WO1981003298A1 - Method for establishing galvanic bonds between an insulated workpiece and welding electrodes electrode arrangement for the implementation and utilization thereof - Google Patents

Method for establishing galvanic bonds between an insulated workpiece and welding electrodes electrode arrangement for the implementation and utilization thereof Download PDF

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WO1981003298A1
WO1981003298A1 PCT/CH1981/000051 CH8100051W WO8103298A1 WO 1981003298 A1 WO1981003298 A1 WO 1981003298A1 CH 8100051 W CH8100051 W CH 8100051W WO 8103298 A1 WO8103298 A1 WO 8103298A1
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welding
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heating
current
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PCT/CH1981/000051
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English (en)
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Inventor
J Rossell
Original Assignee
Rossell Electronique Sa
J Rossell
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Publication date
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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K11/00—Resistance welding; Severing by resistance heating
    • B23K11/30—Features relating to electrodes
    • B23K11/3009—Pressure electrodes

Definitions

  • the present invention relates to a method for creating galvanic connections between an insulated workpiece and welding electrodes and for subsequent welding of this workpiece, wherein at least one of the electrodes has a heating current loop which leads back and forth to the working area of the electrode and in the heating or heating zone isolating phase creates a potential difference across the loop, an electrode arrangement for its execution and its use.
  • the present invention aims to remedy the above-mentioned disadvantage and thus to prevent inadmissible heating of the electrodes in the welding operation in a method of the type mentioned at the beginning. This is achieved by placing the loop feed and return at the same potential for welding and thus switching it as a parallel welding current conductor.
  • a switch from heating to welding operation is carried out after the measured temperature and / or the heating and / or welding operation is controlled or controlled with the temperature measurement mentioned. regulated.
  • An electrode arrangement for carrying out the method is characterized in that at least one electrode is designed as a loop with a current lead to the work area and return lead and that welding current connections are provided for both leads.
  • the electrode preferably has a section of increased ohmic resistance for the heating current along its working area, parts of the working area adjoining on both sides having lower ohmic resistance, so that the welding current flows primarily through the sections of relatively low ohmic resistance. This ensures that the welding current only flows slightly over the area of increased ohmic resistance to be provided for the heating operation, that is to say it commutates largely to the left and right of this area onto the workpiece.
  • a simple embodiment of the electrode is achieved using the aforementioned method in that it is U-shaped. It is preferably designed in such a way that the U-base forms the working area and that it has a reduced cross section in a central area and an enlarged section in the side areas.
  • the reduction of the electrode heating in its working area during the welding operation gives the possibility that a thermocouple is provided on the electrode directly at its working area, whose output signal / in particular in the welding operation, for the actual welding process and far less for the electrode heating, which is only due to the welding current is representative.
  • the arrangement mentioned is preferably used for spot or gap welding, in particular micropoint or
  • Micro gap welding is used, at most in combination for soldering, in particular micro soldering.
  • 1 is a schematic representation of two conventional gap welding electrodes on a workpiece with 5 entered welding current
  • FIG. 2 shows a representation analogous to FIG. 1 for spot welding electrodes
  • FIG. 3 shows the schematic representation of an electrode according to the invention and a counterelectrode for spot welding, which is also designed according to the invention
  • FIG. 4 is a schematic illustration analogous to FIG. 3 of two gap welding electrodes designed according to the invention
  • FIG. 6 shows a perspective view of two gap welding electrodes according to the invention on the workpiece, 25
  • FIG. 7 is a perspective view of a preferred electrode
  • FIG. 8 shows a schematic arrangement of two spot welding or gap welding electrodes designed according to the invention, each with a heating current generator and a welding current generator,
  • Fig. 9 is a schematic representation of FIG. 8 with 35 temperature measurement on one of the two electrodes and corresponding control of heating and Welding phase,
  • FIG. 10 shows a schematic illustration of two spot welding or gap welding electrodes according to the invention with a common heating current generator and a welding current generator
  • FIG. 11 shows a representation analogous to FIG. 10 with temperature measurement on one of the two electrodes and corresponding activation of the heating and welding phase
  • FIG. 12 shows a representation analogous to FIG. 10 with measurement of the heating current and corresponding activation of the heating and welding phases.
  • FIG. 1 shows the known arrangement of two gap welding electrodes 1a and 1b, which galvanically contact two workpieces 3a and 3b to be connected for the welding process, for example the one 3a, one
  • the welding current I flows from the one electrode la, via the workpiece 3a contacted thereby, to the workpiece 3b to be connected therewith and back to the counter electrode 1b. Is one and / or the other
  • FIG. 2 shows two spot welding electrodes 1c and Id, which each contact a workpiece 3c and 3d to be connected. I in turn represents the welding current.
  • I represents the welding current.
  • FIG. 3 and 4 show a first basic embodiment of the electrode according to the invention, in FIG. 3 in use as a spot welding electrode, in FIG. 4 as a gap welding electrode.
  • the electrode according to the invention is generally designated 1 below, a counter electrode 12, which is intended to indicate that the counter electrode can either be designed according to the invention (number 1) or in a conventional manner (number 2) 3 and 4, a metallic hollow body 7, closed on one side by the electrode effective area 9, with an effective area designed depending on the use, is provided in the cavity 11, a conductor loop 13 is provided which leads to the effective area 9 of the electrode runs at the effective area 9, the current loop 13 has an increased ohmic resistance R with respect to supply and return 15a and 15b.
  • a heating current I is looped through the loop 13 and and return 15a, 15b, resisted R, driven, whereby the metallic electrode body 7 is heated in particular in the effective area 9. D
  • the insulation layer or, if need be, the insulation layers 19 on the workpiece melted away, which enables galvanic contacting of the two workpieces to be connected by electrode 1 and electrode 12. If this galvanic contacting is ensured, with sufficiently small transition resistances, the welding current I ⁇ is driven from the electrode 1 through the two workpieces to the counterelectrode 12 by means of a schematically illustrated welding current generator 21.
  • dashed lines, conductor loop 13 and heating current generator 17 are shown, showing the possibility that this counter electrode 12 can also be designed according to the invention, depending on the workpiece insulation conditions.
  • FIG. 4 shows the arrangement analogous to FIG. 3 for gap welding electrodes.
  • FIG. 5 and 6 show a perspective view of a further preferred embodiment of the electrode according to the invention, in FIG. 5 for spot welding, in FIG. 6 for gap welding.
  • the counter electrode 12 can also be a conventional one.
  • the electrode 1 is divided by a slot 23 into two legs which, depending on the direction of flow of the heating current I, serve as feed and return lines 25a and 25a, respectively. 25b serve for area of action 27.
  • the slot 23 has a recess 29 or. Widening so that the wall thickness of the current loop formed by supply and return 25a and 25b and effective area 27 at the effective area 27 is smaller than at the feed and return lines.
  • the heating current I is passed through the current loop 25a, b,
  • supply and return 25a and 25b and effective area 27 are thus connected to the same potential ⁇ , at electrode 1, while in the heating phase for causing the heating current to flow via loop 25a, b, 27, as indicated by ⁇ a , a potential difference is created.
  • ⁇ -. and ⁇ ⁇ placed equally on the feed and return 25a and 25b to ensure a symmetrical distribution of the welding current I on both loop legs 25a, 25b. Feed and return are thus in the heating phase for the
  • Heating current J connected in series, for welding current I in parallel.
  • the sum of the leg cross-sectional areas A and B is decisive for the losses, and for the heating current I the individual cross-sectional area A or B.
  • FIG. 6 The same electrodes 1 and 12 with the design according to FIG. 5 for gap welding are shown in FIG. 6, the heating current generators 17, for example provided separately, being shown here schematically
  • Point or gap in particular micropoint or micro-gap welding electrode 1 can be used.
  • the slot 23 has at the end, at the effective area 27 of the electrode, a transverse round bore 29a, with which it is simple to manufacture and in analogy to the recess 29 in FIG. 5, for the heating current IH an area of higher ohmic resistance, such as dashed lines with R, is realized. Since at the end, at the effective area 27 of the electrode, a transverse round bore 29a, with which it is simple to manufacture and in analogy to the recess 29 in FIG. 5, for the heating current IH an area of higher ohmic resistance, such as dashed lines with R, is realized. Since at the
  • the described electrode can be used as a spot welding or gap welding electrode, wherein one and / or the other of the two electrodes to be provided in these methods can be designed according to the invention.
  • the same electrode can also be used as a soldering electrode without any design changes, if necessary with a snap-on working tip (not shown) in order to prevent contamination of the welding action area by soldering.
  • the designated IH in the figures Nete heating current for the welding operation is specified as the soldering heating current in the soldering operation.
  • both electrodes 1 are provided with a separate heating current generator 17a and 17b and a schematically illustrated control switch Ha or ⁇ . H, b provided. Both electrodes are further connected to the welding current generator 21 via a control switch S. By closing the control switches Ha and Hb, the heating phase is switched on
  • Electrodes la and lb triggered, by closing switch S the welding phase.
  • the switch S like the switches H and H, can be omitted in certain cases, namely if either the heating currents I “are also allowed to flow during the welding current flow and / or the welding current flow I c is triggered by the fact that the workpiece insulation has melted away. In the latter case, the switch S according to FIG. 8 actually corresponds to the switching path formed by the insulation layer to be melted.
  • FIG. 9 shows a possible control for the operation of the two electrodes 1 a and 1 b, in particular for switching off the heating currents IH when the welding process is triggered.
  • a thermal sensor 35 is provided on at least one of the two electrodes la and lb provided, preferably in the area of the electrode effective area, which has a signal U (-J ') as a function of the effective area temperature ⁇ Tt) delivers.
  • the output signal of the thermal sensor 35 is compared on a unit 37 with a preferably adjustable threshold value U ⁇ fr).
  • Control unit 39 the control switches Ha and H, b in the heating current loops of the two electrodes la and lb are opened when, as the characteristic curve in the unit 39 indicates, the measured temperature v has reached a predetermined value oder or during a predetermined one
  • the switch S in the welding circuit is a provided switching element and is not, as mentioned above, formed by the insulation layer section, it is formed by
  • the thermal sensor 35 can be used as an ACTUAL value sensor in a heating and / or welding current control, its output signal U ( ⁇ ) being supplied as a controlled variable to the unit 37, there with the SET value U ( ⁇ ) is compared and the output signal of the unit 37 as a control difference to the heating current and / or welding current generators 17a, 17b, respectively. 21 is supplied as actuators.
  • FIG. 10 The arrangement of two electrodes 1a and 1b of the welding current generator 21 with control switch S is shown in FIG. 10 in analogy to FIG. 8, but the same heating current generator 17 with a control switch H is used for heating both electrodes.
  • the two heating current loops of the electrodes la and lb are connected in series via the switch H.
  • Fig. 11 is analogous to Fig. 9, the control of the control switches H and S, respectively.
  • the control of the generators 17 and 21 is shown correspondingly for heating and welding current with the aid of a thermal sensor 35.
  • the heating current generator 17 is connected to the heating current loops of the two electrodes 1a and 1b via the control switch H and a resistance element R 1 .
  • a decreasing resistance p arises between the effective ranges of the two electrodes, entered in the substitute image in the two workpieces according to FIG. 12.
  • the control switch H can be set via a threshold unit 43 with a threshold value (preferably not shown) which can be predetermined then opened and S, if not formed by the insulation layer itself, then closed when the heating current in the measured current branch falls below a predetermined value.
  • R 1 is chosen to be as small as possible in order to keep the heat loss generated here as low as possible.
  • control switch S is shown with two two-pole switching paths, by means of which a short-circuiting of the two legs or. prevented from supply and return, but is created in the welding operation to apply a common potential.

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Description

Verfahren zum Erstellen galvanischer Verbindungen zwischen einem isolierten Werkstück und Schweisselek- troden, Elektrodenanordnung zu dessen Ausführung sowie deren Verwendung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erstellen galvanischer Verbindungen zwischen einem isolierten Werkstück und Schweisselektroden und zum anschliessenden Schweissen dieses Werkstückes, wobei mindestens eine der Elektroden eine Heizstromschleife aufweist, die zum Arbeitsbereich der Elektrode hin- und zurückführt und man in der Heiz- oder Ab¬ isolierphase über die Schleife eine Potentialdifferenz anlegt, eine Elektrodenanordnung zu dessen Ausführung und deren Verwendung.
Stand der Technik
Aus den japanischen Auslegeschriften Nr. 45 15 856 und 49 3 380 ist es bekannt, Elektroden mit einer Strom¬ schleife auszubilden, durch welche vor' der Schweissung ein Heizstrom fHessen gelassen wird. Durch Querschnitts¬ verengung der Schleifenleiter wird letzterer in seinem Arbeitsbereich entsprechend hochohmig ausgebildet, um die nötige Erwärmung bei der Heizung sicherzustellen. Das sich dabei stellende Problem bei der hier dargestell¬ ten Technik ist, dass bei der an sich vorteilhaften Ver¬ wendung derselben Leiteranordnung sowohl zur Führung des Heizstromes wie auch zur Führung des Schweissstromes die Querschnittsreduktion des Leiters (für'den "Heizbetrieb) auch während des Schweissbetriebes zu einer dann uner¬ wünscht hohen Erwärmung der Elektroden führt. Dasselbe Phänomen tritt bei einer Elektrode nach der DDR-PS 130722 auf.
Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezweckt, den obgenannten Nachteil zu beheben und damit eine unzulässige Erwärmung der Elektroden im Schweissbetrieb bei einem Verfahren eingangs genannter Art zu verhindern. Dies wird dadurch erreicht, dass man zum Schweissen Zu- und Rückführung der Schleife auf gleiches Potential legt und sie somit als parallele Schweissstromleiter schaltet.
Dadurch wird es auch möglich, am Arbeitsbereich der
Elektrode eine Temperaturmessung vorzunehmen, die weit¬ gehend signifikant für die vorgenommene Schweissung ist, entsprechend dem Uebergangswiderstand zwischen Elektro¬ de und Schweissgut, da die Elektrode in nur gering- fügigem Masse aufgrund ihres eigenen Leiterwiderstan¬ des im Schweissbetrieb aufgeheizt wird. Vorzugsweise wird damit nach der gemessenen Temperatur eine Umschal¬ tung von Heiz- auf Schweissbetrieb vorgenommen und/oder mit der genannten Temperaturmessung der Heiz- und/oder Schweissbetrieb gesteuert resp. geregelt.
Eine Elektrodenanordnung zur Ausführung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass mindestens eine Elektrode als Schleife mit Stromzuleiter zum Arbeitsbereich und -RückLeiter ausgebildet ist und dass Schweissstro an- schlüsse für beide Leiter vorgesehen sind.
O.V. fr Λ -, WiP Vorzugsweise entlang ihres Arbeitsbereiches weist die Elektrode eine Partie erhöhten ohmschen Widerstandes für den Heizstrom auf, wobei beidseitig angrenzende Partien des Arbeitsbereiches niedrigeren ohmschen Widerstand aufweisen, so dass der Schweissstrom vor¬ nehmlich durch die Partien relativ niedrigen ohmschen Widerstandes fliesst. Damit wird sichergestellt, dass der Schweisstrom nur geringfügig -über die vorzusehende Partie erhöhten ohmschen Widerstandes für den Heizbe- trieb fliesst, d.h. grösstenteils links und rechts dieses Bereiches auf das Werkstück abkommutiert.
Eine einfache Ausführungsform der Elektrode wird unter Anwendung des genannten Verfahrens dadurch erreicht, dass sie U-förmig ausgebildet ist. Vorzugsweise ist sie dabei so ausgebildet, dass die U-Basis den Arbeits¬ bereich bildet und dass sie in einem Mittelbereich einen verkleinerten Querschnitt aufweist, in den Seiten¬ bereichen einen wiederum vergrösserten. Die Reduktion der Elektrodenaufheizung in ihrem Arbeitsbereich während des Schweissbetriebes ergibt die Möglichkeit, dass an der Elektrode unmittelbar an ihrem Arbeitsbereich ein Thermofühler vorgesehen wird, dessen Ausgangssig- nal /insbesondere im Schweissbetrieb, für den eigentli- chen Schweissvorgang und weit weniger für die lediglich schweissstrombedingte Elektrodenaufheizung repräsenta¬ tiv ist.
Die erwähnte Anordnung wird vorzugsweise für Punkt- oder Spaltschweissen, insbesondere Mikropunkt- oder
Mikrospaltschweissen verwendet, allenfalls in Kombina¬ tion für Löten, insbesondere Mikrolöten.
Kurzbeschreibung der Figuren Die Erfindung wird anschliessend beispielsweise anhand von Figuren erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung zweier herkömm¬ licher Spaltschweisselektroden an einem Werk- 5 stück mit eingetragenem Schweissstrom,
Fig. 2 eine Darstellung analog zu Fig. 1 für Punkt- schweisselektroden,
10 Fig. 3 die schematische Darstellung einer erfindungs- gemässen Elektrode und einer allenfalls eben¬ falls erfindungsgemäss ausgebildeten Gegenelek¬ trode für Punktschweissen,
-*-•-• Fig. 4 eine schematische Darstellung analog zu Fig. 3 zweier erfindungsgemäss ausgebildeter Spalt¬ schweisselektroden,
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht zweier erfindungs- 2° gemäss ausgebildeter Punktschweisselektroden,
Fig. 6 eine perspektivische Ansicht zweier erfindungs¬ gemäss ausgebideter Spaltschweisselektroden am Werkstück, 25
Fig. 7 eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Elektrode,
Fig. 8 eine schematische Anordnung zweier erfindungs- 30 gemäss ausgebildeter Punktschweiss- oder Spalt¬ schweisselektroden, mit je einem Heizstrom-Gene¬ rator und einem Schweisstrom-Generator,
Fig. 9 eine schematische Darstellung gemäss Fig. 8 mit 35 Temperaturmessung an einer der beiden Elektroden und entsprechender Ansteuerung von Heiz- und Schweissphase,
Fig. 10 eine schematische Darstellung zweier erfindungs- ge ässer Punk schweiss- oder Spaltschweisselek- troden mit einem gemeinsamen Heizstromgenerator und einem Schweissstrom-Generator,
Fig. 11 eine Darstellung analog zu Fig. 10 mit Tempera- turmessung an einer der beiden Elektroden und entsprechender Ansteuerung von Heiz- und Schweiss¬ phase,
Fig. 12 eine Darstellung analog zu Fig. 10 mit Messung des Heizstromes und entsprechender Ansteuerung von Heiz- und Schweissphase.
In Fig. 1 ist die bekannte Anordnung zweier Spaltschweiss¬ elektroden la und lb dargestellt, welche für den Schweiss¬ vorgang zwei zu verbindende Werkstücke 3a und 3b galvanisch kontaktieren, wobei beispielsweise das eine 3a, eine
Leiterbahn auf einem Trägersubstrat 5 ist. Der Schweiss- strom I fliesst im Schweissbetrieb von der einen Elek¬ trode la, über das dadurch kontaktierte Werkstück 3a zum damit zu verbindenden Werkstück 3b und zurück zur Gegenelektrode lb. Ist das eine und/oder das andere
Werkstück mit einer Isolationsschicht 5a resp. 5b ver¬ sehen, so muss diese vor der Einleitung der Schweiss¬ phase entfernt werden, damit die beiden Elektroden la und lb die Werkstücke 3a und 3b überhaupt galvanisch kontaktieren können.
In Fig. 2 sind in Analogie zu Fig. 1 zwei Punktschweiss- elektroden 1c und Id dargestellt, welche je ein zu ver¬ bindendes Werkstück 3c un 3d kontaktieren. Mit I ist wiederum der Schweissstrom dargestellt. Auch hier ver¬ hindert eine allenfalls vorgesehene
Figure imgf000007_0001
resp. 5d die galvanische Verbindung zwischen den beiden Elektroden lc und ld und muss vor der Schweissung ent¬ fernt werden. Insbesondere in der Mikrotechnik ergeben sich bei den dort üblichen Werkstückdimensionen, bei- spielsweise Drahtguerschnitten von einigen μ ,Probleme mit der Abisolierung. Eine mechanische Isolationsschicht- entferriung ist ohne Beschädigung derartiger Werkstük- ke kaum möglich. Eine Isolationsschichtentfernung mittels Lösungsmitteln muss vorgängig, d.h. an einer von der Schweiss-Arbeitsstelle entfernten Station durchgeführt werden, was den Arbeitsfluss erheblich kompliziert.
In den Fig. 3 und 4 ist eine erste grundsätzliche Aus¬ bildungsvariante der erfindungsgemässen Elektrode, in Fig. 3 im Einsatz als Punktschweisselektrode, in Fig. 4 als Spaltschweisselektrode, dargestellt. Die erfindungs- gemässe Elektrode wird nachfolgend generell mit 1 be¬ zeichnet, eine Gegenelektrode mit 12, was andeuten soll, dass die Gegenelektrode sowohl erfindungsgemäss (Ziffer 1 ausgebildet sein kann, oder in herkömmlicher Weise (Zif¬ fer 2) . Die Elektrode 1 umfasst in der Ausbildung gemäss den Fig. 3 und 4 einen metallischen Hohlkörper 7, ein¬ seitig durch den Elektroden-Wirkungsbereich 9, mit je nach Verwendung ausgebildeter Wirkungsfläche, verschlos- sen. Im Hohlraum 11 ist eine Leiterschleife 13 vorgese¬ hen, welche zum Wirkungsbereich 9 der Elektrode hin läuft Am Wirkungsbereich 9 weist die Stromschleife 13 einen bezüglich Zu- und Rückführung 15a und 15b erhöhten ohmi¬ schen Widerstand R auf. Mit Hilfe eines schematisch dar- gestellten Stromgenerators 17 wird ein Heizstrom I über die Schleife 13 resp. Zu- und Rückführung 15a, 15b, Wider stand R, getrieben, wodurch insbesondere im Wirkungsbe¬ reich 9 der metallische Elektrodenkörper 7 aufgeheizt wird. Dadurch wird resp. werden die Isolationsschicht oder allenfalls die Isolationsschichten 19 am Werkstück weggeschmolzen, was eine galvanische Kontaktierung der beiden zu verbindenden Werkstücke durch Elektrode 1 und Elektrode 12 ermöglicht. Ist diese galvanische Kon¬ taktierung sichergestellt, bei genügend kleinen Ueber- gangswiderständen, so wird mittels eines schematisch dargestellten Schweissstrom-Generators 21 der Schweiss- stro Iς von der Elektrode 1 durch die beiden Werkstücke zur Gegenelektrode 12 getrieben. An der Gegenelektrode 12 sind, gestrichelt, Leiterschleife 13 und Heizstromgenera- tor 17 dargestellt, die Möglichkeit aufzeigend, dass auch diese Gegenelektrode 12 erfindungsgemäss ausgebil- ' det sein kann, je nach den Werkstück-Isolationsverhält- nissen.
In Fig. 4 ist die Anordnung analog zu Fig. 3 für Spalt¬ schweisselektroden dargestellt.
Die Fig. 5 und 6 zeigen eine perspektivische Ansicht einer weiteren bevorzugten Ausbildungsvariante der er- findungsgemässen Elektrode, in Fig. 5 für Punktschweis- sung, in Fig. 6 für Spaltschweissung. Obwohl hier beide Elektroden erfindungsgemäss ausgebildet dargestellt sind, kann die Gegenelektrode 12 auch eine herkömmliche sein.
Die Elektrode 1 ist durch einen Schlitz 23 in zwei Schen¬ kel unterteilt, welche, je nach Flussrichtung des Heiz¬ stromes I , als Zu- und Rückführung 25a resp. 25b zum Wirkungsbereich 27 dienen.
Am Wirkungsbereich 27 weist der Schlitz 23 eine Einneh¬ mung 29 resp. Aufweitung auf, so dass die Wandungsstärke der durch Zuführung und Rückführung 25a und 25b sowie Wirkungsbereich 27 gebildeten Stromschleife am Wirkungs- bereich 27 kleiner ist als an den Zu- und Rückführungen. Mit einem hier nicht dargestellten Heizstromgenerator wird der Heizstrom I durch die Stromschleife 25ä, b,
H
27 getrieben, wobei, wie mit den Pfeilen angedeutet, die Stromdichte in Zu- und Rückführung geringer ist als am Wirkungsbereich 27. Damit wird erreicht, dass in der Heizphase insbesondere der Wirkungsbereich 27, wel¬ cher die Werkstückisolation 31 kontaktiert, aufgeheizt wird. Dadurch wird die Isolation 31 aufgeschmolzen und vom metallischen Werkstückmaterial an den für die Kon- taktierung vorgesehenen Flächen weggedrängt. Nach die¬ ser Heiz- resp. Abisolationsphase wird zwischen der Elektrode 1 und der Gegenelektröde 12 als Ganzes eine Potentialdifferenz angelegt und der Schweissstrom Iς von der einen über die beiden Werkstücke zur anderen Elektrode getrieben. In der Schweissphase werden somit an der Elektrode 1 Zu- und Rückführung 25a und 25b und Wirkungsbereich 27 auf dasselbe Potential ψ, gelegt,wäh¬ rend bei der Heizphase zum Bewirken des Heizstromflusses über die Schleife 25a, b, 27, wie mit Δψa angedeutet, eine Potentialdifferenz angelegt wird. Wie dargestellt/ werden die Schweisspotentiale ψ-. und ψ, ~ gleichermassen auf die Zu- und Rückführung 25a und 25b gelegt, um eine symmetrische Verteilung des Schweissstromes I auf beide, Schleifenschenkel 25a, 25b, sicherzustellen. Zuführung und Rückführung sind somit in der Heizphase für den
Heizstrom J seriegeschaltet, für den Schweissstrom I parallel. Für den üblicherweise wesentlich grösseren Schweissstrom I ist die Summe der Schenkelguerschnitts- flächen A und B für die Verluste massgeblich, für den Heizstrom I die Einzelguerschnittsflache A oder B.
In Fig. 6 sind dieselben Elektroden 1 und 12 mit der Ausbildung gemäss Fig. 5 für Spaltschweissung angeordnet, dargestellt, wobei hier die beispielsweise getrennt vor- gesehenen HeizStromgeneratoren 17 schematisch eingetragen
O r-i W sind. Dass die Elektroden je nach Verwendung unterschied¬ liche Spitzen und Wirkungsflächen aufweisen können, ver¬ steht sich von selbst.
In Fig. 7 ist eine bevorzugte Ausführungsform der als
Punkt- oderSpalt-, insbesondere Mikropunkt- oder Mikro- spaltschweisselektrode verwendbaren Elektrode 1 darge¬ stellt. Der Schlitz 23 weist endständig, am Wirkungs¬ bereich 27 der Elektrode, eine Querrundbohrung 29a auf, mit welcher herstellungstechnisch einfach, und in Ana¬ logie zur Einnehmung 29 von Fig. 5, für den Heizstrom I„ H ein Bereich höheren ohmischen Widerstandes, wie ge- strichelt mit R angedeutet, realisiert wird. Da bei der
Erwärmung des Wirkungsbereiches 27 auch die Zu- und Rück- führungen 25a und 25b, wenn auch kontinuierlich mit zu¬ nehmender Entfernung vom Wirkungsbereich 27 abnehmend, Wärme abstrahlen, wird durch Einlage eines thermisch und elektrisch hochisolierenden Einsatzes 31, vorzugs¬ weise eines Keramikeinsatzes, die Verluststrahlung an Zu- und Rückführung reduziert, wobei, wie gestrichelt angedeutet, jedoch mit erheblichem Mehraufwand verbun¬ den, auch eine vollständige Einbettung von Zu- und Rückführung in einen derart hochisolierenden Körper 33 vorgesehen werden kann.
Die beschriebene Elektrode kann, wie bereits mehrfach betont, als Punktschweiss- oder Spaltschweisselektrode verwendet werden, wobei die eine und/oder die andere der beiden bei diesen Verfahren vorzusehenden Elektro- den erfindungsgemäss ausgebildet sein können. Dieselbe Elektrode kann ohne konstruktive Aenderung zusätzlich als Lötelektrode verwendet werden, allenfalls mit einer (nicht dargestellten) aufsteckbaren Arbeitsspitze, um Verunreinigungen des Schweisswirkungsbereich.es durch das Löten zu verhindern. Der in den Fig. mit I H bezeich- nete Heizstrom für den Schweissbetrieb wird im Lötbe¬ trieb als Lötheizstrom vorgegeben.
In Fig. 8 sind schematisch zwei erfindungsgemässe Elek- troden la, b für Punktschweissung oder Spaltschweissung dargestellt. Die Nebeneinanderanordnung der Elektroden 1 in dieser und den nachfolgenden Figuren soll dabei nicht auf die ausschliessliche Anordnung für Spaltschwei sung sσhliessen lassen. Für die Heizphase sind beide Elektroden 1 mit einem separaten Heizstromgenerator 17a und 17b und je einem schematisch dargestellten Steuer¬ schalter Ha resp -~. H,b versehen. Beide Elektroden sind weiter über einen Steuerschalter S mit dem Schweiss- strom-Generator 21 verbunden. Durch Schliessen der Steuerschalter Ha und Hb, wird die Heizphase an den
Elektroden la und lb ausgelöst, durch Schliessen des Schalters S die Schweissphase. Dabei ist jedoch zu betonen, dass der Schalter S, wie auch die Schalter H und H, in bestimmten Fällen weggelassen werden kön- nen, wenn nämlich entweder die Heizströme I„ auch wäh- rend des Schweissstromflusses fliessen gelassen werden und/oder der Schweissstromfluss Ic durch die Tatsache, dass die Werkstückisolation weggeschmolzen ist, ausge¬ löst-wird. In letzterem Fall entspricht der Schälter S gemäss Fig. 8 eigentlich der durch die durchzuschmel¬ zende Isolationsschicht gebildete Schaltstrecke.
In Fig. 9 ist in Analogie zu Fig. 8 für den Betrieb der beiden Elektroden la und lb eine mögliche Steuerung dar- gestellt, insbesondere zum Abschälten der Heizströme I H bei Auslösung des Schweissvorganges. Zu diesem Zweck ist an mindestens einer der beiden vorgesehenen Elektroden la und lb ein Thermofühler 35 vorgesehen, vorzugsweise im Bereich der Elektroden-Wirkungsfläche, der ein Sig- nal U(-J') in Funktion der Wirkungsflächentemperatur δ Tt) liefert. Das Äusgangssignal des Thermofühlers 35 wird an einer Einheit 37 mit einem, vorzugsweise einstell¬ baren Schwellwert U {fr ) verglichen." Ueber eine Schalt-
Steuereinheit 39 werden die Steuerschalter Ha und H,b in den Heizstromschleifen der beiden Elektroden la und lb geöffnet, wenn, wie die Kennlinie in der Einheit 39 andeutet, die gemessene Temperatur v einen vorgegebenen Wert & erreicht hat oder während einer vorgegebenen
Zeitspanne mindestens beibehalten hat.
Ist der Schalter S im Schweissstromkreis ein vorgesehe¬ nes Schaltorgan und nicht, wie vorgängig erwähnt, durch die Isolationsschichtstrecke gebildet, so wird er bei
Oeffnen der HeizstromsteuerSchalter H und H, geschlos- a b ' sen. Wie gestrichelt in Fig. 9 dargestellt, kann der Thermofühler 35 als IST-Wertaufnehmer in einer Heiz- und/oder Schweiss-Stromregelung verwendet werden, wobei sein usgangssignal U(^) als Regelgrösse der Einheit 37 zugeführt, dort mit dem SOLL-Wert U(^ ) verglichen wird und das Ausgangssignal der Einheit 37 als Regeldifferenz den Heizstrom- und/oder Schweissstrom-Generatoren 17a, 17b resp. 21 als Stellglieder zugeführt wird.
In Fig. 10 ist in Analogie zu Fig. 8 die Anordnung zwei- er Elektroden la und lb des Schweissstrom-Generators 21 mit Steuerschalter S dargestellt, wobei jedoch derselbe Heizstrom-Generator 17 mit einem Steuerschalter H für das Aufheizen beider Elektroden verwendet wird. Ueber den Schalter H sind die beiden Heizstromschleifen der Elektroden la und lb seriegeschaltet.
In Fig. 11 ist in Analogie zu Fig. 9 die Ansteuerung der Steuerschalter H und S resp. die Regelung der Generato¬ ren 17 und 21 entsprechend für Heiz- und Schweissstrom mit Hilfe eines Thermofühlers 35 dargestellt. Bei der heizstrommässigen Serieschaltung beider Elek¬ trodenschleifen ergibt sich eine weitere Steuermöglich¬ keit der beiden Arbeitsphasen, Heizphase und Schweiss¬ phase, die in Fig. 12 dargestellt ist. In der Heizphase ist der Heizstromgenerator 17 über den Steuerschalter H und ein Widerstandselement R1 auf die Heizstromschlei¬ fen der beiden Elektroden la und lb geschaltet. Bei Durchschmelzen der Isolationsschicht an den zu verbin¬ denden Werkstücken entsteht zwischen den Wirkungsberei- chen der beiden Elektroden ein abnehmender Widerstand p, im Ersatzbild in den beiden Werkstücken gemäss Fig. 12 eingetragen. Dadurch kommutiert ein Teil des Heizstromes ΔI Jri auf die beiden zu verbindenden Werkstücke über, da p und R' parallel geschaltet erscheinen. Der Strom durch das Widerstandselement R1 verringert sich. Wird mit einer Strommessung im 1-enthaltenden Zweig des Heizstromkrei¬ ses, beispielsweise mit Hilfe eines Strom/Spannungswand¬ lers 41 der Strom gemessen, so kann, über eine Schwell¬ werteinheit 43 mit vorzugsweise (nicht dargestellt) vor- gebbarem Schwellwert der Steuerschalter H dann geöffnet und S, falls nicht durch die Isolationsschicht selbst gebildet, dann geschlossen werden., wenn der Heizstrom im ausgemessenen Stromzweig einen vorgegebenen Wert un¬ terschreitet. Dabei versteht sich von selbst, dass R1 möglichst klein gewählt wird, um die hier entstehende Verlustheizleistung möglichst gering zu halten.
Abschliessend muss darauf hingewiesen werden, dass durch die Anordnung des Schweissstromgenerators 21, insbeson- dere in den Ausführungsvarianten gemäss den Fig. 5 bis
12, die Zu- resp. Rückführungen für den Heizstrom nicht im oberen, d.h. vom Wirkungsbereich abgewandten Teil der Elektrode, kurzgeschlossen werden dürfen. Da zudem für eine symmetrische Aufteilung des Schweissstromes Ic (je *-r-) beide Heizschleifenschenkel der Elektrode auf
OM gleiches Potential zu legen sind, ist in den Fig. 5 bis 12 der Steuerschalter S mit zwei je zweipoligen Schaltstrecken dargestellt, durch welche im Heizbe¬ trieb eine Kurzschliessung der beiden Schenkel resp. von Zu- und Rückführung verhindert, jedoch im Schweiss¬ betrieb zur Beaufschlagung eines gemeinsamen Potentials erstellt wird.

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Erstellen galvanischer Verbindungen zwischen einem isolierten Werkstück und Schweiss- elektroden und zum anschliessenden Schweissen die¬ ses Werkstückes, wobei mindestens eine der Elektro- den eine Heizstromschleife aufweist, die zum Arbeits¬ bereich der Elektrode hin- und zurückführt und man in der Heiz- oder Abisolierphase über die Schleife eine Potentiaidifferenz anlegt, dadurch gekennzeichnet, dass man zum Schweissen Zu- und Rückführung der
Schleife auf gleiches Potential legt und sie somit als parallele Schweissstromleiter schaltet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
. dass man am Arbeitsbereich der Elektrode eine Tem¬ peraturmessung vornimmt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man nach der gemessenen Temperatur eine Umschal¬ tung von Heiz- auf Schweissbetrieb vornimmt, und/oder den Heiz- und/oder den Schweissbetrieb steuert, resp. regelt.
4. Elektrodenanordnung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
- dass mindestens eine Elektrode als Schleife mit Stromzuleiter zum Arbeitsbereich und -Rücklei¬ ter ausgebildet ist, und
- dass Schweissstromanschlüsse für beide Leiter vorgesehen sind.
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode entlang ihres Arbeitsbereiches eine Partie erhöhten ohmischen Widerstandes für den Heizstrom aufweist und beidseitig angrenzende Partien niederigeren ohmischen Widerstandes, so dass der Schweissstrom vornehmlich durch die Par¬ tien relativ niedrigen ohmischen Widerstandes fliesst,
6. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode U-förmig ausgebildet ist.
7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die U-Basis den Arbeitsbereich bildet, und - dass sie in einem Mittelbereich einen verkleiner¬ ten Querschnitt aufweist, in den Seitenbereichen einen wiederum vergrösserten.
Anordnung nach einem der Ansprüche 4 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass an der Elektrode in ihrem Arbeitsbereich ein- Thermofühler vorgesehen ist.
Verwendung der Anordnung nach eine 'der Ansprüche 4 - 8' für Punkt- oder Spaltschweissen, insbesondere Mikropunkt- oder Mikrospaltschweissen.
ιo. Verwendung der Anordnung nach Anspruch 9 in Kom¬ bination für Löten, insbesondere Mikrolöten.
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