DE60018337T2

DE60018337T2 - Laserschweissvorrichtung für metallische Bauteile und Kontaktstecker

Info

Publication number: DE60018337T2
Application number: DE60018337T
Authority: DE
Inventors: Heinrich Waffenschmidt
Original assignee: FCI SA
Current assignee: FCI SA
Priority date: 1999-08-25
Filing date: 2000-08-21
Publication date: 2006-04-06
Anticipated expiration: 2020-08-22
Also published as: EP1080820A2; EP1080820B1; DE60018337D1; ES2235722T3; US6573472B1; EP1080820A3; ATE289890T1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines flachen Kontaktstreifens nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, eine Vorrichtung zum Herstellen eines Flachkontaktstreifens nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 6 sowie einen elektrischen Flachkontaktstecker nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 7.
Laserschweißgeräte zum Schweißen von Metallteilen werden unter Anderem bei der automatischen Herstellung von aus Stahlstreifens geformten Flachkontaktsteckern angewendet, um Nahtstellen miteinander zu verbinden, die zusammengebogen oder gefaltet sind und die anschließend die Schultern eines solchen Flachkontaktsteckers in dem Bereich der geschlossenen Nahtstelle bilden sollen. Ein Stecker 1 weist, wie in Draufsicht in 3 gezeigt, eine Steckschulter 2 auf, die sich in Einsteckrichtung erstreckt und aus einem unteren Basisteil und zwei Seitenflügeln 4, 5 besteht, auf, die auf dem Basisteil zusammengefaltet sind. Wie man in 2a erkennt, die einen Querschnitt durch die Steckschulter während des Faltprozesses zeigt, werden die auf dem Basisteil 3 geformten Flügel 4, 5 so weit gefaltet, dass deren Längskanten 7, 8 gegeneinander drücken, um einen geschlossenen Spalt zu bilden, der entlang der Längsachse 9 verläuft. Dieser Zustand ist im Schnitt in 2b gezeigt. Dieses Verfahren des Faltens oder Biegeverformens der Flügel 4, 5 führte bislang nicht zu einer dauerhaften adäquaten Formstabilität, so dass nach einer Vielzahl von Einführ- und Herausziehvorgängen des Flachkontaktsteckers eine Lösung der gefalteten Nahtverbindungen auftrat.
Um diese Probleme zu vermeiden, werden die gefalteten Flügel 4, 5 derzeit mittels eines senkrecht ausgerichteten Laserstrahls punktgeschweißt, wobei der Schweißpunkt 10 mittig zwischen den Längskanten 7, 8 der Flügel 4, 5 am freien Ende der Steckerschulter 2 (siehe 3) angeordnet werden. Für dieses Schweißverfahren wird die Lasereinheit oder Umlenkreflektor senkrecht über der zu verschweißenden Steckerschulter angeordnet. Um eine Kollision mit dem Faltwerkzeug zu vermeiden, welches ebenfalls in senkrechter Richtung arbeitet, müssen bestimmte Mindestabstände eingehalten werden, was Probleme hinsichtlich der Lage und des Raums aufwirft. Darüber hinaus ist es ein Nachteil, dass der senkrecht ausgerichtete Laserstrahl kreisrunde Schweißpunkte 10 bildet, die nicht eine sichere Verbindung der Flügelkanten 3, 4 gewährleisten. Somit kann eine Lösung der Flügel bei Flachkontaktsteckern auftreten, die auf diese Weise hergestellt wurden. Die senkrechte Anordnung der Lasereinheit oder der optischen Umlenkreflektoren bringt es mit sich, dass aufsteigende Metalldämpfe, die bei dem Schweißverfahren auftreten, sich als Beschichtung auf den Oberflächen der Laserkomponenten niederschlagen und somit die Lichtdurchlässigkeit negativ beeinflussen. Dies vermindert die abgegebene Laserleistung zu entsprechend schwächer ausgebildeten Schweißpunkten, da im Laufe der Zeit die Laserleistung durch die Laserlinsen absorbiert wird und diese für den Schweißvorgang nicht mehr zur Verfügung steht.
Aus der US-A-5 053 601 ist eine Laserschweißvorrichtung für Metallteile bekannt, die ein Lasergestell zur Fixierung des Lasers aufweist, ein Linsensystem zum Fokussieren des Laserstrahls auf einen Brennpunkt und einen Tisch zum Befestigen des zu schweißenden Metallteils, wobei der Laserstrahl auf dem Metallteil unter einem spitzen Winkel auftritt, insbesondere auf der Schulter eines Flach kontaktsteckers. Die Laservorrichtung ist in eine Stanzvorrichtung für Metallteile integriert. Die Laservorrichtung ist auf der Seite oberhalb der Stanzvorrichtung angeordnet und der Laserstrahl trifft schräg unter einem spitzen Winkel auf dem betreffenden Teil auf. Diese bekannte Anordnung ist jedoch zur Herstellung von Flachkontaktsteckern und insbesondere für die Herstellung von Flachkontaktstreifen ungeeignet, da sie weder Mittel zum Falten oder Falzen der Seitenflügel noch Mittel für einen periodischen Vortrieb aufweist.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Flachkontaktstreifens anzugeben und eine Laserschweißvorrichtung vorzustellen, mit denen verbesserte Schweißpunkte hergestellt werden können, bei gleichzeitig geringerem kleineren Platzbedarf und kaum auftretender Linsenverschmutzung.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1, 6 und 7 gelöst.
Das Verfahren zur Herstellung von Flachkontaktsteckern nach der vorliegenden Erfindung gewährleistet, dass starke Schweißverbindungen erzeugt werden und dass nach verlängerter Betriebszeit mit einer hohen Anzahl von Einsteck- und Herausziehvorgängen eine unerwünschte Trennung der Flügel effektiv verhindert wird.
Die Laserschweißvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung kann vorteilhafterweise in kompakte Stanz- und Falzeinrichtungen integriert werden, wie solche, die zur Massenherstellung von Flachkontaktsteckern verwendet werden. Aufgrund der schrägen Ausrichtung des Laserstrahls ist es möglich, die Lasereinheit seitlich außerhalb der meistens vertikal sich bewegenden Stanz- und Falzwerkzeuge anzuordnen und darüber hinaus wird vermieden, dass sich Metalldämpfe oder andere Teilchenverschmutzungen, die sich während des Schweißprozesses bilden, auf dem optischen System des Lasers niederschlagen. Dies gewährleistet eine konstante Laserleistung, selbst über längere Betriebszeiten. Darüber hinaus kann die Lasereinheit optimal in Bezug auf die anderen Herstellungseinheiten positioniert werden, was die Gesamtabmessung der Einrichtung verringert.
Die 4a und 4b zeigen eine Steckschulter im Schnitt II-II aus 3. 4a zeigt einen nach der Erfindung hergestellten Schweißpunkt 10a und 4b zeigt einen nach üblichen Verfahren hergestellten Schweißpunkt 10b, wobei ein senkrecht ausgerichteter Laserstrahl verwendet wurde. Nach dem Stand der Technik erstreckt sich der abgeschmolzene Schweißpunkt 11b des Schweißpunktes 10b nur soweit, wie die Flügelkanten reichen und nur bis zum Oberflächenbereich des Basisteils 3, wobei ein kleiner Teil des geschmolzenen Metalls in den Spalt zwischen dem Basisteil 3 und den beiden Flügeln 4, 5 fließt. Andererseits ist der Schweißpunkt 10a, wie in 4a gezeigt ist, der unter Verwendung des erfindungsgemäßen Laserschweißgeräts hergestellt wurde, wesentlich stabiler aufgrund des wesentlich größeren Schweißbereichs 11a, der tiefer in die Flügelkanten und den Basisteil 3 bis zu dessen Unterseite hineinreicht. Die größere Menge an geschmolzenem Material führt zu einer entsprechend gesteigerten Stärke der Schweißverbindung. Darüber hinaus sind die Schweißpunkte bei einer Fließband- oder Massenproduktion von stetig hoher Qualität, da die optischen Komponenten der Lasereinheit nicht durch Niederschläge von Metall oder anderen verschmutzenden Stoffen verunreinigt werden.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden in Unteran sprüchen beansprucht.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden einzeln, in Verbindung mit den Zeichnungen erläutert. Darin zeigen:
1 eine schematische Seitenansicht der erfindungsgemäßen Laserschweißvorrichtung;
2a, 2b einen Querschnitt durch eine Steckschulter vor und nach dem Falzen der Flügel;
3 eine Draufsicht auf einen Teil eines Flachkontaktsteckers mit dessen Steckschulter; und
4a, 4b jeweils eine Steckschulter entlang der Schnittlinie II-II in 3 mit einem Schweißpunkt (Fig. a) nach Anwendung der Erfindung und einen Schweißpunkt nach einem herkömmlichen Verfahren (Fig. b).
Die in 1 gezeigte Laserschweißvorrichtung weist einen Tisch 20 auf, auf dem eine Laserhalterung 21 mit einer justierbaren optischen Umlenkkomponente 22 und ein Laser 23 montiert sind. Die Laserhalterung 1 ist so gebaut, dass der Laserstrahl 41, der von dem Laser 23 durch die Umlenkkomponente 22 verläuft und mit einem Winkel θ geneigt ist, auf der Tischoberfläche aufschlägt. Ferner ist ein Schild 42 im Strahlungsweg angeordnet, der den Laserstrahl 41 nur durchlässt, wenn das zu schweißende Laserteil auf dem Tisch im Fokus des Laserstrahls angeordnet ist. Links nächst der Laserhalterung sind parallele Führungsschienen 24, 25 angeordnet, zwischen denen ein Flachkontaktstreifen 30 geführt und rhythmisch vor bewegt wird.
Oberhalb und unterhalb der Führungsschienen 24, 25, die sich senkrecht zur Tischebene erstrecken, sind Stanz- und Falzwerkzeuge 26, 27 angeordnet. Die Längsachsen des Flachkontaktsteckers, von denen jeder mit einem seitlichen Stahlstreifen über eine schmale Brücke verbunden ist, verlaufen parallel zur Tischebene und rechtwinklig zu den Führungsschienen 24, 25. Die Oberseite der Steckschulter 2 des Flachkontaktsteckers zeigen auf die Laseranordnung. Diese Anordnung weist ebenfalls ein Linsensystem 40 auf, welches den Laserstrahl 41 auf das am weitesten entfernte Ende der Steckschulter richtet. Der Laserstrahl bewegt sich im Wesentlichen in einer senkrechten Ebene parallel zu den Längsachsen g des positionierten Flachkontaktsteckers 1. Der Laserstrahl 41 und die Ebene der Tischoberfläche 20 schließen einen spitzen Winkel θ ein, der im Bereich zwischen 25 und 55° liegt und ein optimaler Wert liegt bei 45°.
Die in 1 gezeigte Laserschweißvorrichtung wird bei einem Herstellungsfließband von Flachkontaktsteckern verwendet, bei dem Halbzeuge für einzelne Flachkontaktstecker kontinuierlich aus einem Stahlband gestanzt werden und in Folge werden Stahlbandteile wie die Flügel 4, 5 der Steckschulter 2 auf dessen Unterseite mittels eines Falzverfahrens gefaltet, so dass deren freie Längskanten 7, 8 im Wesentlichen den Längsachsenrichtungen g eines jeden Flachkontaktsteckers aneinander stoßen. Darauf werden die gefalteten oder pressgefalzten Flügel 4, 5 miteinander mit einem Schweißpunkt 10 am freien Ende der bereits ausgeformten Steckschulter 2 befestigt.
Um die verschiedenen Produktionsschritte ausführen zu können, wird der Metallstreifen schrittweise durch die Verarbeitungsstation zwischen den Führungsschienen 24, 25 mit genau definierter Länge vorgetrieben und für kurze Zeit angehalten. Eine Presse mit Presswerkzeugen läuft über den Metallstreifen und einzelne Stanzschritte werden auf den verschiedenen Flachkontaktsteckern durchgeführt. Der Schweißvorgang auf den Flügeln 4, 5 wird nur dann durchgeführt, wenn der flache Metallkontaktstreifen sich in seiner "Stopp"-Position befindet. Nur dann erreicht der Laserstrahl die Spitze der Steckschulter, wenn sichergestellt werden muss, dass der Brennpunkt 29 zwischen den Flügeln 4, 5 auf das Ende der Steckschulter 2 gerichtet ist. Die Einfallsrichtung des Laserstrahls 41 bringt es mit sich, dass ein elliptischer Schweißpunkt auf der Spitze der Steckschulter erzeugt wird, der einen größeren zu verschweißenden Materialbereich abdeckt, als dies ein runder Schweißpunkt tut.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines flachen Kontaktstreifens, wobei – Stahlblechhalbzeuge mit Seitenflügeln aus dem mittleren Bereich eines Streifens ausgestanzt werden, – beide Flügel des Stahlhalbzeugs über ein kontinuierliches Basisteil gebogen werden, so dass deren freie Längskanten die Längsachse des Flachkontaktsteckers berühren, und – die Längskanten am freien Ende des Kontaktsteckers zusammengeschweißt werden, unter Verwendung eines Laserschweißgeräts mit – einer Laserhalterung (21) zur Befestigung des Lasers, – einem Linsensystem (27) zur Fokussierung des vom Laser erzeugten Strahls (41) auf einen Brennpunkt (29), und – einem Tisch (20) zur Befestigung des zu schweißenden Teils, dadurch gekennzeichnet, dass – der Laserstrahl (41) unter einem spitzen Winkel Θ auf die Schulter des Flachkontaktsteckers (1) geführt ist, derart, dass sich ein elliptischer Schweißpunkt an der Spitze zwischen den Flügeln ausbildet.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung einer optischen Umlenkkomponente (22), die zwischen dem Laser (23) und der Laserhalterung (21) angeordnet ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl (41) auf die Kanten der umgebogenen Flügel (4, 5) am Ende des Steckansatzes (2) des Flachkontaktsteckers fokussiert ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl (41) im Wesentlichen in einer Ebene verläuft, die senkrecht zur Tischebene ist und durch die Längsachse (g) des auf dem Tisch (20) liegenden Flachkontaktsteckers (1) geht, wobei der Strahl (41) um einen Winkel θ zur Tischebene geneigt ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel θ zwischen 35 und 55°, vorzugsweise bei 45° liegt.
Vorrichtung zur Herstellung eines Flachkontaktstreifens mit – einer Stanzstation zum Ausstanzen von Stahlhalbzeugen für Flachkontaktstecker aus dem mittleren Bereich eines Stahlstreifens, – einer Falzstation, zum Falten der Flügel (4, 5), die im Basisbereich (3) des Steckteils ausgeformt sind, – einer Laserschweißstation zum Punktschweißen der beiden umgebogenen Flügel mit einem Schweißpunkt (10), deren Längskanten verbindet, und – einer Transportanordnung zum rhythmischen Bewegen des teilweise bearbeitenden Flachkontaktsteckers und des Streifens, der über Brücken noch mit dem Stecker verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl (41) in einer senkrechten Ebene des Verbindungsspalts der umgebogenen Flügel (4, 5) unter einem spitzen Winkel θ auf beiden Verbindungskanten (7, 8) am freien Ende des Steckteils (2) auftritt und beim Schweißvorgang einen elliptischen Schweißpunkt (10a) bildet, dessen Schmelzbereich beide Flügelkanten (7, 8) überdeckt und durch den Basisbereich (3) des Steckbereichs (2) reicht.
Elektrischer Flachkontaktstecker mit einem Steckbereich (2), der sich in Steckrichtung erstreckt und der einen Basisbereich (3) und zwei Flügel (4, 5) aufweist, die um den Basisbereich herumgebogen sind, deren Längskanten am freien Ende des Flachsteckbereichs (2) fest miteinander verbunden sind durch einen Laserschweißpunkt (10a), dadurch gekennzeichnet, dass der Schweißpunkt (10) eine elliptische Form aufweist, die sich Richtung der Berührungskanten (7, 8, 9) erstreckt und durch den Basisbereich (3) des Steckbereichs reicht.