DE4102987A1

DE4102987A1 - Lasergeraet zum freilegen von isoliertem draht und verfahren hierfuer

Info

Publication number: DE4102987A1
Application number: DE4102987A
Authority: DE
Inventors: Richard T Miller
Original assignee: Individual
Current assignee: Spectrum Technologies Inc
Priority date: 1990-02-02
Filing date: 1991-02-01
Publication date: 1991-08-08
Anticipated expiration: 2011-02-02
Also published as: US4970367A; DE4102987C2; JPH04217804A

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Gerät - und auf ein Verfahren hierfür - zum Entfernen von lsolation von einem Draht, und sie bezieht sich insbesondere auf ein Lasergerät zum Freilegen oder Abisolieren von Draht (laser, wire stripper apparatus) - und ein Verfahren hier für -, das eine verbesserte Werkstückhalterung oder Werk stück-Supportanordnung, einen Laser mit oberen und unteren Focussierkopf zum Verdampfen von ausgewählten Bereichen der Drahtisolation mit hochgradiger Präzision und eine Leitkanalordnung zum Entfernen von Gasen, die durch das Verdampfen der Drahtisolation erzeugt werden, aufweist.

Gewöhnlich ist im Handel erhältlicher Draht gänzlich mit einer Isolation bedeckt. Das Anschließen des Drahtes an eine elektrische Verbindungsklemme erfordert das präzise Entfernen der Isolation von dem Draht genau an den Punkten, an denen die Verbindung vorzunehmen ist. Bisher fußten bekannte Drahtabisoliervorrichtungen auf mechanischen Schneidvorrichtungen und Abschabvorrichtungen zum Entfernen von Isolation von Drähten. In jüngerer Zeit wurden höher entwickelte Techniken zum Entfernen von Isolation von elektrisch leitenden, d. h. Metall-, Drähten konzipiert, bei denen Laser zum Verdampfen der Isolation eingesetzt werden.

Eine frühere bekannte Lasertechnik, die zum Entfernen von Isolation von Metalldrähten angewendet wurde, ist im US-Patent 46 71 484 (Miller et al.), das auf die Namen des Erfinders der vorliegenden Anmeldung und einer anderen Person eingereicht wurde, offenbart.

Ein Problem bei den bekannten Drahtfreilegegeräten mechani scher Art besteht darin, daß sie gelegentlich den Draht beschädigten.

Das bekannte Lasergerät entfernte nicht effektiv die gifti gen Gase und die Überbleibsel in Form von Partikeln, die entstehen, wenn Isolation verdampft wird. Hinzu kommt, daß die bekannte Laservorrichtung nur lsolation von den Enden langer Drahtstücke zu entfernen vermag. Außerdem hatte die bekannte Laservorrichtung nicht auswechselbare Appertur- oder Fensterplatten zum Auswählen einer gewünsch ten besonderen Geometrie zum Entfernen der Isolaion von der Unterseite des Drahtes.

Demgemäß besteht ein Ziel der Erfindung darin, ein Laserge rät zum Freilegen von Draht (laser, wire stripper) und ein Verfahren hierfür zu schaffen, das fähig ist, Isolation zu entfernen, ohne den elektrischen Leiter darin zu beschä digen.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein Laserge rät zum Freilegen von Draht und ein Verfahren hierfür zu schaffen, das Isolation von der Unterseite des Drahtes entfernen kann, ohne daß der Bediener das Werkstück drehen muß oder auf einen kleinen fixierten Bereich entlang der Unterseite des Drahtes beschränkt ist.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein Laserge rät zum Freilegen von Draht und ein Verfahren hierfür zu schaffen, durch das das Werkstück von der Seite der Maschine her zugeführt werden kann, so daß die Freilegevor richtung auch Isolation von der Mitte eines langen Werk stückes entfernen kann.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein Laserge rät zum Freilegen von Draht und ein Verfahren hierfür zu schaffen, das eine Leitkanalanordnung aufweist, die Gase und Restpartikel entfernt, die erzeugt werden, wenn die Isolation durch den Laserstrahl verdampft wird.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein kompak tes und tragbares Lasergerät zum Freilegen von Draht und ein Verfahren hierfür zu schaffen.

Die vorstehenden Ziele werden erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß ein Lasergerät zum Abstreifen von Draht und ein Verfahren hierfür geschaffen werden, das einen Laser mit oberen und unteren Fokussierköpfen aufweist, die in einer X-Y-Ebene positionierbar sind. Der Laserstrahl hat eine Wellenlänge von 10,6 µ, die von der Isolation absorbiert, vom metallischen Leiter aber reflektiert wird. Der Laserstrahl entfernt somit die Isolation ohne den Metalleiter darin zu beschädigen. Die Fokussierköpfe sind mittels eines Computers gesteuert, so daß der Laserstrahl präzise auf die Punkte gerichtet werden kann, an denen die Isolation zu entfernen ist. Die Werkstückhalterung ist so konstruiert, daß die Unterseite des Werkstückes zum unteren Fokussierkopf freiliegt. Zum Entfernen von Gasen und Restpartikeln, die vom Werkstück erzeugt werden, ist eine Kanalführung vorgesehen. Diese Kanalführung ist besonders günstig so angeordnet, daß Draht von der Seite der Maschine her unter bzw. zwischen die Fokussierköpfe zugeführt werden kann. Das Lasergerät zum Drahtfreilegen ist so zusammengebaut und zusammengepackt, daß es kompakt und tragbar ist.

Die vorgenannten und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1a eine perspektivische Ansicht eines erfindungsge mäßen Laser-Geräts zum Freilegen von Draht,

Fig. 1b eine vergrößerte Ansicht eines Ausschnitts von Fig. 1a,

Fig. 2 eine Seitenansicht des Geräts gemäß Fig. 1b,

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Arbeitsstation des Laser- Geräts zum Drahtfreilegen gemäß Fig. 1b,

Fig. 4 eine vergrößerte Ansicht eines Teiles der Fig. 3,

Fig. 5 eine Frontansicht der Arbeitsstation gemäß Fig. 3,

Fig. 6 eine Schnittansicht im Schnitt entlang der Schnitt linie VI-VI in Fig. 4,

Fig. 7 eine Schnittansicht im Schnitt entlang der Schnitt linie VII-VIl in Fig. 4,

Fig. 8 eine vergrößerte Ansicht eines Teiles der Fig. 4,

Fig. 9 eine Schnittansicht im Schnitt entlang der Schitt linie IX-IX in Fig. 8,

Fig. 10 eine Schnittansicht im Schnitt entlang der Schnitt linie X-X in Fig. 7,

Fig. 11 eine Schnittansicht im Schnitt entlang der Schnitt linie XI-XI in Fig, 7, und

Fig. 12 eine vergrößerte Ansicht eines Teiles der Fig. 3.

Die Fig. 1a und 1b zeigen ein Laser-Gerät 10 zum Drahtfrei legen bzw. Abisolieren von Draht, das ein Gehäuse oder eine Tragstruktur 11 mit einer Arbeitsstation 13, die sich von der Front des Gehäuses 11 auswärts erstreckt, aufweist. Die Arbeitsstation 13 umfaßt eine Werkstückhalte anordnung 14, ein Paar Laserfokusierköpfe 96, 98 und eine Leitkanalanordnung 18.

Das Gehäuse 11 hat eine Vorderwand 20, eine Rückwand 22, eine an vier Laufrollen 23 angeschlossene Bodenwand 24, eine Deckwand 26, eine linke Seitenwand 28, eine rechte Seitenwand 30 und eine mit einer Tür 19 versehene, entfern bare Abdeckung 21 zum Schutz der Arbeitsstation 13. Auf der Vorderwand 20 sind zum Steuern und programmieren der Laserfokusierköpfe 96, 98 eine Vielzahl von Bedienungsfel dern 72 angeordnet.

Ein Werkstück 12 besteht aus einem oder mehreren Stücken metallischer Leiter, die gänzlich in eine Isolation einge hüllt sind. Das in Fig. 4 dargestellte Werkstück 12 weist mehrere Metalldrähte 32, 34, 36 und eine elektrisch isolie rende Umhüllung mit Umhüllungsteilen 38, 40, 42 auf.

Wie in Fig. 3 bis 11 dargestellt, weist die Werkstück-Sup portanordnung 14 eine Gleitplatte 44 und eine Basisplatte 46 auf. Die Basisplatte 46 ist mit einer Kantenanschlaglei ste 48 und einer Endanschlagleiste 50 versehen. Die Gleit platte 44 hat einen Ausschnitt oder eine Öffnung 52 und zwei zurückgesetzte Schlitzöffnungen 54, 65 (Fig. 6). Den Schlitzöffnungen 54, 56 ist jeweils ein durchgehender Bolzen oder eine durchgehende Maschinenschraube 58 bzw. 60 zuge ordnet. Die Basisplatte 46 weist einen Ausschnitt 61 auf (Fig. 11).

Gemäß Fig. 9 weist die Kantenanschlagleiste 48 an der Unter seite eine Kantenrille 76 auf, die einen linken Kantenteil 78 der Gleitplatte 44 aufnimmt, um diese in einer bestimm ten Position bezüglich der Basisplatte 46 anzuordnen. Die Anschlagleiste 48 hat zwei durchgehende Schlitze 80, 82, die jeweils eine Maschinenschraube 84 bzw. 86 aufnehmen. Die Endanschlagleiste 50 ist mit zwei durchgehenden Schlit zen 88, 90 versehen, durch die jeweils eine Maschinenschrau be 92 bzw. 94 hindurchgeht.

Wie in Fig. 5 dargestellt, gehören zur Arbeitsstation 13 der untere Fokusierkopf 96 und der obere Fokusierkopf 98 zum Aussenden eines Laserstrahls 100 entlang einer Achse 102. Der von jedem der Fokusierköpfe 96, 98 ausgehende Laserstrahl dampft die Isolationsteile 38, 40, 42 von den Drähten 32, 34 und 36 ab. Die Fokusierköpfe 96, 98 sind jeweils mit einem Rohrträger 104 bzw. 106 versehen, die sich rückwärts durch die Vorderwand 20 hindurch erstrecken (sh. Fig. 2).

Gemäß Fig. 1b, 2 und 5 weist die Leitkanalanordnung 18 einen unteren Einlaßkanal 112 und einen oberen Einlaßkanal 114 auf, die sich hinter der Gleitplatte 44 (sh. Fig. 5) befinden. Die Kanäle 112, 114 münden in eine Kammer 113. Die Leitkanalanordnung 18 umfaßt auch einen Kanal 116, der sich aus der Kammer 113 heraus entlang der Vorderwand 20 erstreckt, bis er abbiegt und in den Innenraum des Drahtfreilegegeräts 10 eintritt. Der Kanal 116 tritt durch die Rückwand 22 hindurch nach außen. Von ihm führt ein vertikaler Kanal 118 zu einem Gasfilter 120. Der Gasfilter 120 ist mit einem Auslaßkanal 122 versehen. Das Gas strömt in einer Richtung 124 durch den Kanal 116, in Richtung des Pfeils 130 im Kanal 118 und aus dem Gasfilter 120 heraus in Richtung des Pfeils 134 (Fig. 1b).

Hinter den Einlässen 112,114 befindet sich ein Abschnitt der Vorderwand 20, der eine bewegliche Wand 204, vorzugs weise eine Plastikwand, aufweist (sh. Fig. 12). Der untere und der obere Fokusierkopf 96, 98 gehen durch die Plastik wand 204 hindurch. In Fig. 12 ist nur der obere Fokusierkopf 98 zu sehen. Die Plastikwand 204 ist über einen Neopren streifen 105 mit einer federbelasteten Rolle 206 verbunden. Wenn sich die Fokusierköpfe 96, 98 in der X-Richtung bewe gen, bewegt sich die Plastikwand 204 somit mit ihnen, so daß verhindert wird, daß Schmutz und Restpartikel in das Lasergerät 10 eintreten. Wenn sich die Fokusierköpfe 96, 98 nur in der Y-Richtung bewegen, bewegen sie sich zusammen nach innen und nach außen, während die Plastikwand 204 stehen bleibt. Die feste Wand 20 und die bewegliche Wand 204 befinden sich beide vorzugsweise innerhalb einer oberen und unteren Führungsbahn (nicht gezeigt).

Der nicht dargestellte Laser ist vorzugsweise ein Kohlen dioxyd-Laser, der in dem fernen Infrarotbereich des Spek trums bei einer Wellenlänge von 10,6 µ arbeitet.

Das Laser-Drahtfreilegegerät 10 hat folgende Vorteile:

A) Das Gerät 10 entfernt selektiv Isolation 38, 40, 42 ohne Beschädigung der Drähte 32, 34, 36.
B) Die computergesteuerte Positionierung der Fokusier köpfe 96, 98 erlaubt es, Isolation an präzisen Stellen auf dem Werkstück 12 zu entfernen.
C) Das Gerät 10 gestattet es dem Benutzer, Isolation von allen Seiten des Werkstücks 12 zu entfernen.
D) Das Gerät 10 erlaubt die kontinuierliche Zufuhr von Draht von der Seite der Fokusierköpfe 96, 98 her.
E) Das Gerät 10 ist kompakt und tragbar.

Die Erfindung ist nicht auf das geschilderte Ausführungs beispiel beschränkt.

Beispielsweise können auch andere Drahtkonfigurationen abisoliert werden, z. B. ein verdrillter Draht.

Es kann beispielsweise auch eine andere Art von Ausschnitt, z. B. ein L-förmiger Ausschnitt, anstelle des rechteckigen Ausschnitts in der Gleitplatte 44 verwendet werden.

Gemäß einem weiteren Beispiel kann die Leitkanalanordnung 18 auch an bestehende Leitkanäle in einem Gebäude ange schlossen werden.

Die Laseranordnung 16 kann z. B ein optisches System mit einer Einzel-, Doppel- oder rotierenden Strahlkonfiguration aufweisen.

Claims

1. Laser-Drahtfreilegegerät zum Entfernen von Isolation von ausgewählten Bereichen entlang der Unterseite und der Oberseite eines isolierten Drahtes ohne Beschä digung des Drahtes, mit einem Gehäuse und einem in dem Gehäuse angeordneten Laser, gekennzeichnet durch mehrere, sich aus dem Gehäuse heraus erstreckende Fokusierköpfe, die in einer X-Y-Ebene positionierbar und zumindest oberhalb und unterhalb des Drahtes ange ordnet sind, wobei der Laser einen Laserstrahl erzeugt, der genügend Energie aufweist, um die Isolation ohne Beschädigung des Drahtes zu verdampfen, und durch eine einstellbare und bewegliche, zwischen den Foku sierköpfen angeordnete Werkstückhalterung zum Halten des Drahtes in der Bahn eines Laserstrahls, der von irgendeinem der Fokusierköpfe austritt.

2. Gerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Leit kanaleinrichtung zum Entfernen von Gasen und Restparti keln, die beim Verdampfen der Isolation erzeugt werden.

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitkanaleinrichtung hinter der Werkstückhalterung angeordnet ist, so daß es möglich ist, den Draht von den Seiten der Werkstückhalterung her zwischen die Fokusierköpfe zuzuführen.

4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die Werkstückhalterung ausgerüstet ist mit:
einer mit einem Ausschnitt versehenen Basisplatte, und
einer einstellbaren Gleitplatte, die auf der Basis platte ruht und zumindest einen Ausschnitt von bestimmter Größe und Form aufweist, wobei der Ausschnitt größer ist als die projizierte Größe und Form der zu entfernenden Isolation und die einstellbare Gleitplatte mit Justiermitteln zum Justieren der Einstellung der Gleitplatte bezüglich der Basisplatte in solcher Weise, daß der Aus schnitt der Gleitplatte den Ausschnitt der Basis platte überlappt, versehen ist.

5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisplatte des weiteren ausgerüstet ist mit:
einer Kantenanschlagleiste zum Einstellen einer Position des Drahtes in einer X-Richtung bezüglich der Gleitplatte und zum Einstellen einer Position der Gleitplatte bezüglich der Basisplatte, und
einer Endanschlagleiste zum Einstellen einer Posi tion des Drahtes in einer Y-Richtung bezüglich der Gleitplatte und zum Einstellen einer Position der Gleitplatte bezüglich der Basisplatte.

6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kantenanschlagleiste und die Endanschlagleiste jeweils ein Paar von Schlitzlöchern aufweisen, wobei jedes Anschlagleisten-Schlitzloch mit einer mit der Basisplatte verbundenen Maschinenschraube versehen ist.

7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitplatte des weiteren ein Paar von zurückgesetz ten Schlitzlöchern aufweist, die mit Maschinenschrauben versehen sind, welche mit der Basisplatte verbunden sind.

8. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekenn zeichnet durch eine Computereinrichtung zum genauen Positionieren der Fokusierköpfe in der X-Y-Ebene.

9. Gerät nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekenn zeichnet, daß die Leitkanaleinrichtung des weiteren einen unter der Basisplatte angeordneten unteren Einlaß und einen über der Gleitplatte angeordneten Einlaß aufweist.

10. Gerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitkanaleinrichtung des weiteren einen oberhalb des Gehäuses angeordneten Filter und mehrere Kanäle, die die Einlässe mit dem Filter verbinden, aufweist.

11. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge kennzeichnet, daß der Laserstrahl eine Wellenlänge von etwa 10,6 µ aufweist.

12. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch ge kennzeichnet, daß der Laser ein Kohlendioxyd-Laser ist.

13. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch eine mit den Laser-Fokusierköpfen verbundene, bewegliche Wandeinrichtung, die es ermöglicht, daß sich die Laser-Fokusierköpfe gemeinsam in einer Y-Rich tung bewegen, während die bewegliche Wandeinrichtung bezüglich der sich bewegenden Laser-Fokusierköpfe stehenbleibt, und die sich mit den Laser-Fokusierköpfen in der X-Richtung gemeinsam bewegt.

14. Gerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Leit kanaleinrichtung zum Entfernen von Gasen und Partikeln, die beim Verdampfen der lsolation erzeugt werden.

15. Gerät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitkanaleinrichtung ein Paar von Kanälen aufweist, wobei sich der eine Kanal des Paares oberhalb der Werkstückhalterung und der andere Kanal des Paares unterhalb der Werkstückhalterung befindet.

16. Gerät nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstückhalterung einstellbare Mittel zum Justieren des Bereichs, in dem der Draht von den Laser-Fokusierköpfen beaufschlagt wird, auf weist.

17. Gerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine ober halb und unterhalb der Werkstückhalterung angeordnete Leitkanaleinrichtung zum Entfernen von Gasen und Parti keln, die beim Verdampfen der Isolation erzeugt werden.

18. Gerät nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitkanaleinrichtung hinter der Werkstückhalterung angeordnet ist, so daß es möglich ist, den Draht von den Seiten der Werkstückhalterung her zwischen die Fokusierköpfe zuzuführen.

19. Gerät nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstückhalterung Mittel zum Justieren des Be reichs, in dem der Draht von den Laser-Fokusierköpfen beaufschlagt wird, aufweist.

20. Verfahren zum Entfernen von Isolation von ausgewählten Bereichen entlang der Unterseite und der Oberseite eines isolierten Drahtes, insbesondere mit einer Vor richtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die nachstehenden Verfahrens schritte:
Montieren des isolierten Drahtes auf einer ein stellbaren und beweglichen Werkstückhalterung,
Justieren und Bewegen der Werkstückhalterung bis der ausgewählte Bereich entlang der Unterseite für die Bearbeitung verfügbar ist,
Anordnen eines Laser-Fokusierkopfes, oberhalb und unterhalb der ausgewählten Bereiche, entlang einer gemeinsamen Achse,
Erzeugen eines Laserstrahls mit zum Abdampfen der Isolation von dem Draht ausreichenden Energie niveaus,
Auswählen eines der Fokusierköpfe, und
Hindurchschicken des Laserstrahls durch den gewähl ten Fokusierkopf, wodurch die Isolation von dem ausgewählten Bereich abgedampft wird.

21. Verfahren nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch den weiteren Verfahrensschritt des Entfernens von Gasen und Partikeln, die beim Verdampfen der Isolation er zeugt werden, gleichzeitig mit dem Abdampfen.