CN102227284B - 压紧配合连接玻璃类组件至金属的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于玻璃类组件的压紧配合连接至金属的方法以及装置，特别是用于玻璃片(2)连接至作为中心连接元件的大规模装设元件(19)，特别是由金属制成，所述方法以及装置具有下述特征：a)输入以及控制装置(6)，用于输入处理数据，b)储存与定位装置(15)，用于供应相应的扣件元件(1)，作为中心连接元件(20)的支持元件，c)具有用于固定玻璃片(2)的装设与固定装置(3)，d)厚度测量装置(7)，用于测量将被连接的所述多个组件中每一个组件的厚度以及氧化物层的厚度，e)测量装置(8)，用于测量所述玻璃片(2)的共振频率，以及表面传感器(10)，用于确定所述玻璃片(2)的粗糙深度，f)滑动装置(11)，用超声波焊头按压将要被连接的多个组件按压在一起，g)用于利用超声波焊头(4)产生超声波的装置；以及用于执行所述方法的计算器程序。

Description

压紧配合连接玻璃类组件至金属的方法及装置

技术领域

本发明涉及用于玻璃类组件（例如陶瓷表面）的压紧配合连接至金属的方法以及装置，特别是玻璃片连接至铝。

背景技术

引用了与现有技术有关的下述文件。

德国专利说明书23 12 724公开了一种利用插入金属夹层以将由金属构成的组件超声波焊接至由非金属形成的组件的方法。

如同此现有技术的范例，此文件从陶瓷-贵重金属-铝-钢的连接开始进行，其通过将超声波焊接装置的超声波发生器放置在所述钢部分，以已知的方式焊接。取决于非金属组件的材料类型以及尺寸，这里的情况可能是，所述组件不能充分地抵抗在超声波焊接期间发生的负载，且这可以破裂以及断裂反应。在此文件中所提及的非金属组件是小的压电陶瓷板或小的石英或玻璃板。因此，在所述文件中描述的方法是基于避免这种方法中的上述缺点的目的。

此目的可以由下述方式达成，首先将一层铝或铝薄膜涂覆至金属部分以及非金属部分的互相连接表面，然后固定所述非金属组件，以及将以铝涂覆的连接表面放置在另一连接表面上，并预加热到至少250°C的温度，较佳为350°C。最后，这些预加热的部分然后通过超声波焊接而彼此连接。

专利说明书23 12 724没有提供玻璃表面压紧配合连接至大规模连接元件方法的指示。

DE195 46 997C2揭露了一种用于将金属部分连接至非金属部分的进一步方法。

此文件提及了如同先前已知方法的通过超声波来接合玻璃或玻璃-陶瓷以及纯铝。这里，在小固定接触压力的作用下，焊接所需的能量以阶振器、超声波发生器的机械振荡形式如同剪切波而被导入所述焊接材料中。此外，关于所述现有技术，提及了从DE4406220A1得知的通过高频率场连接金属以及陶瓷的接合方法。

其中描述的本发明是基于源自所引用的现用技术，提供用于连接金属部分至非金属部分的简单方法的问题，特别是也使其可能获得铝部分与玻璃或陶瓷部分之间的高质量连接。

作为此问题的解决方案，DE195 46 997C2主张了用于连接金属部分至非金属部分的方法，特别是将铝或铜的部分连接至玻璃或陶瓷的部分，其中所述连接通过具有震动移动的震动焊接而通过不断地旋转振荡而建立。这里，所述不断旋转的振荡是以连续振荡路径的形式作用，所述连续振荡路径对于所述焊接表面内的所有点是相同的，就像垂直于所述焊接表面作用并也随后装设而无旋转振荡的接触压力一样。

此外，DE198 33 590C1揭露了一种用于将延伸的光学组件焊接至金属扣件的方法、其用途以及所述光学配件。

此方法也是基于使光学组件超声波焊接至金属扣件可用于延伸的光学组件的目的，特别是如果后者由于它们的高敏感度及/或高光学质量而只可曝露至最小应力。

为了达成此目的，所述文件主张一种用于将延伸的光学组件焊接至金属扣件的方法，其中透明的光学组件通常至少在其与所提供的卡扣位置相对与邻近处的边缘而装设有减振装置，且其中所述金属扣件被放置在提供在所述延伸的光学区域边缘处的所述卡扣位置上。此外，所述超声波发生器被放置在具有最佳小弯曲力矩运用的所述扣件上，并且实施超声波焊接。

从这些最新的文件也不能收集到提供能够禁得起装载的大规模装设元件的建议。

最后，WO2008/031823A1揭露了一种用于超声波焊接的质量监控方法。

关于所述现有技术，此文件引用了WO2004/096480A1，其中用于焊接引线股的时间依赖的焊接参数的控制被适配至所想要的值。

此外，所述文件参照了DE44 29 684A1，其中特征参数在电导体的焊接期间被适配至固定宽度耐受范围。

在所述文件中也引用的DE101 10 048A1中，一种用于测试由超声波引线键合建立的连接的方法使其可能通过监控主要值而得到关于连接强度的结论。

此外，所述现有技术处理了塑料部分的超声波焊接（DE43 21 874A1、EP0 567 426B、WO02/098636A1）。关于此主题，也稍微参照了WO98/49009、US5 855 706A、US5658 408A以及US5 435 863A。

从此现有技术继续进行，根据WO2008/031823A1的方法是基于以这种方式发展这种方法的目标，相较于现有技术，这种方式使处理操作的更敏感监控变得可能，以至于其可能进行适当的参数改变，所述参数改变导致更高质量的焊接结果，或使适配至处理条件变得可能，其确保质量焊接可达成所需的范围。这里，所述意图是使用于连续生产的简单使用变得可能。

发明内容

为了达成此目的，WO2008/031823A1主张了一种超声波焊接的质量保证方法，其中从测量值确定测量值耐受范围，所述测量值产生自所执行的焊接过程，且可与影响焊接过程及/或代表所述焊接过程质量的至少一个参数相关联，其中在质量监控期间考虑了与随后进一步的焊接过程中相同的参数相关的测量值。

在这种方法中，根据本发明的特征部分要求保护的是取决于进一步测量值以及从先前测量值决定的耐受范围之间的偏差，所述测量值耐受范围以其形式或以与其方位有关而被改变为用于进一步焊接过程的平均值。

概括而言，于此主张的方法描述了来自超声波焊接领域的测量值的处理，其为本领域的技术人员所熟悉的。从所述文件不能收集到用于所述压紧配合连接装置的配置的指示。

因此，根据本发明的装置以及根据本发明的方法是基于使玻璃与金属的压紧配合连接的过程变得可靠的目的，以及使其对于未训练的人员可轻易执行的目的。

此目的通过如本发明主张的装置以及通过如本发明主张的方法而达成。

附图说明

于下更详细描述根据本发明的装置。

细节：

图1：示出了根据本发明的装置的第一形式，

图2：示出了根据本发明的装置的第二形式，

图3A：示出了扣件元件,

图3B：示出了在应力下的扣件元件，

图4：示出了一系列的扣件元件，

图5A：示出了来自上述的特定卡扣点，以及

图5B：示出了来自所述侧的特定卡扣点。

具体实施方式

图1示出了一种使其可能利用超声波焊接以将金属扣件片连续连接至玻璃片的装置。这种连接方法具有经济效益，因为其比相应的黏着过程较快且较便宜。为了达成玻璃表面以及金属扣件之间跨越相当长距离的压紧配合连接，其必须考虑玻璃的材料以及金属的材料在热作用下在它们的行为方面具有不同的膨胀系数。此意指延伸的金属表面以及玻璃表面之间的连续压紧配合连接导致两种材料中的应力，且因此促使爆裂的形成。为了对抗这个，根据本发明提供了将相应的金属片焊接至在相应位置(优选地为等距离)的玻璃片，然后将这些扣件片连接至提供实际支撑的各自结构。这里，提供所述实际支撑的此结构可由金属制成且提供了用于金属连接的一般装置，或可由另一种材料构成。

在图1示出的所述装置的例子中，在每个情形中要配合的扣件元件1取自相关的储存与定位装置15，所述储存与定位装置15在这里是盘绕的、条状的盒子，其通过驱动器16而提供所需的扣件元件1。在每个情形中使用的材料类型可通过传感器14确定。原则上，此输入也可手动进行，但如果所述储存与定位装置15配备有不同材料的扣件元件1，所述传感器14的操作是较明显可靠的。由于其也可能在其中多个扣件元件连接至所述玻璃片2的区域中使用具有多层设计的所述多个扣件元件，正确地分辨各种类型的扣件元件是很重要的。

这是因为，为了最佳化所述焊接连接的表面黏着以及长期的稳定性，以及也为了适配所述扣件元件1的材料性质，例如弹性，以互相置放在其上的多个金属片形式（比较图3A）而使用多种金属(例如铝以及钢)的组合可能是有利的。这些层可通过溅镀过程来涂覆，或在滚轧机中制成平板。

在将扣件元件1从盒带移除以及将扣件元件1放置在所述玻璃片2上这方面所需装置的配置对于本领域的技术人员而言是熟悉的。这里，所述储存与定位装置15的移位装置12依据所述盒带被填满的程度以及因此而不同的所述扣件元件1接触角度而移动所述装置15。

装设与固定装置3固定玻璃片2，以固定不动地配备在用于超声波发生器4以及相应的扣件元件1上的板子类的桥台。取决于预期的装载，所述装设与固定装置3可如同用于从下面固定的吸盘或如同用于从上面固定的任何类型压紧装置而被配置，或可能两种方法可在相同的时间使用。

取决于焊接过程的需求，所述超声波发生器4经由所述移位驱动器9以通过利用移位装置11在两个方向垂直地移动，或压在相应的工作部件上。这里，所述超声波发生器4跟随着所述扣件元件1的所述储存与定位装置15所预定义的线。为了更清楚的原因，此过程在图1的描绘中以杂乱的方式示出，因为这被放置或被定位的扣件元件1的线以及由所述超声波发生器4感应与焊接上的扣件元件1的线，其当然为部分的共同线，被示出为未校 直的。

移位装置11、12被容纳在主要支柱13中。图1示出了固定至地板的主要支柱13，但如果需要的话，其当然也可被设计成X-Y定位的一部分。

对于本领域的技术人员而言，也可理解所述扣件元件1的储存与定位装置15的引导以及所述超声波发生器4的引导，独立于所述移位装置11，也可额外地形成，或替代地，如果需要的话，作为分开X-Y定位系统的一部分。

输入以及控制装置6允许在中心位置提供所有控制根据本发明的装置所需的指令输入。数据业务所需的输入以及输出单元由所述装置的配置而确定作整体与其组件。它们与目前的现有技术相对应，且因此不再更细节地描述。

玻璃片2的厚度是利用装置7来进行测量，以及所述玻璃片2的相关共振频率是经由适当控制的压力传感器以利用测量装置8来进行测量。这里，所述玻璃片2的共振频率可在所述装设与固定装置3的启动之前及/或之后进行确定。

其另外有利的是在焊接过程期间测量所述玻璃片2的固有振荡，以及当决定超声波发生器的操作参数时，将此测量过程的结果作为反馈因素而列入考虑。

这里，适当的程序取决于相应的玻璃片或玻璃类的片2的厚度以及大小，也取决于材料，例如陶瓷或玻璃。相应的扣件元件1的厚度以及其氧化物层的厚度也在焊接过程中扮演了角色。两种测量值，扣件元件1的厚度以及其氧化物层的厚度，可额外地作为通过控制超声波发生器4的焊接过程的参数而被考虑。同样地，利用安装在扣件元件1的区域中的传感器10所决定的玻璃片2的粗糙深度可被考虑用于控制所述焊接过程。在此例子中，将被控制的所述超声波发生器的操作参数是所述超声波发生器的接触压力、所述超声波发生器的振幅以及振荡频率、可能为其馈送率以及操作模式，例如所有类型的脉冲模式。

理想地，所有的这些参数结合经验值而被考虑，在初步的测试中确定，以用于最理想的焊接结果。对于本领域的技术人员而言，对于最宽变化的适合用于焊接的材料的组合，在初步测试中确定适当的特征，以及使这些特征可用于用户作为基本编程的一部分是惯常的程序。另外可能询问输入以及控制装置6关于在每个例子中所获得的焊接结果的质量提供了对于进一步焊接过程具有正面影响的学习程序的可能性。

为了帮助超声波焊接例子中的连接，例如，具有金属层的玻璃表面的先前涂层或利用所述液体或气体的影响而对于其粗糙深度的作用应被提及。为了利用液体或气体控制所述氧化物层，其也可能影响所述扣件元件1，所述氧化物层对于所述连接很重要。

图2示出了根据本发明的装置的第二形式，其较佳适合在移动用途中的应用。

这里，所述玻璃片2通过所述装设与固定装置3而被支撑在相当小的表面上。在所述移动扇区中，可提供玻璃片2适当适配的装设元件，例如在大光伏安装的领域及/或结构工程的例子中。相对小的承载表面在这些例子中看似足够，因为如果需要的话，所述玻璃片2也可额外地放置在工作台上。在图2中，钳子类的焊接装置由操作者使用示于右手边的两个把手维持。此钳子类的建构物的底部部分承载了所述装设与固定装置3，并如同桥台5而作用。于此示出图2的剖面中的有角的扣件元件1。所述超声波发生器4可与所述扣件元件1正上方的其移位驱动器9一起被看见，其中，依照所示出的扣件元件1的有角形式，所述超声波发生器4具有在所述扣件元件1的两个侧面被引导的两个能量转移头。以在此视野中不能被看见的方式，所述表面传感器10在所述玻璃片2被引导。所述扣件元件1的储存与定位装置15与用于侦测将被焊接上的扣件元件1的对应材料的传感器14一起被配合在所示出的移动焊接装置的后面。在此建构物中，装置15的驱动器16必须具有不同的空间配置，且为了空间的原因，以某种程度的格式化形式被示出。这里，所述玻璃片2的厚度测量装置7以及用于测量其共振频率的测量装置8也被配置成在钳子顶部部分的底侧区域中彼此靠近。取决于各自的需求，所描述的与图1中所示的装置有关每个进一步测量选择可以小型化的形式被加入。

所述输入以及控制单元6以截面示出为在两个把手区域中是轻易接近的。

图3A示出了具有两个卡扣点的有角扣件元件1。这里，17指的是相应的焊接位置。通过实例，这里连接材料18可由铝以及钢的组合构成（在此方面也比较与图1相关的描述）。

图3B示出了在应力下的扣件元件。这里，所述应力由例如中心连接元件20构成，其被推进在所述扣件元件下，且为弯曲硬杆的形式，所述弯曲硬杆通过两个锁入其中的螺丝将所述中心连接元件往上拉，所述两个螺丝通过所述U形支持配件19而被支撑在所述玻璃片2上，且从而将所述支持配件19以强力的配合而连接至所述玻璃片2。

图4示出了一系列的扣件元件1，在此例中，中心连接元件20可充当相对长的支持配件19的压紧配合连接的基础，如图3A中的细节所示。

图5A示出了来自上述的特定卡扣点。这使其可能提供特定拉伸强度的中心卡扣位置21以及横向稳定性。如可在图5B的剖面图中所看见的，这涉及了圆形的扣件元件1，所述扣件元件1可通过分布在其周边的八个焊接片而被焊接至玻璃片。所述膨胀间隙22补偿了各种扣件片之间的应力。

所描述用于焊接方法的测量方法的复杂控制与移动剖面需要特殊的控制程序。

组件符号表

(1)   扣件元件

(2)   玻璃片

(3)   装设与固定装置

(4)   超声波发生器

(5)   桥台（工作台）

(6)   输入以及控制装置

(7)   厚度测量装置（例如玻璃）

(8)   共振频率的测量装置

(9)   超声波发生器4的移位驱动器

(10)  表面传感器（例如玻璃的粗糙深度）

(11)  超声波发生器4的移位装置

(12)  储存与定位装置15的移位装置

(13)  主要支柱

(14)  用以侦测扣件元件材料的传感器

(15)  扣件元件的储存与定位装置

(16)  储存与定位装置15的驱动器

(17)  超声波焊接位置

(18)  连接材料

(19)  支持配件（大规模装设元件）

(20)  中心连接元件

(21)  特定中心卡扣位置

(22)  膨胀间隙

Claims (16)

1.一种用于将多个玻璃片压紧配合连接至金属的扣件元件的装置，所述装置具有下述特征：

a)输入以及控制装置（6），用于输入处理数据，

b)储存与定位装置（15），用于供应相应的所述扣件元件（1），所述扣件元件（1）作为中心连接元件（20）的支持元件，

c)具有用于固定所述玻璃片（2）的装设与固定装置（3），

d)厚度测量装置（7），用于测量将被连接的所述多个玻璃片中每一个玻璃片的厚度以及氧化物层的厚度，

e)测量装置（8），用于测量所述玻璃片（2）的共振频率，以及表面传感器（10），用于确定所述玻璃片（2）的粗糙深度，

f)移位装置（11），用于按压将在超声波发生器（4）以及桥台（5）之间连接在一起的所述多个玻璃片，

g)用于利用超声波发生器（4）产生超声波的装置。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述扣件元件（1）是由纯铝制成，或关于将被连接的表面，是由不同的连接材料（18）组成。

3.如权利要求1和2中任一项所述的装置，其特征在于，

所述装设与固定装置（3）由多个吸盘及/或多个压紧装置构成。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，

该装置包括侦测传感器（14），所述侦测传感器（14）被用以侦测所述扣件元件（1）的材料类型，以及所述连接操作是利用相机监控。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，

大规模装设元件（19）是通过所述中心连接元件（20）被固定至多个扣件元件。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，

用于产生电磁波的产生器被额外地安装在所述超声波发生器（4）的区域中。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，

多个超声波发生器（4）以圆形或以矩形的形式进行配置，其中一个或更多的这些超声波发生器以脉冲模式进行操作。

8.如权利要求1所述的装置，

其特征在于，所述装置具有用于移动操作目的的一钳子类的配置，以及具有一个把手或多个把手。

9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置用于将所述玻璃片（2）连接至作为另一中心连接元件的大规模装设元件（19）。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述大规模装设元件(19)由金属制成。

11.一种用于将多个玻璃类的基础片压紧配合连接至金属的扣件元件的方法，所述方法具有下述特征：

a)与将被连接的基础片类型以及用于连接所述多个基础片的所想要测量有关的数据被输入于输入以及控制装置（6）中，

b)储存与定位装置（15）配备有扣件元件（1），

c)利用装设与固定装置（3）将基础片固定在桥台（5）上，

d)接着所述基础片的共振频率及/或粗糙深度以及每个所述扣件元件（1）的厚度及/或其氧化物层的厚度通过适当的测量装置（7、8、10）来确定并转发至过程控制，

e)从这些数据以及从多个经验值，所述过程控制确定了超声波发生器的操作数据以及帮助所述过程的多个额外的测量，

f)所述连接过程由所述输入以及控制装置（6）启动或自动开始，并持续直到最后计划的扣件元件已被固定，

g)各自的所述扣件元件（1）被机械性地连接至想要的大规模装设元件。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述基础片为玻璃片（2）。

13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，焊接操作通过电磁能量的供应而由所述超声波发生器（4）协助。

14.如前述权利要求11和13任一项所述的方法，其特征在于，所述方法可被配置用于移动操作的目的。

15.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法用于将所述基础片连接至作为中心连接元件的所述大规模装设元件(19)。

16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述大规模装设元件(19)由金属制成。

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