DE2343365A1

DE2343365A1 - Elektroschweissgeraet

Info

Publication number: DE2343365A1
Application number: DE19732343365
Authority: DE
Inventors: James Carr Arnett
Original assignee: California Institute of Technology CalTech
Current assignee: California Institute of Technology CalTech
Priority date: 1972-08-29
Filing date: 1973-08-28
Publication date: 1974-03-21
Also published as: US3822373A; GB1445826A; PH9292A; CA972430A

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. F. Weickmann,

Dipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K.Fincke Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

8 MÜNCHEN 86, DEN

POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22

California Institute of Technology
507 Business Services Building
1201 E. California Boulevard
Pasadena, California 91109 / Y.St.A.

Elektroschweiß gerät

Die Erfindung betrifft ein Elektroschweißgerät zur Befesti-

gung von Drahtmaterial an mehreren Punkten, mit einer das Drahtmaterial an den jeweiligen Punkt andrückenden und dabei mit elektrischer Energie gespeisten Elektrode.

Komplizierte elektronische Anordnungen ha'bonxeine große Anzahl Anschlüsse, die miteinander durch Anschweißen eines durchgehenden isolierten Drahtes verbunden v/erden können. Die Isolation kann durch Andrücken einer Schweißelektrode gegen den Draht unterbrochen werden. Dann werden Schweißströme durch die Elektrode geführt, um den Leiter andern jeweiligen Anschluß zu verschweißen. Es treten dabei Schwierigkeiten insbesondere dann auf, wenn der Draht genau zwischen der Elektrode und jedem Anschluß anzuordnen ist, dem die Elektrode angenähert wird.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Elektroschweißgerät zu schaffen, das diese Schwierigkeiten vermeidet und gewährleistet, daß der zugeführte Draht an jedem Schweißpunkt genau angeordnet wird, wobei die Bewegungen des Schweißgeräts diese Genauigkeit nicht beeinträchtigen sollen.

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Ein Elektroschweißgerät der eingangs genannten Art ist zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß derart ausgebildet, daß auf den beiden Seiten der Elektrode jex^eils eine das Drahtmaterial an ihrer Andxmckfläche spannende Führung vorgesehen ist, daß eine Drahtzuführungsvorrichtung zur Haltung eines Vorrats an Drahtmaterial und zu dessen Führung über die erste Führung, die Andruckfläche und die zweite Führung vorgesehen ist und daß die zweite Führung bei Entfernung der Elektrode mit den Führungen von dem jeweiligen Punkt vom Drahtmaterial ablösbar und ohne dessen Beschädigung erneut an ihm einstellbar ist.

Mit einem Elektroschweißgerät nach der Erfindung können Schweißpunkte längs eines kontinuierlichen und auch isolierten Drahtes an zahlreichen Anschlüssen verwirklicht werden. Das Gerät kann beispielswt·.se av/ei konzentrische Elektroden aufweisen, deren innere mit der Andruckfläche zum Andruck des Drahtmaterials gegen den jeweiligen Schweißpunkt versehen ist. Die äußere Elektrode hat auf zwei einander abgewandten Seiten der inneren Elektrode zwei öffnungen, durch die hindurch ein Drahtmaterial diametral über die Andruckfläche der inneren Elektrode hinweggeführt werden kann. Eine der Öffnungen der äußeren Elektrode ist eine Bohrung, die das Drahtmaterial vollständig umgibt, während die andere Öffnung schlitzförmig ausgebildet und nach unten hin geöffnet ist. Die äußere Elektrode kann fest auf einen stiftartigan Anschluß aufgesetzt werden und hält den Draht dann so, daß er zwischen dem Stift und der inneren Elektrode liegt.

Ausführungsbeispiele eines Elektroschweißgeräts nach der Erfindung werden im folgenden anhand der Figuren beschrieben* Es zeigen?

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1 ein Elektroschweißgerät nach der Erfindung,

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung der Elektrodenanordnung vor einem SchweißVorgang,

[Fig. 5 die Elektrodenanordnung während eines Schweißvorgangs ,

Fig. 4- den Schnitt. 4—4- aus Fig. 2, Fig. 5 den Schnitt 5-5 aus Fig. 2, Fig. 5A den Schnitt 5A-5A aus Fig. 2,

Fig. 6 eine Draufsicht auf die in Fig. 1 gezeigte Schaltungskarte mit einer Darstellung des Weges der Elektrodenanordnung während mehrerer Schweißvorgänge ,

Fig. 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Elektrodenanordnung ,

Fig. 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Elektrodenanordnung,

Fig. 9 eine Draufsicht auf eine Schaltungskarte mit einem Teil des Weges der Elektrodenanordnung nach Fig. während der Schweißvorgänge und

Fig. ΊΟ ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Elektrodenanordnung.

In Fig. 1 ist eine Schweißvorrichtung IO dargestellt, mit der ein kontinuierlicher isolierter Draht 12 an mehreren Anschlußstiften oder Anschlüssen 14- einer integrierten Schaltung 16 verschweißt werden kann. Die Schweißvorrichtung 10 enthält eine Elektrodenanordnung 18, einen Halter 20 für eine Rolle 22 mit einer Vorratsmenge an Drahtmaterial, das durch die Elektrodenanordnung zu führen ist, und eine Stromquelle 24 zur Zuführung von Schweißstrom an die Elektrodenanordnung. Eine Antriebsvorrichtung 26 bewegt die Elektrodenanordnung an verschiedene Stellen über die Schaltungskarte 16 und abwärts auf die Anschlußstifte 14- sowie nach jedem

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Schweißvorgang wieder aufwärts. Eine Steuerung 28 ist so programmiert, daß sie den Antrieb 26 gemäß einer vorgegebenen Bewegung der Elektrodenanordnung über die Punkte der Anschlußstifte 14 für eine bestimmte Schaltung 16 steuert.

In Fig. 2 bis 5 sind Einzelheiten der Elektrodenanordnung 18 dargestellt·, die Schweißpunkte längs des Drahtmaterials 12 an verschiedenen Anschlußstiften oder Anschlüssen 14 erzeugt. Die Elektrodenanordnung 18 hat eine innere Elektrode 30, einen diese umgebenden Isolator 32 und eine äußere Elektrode 34-> die konzentrisch zur inneren Elektrode 30 angeordnet ist. Die innere Elektrode 30 hat eine Spitze 36 und einen Stab 38, der die Spitze hält. Die Spitze 36 ist mit einer Drahtandruckfläche oder Schweißfläche 42 versehen. Die Außenelektrode 34 ist rohrförmig und hat ein Ende 40, das über die Schweißfläche 42 der Innenelektrode hinausragt. Das Ende 40 der Außenelektrode hat einen axial verlaufenden Kanal 44, der den jeweiligen Anschlußstift aufnimmt und einen elektrischen Kontakt mit ihm herstellt, wenn die Elektrodenanordnung 18 auf den Anschlußstift 14 abgesenkt wird. Das Ende 40 der Außenelektrode hat ferner ■ zwei öffnungen 46 und 48 auf diametral einander gegenüberliegenden Seiten der Fläche 42 der inneren Elektrode. Diese öffnungen liegen auf den beiden Seiten des Bereichs unmittelbar vor der Fläche 42 der inneren Elektrode. Das Drahtmaterial 12 läuft von der Vorratsrolle 22 durch die öffnung 46, diametral über die Fläche 42 der inneren Elektrode und durch die andere öffnung 48 in der äußeren Elektrode zu dem Anschlußstift 14, an dem es zuvor verschweißt wurde. Die erste öffnung 46 der Außenelektrode ist ein Loch, das das Drahtmaterial vollständig umgibt. Die zweite Öffnung 4o in der Außenelektrode ist ein Schlitz, der am Ende 48E offen ist, welches von der Innenelektrode

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den größeren Abstand hat. Das Drahtmaterial 12 v/ird von dem unteren Ende des Schlitzes weggezogen, wenn die Elektrodenanordnung von dem jeweiligen Anschlußstift nach dem Schweißvorgang abgehoben v/ird.

Die Schweißung eines Punktes längs des Drahtmaterials 12 an einem Anschlußstift 14 erfolgt durch Absenken der Elektrodenanordnung 18 in die in Fig. 3 gezeigte Stellung, in der der Anschlußstift 14 in dem Kanal 44 der Außenelektrode aufgenommen und das Drahtmaterial 12 zwischen der Andruckfläche 42 der Innenelektrode und der abgeflachten Endfläche 14E des Anschlußstiftes 14 festgehalten wird. Die Innenelektrode 30 wird mit großer Kraft abwärts gedrückt, wodurch die Isolation 50 des Drahtmaterials 12 zerbrochen wird, so daß die Innenelektrode 30 und der Anschluß stift 14 in Kontakt mit dem Innenleiter 52 des Drahtes gelangen. Nach Zerstörung der Isolation wird die abwärts gerichtete Kraftwirkung auf die Innenelektx^ode so weit verringert, daß sie für den Schweißvorgang ausreicht. Der Schweißstrom wird dann in Serie durch die Innenelektrode 30 und die Außenelektrode 34 geführt, so daß er durch den Leiter 52 des Drahtmaterials 12 und den Anschlußstift 14 fließt, wodurch der Leiter mit dem Anschlußstift 14 verschweißt wird. Die Elektrodenanordnung 18 wird dann von dem Anschlußstift 14 abgehoben und seitlich über die Schaltungskarte auf einem Weg bewegt, durch den sie zum nächsten Anschlußstift gebracht wird, wo der Schweißvorgang wiederholt wird. Während dieser Bewegung wird das Drahtmaterial 12 von der Rolle 22 abgewickelt und bewegt sich durch die öffnungen in der Außenelektrode.

Die Betriebsfolge und insbesondere das Zerstören der -Iso-'lation erfordert eine genaue Steuerung der Drahtposition gegenüber der Innenelektrodenfläche 42 und der Oberseite

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des Stiftes 14. Bisher erfolgte dies durch Führung des Drahtmaterials durch einen axialen Kanal in der Elektrode, der die zur Zerstörung der Isolation erforderliche Kraft lieferte. Die hohle Elektrode hatte eine relativ kurze Lebensdauer, und ihr Auswechseln erforderte ein Zerschneiden des Drahtes, der durch sie hindurch verlief. Die feste Elektrode 50 ist stabiler und hat deshalb längere Lebensdauer. Sie kann ohne Zerschneiden des Drahtmaterials 12 ausgewechselt v/erden. Die Tatsache, daß der Draht nicht durch dieselbe Elektrode geführt wird, die auch seine Isolation unterbricht, erfordert jedoch eine genaue Steuerung der Drahtposition. Der Endteil 40 der Außenelektrode hat einen hohlen Bereich 54 niit relativ geringem Durchmesser d_s wo er die Fläche 42 der Innenelektrode umgibt. Dieser Durchmesser d ist vorzugsweise so klein, daß der radiale Abstand s zwischen der Öffnung 46, die das Drahtmaterial 12 über die Fläche der Elektrode führt, kleiner als der Durchmesser e des Anschlußstiftes 14 ist. Hierdurch wird das Drahtmaterial 12 zuverlässig an der Elektrodenfläche 42 gehalten. Der Endteil 40 der Außenelektrode hat an seinem unteren Ende einen geringeren Durchmesser, um den Anschlußstift 14 passend aufzunehmen. Es sei bemerkt, daß die beiden einander gegenüberliegenden Öffnungen 46 und 48 der Außenelektrode in Aufwärtsrichtung eine Position haben, die zumindest mit der Fläche 42 der Innenelektrode abschließt. Dadurch kann das Drahtmaterial 12 beim Andruck gegen die Fläche der Innenelektrode längs einer imaginären geraden Linie gehalten werden, die die beiden Öffnungen 46 und 48 verbindet. Das Drahtmaterial 12 wird also nicht nach oben durchgebogen. Das Fehlen scharfer Biegungen des Drahtmaterials begünstigt gleichfalls das Vermeiden von Beschädigungen.

Fig, 6 zeigt den Weg 60 der Elektrodenanordnung ihres Transports zwischen drei Anschluß stiften 14A, 14B und 140, die nicht auf einer gemeinsamen geraden Linie

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liegen. Venn die Elektrodenanordnung den Draht an dem ersteh Anschlußstift 14-A verschweißt, so liegt er auf einer ßchweißachße 62. Um mechanische Spannungen des Drahtraaterials minimal zn halten, wird die Elektrodenanordnung vorzugsweise zunächst parallel zur Schweißachse 62 geführt, und nur nach einer wetteren Bewegung in dieser Richtung wird die Bewegungsrichtung geändert, um die Elektrodenanordnung zum nächsten Anschlußstift 14-B zu bringen.

Das zur Widerstandsschweißung verwendete Elektrodenpaar kann an den beiden Enden des Anschlußstiftes angeordnet sein. Diese Ausführungsform ist in Pig« 7 dargestellt. Hier drückt eine Elektrode 70 das Drahtmaterial 12 gegen den Anschlußstift 14- und ist über diesem angeordnet, während die andere Elektrode 72 unter dem Anschlußstift ange~ ordnet ist. Das Drahtmaterial 12 wird diametral über die Fläche 74-· der oberen Elektrode mittels einer separaten Führung 76 geführt, die die obere Elektrode 70 umgibt. Die Führung 76 ist aus Isoliermaterial gebildet und hat zwei öffnungen 78 und 80 auf diametral einander gegenüberliegenden Seiten der mittleren Elektrode 7O₅ d.h. auf den beiden Seiten des unmittelbar vor der Fläche 74 der Elektrode vorgesehenen Raums, in dem das Drahfcraaterial gegen den Anschlußstift 14 gedrückt wird. Die öffnung 78 ist ein Loch, daß das Drahtmaterial 12 vollständig umgibt und sein Herausfallen verhindert. Die andere Öffnung 80 ist ein Schlitz, der am unteren Ende geöffnet ist, Das Schwelssen erfolgt ähnlich wie bereits beschrieben, mit dem Unterschied, daß die untere Elektrode 72 gegen das untere Ende des Anschlußstiftes 14 gedrückt wird, um den Schweißstromkreiß zu schließen.

Wenn die zuvor beschriebenen Ausführun^sbeispiele von Elektrodenanordnungen zu den verschiedenen Anschlußstif-

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ten geführt werden, läuft- das Drahtmaterial 12 durch die Drahtführung, die durch die Außenelektrode oder ein besonderes Führungselement gebildet ist. Der Durchgang des Drahtes durch die !führung wird behindert, wenn die Elektrodenanordnung im wesentlichen senkrecht zu der Längsachse des Drahtmaterials bewegt wird. Das Herausziehen des Drahtmaterials kann erleichtert werden, wenn die Führung so angeordnet ist,' daß sie sich um eine vertikale Achse drehen kann. Fig. 8 zeigt eine Elektrodenanordnung 90, die eine Außenelektrode 92 aufweist, welche um eine Achse 94- gedreht v/erden kann. Diese Achse 94- liegt auf der Längsachse der Innenelektrode 96. Fig. 9 zeigt den V/eg 104- der Elektrodenanordnung während der Verschweißung des Drahtmaterials an den drei Anschlußstiften 14Ä, 14-B und 14-C. Die Tatsache, daß die den Draht führende Außenelektrode rotiert, bedeutet, daß die Achsen der Schweißpunkte an den verschiedenen Anschlußstiften unterschiedlich orientiert sein können.

Fig. 10 zeigt eine Vorrichtung ähnlich Fig. 8, mit dem Unterschied, daß die Außenelektrode 110 auf einer Halterung 112 drehbar angeordnet ist und durch einen Motor 114 gedreht wird.

Durch die Erfindung ist also ein Elektroschweißgerät und ein Verfahren zur Schweißung eines kontinuierlichen Drahtmaterials an mehreren Punkten geschaffen, wodurch isoliertes Drahtmaterial an mehreren Anschlußstiften einer Schaltungskarte verschweißt werden kann. Die Vorrichtung umfaßt eine Schweißelektrode, die elektrische, Ultraschall- oder andere Schweißenergie dem Drahtmaterial zuführen kann und gleichzeitig das Drahtmaterial gegen den jeweiligen Anschlußstift drückt. Ferner ist eine Führung vorgesehen, die das Drahtmaterial genau über die gesamte Stirnfläche der Elektrode führt und gespannt hält. Die Führung hat

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zwei öffnungen auf diametral einander gegenüberliegenden Seiten der Elektrodenstirnfläche, d.h. auf den beiden Seiten des Raums, der sich unmittelbar vor der Stirnfläche der Elektrode befindet. Eine Öffnung,.die den Draht von einer Vorratsrolle aufnimmt, umgibt den Draht vollständig, so daß er bei normalem Betrieb nicht herausfallen kann. Die andere Öffnung ist ein Schlitz, der am unteren, der Elektrodenstirnfläche abgewandten Ende offen ist. Wird ein isoliertes Drahtiaaterial verschweißt, so kann die Führung auch in einer Außenelektrode vorgesehen sein, die die andrückende und den Draht an dem jeweiligen Punkt haltende Innenelektrode konzentrisch umgibt. Bei zueinander bewegten Elektroden kann die liihrung auch als separates Element ausgebildet sein, welches aus Isoliermaterial besteht.

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Claims

- ίο -

Patentansp r ü ehe

Elektroschv/eiflgerät zur Befestigung von Drahtmaterial mehreren Punkten, mit einer das Drahtmaterial an den jeweiligen Punkt andrückenden und dabei mit elektrischer Energie gespeisten Elektrode, dadurch gekennzeichnet, daß auf den beiden Seiten der Elektrode (30) Jeweils eine das Drahtmaterial (12) an ihrer Andruckfläche (42) spannende Führung (46, 48) vorgesehen ist, daß eine Drahtzuführungsvorrichtung (22) zur Haltung eines Vorrats an Drahtmaterial (12) und zu dessen Führung über die erste Führung (46), die Andruckfläche (42) und die zv/eite Führung (48) vorgesehen ist und daß die zweite Führung (48) bei Entfernung der Elektrode (30) mit den Führungen (46, 48) von dem jeweiligen Punkt (14) vom Drahtmaterial (12) ablösbar und ohne dessen Beschädigung erneut an ihm einstellbar ist.
2. Schweißgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zv/eite Führung (102) um die genannte Elektrode (96) drehbar angeordnet ist.
3. Schweißgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite, die erste Elektrode (30) konzentrisch umgebende Elektrode (34) vorgesehen ist und daß die beiden Führungen (46, 48) als öffnungen in zwei Seiten der äußeren Elektrode (34) vorgesehen sind, wobei die zweite Führung (48) als ein nach unten offener Schlitz ausgebildet ist.
4. Schweißgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden öffnungen (46,* 48) in der äußeren Elektrode (34) auf diametral einander gegen-

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tiberliegenden Seiten in einer Ebene angeordnet ist, die mit der Ebene der Andruckfläche (42) der inneren Elektrode (30) etwa abschließt.
5. Verfahren zur Verschweißung von Drahtrnateriai an mehreren !Punkten mit einem Elektroschv/eißgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet, daß das Drahtmaterial gespannt über die Andruckfläche einer Elektrode geführt wird, die mit dem Brahtinaterial den verschiedenen Punkten zugeführt wird, daß die Andruckfläche auf jeden Punkt gedrückt und damit das Drahtmaterial an diesem Punkt festgehalten wird und daß Schweißstrom durch die Elektrode, das Drahtinaterial und den jeweiligen Punkt geführt wird, wonach die Elektrode von dem Punkt abgehoben und parallel zu der Ausrichtung des an dem Punkt verschweißten Drahtmaterials weitergeführt und danach in einer dazu schräg verlaufenden Richtung zum nächsten Punkt bewegt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Drahtmaterial durch die erste, als Bohrung ausgebildete Führung, danach über die Andruckfläche und danach durch die zweite, als nach unten geöffneter Schlitz ausgebildete Führung geführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet^ daß das Drahtmaterial durch zwei auf einander gegenüberliegenden Seiten der Andruckfläche vorgesehene Führimgün hindurchgeführt wird und daß mindestens eine der Führungen zumindest für einen Teil der zur Bewegung der Elektrode in der zweiten, gegenüber der ersten schrägen Richtung erforderlichen Zeit gedreht wird.

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