DE2316598C3 - Verfahren und Einrichtung zur Feststellung einer erfolgten Schweißverbindung zwischen mit einem Ultraschallgerät verbundenen Werkstücken - Google Patents

Verfahren und Einrichtung zur Feststellung einer erfolgten Schweißverbindung zwischen mit einem Ultraschallgerät verbundenen Werkstücken

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DE2316598C3
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Feststellung einer erfolgten Schweißverbindung zwischen mit einem Ultraschallgerät verbundenen Werkstücken,
65 wobei über einen Ultraschallwandler ein auf den Werkstücken unter Druck aufliegender Schweißkopf in Vibration versetzt und während des Schweißens die Änderung eines charakteristischen elektrischen Wertes gemessen wird, um die Ultraschallenergie nach der Verschweißung der Werkstücke abzuschalten, sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Es sind mehrere Techniken bekannt, um geeignete elektrische und mechanische Verbindungen zwischen Halbleiteranordnungen und ihren Fassungen herzustellen. Eine Technik beruht auf der Verwendung von Ultraschallenergie, um einen Draht, in der Regel Gold oder Aluminium, mit der Kontaktfläche des Halbleiterplättchens zu verschweißen. Diese Verschweißung wird dadurch erreicht, daß der Draht auf die üblicherweise auch aus Gold oder Aluminium bestehende Kontaktfläche gedrückt und gleichzeitig in Vibration versetzt wird, wobei sich der Dn-An gegenüber der Koniaktfläche für eine bestimmte Zeitdauer bis zu demjenigen Zeitpunkt bewegt, in welchem genügend Wärme erzeugt wird, um den Draht mit der Kontaktfläche zu verschweißen. Die Dauer des Schweißzyklus wird dabei entsprechend dem Drahtdurchmesser und dem Anpreßdruck eingestellt, wobei diese Zeitdauer auf eine Schweißung unter normalen Betriebsbedingungen eingestellt ist.
Bei einem weiteren bekannten System wird ein Wandler verwendet, um die Bewegung des Schweißkopfes abzutasten und das Schweißgerät abzuschalten, wenn die Amplitude der Vibration des Schweißkopfes zurückgeht, da dieses Abfallen der Amplitude ein Anzeichen der fertiggestellten Schweißverbindung ist.
Bei einem weiteren System besteht die Einrichtung zum Abtasten der fertiggestellten Schweißverbindung aus Meßeinrichtungen, um den Widerstand zwischen dem Draht und einem Teil der Halbleiteranordnung zu messen. Ein Widerstandsabiali zwischen dem Draht und der Halbleiteranordnung zeigt die fertiggestellte Schweißverbindung an und wird dazu benutzt, um den Schweißzyklus unmittelbar nach der Feststellung des WiderstandsaMalles zu beenden.
Obwohl diese Verfahren und Maßnahmen dazu geeignet sind, um zwischen einer Halbleiteranordnung und ihrer Fassung die notwendigen elektrischen Kontaktverbindungen herzustellen, läßt sich mit diesen die Fertigstellung der Verschweißung nicht einwandfrei feststellen, so daß in der Regel eine feste Zeitdauer für das Verschweißen eingestellt wird, die auf Grund der Eigenschaften der Oberflächen der miteinander zu verschweißenden Werkstücke nähcrungsweisc ermittelt wird. Daher erfordert die erstgenannte Technik, daß der Ultraschallwandler für eine verhältnismäßig lange Zeitdauer eingeschaltet bleibt, um sicherzustellen, daß tatsächlich eine Schweißverbindung entsteht. Wenn jedoch eine solche Schweißverbindung eine wesentliche Zeit vor dem Abschalten der Schweißenergie bereits fertiggestellt ist und der Schweißkopf nach wie vor auf die Werkstücke einwirkt, ergibt sich eine Verschlechterung dieser Schweißverbindung, so daß die Zuverlässigkeit der Kontaktverbindung zurückgeht. Rei der zweiten vorausstehend genannten Technik kann wohl eine an die Verschweißung sich anschließende Verschlechterung der Schweißverbindung in einem gewissen Umfang ausgeschaltet werden; jedoch ist die Genauigkeit, mit der eine hergestellte Schweißverbindung ermittelt
werden kann, sehr begrenzt, so daß auch mit dieser Technik die gewünschte Qualität von Schweißverbindungen nicht erzielbar ist.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu schaffen, um bestmögliche Schweißverbindungen mit Ultraschall herzustellen und die Zuverlässigkeit solcher Schweißvorbindungen weiter zu verbessern. Dabei soll erreicht werden, daß die Einwirkung der Ultraschallenergie auf die Schweißverbindung automatisch abgeschaltet wird, wenn Jie Schweißverbindung optimale Qualität hat. Ferner soll dafür gesorgt werden, daß das Ultraschallgerät die für die Verschweißung benötigte Zeit automatisch einstellt und Materialunterschiede selbsttätig kompensiert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Leistung der dem Ultraschallwandler von einer UltraschallqueJle aus zugeführten Wechselspannung gemessen und beim Feststellen einer relativ scharfen, die erfolgte Verschweißung kennzeichnenden Spannungsänderung die Erregung des Schweißkopfes abgeschaltet wird.
Eine weitere Lösung der Erfindungsaufgabe ergibt sich auch dadurch, daß der elektrisch-:, nach dem Entstehen der Schweißverbindung unverzüglich ansteigende Übergangswiderstand zwischen dem Schweißkopf und dem mit dem Schweißkopf zum Verschweißen in Vibration versetzten Werkstück gemessen und daraus ein Signal zum Abschalten der Erregung des Schweißkopfes abgeleitet wird.
Zur Durchführung des erfindungsgemälkn Verfahrens ist vorgesehen, daß die Meßeinrichtung mit Lern Uitraschallwandler gekoppelt ist und daß über ein sich sprunghaft verjüngendes Horn der Ultraschallwandler mit einem am vorderen Ende des Schweißkopfes angebrachten Schweißkeil verbunden ist.
Eine weitere Ausgestaltung, der Erfindung besteht darin, daß das sich sprunghaft verjüngende Horn aus einer Vielzahl von zylindrischen koaxialen Teilen besteht, die abnehmende Radien aufweisen und miteinander verbunden sind.
Durch die Maßnahmen der Erfindung läßt sich in vorteilhafter Weise erreichen, daß die Zuführung der Schweißenergie zu den Werkstücken sofort unterbrochen wird, wenn eine optimale Schweißverhindung hergestellt ist. Dieses Abschalten der Schweißenergie läßt sich automatisch in Abhängigkeit von unterschiedlichen Materialwerten und Eigenschaften während der Schweißung einstellen, so daß die ungünstigen Einflüsse z. B. von Materialverschmutzungeri oder1 von Dimcrtsionsändcrungen kompensiert werden. Von ganz wesentlicher Bedeutung ist ferner, daß eine optimale Schweißverbindung entsteht, die nicht durch nachträgliches Einwirken von Lltnischallencrgie in ihrer Qualität wieder verschlechtert wird.
Die Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausfülirungsbcispielcn in Verbindung mit den sowohl einzeln als auch in jeder beliebigen Kombination die Erfindung kennzeichnenden Ansprüchen und der Zeichnung. Es zeigt
Fig. 1 das Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Qualitätsverbesserung von Ultraschallvcrschweißungen, bei der das Verfahren gemäß der Erfindung Verwendung findet,
Fig. 2 die Schwingungsform der Spannung, wie sie an den Eingang'.klemmen des Wandlers gemäß Fig. I -vahrend. eines typischen Schweißvorganges auftritt,
Fi g. 3 die Einhüllende der Schwingungsform gemäß F i g. 2, die am Ausgang eines Detektors gemäß
s F i g. 1 abgreifbar ist,
F i g. 4 eine weitere Ausführungsform einer Einrichtung zur Ultraschallschweißung gemäß der Erfindung.
In F i g. 1 ist eine bevorzugte Vorrichtung zur Ul-
traschallschweißung dargestellt, deren Schweißkopf S einen Schweißkeil !O und ein Horn 20 umfaßt, über weiche sowohl der Anpreßdruck als auch die Ultraschallenergie dem Werkstück, im vorliegenden Fall einem Draht 12, zuführbar ist, der mit einem zweiten Werkstück verbunden werden soll. Dieses zweite Werkstück besteht beim dargestellten Ausführungsbeispiel aus einer Halbleiter-Kontaktfläche 14 auf einem Halbleiterplättchen 16. Um sowohl das HaIbleiterplältchen 16 als auch die Kontaktfläche 14
während des Schweißvorganges zu stützen, ist eine Halterung 18 vorgesehen, die in herkömmlicher Weise konstruktiv ausgebildet, ήη kann.
Der Schweißkeil IO wird von einem Ultraschallwand!.:r 25 aus angetrieben, der über Leitungen 26 und 2'. mit elektrischer Energie versorgt wird. Dieser Uitraschallwandler führt dem Schweißkeil die Schallent-igie über ein Übertragungsglied zu. das im vorliegenden Fall aus dem Horn 20 besteht. Dieses Horn 20 kann in herkömmlicher Weise aufgebaut sein, wie es bereits bei Ultraschallschweißgerälen Verwendung findet; jedoch besteht es im beschriebenen Ausfiihrungsbeispiel aus einer Reihe von Zylindern, von denen ieder jeweils einen konstanten Radius aufweist, und die miteinander mit kleiner werdendem Radius verbunden sind, so daß sich ein stufenförmig abnehmender konstruktiver Aufbau ergibt. Eine Ultraschallquelle 30 herkömmlicher Art ist mit dem Uitraschallwandler 25 verbunden und liefert eine Ultraschal'-Wcchselcncrgie. um den Wandler -u erregen.
Ein automatischer. Abschaltsystem gemäß der Erfindung umfaßt im beschriebenen Ausführungsbeispiel einen Delektor 35 für die Einhüliende der an den Wandler angelegten Erregerspannung, einen Amplitudenabtaster 40 und einen Leistungsschalter
45. die untereinander und mit atm Ultraschallwandler 25 sowie der Ultnisi.-hallquelle 30 gemäß F i g. 1 verbunden sind. Dieses automatische Abschaltsystem schaltet die Ullraschallquclle 30 ab, wenn die Verbindung zwischen dem Draht 12 und der Konlaktfläche 14 hergestellt ist.
Die Entstehimg der er.vähnten Schweißverbindung wild durch einen Spannungsabfall des an den Ullrascballwandler 25 über die Leitungen 26 und 27 angelegten Eingangssignals offenbar. Die Schwingungs- form der auf den Leitungen 26 und 27 während eines npischen Schweißvorganges entstehenden Spannung ist in E i g. 2 dargestellt, ϊη dieser Darstellung kennzeichnet \Vw gestrichelte Linie d.e Einhüllende der Schwingungsform, wobei der Punkt 50 den Beginn
des Schweißzyklus kennzeichnet, d. h. den Zeitpunkt, von welchem ab die zum Schweißen benötigte Energie in Form einer Wechselstromspannung mit einer Frequenz vor 50 bis 60 kHz an den Uitraschallwandler 25 angelegt wird. Die Spannung baut sich mit
dem Beginn des Schweißvorganges bis zu einem maximalcn'Wcrt auf, der von der Einstellung der Ultraschallqucllc 30 abhängt und an der Stelle 52 der Einhüllenden erreicht wird. Während dieser Zeit wird
:lie Ultraschallenergie zum Schweißkeil tO über das Zeit bis über 150 Millisekunden ansteigen kann. Horn 20 übertragen und bewirkt, daß der Schweiß- wenn die Oberflächen verschmutzt sind. In der Regel keil 10 mit der Ultraschallfrcqucnz schwingt und den ergeben sich jedoch Zeiten bis zum Eintreten der Draht 12 auf oer Oberfläche der Kontaktfläche 14 Verschweißung in einem größenordnungsmäßigen hin und her bewegt. Durch diese reibende Verschie- 5 Bereich von etwa 30 bis 40 Millisekunden, bung des Drahtes 12 auf der Kontaktfläche 14 ent- Bei bekannten Ultraschall-Schweißgcrätcn wird steht durch Scherspannung und Reibung Wärme, wo- zur Sichcrstcllung einer guten Verschweißung für die durch der Draht 12 weich wird und schließlich an meisten der vorgenommenen Schweißvorgänge der der Kontaktfläche 14 haftet. Es wird angenommen, Ultraschallwandler 25 in der Regel für eine Zcitdaß mit dem Weichwerden des Drahtes und dem io dauer von etwa 40 bis 50 Millisekunden erregt, so Entstehen der Verschweißung die Bewegung des daß dadurch eine gute Schweißverbindung bei den Schweißkeiles 10 augenblicklich gehemmt wird, üblicherweise auftretenden Oberflächen der Drähte wenn sich der Draht mit der Kontaktfläche 14 vcr- und Kontaktflächen sichergestellt wird. Unglückbindet und nicht mehr langer der Bewegung des licherweise verursacht das weiter Angeschaltctscin Schweißkeiles 10 folgt. Diese mechanische BeIa- 15 des Ultraschallwandlers 25 nach der Herstellung der stungsänderung wird über das Hoirn 20 zum Ultra- Schweißverbindung, daß der Schweißkeil bezüglich schallwandler 25 übertragen und erscheint als Span- des Drahtes 12 vibriert und dadurch sowohl den nungsändcrung auf den elektrischen Leitungsverbin- Draht 12 deformiert und schwächt, als auch die düngen 26 und 27 zum Wandler 2:5. Diese mechani- Schweißverbindung zwischen dem Draht 12 und der sehe Belastungsänderung bewirkt eine vcrhältnismä- 20 Kontaktfläche 14 ungünstig beeinflußt. Daher wcrßig scharfe Änderung der vom Ultraschallwandler 25 den Schweißverbindungen, die bei Schweißgeräten aufgenommenen Leistung, so daß eine Einkerbung bekannter Art verhältnismäßig früh im Schwcißzy-54 in der Einhüllenden der Schwingungsform gemäß klus auftreten, von der nachfolgenden Vibration des Fig.2 sich im Augenblick der Entstehung der Ver- Schweißkciles 10 wieder gelöst, wogegen Schweißbindung ausbildet. Nach der Herstellung der 25 verbindungen, die erst nach mehr als 40 bis 50 Milli-Schweißverbindung ist der Draht 12 fest mit der sekunder entstehen würden, überhaupt nicht ausgc-Kontaktfläche 14 verbunden und bewegt sich nicht führt werden.
mehr zusammen mit dem Schweißkeil 10. Die aus Bei einem Überwachungssystem bekannter Art. der Bewegung des Schweißkeiles 10 gegenüber dem mit welchem das sich Lösen der Schweißverbindung Draht sich ableitende Last überträgt sich zum Ultra- 30 auf ein Minimum herabgedrückt werden soll, finden schallwandler 25 und wird durch einen flachen Bc- Fühler für die Amplitude bzw. den Wandlerstrom reich 56 der Einhüllenden angedeutet. Der Amplitu- Verwendung, um die unterschiedliche akustische Imdcnwert der Spannung ist im Bereich 56 der Einhül- pedanz am Schweißkeil 10 zwischen dem Zustand lenden verschieden von dem Wert, der dem Bereich vor der Verschweißung, in welchem der Draht 12 zu-52 der Einhüllenden zugeordnet ist und liegt in der 35 sammen mit dem Schweißkeil 10 vibriert, und nach Regel unter dem Wert der Einhüllenden im Bereich der Verschweißung festzustellen., wenn der Draht 12 52. Die überwachte Spannung ist im vorliegenden mit der Kontaktfläche 14 verbunden ist und der Ausführungsbeispiel die an den Leitungen 26 und 28 Schweißkeil 10 allein gegenüber dem Draht 12 vianliegcnde und zur Ansteuerung des Ultraschall- briert. Diese Differenz entspricht der Differenz zwiwandlcrs 25 verwendete Spannung; jedoch kann im 40 sehen den Bereichen 52 und 56 der Einhüllenden geRahmen der Erfindung jegliche Spannung für diesen maß F i g. 2.
Zweck überwacht werden, welche die am Schweiß- Die vorliegende Erfindung sieht jedoch eine we-
kcil 10 auftretende Last anzeigt. So kann z.B. hier- scntlich genauere Anzeige der Verschweißung vor,
für auch die an einer Sekundärwicklung eines elek- da sie von der Einkerbung 54 der Einhüllenden Gc-
tromagnetischcn Wandlers auftretende Spannung zur 45 brauch macht, die gleichzeitig mit der Vcrschwei-
Übcrwachung herangezogen werden. ßung auftritt und eine verhältnismäßig scharfe und
Die Zeit, welch«· vom Beginn des Schweißzyklus deutlichere Änderung kennzeichnet, als dies für die
am Punkt 50 der Einhüllenden und dem Zeitpunkt Spannungsänderung zwischen den Bereichen 52 und
vergeht, zu welchem die Verschweißung entspre- 56 der Fall ist. Dadurch ist diese Spantnungsändcrung
chend dem Bereich 54 erfolgt, ist abhängig von den 5° auch wesentlich leichter .feststellbar. Außerdem isi
Oberflächenverhältnissen des Drahtes 12 sowie der die Einkerbung 54 verhältnismäßig tief, unabhängig
Kontaktfläche 14, und ferner von der an den Ultra- von dem Schweißgerät, wogegen die unterschicdli-
schallwandler 25 angelegten Spannung, dem auf den chen Spannungen zwischen den Bereichen 52 und 5(
Schweißkeil 10 wirkenden Anpreßdruck und dem beträchtlichen Schwankungen von Gerät zu Gera
Durchmesser des Drahtes 12. Die für die Herstellung 55 unterworfen sind, wobei diese so klein werden kön
der Schweißverbindung benötigte Zeit ändert sich in nen, daß sie kaum noch erkennbar sind,
einem weiten Bereich entsprechend den Oberflächen- Diese Feststellung der Fertigstellung der Schweiß
Verhältnissen des Drahtes 12 und der Kontaktfläche verbindung erfolgt mit Hilfe des Detektors 35 de
14, selbst wenn der vom Schweißkeil 10 aus einge- Amplitudenabtasters 40 und des Leistungsschalter
führte Anpreßdruck, der Durchmesser des Drahtes 60 45 bei der vorausgehend beschriebenen Ausfüh
12 und die an den Ultraschall wandler 25 angelegte rungsform. Es ist jedoch offensichtlich, daß die Ab
Spannung in sehr engen Grenzen gehalten werden. tastfunktion auch von einem Schaltungsaufbau aus
Für typische Drahtdurchmesscr, einen gebräuchli- geführt werden kann, der von dem beispielsweise ar
chen Anpreßdruck und übiichc Wandlerspannungen gegebenen Aufbau verschieden ist. Bei der bevorzug
werden z. B. bis zur Entstehung der Verschweißung 65 ten Ausführungsform ist der Detektor 35 mit de
etwa 10 bis 15 Millisekunden benötigt, wenn die elektrischen Anschlußleitungen 26 und 27 des UHri
Oberfläche des Drahtes 12 und der Kontaktfläche 14 schallwandlers 25 verbunden, um die auf diesen Lc
außergewöhnlich sauber ist, wogegen die benötigte tungen wirksame Spannung festzustellen. Der Dctci
tor kann in herkömmlicher Weise aufgebaut scm und im einfachsten Fall aus einem Diodcndetcktor hcsU-hen. Das vom Detektor abgegebene Ausgang-ig-u. stellt eine Spannung d:.r, die proportion al der E,,-hüllenden der an den Eingang des Ultraschall νa.ullers angelegten Spannung ist. Die vom Detektor 35 an seinem Ausgang abgegebene Spannung ,st Fig·! andeutungsweise dargestellt. Die Beiu Iu SO«! 52«. 54 α und 56,, gemäß Fig ■ ^«spree hci zeitlich den Bereichen 50. 52. 54 und ^e*-':' F ig. 2. Das Ausgangssignal des De. cktors 35 w rd dem Amplitudeneblastcr 40 zugeführt der u m einer einen Spannungsabfall feststellenden Scha ing ausgebildet ist und z.B. aus einem D.lferen/verslar ker besteht, an dessen einem Eingang vom Detektor 35 und an dessen anderem E. eine Bezugsspannimg hegt, die kiemer as den reich 52« auftretende Spannung. J-'-''' "r"'^ die kleinste Spannung im Bereich— - -
54« ist. Der Amplitudenabtas.er 40 erzeugt π Ab hängigkcit von dem Spannungsabfall im Ucrc. Ί,54 « ein Siunal. das zur Triggerung des 1 .eis ungsseh.iU^s Verwendung findet, der vorzugsweise als Ktkor,u schalter ausgebildet ist oder auch aus einem R.
Werkstück besteht im vorliegenden Anwendungsfall aus einem Draht 112. der mit einer Halbleitcr-Kontaktflache 114 verbunden werden soll. Das HaIbleilerplältchcn 116 mit der Kontaktfläche 114 wird während des Sehweil.Uorganges auf einer Halterung Π8 abgelegt. Diese Halterung ist herkömmlicher
Der Schweißkeil 110 wird von einem Ullraschullwandler 125 angetrieben, der seine elektrische Hriergie von einer Versorgungsquelle 130 erhält. Heim Anschalten dieser elektrischen Energie wird diese im Wandler in akustische Energie umgewandelt und dem Schweißkeil 110 über das Horn 120 zugeführt. An Stelle der dargestellten Ausführungsform eines Homes können auch andere konstruktive Ausgestaltungen Verwendung finden. Die automatische Abschaltung gemiiß der Erfindung umfaßt eine Hinrichtung zur Widerstandsmessung 135 und einen Leistungsschalter 145. wobei die Hinrichtung zur W'ideridsmessunc; 135 mit dem Horn 120 und dem lit 112 über Leitungen 126 und 127 verbunden und damit eine Widerstandsmessung zwischen :m Sehweißkopf 105 und dem Draht 112 zuläßt. 'er Leistungsschalter liegt sowohl an der Einrich-
schalter ausgebildet ist oder auch aus c κm widerstandsmessung als auch an der Le.-
laissehalter besteht, mit welchem die IMl . l . »5 U .- ^ , 30 mui sdli,„cl dicsc ab, wenn
leistung, d. h. die Ultraschallquelle 30. ahsciiaii .^ ^ gCmcsscnc Widerstand einen bestimmten
bar ist. __ .. c« „ „„. Wert übersteiut.
baMSt sicherzustellen, daß die Einkerbung 54 « gut
die Änderungen der akustischen Impedanz, wc mc
am Schweißkeil 10 zum Augenb ick dt «■» ijhraschallfrcqucn* zu vibrieren beginnt
Bung auftreten, nicht ausreichend gut auf u L t 35 n\ ^ ^ ^ ^ ^ ^ KonUlktfUichc ll4 mil schallwandlcr 25 ziuückübcrtragcn. so da« ilic \-^ ^^ (|crsc,,icn Frequenz hin und her bewegt. Wenn
der Draht 112 sich in bezug zur Kontaktflachc .cwei-t. wird Wärme durch Scherspannung und Rei-
b zlIr Hinleitung eines SchwciB/>125 von der FLiiergicquclic 130 aus χ ^ ^ im Wand er
akuslisdll, T;ncreic umgcwandclt und über das Schvve.ßkeil 110 übertragen. Diese ^ dcr Schwcißkcil 110
sehailwandlcr 25 zuMickübcrtragcn. so da kerbung nur sehr flach ausgeb.lde. « mehrere Einkerbungen auf Crund von Rcf » innerhalb des Homes auftreten können L laßt sich
ll dß cm kont
, _ . \ nlinl -π ch 4o bun^crzeuct. welche ein Erweichen des Drahtes 112
durch F.xperimente feststellen. daß_cin konl.nuu. hch {^^ djc verschweißung mit der Kontaktsich verjiinccndcs Horn keine ^'^'^.,.^Tf nliche 114 bewirkt. Nach der Verschweißung ist der zwischen dem Schwcißkcil 10 und dem LItras^ - ^^ ^ ^ ^ ^ Kom.lklflächc 114 verbunden wandler 25 bewirkt, um eine Änderung der ..k ^ ^ ^ ^n m^ glcidi7eitig mil dcm sehen Impedanz im Augenblick der Vuscl^L L ■ (^ Schweißkeil 110. Durch die relative Bewegung zw,-klar und eindeutig zu übertragen V.elnu Ir IaUI *M 45 ^ s,:hwciBkci| Π0 und dem Draht 1112 wird die Änderung der akustischen Ubcrtragimg sehr ^ - elektrische Widerstand zwischen dem Schwcißwirkunesvoller durch das Horn "1^S' WC^ kcii ,,0 und dem Draht 112 erhöht. Diese W.dcr-SS .rt^nS^dnsche:1 Aischnitte Standsvergrößerung tritt unmittelbar „«h der Ausin sich konstanten Radius aufweisen und das I orn 5" ^^ aus solchen zylindrischen Abschnitten m ο schrei ^ bccndc,
tend kleinerem Radius aufgebaut .st. D'ld"ri·^,^^^ Dic Einrichtung zur Widerstandsmessung 13=
kann eine Brücke oder andere Vorrichtungen zur
ßcrung trill unmitt
^ ^ t'ltraschallverschwciBung auf und wird :iB^cr Hrfindung dazu benutzt, den, Schwcßzy-
en des L.ι..
ierlich sich verjüngend
flexioncn auf ein Minimum und he
wünschten Spannungsabfall am Eingang cIls LItxa
schalhvandlers 25. wenn die Verschweißung stattfm
'"in Ei ,4 ist eine weitere Ausführungsforr, eines
g m das ei^n ^hwciOkopf 105 mit einem IThiSßkS 110 und einem -Horn 120 «^f^ welches der Anpreßdruck un.l die I -ltrascha kn g«. auf ein Werkstück übertragen werden konnc.i. Dieses
l.eisuinszssLiiiiui-i i·»-· -"^ -■- ---- ^
versomung 130 abzuschalten, wenn der elektrische Widerstandswert ansteigt. Mit der Widcrstandsverorößerunc wird die Fertigstellung der Schweißverbindunsz anücdeutel und der Schweißzyklus abgeschaltet "wenn die Schweißverbindung einen optimalen Zustand eingenommen hat.
Bei bekannten Einrichtungen zur genauen Steuerung der für die Schweißung benötigten Zeit, mit welchen ebenfalls ein nachträgliches Verschlechtern der Schweißverbindung verhindert werden soll, wcr-
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den auch Widcrstandsnielkinrichtungen verwendet, jedoch wird hierbei der Widerstand zwischen dem Draht 112 und der Kontaktfläehe 114 bei dem Entstehen der Schweißverbindung gemessen.
Obwohl mit diesen bekannten Hinrichtungen die Entstellung der Schweißverbindung festgestellt und angezeigt werden kann, werden die gemessenen elektrischer· Werte ues HalbleiterpHittehens 116 und der Kontaklfläche 114 durch die Schweißtemperatur sei weitgehend geändert, daß eine eindeutige, durch die Entstehung der Schweißverbindung verursachte Widerstandsänderung nicht mehr feststellbar ist. Es gibt auch Kontrollsysteme, die die Änderung dielektrischen Charakteristik des Halblciterplättchens 116 dazu benutzen, um eine Verschweißung anzuzeigen, jedoch sind auch diese Änderungen auf Grund
10
der Schweißteinpcratiir nicht so genau, daß eine einwandfreie An--jigc des Zeitpunktes der Entstehung der Verschweißupg zur Erzielung einer einwandfreien Schweißverbindung und zur Vermeidung einer nachträglichen Verschlechterung der Schweißverbindung möglich ist.
Duich die Merkmale der Erfindung ist es jedoch möglich, diese Ungcnauigkeit und Unsicherheit auszuschalten und das Eintreten der Schweißverbindung
ίο genau festzustellen, so daß die Schweißenergie unmittelbar nach dem Eintreten der Verschweißung abgeschaltet und dadurch in vorteilhafter Weise die Schweißverbindung nicht mehr durch weiteres Einwirken von Ultraschallcnergic geschwächt werden kann. Damit lassen sich sehr viel zuverlässigere Ultraschallvcrschwcißungen ausführen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Feststellung einer erfolgten Schweißverbindung zwischen mit einem Ultraschallgerät verbundenen Werkstücken, wobei über einen UHrascballwandler ein auf den Werkstücken unter Druck aufliegender Schweißkopf in Vibration versetzt und während des Schweißens die Änderung eines charakteristischen elektri- xo sehen Wertes gemessen wird, um die Ultraschallenergie nach der Verschweißung der Werkstücke abzuschalten, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistung (Amplitude der Spannung) der dem Ultraschallwandler (25) von einer Ultraschallquelle (30) aus zugeführten Wechselspannung gemessen und beim Feststellen einer relativ scharfen, die erfolgte Verschweißung kennzeich nenden Spannungsänderung (Einkerbung 54) die Erregung des Schweißkopfes (5) abgeschaltet wird.
2. Verfahren zur Feststellung einer erfolgten Schweißverbindung zwischen mit einem Ultraschallgerät verbundenen Werkstücken, wobei über einen Uitraschallwandlcr ein auf den Werkstücken unter Druck aufliegender Schweißkopf in Vibration versetzt und während des Schweißens die Änderung eines charakteristischen elektrischen Wertes gemessen wird, um die Ultraschallenergie nach der Verschweißung der Werkstücke abzuschalten, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische, nach dem Entstehen der Schweißverbindung unverzüglich ansteigende Übergangswiderstand zwischen dem Sch\\\.ßkcpf (105) und dem mit dem Schweißkopf zum Verschweißen in Vibration versetzten Werkstück (Draht II2) gemessen und daraus ein Signal zum Abschalten der Erregung des Schweißkopfes abgeleitet wird.
3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem von einer Ultraschalquelle aus angesteuerten IJItraschallwaiulle: zur Erregung eines Schweißkopfes, und mit Meßeinrichtungen zur Feststellung der erfolgten Verschweißung von Werkstücken sowie zur Abschaltung der Ultraschallencriiie bei einer scharfen, sich nach der Verschweißung einstellenden mechanischen Belastungsänderung des Ullraschallwancllcrs, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (35) mit dem Ultraschallwandler (25) gekoppelt ist und daß über ein sich sprunghaft verjüngendes Horn (20) der Ultraschallwandler (25) mit einem am vorderen Ende des Sdiweißkopfes angebrachten Schweißkeil (10) verbunden ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das sich sprunghaft verjüngende Horn aus einer Vielzahl von zylindrischen koasiakn Teilen besteht, die abnehmende Radien aufweisen und miteinander verbunden sind.
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