DE2841465A1

DE2841465A1 - Schweissautomat fuer sonnenzellenschweissung

Info

Publication number: DE2841465A1
Application number: DE19782841465
Authority: DE
Inventors: Franz Koehler; Albert Meggl
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1978-09-23
Filing date: 1978-09-23
Publication date: 1980-03-27
Also published as: DE2841465B2; US4390770A; JPS5545597A; FR2436648B1; FR2436648A1

Description

Schweißautomat für Sonnenzellenschweißung

Die Erfindung betrifft einen Schweißautomaten für die Verschweißung von Kontaktfahnen mit Sonnenzellen, insbesondere von Sonnenzellen für Sonnengeneratoren von Raumflugkörpern, mit mehreren im Abstand zueinander positionierten Schweißelektroden und einem Sonnenzellen-Aufnahmetisch.

Halbleiter-Sonnenzellen liefern einzeln nur eine Spannung von weit unter einem Volt. Es werden daher in Abhängigkeit von der zu erzielenden Klemmenspannung viele Einzelzellen in Reihe geschaltet.

Die Zellen, welche Kantenmaße von einigen cm aufweisen, werden entsprechend elektrisch leitend miteinander verbunden.

Sonnenzellen in der Verwendung als Sonnengeneratoren für Raumflugkörper müssen aufgrund der extremen Beanspruchungen und der Erfordernis verläßlichen Funktionierens besonders ausfallsicher konzipiert sein. Insbesondere die Verbindung der einzelnen Sonnenzellen, bei denen z.B. Kontaktfahnen aus Silber auf die mit Silber bedampften Rückseiten aufgeschweißt werden, muß äußerst zuverlässig sein, da dort eine einzelne Fehlfunktion zum Ausfall ganzer Reihen und damit zu Energieversorgungsproblemen bei der Mission des Raumflugkörpers führen kann.

Als Verbindungstechnik hat sich Schweißen gegenüber anderen, wie etwa Löten, durchgesetzt, weil die Verbindungen schneller und leichter realisierbar und vor allem auch die Qualität besser kontrollierbar ist; sh. hierzu "Raumfahrtforschung", Heft 5, Sept./Okt. 1969, S. 205 ff..

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Auch im Hinblick auf die Empfindlichkeit der Zellen ist es entscheidend für die Qualität der Schweißung, daß die genaue Kontrolle von Parametern wie Strom, Spannung, Widerstand, Schweißzeit, Elektrodendruck und -abstand u.a. möglich ist.

Eine bekannte Art der Ausführung solcher Schweißungen ist die mit einem Spaltelektrodengerät, etwa der Fa. Hughes, dargestellt in UNILAB Schweißberichte Nr. 12-203 "Auszug aus einem Vortrag von H. Zschimmer vom 27.09-73 im Internationalen Elektronik-Zentrum, München.

Nachteilig wirkt sich bei derartigen Schweißgeräten aus, daß ein erheblicher manueller Aufwand betrieben werden muß. Jeder Schweißpunkt muß von Hand unter der Elektrode positioniert werden, was z.B. bei einem mit 6 Sonnenzellenpanels ausgestatteten Satelliten die Ausrichtung von 18 000 Zellen mit 10 - 20 Schweißpunkten erforderlich macht.

Ebenso ist die überwachung der einzelnen Schweißung umständlich, da die individuelle Prüfung einen erhöhten Zeitbedarf bei fehlender Registrierung und damit lückenhafter Endkontrolle bedingt.

Aufgabe der Erfindung ist es, für den angegebenen Verwendungszweck einen Schweißautomaten zu schaffen, bei dem das Schweißen in vollautomatischer, kontrollierter und reproduzierbarer Weise erfolgt und der den hohen Qualitätsanforderungen in der Raumfahrttechnik genügt.

Diese Aufgabe ist gelöst durch

-quer zum Sonnenzellen-Aufnahmetisch angeordnete, in y-Richtung und senkrecht dazu programmiert bewegbare Elektrodenköpfe mit individuell steuerbarer Anpreßkraft, - eine automatische Positionierung der Schweißpunkte unter die Elektroden mit Hilfe eines programmiert bewegbaren Aufnahmetisches,

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-s-

- eine die Steuerung des Schweißstromes an den Elektrodenköpfen ermöglichende Hochleistungs-Stromversorgung,

- eine Schutzgaszuleitung für jeden Elektrodenkopf,

- ein den Übergangswiderstand an der Schweißstelle überwachendes Widerstandsmeßgerät,

- eine die visuelle Schweiß-Überwachung je Elektrode gestattende Einrichtung,

- eine Programmsteuerung für die Überwachung aller aufgabenbezogenen Parameter, wie Anzahl der Schweißungen, Schweißdauer, Spannung, Strom und die genannten anderen, und durch welche auch die Folgereaktion, wie Abschalten, bei Störungen u.dgl. bewerkstelligbar ist.

Weitere Ausbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind in einer ganz wesentlich erhöhten Schweißkapazität unter Erzielung optimaler Schweißqualität zu sehen. Die Kosten für die immer noch recht teueren Sonnenzellen-Generatoren können damit in einem Teilbereich um ein erhebliches gesenkt werden, da statt der zeitaufwendigen, personalintensiven manuellen Schweißung mit ihren natürlichen Unsicherheiten ein automatisches, zügig und total überwachbares Schweißen ermöglicht wird.

Die Erfindung ist an Hand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Sonnenzellenpanel-Ausschnitt mit der Lage der

Schweißpunkte,
Fig. 2 eine Prinzipdarstellung eines Schweißautomaten.

Gemäß Fig. 1 sind Sonnenzellen 10 neben- und untereinander nach Art eines Moduls angeordnet. Die einzelnen Zellen sind Halbleiter bekannter Bauart, auf deren Rückseite Silber aufgedampft ist.

Die Kontaktfahnen 11, 11' bestehen ebenfalls aus Silber und

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sind derart geformt, daß bei Verwendung der dargestellten oder ähnlicher Zellen eine Serien- und Parallelverschaltung durch einfache geometrische Anordnung möglich ist. Die Schweißstellen 13 werden pro Zellentyp an identische Stellen gesetzt, wodurch jedoch nicht ausgeschlossen ist, daß etwa bei Reparaturen manuell oder programmgesteuert auch andere Schweißstellen aufgesucht werden. Aus der Darstellung ist ersichtlich, daß pro Kontaktfahne eine Anzahl von Schweißstellen erforderlich ist, um den Ansprüchen an Kontaktfähigkeit, Haltbarkeit usw. zu genügen.

Bei der Verwendung in der Weltraumfahrt sind die Module extremen Belastungen ausgesetzt, so daß am Boden die Qualität jeder einzelnen Schweißstelle gewährleistet werden muß. Der in Fig. 2 schematisiert dargestellte Schweißautomat genügt diesen Anforderungen und besteht im wesentlichen aus einem in x-Richtung über einen Schrittmotor 14 mit Spindel 16 beweglichen Sonnenzellen-Aufnahmetisch 15, welcher die Schweißunterlage mit den fixierten Sonnenzellen aufnimmt. Darüber sind vier Elektrodenköpfe 20.1 bis 20.4 angeordnet. Diese sind mittels Schrittmotor 17 und Spindel in y-Richtung bewegbar und durch pneumatische Betätigung höhenverstellbar. Jeder Elektrodenkopf 20.1 bis 20.4 ist einzeln ansteuerbar und auf die Schweißstelle mit vorgegebenem Druck absenkbar, wobei die gesamten Bewegungsvorgänge nach vorgegebenem Programm über eine Programmsteuerung 19 ablaufen. Die Steuerung bewältigt daneben die Steuerung und Kontrolle sämtlicher anderer Vorgänge, wie etwa Schweißstromversorgung, Beschaffenheit der Schweißung, des zu verschweißenden Materials u. dgl. mehr. Alle überwachten Parameter und Vorgänge werden zu Zwecken der Nachkontrolle in einer Registratur 21 abgelegt, etwa in bekannter Art auf Magnetband.

Die Anlage kann daneben auch z.B. zur Ausführung gezielter Reparaturen auf Handbetrieb 22 umgeschaltet werden. In beiden Betriebsarten ist eine visuelle Überwachung 23 mittels Fernsehen, Stereomikroskop u.a. vorgesehen. Die Handsteuerung wird auch dazu

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benutzt, den ersten Schweißpunkt unter die zugehörige Elektrode zu positionieren. Dazu ist in der visuellen Überwachung 23 eine Visiereinrichtung, z.B. ein Fadenkreuz, vorgesehen. Nach der ersten Einstellung läuft die weitere Schweißung automatisch ab.

Bei jeder Abweichung, die außerhalb der in der Programmsteuerung vorgegebenen Toleranzen oder Grenzwerte liegt, bleibt der Automat selbst stehen und gibt ein entsprechendes Zeichen ab. Solche Störungen können sein: unrichtige Elektroden-Anpreßkraft, Fehler in der Schutzgasversorgung, zu großer oder zu kleiner übergangswiderstand, Abweichungen von der zulässigen Elektrodentemperatur usw. Mach Behebung der Störung setzt der Automat die Schweißung entsprechend dem Programm fort. Außerdem ist vorgesehen, daß z.B. nach 160 Schweißpunkten automatisch eine Unterbrechung erfolgt, so daß vorbeugende Wartungsarbeiten durchgeführt werden können.

Als Elektroden werden vorzugsweise Spaltelektroden verwendet, welche leicht gegen vorbereitete Elektroden auswechselbar sind. Die stromzuführende Elektrode besteht aus Kupfer und wird mit geringerer Kraft als die aus Wolfram bestehende, den Schweißwiderstand bestimmende zweite Elektrode auf die Schweißstelle aufgesetzt. Wie aus dem zitierten Stand der Technik entnehmbar, wird dabei die Wärme an der Elektrodenspitze definiert entwickelt. Die Überwachung erfolgt mit Wärmesensoren z.B. Infrarotsensoren, deren Ausgang ebenfalls der Programmsteuerung 19 zugeordnet ist. Es können auch andere geeignete Temperaturdetektoren Verwendung finden. Die Beleuchtung der Szene für die visuelle Überwachung erfolgt vorteilhaft mit die Messung nicht beeinflussendem Kaltlicht.

Nicht näher dargestellt sind die in der Schweißtechnik an sich bekannten Bauelemente wie Hochleistungs-Stromversorgung, Schutzgaszuleitung und Widerstandsmeßgerät. Hier können handelsübliche Geräte Verwendung finden, wie sie dem Fachmann geläufig sind.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Sonnenzellen, insbesondere von Sonnenzellen für Sonnengeneratoren von Raumflugkörpern, mit mehreren im Abstand zueinander positionierten Schweißelektroden und einem Sonnenzellen-Aufnahmetisch gekennzeichnet durch quer zum Sonnenzellen-Aufnahmetisch (15) angeordnete, in y-Richtung und senkrecht dazu programmiert bewegbare Elektrodenköpfe (20.1 bis 20.¹O mit individuell steuerbarer Anpreßkraft,

eine automatische Positionierung der Schweißpunkte (13) unter die Elektroden (20.1 bis 20.4) mit Hilfe eines programmiert bewegbaren Aufnahmetisches (15), eine die Steuerung des Schweißstromes an den Elektrodenköpfen (20.1 bis 20.²I) ermöglichende Hochleistungs-Stromversorgung ,

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eine Schutzgaszuleitung für jeden Elektrodenkopf (20.1 bis 20.H),

ein den Übergangswiderstand an "der Schweißstelle (10,11) überwachendes Widerstandsmeßgerät, eine die visuelle Schweiß-Überwachung je Elektrode (20.1 bis 20.U) gestattende Einrichtung (23), eine Programmsteuerung (19) für die Überwachung aller aufgabenbezogenen Parameter, wie Anzahl der Schweißungen, Schweißdauer, Spannung, Strom und die genannten anderen, und durch welche auch die Folgereaktion, wie Abschalten bei Störungen u.dgl. bewerkstelligbar ist.
2. Schweißautomat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Elektrodenköpfe (20.1 bis 20.4) mit Spaltelektroden bestückt sind und diese jeweils aus einer stromzuführenden Kupfer und einer einen hohen 0hm'sehen Widerstand definierenden Wolfram-Elektrode bestehen.
3. Schweißautomat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Elektrodenköpfe (20.1 bis 20.4) einzeln austauschbar sind.
4. Schweißautomat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Elektroden-Temperatur überwachende Detektoren vorhanden sind und die Detektoren IR-Sensoren sind, sowie daß für Beobachtungszwecke Kaltlicht verwendet wird.
5. Schweißautomat nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die visuelle Überwachung (23) mittels Stereomikroskop, Fernsehen o.dgl. durchführbar ist, und daß die Beobachtung aufzeichenbar ist. >^#
6. Schweißautomat nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß alle überwachten Parameter einschließlich der Folgereaktionen

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in einer Registratur (21) zusammen mit der Kennzeichnung der verschweißten Module ablegbar sind.
7. Schweißautomat nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß der Aufnahmetisch (15) mittels Schrittmotor (14) und Spindel (16) bewegbar ist.
8. Schweißautomat nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet , daß die Höhenbewegung der Elektroden federgestützt pneumatisch und die Verstellung in y-Richtung mittels Schrittmotor (17) und Spindel (18) erfolgt.

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