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Vorrichtung zum Verbinden wenigstens eines Drahtes mit
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einer metallischen Oberfläche Stand der Technik Die Erfindung geht
aus von einer Vorrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Zur Herstellung von
Drahtanschlußverbindungen an metallischen Oberflächen ist das Widerstandsschweiß-Verfahren
bekannt. Bei diesem Verfahren werden die zu verbindenden Werkstücke an der Schweißstelle
mittels geeigneten Elektroden durch einen starken Strom erhitzt und im teigigen
Zustand durch Zusammenpressen vereinigt. Dabei hat die Schweißelektrode die Aufgabe,
den Strom zuzuleiten und die notwendige Preßkraft zu übertragen. Je nach Art der
Widerstandsschweißung (Punkt-, Rollen-, Buckel- und Stumpfschweißen) werden unterschiedliche
Elektrodenformen verwendet. Bei dem hier in Frage kommenden Punktschweißen sind
die Elektroden stiftförmig, beim Buckelschweißen breitflächig, blockartig ausgebildet.
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Die Herstellung von Drahtanschlußverbindungen an metallischen Oberflächen
ist mit derartigen Elektroden nur unvollkommen möglich, da der dünne Draht durch
die Elektrodenkraft beschädigt und in die aufschmelzende
Oberfläche
eingedrückt wird. Weiterhin kann dieMetallschicht mit den Elektroden legieren.
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Das übliche Widerstandschweiß-Verfahren mittels der dafür gebräuchlichen
Elektroden ist nicht geeignet, um z.B.
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dünne Drähte an elektrische bzw.-elektronische Bauelemente mit metallisierter
Oberfläche anzubringen. Bei der Herstellung von elektronischen Bauelementen (z.
B.
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Kondensatoren) kann eine Forderung darin liegen, daß die Anschlußdrähte
bei einer bestimmten mechanischen Belastung, die auf das Bauelement einwirkt, abreißen.
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Hierfür müssen die Anschlußdrähte eine bestimmte Bruchfestigkeit aufweisen.
Durch die b-ekannten Schweißverfahren wird jedoch der Draht an der Schweißstelle
durch den Schweißvorgang unreproduzierbar geschwä-cht. Dadurch ist eine definierte
Bruchfestigkeit des Drahtes nicht mehr gewährleistet. -Weiterhin bekannt ist das
Heizelementschweißen, bei welchem die Werkstoffe durch einen indirekt beheizten
Kontaktieruflgsstempel erwärmt und durch Druckaufbringung verbunden werden. Hierbei
tritt im allgemeinen keine schmelzflüssige sondern nur eine- plastische- Phase auf.
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Bezüglich der Beanspruchung der zu verbindenen Werkstoffe (Bauelemente)
gilt jedoch weitgehend das bereits Ausgeführte.
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Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß eine feste, elektrisch
gut leitende Verbindung zwischen wenigstens- einem Draht und einer# metallischen
Oberfläche, vorzugsweise bei Kondensatoren, herstellbar ist
Durch
die bestimmte Formgebung des Kontaktierungsstempels wird durch den aufgebrachten
vorgegebenen Druck und Erwärmung die metallische Oberfläche in die plastische Phase
gebracht oder angeschmolzen und somit um den Anschlußdraht geformt, wodurch keine
Schwächung des Drahtes auftritt. Dabei wird der Anschlußdraht weder plastifiziert
noch angeschmolzen und durch die Formgebung der Kontaktierungsfläche auch nicht
druckbelastet.
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Durch den Einsatz einer derartigen Vorrichtung können im übrigen handelsübliche
Widerstandsschweißmaschinen und Steuerungen verwendet werden. Damit kann das Verfahren
auch mechanisiert werden.
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Die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen stellen eine vorteilhafte
Weiterbildung und Verbesserung des im Hauptanspruch angegebenen Gegenstands dar.
Besonders vorteilhaft ist die kerbformartige Ausbildung der Kontaktierungsfläche
auch in Form eines breitgezogenen ''W'l. Hierdurch wird auf einfache Weise erreicht,
daß der Kontaktierungsstempel den mit der metallischen Oberfläche zu verbindenden
Draht beim Schweißvorgang umschließt, ohne ihn jedoch zu quetschen. Dementsprechend
vorteilhaft wäre auch eine kreiszylinderförmige Kontaktierungsfläche des Kontaktierungsstempels.
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Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig.
1 eine Ausführungsform zur Verbindung eines Drahtes, Fig. 2 und 3 die Verbindungsstelle
bei mehreren Drähten.
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Beschreibung der Erfindung Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht
aus einem zweiteiligen Spaltelektrodenhalter 10, in welchem der Kontaktierungsstempel
11 z. B. mittel Schrauben 18 befestigt ist. Der zweiteilige Spaltelektrodenhalter
10 besteht aus zwei parallel angeordneten Hälften, die getrennt durch eine isolierende
Folie 12 (ca. 50 bis 500 /um dick) fest miteinander verbunden sind.
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Der Kontaktierungsstempel 11 weist im unteren Kontaktierungsbereich
einen kerbformartigen Einschnitt 13 auf. Es ist jedoch auch eine kreiszylindrische
Formgebung der Kontaktierungsfläche möglich. Der Spaltelektrodenhalter 10 kann durch
Hochfrequenzerwärmung, #Heizelemente oder Widerstandserwärmung beheizt werden. Weiterhin
kann eine Impulswiderstands-beheizte Elektrode aus einer Nickelsonderlegierung,
z. B. Inconell, verwendet werden.
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Als Materialien für den Kontaktierungsstempel 11 kommen hochwarmfest
und korrosionsbeständige #ickel-Chrom-Kobalt-Legierungen mit#Tftan- und Aluminiumzusatz
für Temperaturen bis ca. 900 0C zum Einsatz (z. B.
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X8NiCoCrTi552020 oder X15CrNiSi252O). Entscheidend ist die dem Draht
angepaßte geometrische, Formgebung des Kontaktierungsstempels 11.
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Die auf dem Grundmaterial 14 aufgebrachte metallische Oberfläche 15
soll mit dem dünnen Draht 16 (oder mehreren Drähten) verbunden .werden. Die durch
die kerbformartig ausgebildete Kontaktierungsfläche 13 hergestelle Schweißverbindungsstelle
17 entspricht dem Abbild der kerbformartigen
Ausbildung 13 der
Kontaktierungsfläche. Selbstverständlich kann der Kontaktierungsstempel 11 auch
mehrere parallel angeordnete kerbformartige Einschnitte aufweisen, um mehrere parallel
angeordnete Drähte 16 mit der metallisierten Oberfläche 15 zu verbinden (siehe Fig.
2). Es können auch mehrere Drähte durch eine Kerbe überdeckt und somit verbunden
werden (Fig. 3).
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet wie folgt: Die parallel
angeordneten Hälften des Spaltelektrodenhalters 10, die durch eine Isolierschicht
12 getrennt sind, werden an den sekundären Stromkreis eines Widerstandsschweißgerätes
angeschlossen. Der Schweißstrom wird über den U-förmigen Kontaktierungsstempel 11
von einer Hälfte zur anderen geleitet. Hierdurch erwärmt sich der Kontaktierungsstempel
11 insbesondere an der engeren Stelle der kerbformartigen Ausbildung. Bedingt durch
die Wärmeübertragung von der Kontaktierungsfläche 13 zum Werkstück verschweißen
(oder verlöten) die Werkstücke.
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Die Beheizung der Vorrichtung kann auch durch HF-Erwärmung, Heizelemente
oder Widerstandserwärmung derart erfolgen, daß die zum Verbinden erforderliche Temp-eratur
vornehmlich im Kerbformbereich ansteht. Die Wärme kann leistungs-, temperatur- oder
zeitabhängig gesteuert werden.
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Bei der HF-Erwärmung umgibt eine HF-Spule (eventuell mit Wasserkühlung)
den Kontaktierungsstempel 11 konzentrisch.
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Die Temperaturregelung erfolgt über die zeitlich gesteuerte HF-Energie
des HF-Generators.
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Bei Beheizung der Vorrichtung durch Heizelemente werden Heizpätronen
in Bohrungen im Kontaktierungsstempel 11
eingebracht. Die Temperatur
der Heizpatronen wird über im Inneren der Heizpatronen eingebauten Wicklungen erzeugt
und mittels eines. Temperaturregelgeräts auf gewünschte Werte eingestellt.
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Der U-förmige Kontaktierungsstempel 11 wird durch Schließbewegung
mit der metallischen oder metallisierten Fläche 15 kontaktiert, wobei der Anschlußdraht
16 längs der Kerbform 13 im Bereich der Kontaktierungsfläche 13 positioniert ist.
Durch vor gegebenen Druck und Temperatur wird die Metallfläche in plastische oder
schmelzflüssige Phase gebracht und der Anschlußdraht eingebettet. Die Eindringtiefe
des Kontaktierungsbereichs wird durch die geregelt eingèbrachte Wärme und den geregelten
Druck begrenzt. Es ist jedoch auch eine Begrenzung durch mechanische Anschläge möglich.
Durch den kerbformartigen Einschnitt in der Mitte des Kontaktierungsstempels 11
quer zur Längsachse wird gewährleistet, daß keine großen Temperaturdifferenzen entlang
der Schweißfläche auftreten.
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Der Kontaktierungsstempel-11 ist in seinem Kontaktierungsbereich entsprechend
der in der Fig. 1 dargestellten Form kerbformartig ausgebildet, wobei der gesamte
Kontaktierungsbereich die Form des breitgezogenen Buchstabens "W" auSweist. Bei
einer Ausführungsform entsprechend der Verbindungsstelle wie in Fig.* 2 gezeigt,
weist der Kontaktierungsbereich zwei nebeneinander angeordnete kerbfo#rmartige Ausnehmungen
auf.
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Durch besondere Wärme und Druckkonzentration in diesem W-förmigen
Kontaktierungsbereich ergibt sich eine bes-onders günstige Aufschmelzung oder Plastifizierung
der metallischen Oberfläche.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung kann sowohl zum Schweißen als auch
zum Löten verwendet werden.
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Vorr#ichtung zum Verbinde#n wenigestens-eines Drahtes mit einer metallischen
Oberfläche Zusammenfassung Es wird eine-Vorrichtung zur -Herstellung von Drahta#nschlußverbindungen
an metallischen oder metallisierten Oberflächen vorgestellt, die in ihrer Formgebung
derart ausgestaltet ist, daß eine Anpaßung an die zu verbindenden Teile erfolgt.
Hierzu wird ein#insgesamt U-förmiger Kontaktierungsstempel (11) in seinem Kontaktierungsb
ereich (13) vorzugsweise kerbformartig oder in Form des Buchstabens "W" ausgebildet.
Durch eine derartige Ausbildung wird vermieden, daß die dünnen Drähte durch die
Elektrodenkraft -be.schädigt bzw. geschwächt werd#en.