DE2934648C2

DE2934648C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Anschweißen von Kleinteilen an einen bandförmigen Träger.

Info

Publication number: DE2934648C2
Application number: DE2934648A
Authority: DE
Inventors: Bernhard 6450 Hanau Rosenstock; Karl 6451 Bruchköbel Tröger
Original assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Current assignee: Rosenstock Bernhard 6451 Grosskrotzenburg De Tr
Priority date: 1979-08-28
Filing date: 1979-08-28
Publication date: 1983-01-13
Also published as: DE2934648A1; JPS5633191A

Description

Für das Verbinden von kleinen Teilen, wie elektronischen Bauelementen, werden die verschiedensten Schweißverfahren angewandt Eine Übersicht der bekannten Verfahren ist der Zeitschrift »Schweißen und Schneiden«. Jahrg. 31. 1979, Heft 6, Seite 248-251 zu entnehmen.

In dem Aufsatz ist auch das Laserschweißen oder Laserstrahlschweißen und der damit erreichbare Vorteil, nämlich eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit, erwähnt. Will man jedoch die mittels pulsierenden Lasern erreichbare hohe Impulsfolge auch nur teilweise ausnutzen, genügen die bei den bekannten Schweißverfahren und -Maschinen angewandten Techniken nicht mehr. Schon bei mehreren Schweißungen pro Sekunde ist es nicht mehr möglich, das Zusammenführen der zu schweißenden Teile und das exakte Ausrichten der Teile zueinander in diesem sehr kurzen Zeitintervall, d. h. praktisch gleichzeitig, durchzuführen. Mit anderen Worten schafft die mit Hilfe von Lasern eröffnete Möglichkeit einer hohen Impulsfolge allein nucn keine industrielle Umsetzung in eir^r für die Produktion geeigneten Schweißmaschine bzw. Schweißautomaten.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, das es gestattet, mit einer hohen Zahl von Schweißimpulsen pro Zeiteinheit zu arbeiten, ohne daß hierunter die Qualität der Schweißverbindung leidet.

Die Lösung der Erfindung besteht darin, daß jedes Kleinteil zunächst durch Hindurchleiten von elektrischem Strom in einer geringeren Größe als bei normalem Widerstandsschweißen an den Träger angeheftet und danach die Schweißverbindung durch Laserschweißen hergestellt wird.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht somit darin, durch Aufteilen der Arbeitsgänge auf mehrere Arbeitsstufen die erforderlich; hohe Arbeitsgeschwindigkeit zu erreichen. Dabei wird das Vereinzeln der Kleinteile und Transportieren in einer ersten Stufe, das genaue |ustieren der Teile relativ zu dem Trägerstreifen, auf den das Kleinteil aufgeschweißt wird, und das Anheften mittels Widerstandsrehweißen in einer zweiten Stufe, und schließlich das Verschweißen mittels Laserstrahlen in einer dritten Stufe nacheinander und gleichzeitig durchgeführt. Mit der Erfindung wird daher erreicht, daß die zum Erstarren der Schmelze an der Laserschweißstelle erforderliche Zeit zur Verfugung steht und die Fixierung der Teile beim Erstarren der Schmelze garantiert werden kann, wodurch ein Verschieben bei der hohen Arbeitsgeschwindigkeit bzw. Schweißtaktfolge vermieden wird.

Mit Vorteil werdv^ b?i dem erftndungsgemäßen Verfahren die Kleinteile an ihren Randbereichen mittels Laserstrahlungen auf dem Träger aufgeschweißt, wobei neben der späteren Schweißstelle Ausnehmungen eingebracht werden. Dadurch ist es möglich, mit geringerer Schweißenergie auszukommen, da die eingebrachte Schweißenergie nicht zu schnell in die, die Schweißstelle umgebende Masse, abfließen kann. Ferner wird die Schweißsicherheit durch diese Maßnahme weiter erhöht.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung besteht vorteilhafterweise aus einer Vorschubeinrichtung (ζ. Β. Zug- bzw. Wickelvorrichtung) für das Trägerband, dem zugeordnet sind:
eine Kleinteile-Zufuhr-Eir.richtung zwecks einzelner lagegerechter Zufuhr an die Heftstation;
der Heftvorrichtung mittels atromdurchflossener Elektrode;

der Lasenitrahl-Schweißeinrichtung und einer Trennvorrichtung für die verschweißten Kleinteile.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Zufuhreinrichtung für die vereinzelten Kleinteile der Heftstation gegenüberliegend angeordnet (jev-eils auf der anderen Seite des Trägerbandes, jedoch in Transportrichtung des Bandes gesehen, am gleichen Ort übereinander).

In weiterer Ausbildung der Erfindung werden die Kleinteile erst in der Zufuhr-Vorrichtung, z. B. in Form einer Transportscheibe, vereinzelt und so von dieser ausgegeben, daß die Ausgabestelle lagegerecht ist für das Anheften der Kleinteile an dem bandförmigen Träger.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung erläutert, anhand der in den Zeichnungen enthaltenen rein scheoiatischen Darstellung. Es zeigt

F i g. 1 die Vorrichtung zum Aufschweißen der Klcinteile.

F i g. 2 eine perspektivische Ansicht einzelner in der Vorrichtung durchgeführter Schritte.

Wie der Fi <». 1 zu entnehmen, ist eine Vorschubeinrichtung 1 für das Trägerband vorgesehen, zum Transport desselben in Pfeilrichtung. Die Kleinteile werden von einer eigenen Vorschubeinrichtung 2 in eine Abscherstation 3 bewegt, wenn die Teile noch zusammenhängend, z. B. in Drahtform, vorliegen. Sodann werden sie mit Hilfe einer ^Transportscheibe, Drehteller ο. ä. 4 vereinzelt und lagegerecht der Heftstation 5 zugeführt. Dabei ist die Zuordnung mit Vorteil so getroffen, daß das Kleinteil auf der der Elektrode der Heftvorrichtung abgekehrten Seite des Trägerbandes gegenüberliegt. Für die Durchführung des Heftens hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, die Elektrode der Heftvorrichtung 5 als Gegenelektrode zum stromdurchflossenen Kleinteil auszubilden, so daß ein Aufdrücken der Elektrode auf Band und Kleinteil den elektrischen Kontakt herstellt. Die Stromstärke is', hierbei abhängig von der Materialpaarung der miteinander zu verschwelLJenden Teile so zu wählen, daß sie zum Anheften ausreicht, also geringer als beim normalen Widerstandsschweißen.

Bewahrt hat sich für das Heften eine Stromstärke von einigen hundert Ampere und eine elektrische Spannung von einigen Volt, bevorzugt < IO Volt.

Die Laserschweißeinrichtung 6 ist gegenüber dem Trägerband so angeordnet, daß sich eine optimale F.nergieübertragung und Strahlführung an die Schweißstelle ergibt.

Für das Schweißen geeignete gepulste Festkörper-Laser sind ζ. B. der Zeitschrift »KEM« 1979, Juni, Seite 34 zu entnehmen. Die Wellenlänge des Laserlichtpulses wird dabei so gewählt, daß die Absorption im wesentlichen nur in einer dünnen Schicht im Mikrome ter-Ber eich erfolgt und die eingestrahlte Gesamtenergie des Laserlichtpulses materialabhängig derart bemessen, daß die Temperatur in der den Laserstrahl absorbierenden dünnen Schicht (Eindringtiefe) nur kurzzeitig über den Schmelzpunkt der zu verschweißenden Materialien steigt.

Die Ausführung der Laserstrahl-Schweißeinrichtung ist so getroffen, daß der vom Laser emittierte Lichtpuls nur die relativ kleine Schweißstelle trifft, wodurch die Laserenergie optimal genutzt wird und unnötiges Aufheizen von Material über die Schweißstelle hinaus vermieden wird. Nach dem Aufschweißen wird das Band mit den aufgeschweißten Kleinteilen einer Trennstation 7 zugeführt, vorzugsweise mit zwei Messern, ähnlich der Scherstation 3. Die Durchführung des Abscherens ist dem Schema in Fig. 1 anhand der Pfeile zu entnehmen.

In der Trennvorrichtung 7 werden die ar.« Trägerband 8, ζ. B. aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, magnetischem oder sonstigem metallischen Werkstoff aufgeschweißten Kleinteiien 9, z. B. Kontaktfedern, mit im wesentlichen U-Form oder Lyraform wieder vereinzelt Bei anderen Kleinteilen ist diese Vereinzelung bzw. Abtrennung nicht mehr nötig und das Band 8

>^l( kann mit dem aufgeschweißten Teil aufgewickelt werden auf eine Trommel oder Haspel. In diesem Fall ist auch der Bandvorschub nicht in der in F i g. 1 dargestellten Art erforderlich, sondern das Trägerband 8 wird dann lediglich von einer Trommel oder Haspel

Ji abgewickelt und durch die einzelnen Stationen gezogen.

Werden dann z. B. kleine elektrische Kontakte oder

Halbleiter-Chips aufgeschweißt auf das Band 8. so ist es möglich, die Kontakte nach der Schweißung gewünschtenfalis nachzuverformen, während bei Halbleitern diese in Kunststoff einzukapseln sind. Die Vereinztiung der fertigen Stücke kann dann ganz am Schluß erfolgen. Bestimmte Kleinteile können gewünschtenfalls schon in der Transportvorrichtung 4 aufgenommen und der Heftstelle bei 5 zugeführt werden, ohne daß diese vorher noch von einem Stück abgetrennt werden müssen.

Selbstverständlich kann vor oder hinter der Trennstation 7 am Band 8 noch eine Kontrollstation vorgesehen sein (nicht dargestellt), die die Lagerichtigkeit und/oder Güte der Schweißverbindung prüft und bei fehlerhafter Schweißung solche Stücke aussortiert.

Die Transportvorr chtungen sind an sich bekannter Art. Das gleiche gilt für die Heftvorrichtung 5 nach Ar' einer WiderstandsschweiCvorrichtung. Es können auch ein'.elw Kleinteile miteinander verschweißt werden, sofern eine Transportvorrichtung für einen kontinuierli chen Transport von r.iation zu Station sorgt.

Der Verfahrensablauf zum Anschweißen der Kleinteile wird besonders deutlich aus F ι g. 2. Das Trägerband 8 wird z. B horizontal bewegt (in F ι g. 2 nach rechts oben). Ihm wird zunächst von unten her ein Kleintcil 9 zugeführt und mit Halteelementen 10. wie Greifern (im Beispiel 4), in der richtigen Lage für das Anheften in der Vorrichtung 5 gehalten. Die Elemente 10 können Teil

^h3 der Transportvorrichtung, wie Scheibe oder Schieber 4 (in Fi g. I)^iH.

Wie ersichtlich, weist das Trägerband 8 Ausnehmungen 11,12 auf, die jeweils der späteren Schweißstelle 13

unmittelbar benachbart sind und für eine günstige lokalisierte Wärmezufuhr sorgen. Zwischen den Ausnehmungen II, 12 bleibt dabei am Rande des Trägerbandes 8 ein Bereich 14 stehen, der sich für die Anschweißung nach dem Laserstrahlschweißverfahren von seiner Dimensionierung und Anordnung her optimal eignet.

Wie ersichtlich, sind jeweils zwei Randbereiche 14 einander gegenüberliegend am Band 8 angeordnet. Beim Anheften mit Hilfe der Elektroden 15 und/oder 16 π der Vorrichtung 5 in Fig. I entsteht ein Heft- oder Schweißfleck 17 zentral zwischen den beiden Randbereichen 14 und im Schnittpunkt der Quermittelachse des Kleinteils 9 mit der Längsachse des Bandes 8.

Nach dem Anheften wird das Band 8 mit dem angehefteten Kleinteil 9 in die .Schweißsta;ion 6 (F i g. I) befördert, wo die Lichtaustritte 18, 19 der Vorrichtung den Laserstrahl direkt und möglichst verlustfrei auf die vorbereiteten Randbereiche 14 des Bandes richten und diese mit dem Kleinteil 9, wie an der Stelle 13 in F i g. 2 dargestellt, mit Hilfe des gepulsten Festkörperlaser verschweißen. Eine IOO%ige, z. B. optische Endkontrolle gestattet es, für die Lieferung einwandfrei geschweißte Werkstücke zu garantieren.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Anschweißen von Kleinteilen an einen bandförmigen Träger in vorgegebenem sehr kleinen Abstand voneinander, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Kleinteil zunächst durch Hindurchleiten von elektrischem Strom in einer geringeren Größe als bei normalem Widerstandsschweißen an den Träger angeheftet, und danach die Schweißverbindung durch Laserschwei-Ben hergestellt wird.

Z Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Kleinteil an zwei seiner Randbereiche mit Laserstrahlung mit dem Träger verschweißt wird. .

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Verbinden der Kleinteile mit dem Träger in den Trägern neben der späteren Schweißstelle Ausnehmungen eingebracht werden.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß dem bandförmigen Träger (8) von einer Vereinzelungsund Zuführeinrichtung (2 bis 4) die Kleinteile (9) ausgerichtet zugeführt werden, daß sie in einer Heftstation (5) auf dem Träger anheftbar sind und der Träger von dort einer '.aserschweißstation (6) zugeführt wird, in der die Strahlung eines Festkörperlasers auf wenigstens eine Stelle gerichtet ist, an der ein Randbereich (14) des Trägers (8) mit dem Kleinteil (9) in Berührung ist. wobei die Energie des Laserpulsi so gewählt ist. daß sie an der(n) Berührungsstelle(n) das orW die Metalle der zu verschweißenden Teile kurzzeitig zum Schmelzen bringt. »

5. Vorrichtung nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (5) zum Anheften der Kleinteile (9) mit wenigstens einer WiderstandsschweiOelektrode(n) (15, 16) versehen ist. die im Zentrum von Träger (8) und Kleinteil (9) plaziert ist *o (sind) und zwischen den zu verschweißenden Teilen (8,9) einen zentral zwischen den späteren Schweißstellen (13) gelegenen Heftschweißpunkt (17) ausbildet.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn- « zeichnet, daß die Laserschweißeinrichtung (6) wenigstens zwei Austrittsfenster (18, 19) aufweist, die die Laserpulse abgeschirmt auf die mit den Kleinteilen in Berührung stehenden Randbereichen (14) des Trägers zwischen benachbarten Ausneh- so mungen (11,12) desselben richten.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in Transportrichtung des Trägers (8) hinter der Laserschweißstation (6) eine Trennstation (7) mit einer Schneideinrichtung zum Abtrennen der fertiggeschweißten Werkstücke voneinander angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich- ^b0 net, daß unterhalb des von Station zu Station transportierten Trägers (8) die Vereinzelungs-, (Trenn-) und Zufuhreinrichtung (2 bis 4) für die Kleinteile (9) angeordnet ist (sind).

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn- ^b'^} zeichnet, daß die Vereinzelungs- und/oder Zufuhreinrichtung (2 bis 4) die Kleinteile (9) direkt in Heftlage relativ zum Träger (8) bringt und hält, insbesondere der Elektrode (15) der Hefteinrichtung gegenüberliegend.

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Heftstaticn (5) in Transportrichtung des Trägers (8) gesehen eine Schnittstanze zum Ausschneiden der Aussparungen (11,12) neben den späteren Schweißstellen am Rande des Trägers (8) angeordnet ist

11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in die Transporteinrichtung (1) des Trägers (8) ein bereits mit Rand-Aussparungen (11, 12) versehenes Band eingesetzt wird.