum, das die Ofenumgebung auf tieferes Pumpen während des Lötens vorbereitet.
3.2 Roots-Vakuumpumpen (Booster).
Um den Druckabbau zu beschleunigen und den Durchsatz zwischen Grobvakuum und Hochvakuumbetrieb zu verbessern, werden häufig Roots-Vakuumpumpen (auch Druckerhöhungspumpen genannt) in das System integriert.
Rolle in Lötsystemen
Erhöhen Sie die effektive Sauggeschwindigkeit
Reduzieren Sie die Abpumpzeit
Verbessern Sie die Evakuierung größerer Kammern
Wälzkolbenpumpen arbeiten im Tandem mit einer Vorvakuumpumpe (z. B. einer Drehschieberpumpe), um einen hohen Durchfluss bei mittleren Drücken zu gewährleisten, bevor der endgültige Lötvakuumbereich erreicht wird.
3.3 Trockenvakuumpumpen für sauberen Betrieb
Trockenvakuumpumpen – wie Trockenschneckenpumpen und Trockenklauenpumpen – werden wegen ihres ölfreien Betriebs und ihrer kontaminationskontrollierten Konstruktion zunehmend für Lötanwendungen in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt.
Vorteile
Kein Risiko einer Ölverschmutzung
Hervorragende Toleranz gegenüber Prozessgasbelastungen
Geringerer Wartungsaufwand im Vergleich zu ölgedichteten Alternativen
Trockenpumpen sind besonders dort von Vorteil, wo Prozesssauberkeit und Wiederholbarkeit Priorität haben, beispielsweise beim Hartlöten von Turbinentriebwerkskomponenten und bei Baugruppen für Satellitenhardware.
3.4 Hochvakuumtechnologien (optional für fortgeschrittene Systeme)
Für Lötprozesse, die sehr geringe Restgasmengen und ultrareine Bedingungen erfordern, können Hochvakuumpumpentechnologien eingesetzt werden:
Diese werden typischerweise zusammen mit mechanischen Pumpen eingesetzt und sorgen für extrem niedrige Drücke und saubere Umgebungen bei empfindlichen Lötprozessen.
4. Entwicklung eines Löt-Vakuumpumpsystems
Eine typische Vakuumpumpenkonfiguration für Lötöfen in der Luft- und Raumfahrt umfasst:
Stufe 1 – Vorvakuumpumpe: Die Drehschieberpumpe evakuiert schnell Luft aus der Kammer.
Stufe 2 – Booster-Pumpe: Die Roots-Pumpe erhöht die Pumpgeschwindigkeit und geht in ein tieferes Vakuum über.
Stufe 3 – Saubere Vakuumquelle: Trockenvakuumpumpe (z. B. Trockenschnecke) sorgt für anhaltendes Vakuum mit minimaler Kontamination.
Optionale Hochvakuumstufe: Turbomolekular- oder Kryopumpen für spezielle Anforderungen.
Überlegungen zum Systemdesign
Pumpendimensionierung basierend auf Ofenvolumen und Gaslast
Management kondensierbarer Gase (z. B. Kondensatoren oder Fallen)
Steuerungssequenzierung und Ventilautomatisierung
Dichtheit und Druckstabilität
Eine durchdachte Kombination sorgt für effizientes Abpumpen, stabile Lötbedingungen und hohe Ausgabequalität für die Anforderungen der Luft- und Raumfahrt.
5. Vorteile der richtigen Vakuumpumpenauswahl
Ein gut konzipiertes Lötvakuumpumpensystem liefert:
Reduzierte Zykluszeiten durch schnelleres Abpumpen und stabiles Prozessvakuum
Verbesserte Verbindungsqualität durch Minimierung von Oxidation und Kontamination
Verbesserte Wiederholgenauigkeit bei der Serienfertigung
Geringere Wartungskosten durch ölfreie oder optimierte ölabgedichtete Systeme
Skalierbarkeit für unterschiedliche Kammergrößen und Produktionslinien in der Luft- und Raumfahrt
6. Wordfik-Vakuumpumpenlösungen für das Schweißen und Löten in der Luft- und Raumfahrt
Wordfik bietet maßgeschneiderte Vakuumpumpenlösungen für Lötanwendungen in der Luft- und Raumfahrt, darunter:
Drehschieber-Vakuumpumpen zur Erstevakuierung
Roots-Booster-Systeme für schnelleren Durchsatz
Ölfreie Trockenvakuumpumpen für kontaminationskontrollierte Umgebungen
Integrierte Vakuumpumpenpakete mit Steuerung und Automatisierung
Jedes System ist auf die spezifische Ofenkammer, das Löttemperaturprofil und den gewünschten Lötdruck abgestimmt, um eine konsistente metallurgische Verbindung und Prozesszuverlässigkeit zu gewährleisten.
