DE2841465B2 - Vorrichtung zum Verschweißen von Kontaktfahnen mit Sonnenzellen - Google Patents
Vorrichtung zum Verschweißen von Kontaktfahnen mit SonnenzellenInfo
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Description
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenköpfe
(20.1 bis 20.4) einzeln austauschbar sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überwachung der Elektroden-Temperatur
Detektoren, insbesondere IR-Sensoren vorhanden sind.
5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der so vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß eine visuelle Überwachung (23) mittels Stereomikroskop, Fernsehen od. dgl. vorgesehen ist,
und daß die Beobachtung aufzeichenbar ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmetisch (15) mittels
Schrittmotor (14) und Spindel (16) bewegbar ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhenbewegüng der Elektroden
federgestützt pneumatisch und die Verstellung in to y-Richtung mittels Schrittmotor (17) und Spindel
(18) erfolgt.
b5
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verschweißen von Kont3k*fnhn(:*n γρι* S^nn^nz^ü^p
insbesondere von Sonnenzellen für Sonnengeneratoren von Raumflugkörpern, mit mehreren im Abstand
zueinander positionierten Schweißelektroden und einem Sonnenzellen-Aufnahjnetisch.
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;
siehe hierzu »Raumfahrtforschung«, Heft 5, SeptVOkt 1969, S. 205 f f.
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, dargestellt z.B. in UNILAB Schweißberichte Nr. 12-203
»Auszug aus einem Vortrag von H. Zschimmer vom 27.09.19V3 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 eine Vorrichtung zu schaffen, bei
der das Schweißen in vollautomatischer, kontrollierter und reproduzierbarer Weise erfolgt und die den hohen
Qualitätsanforderungen in der Raumfahrttechnik genügt.
Diese Aufgabe ist gelöst durch
a) quer zum Sonnenzellen-Aufnahmctisch angeordnete, in y-Richtung und senkrecht dazu programmiert
bewegbare Elektrodenköpfe mit individuell steuerbarer Anpreßkraft,
b) eine automatische Positionierung der Schweißpunkte unter die Elektroden mit Hilfe eines
programmiert bewegbaren Aufnahmetisches,
c) eine die Steuerung des Schweißstromes an den Elektrodenköpfen ermöglichende Hochleistungs-Stromversor<"jn<T.
d) eine Schutzgaszuleitung für jeden Elektrodenkopf,
e) ein den Obergangswiderstand an der Schweißstelle überwachendes Widerstandsmeßgerät,
f) eine die visuelle Schweiß-Überwachung je Elektrode gestattende Einrichtung,
g) 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 anhand der Figuren näher erläutert Es zeigt
F i g. 1 einen Sonnenzellenpanel-Ausschnitt mit der Lage der Schweißpunkte,
F i g. 2 eine Prinzipdarstellung einer Schweißvorrichtung.
Gemäß F i g. 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 sind derart
geformt daß bei Verwendung der dargestellten oder ähnlichen 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 K.ontaktfähigkeit, 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. Die in F i g. 2 schematisiert
dargestellte Vorrichtung 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 18 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 19 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
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 19 vorgegebenen Toleranzen oder
Grenzwerte liegt bleibt die Vorrichtung 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. Nach
Behebung der Störung setzt der Automat die Schweißung entsprechend dem Programm fort. Außerdem ist
vorgesehen, daß ζ. 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 Wider
Standsmeßgerät. Hier können handelsübliche Geräte Verwendung finden, wie sie dem Fachmann geläufig
sind.
Claims (2)
1. Vorrichtung zum Verschweißen von Kontaktfahnen mit Sonnenzellen, insbesondere von Sonnenzellen
für Sonnengeneratoren von Raumflugkörpern, mit mehreren im Abstand zueinander positionierten
Schweißelektroden und einem Sonnenzellen-Aufnahmetisch gekennzeichnet durch
a) quer zum Sonnenzellen-Aufnahmetisch (IS) angeordnete, in y- Richtung und senkrecht dazu 'O
programmiert bewegbare Elektrodenköpfe (20.1 bis 20.4) mit individuell steuerbarer
Anpreßkraft,
b) eine automatische Positionierung der Schweißpunkte (13) unter die Elektroden (20.1 bis 20.4)
mit Hilfe eines programmiert bewegbaren Aufnahmetisches (15),
c) eine die Steuerung des Schweißstromes an den Elektrodenköpfen (20.1 bis 20.4) ermöglichende
Hochleistungs-Stromversorgung,
d) eine Schutzgaszuleitung für jeden Elektrodenkopf (20.1 bis 20.4),
e) ein den Übergangswiderstand an der Schweißstelle (10,11) überwachendes Widerstandsmeßgerät,
f) eine die visuelle Schweiß-Überwachung je Elektrode (20.1 bis 20.4) gestattende Einrichtungiaa),
g) eine Programmsteuerung (19) für die Überwachung aller aufgabenbezogenen Parameter, wie ^o
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. Vorrichtung 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 Ohmschen Widerstand definierenden Wolf- *o
ram-Elektrode bestehen.
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OAP | Request for examination filed | ||
| OD | Request for examination | ||
| 8235 | Patent refused |