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WO2013092083A1 - Verfahren zum verbinden von werkstücken und verbindungsvorrichtung - Google Patents

Verfahren zum verbinden von werkstücken und verbindungsvorrichtung Download PDF

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Publication number
WO2013092083A1
WO2013092083A1 PCT/EP2012/073200 EP2012073200W WO2013092083A1 WO 2013092083 A1 WO2013092083 A1 WO 2013092083A1 EP 2012073200 W EP2012073200 W EP 2012073200W WO 2013092083 A1 WO2013092083 A1 WO 2013092083A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
workpieces
electrodes
solder
soldering
welding head
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2012/073200
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Johann Kaussler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Priority to CN201280063378.5A priority Critical patent/CN103998171A/zh
Priority to EP12798209.8A priority patent/EP2750822A1/de
Publication of WO2013092083A1 publication Critical patent/WO2013092083A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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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
    • B23K1/00—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
    • B23K1/0004—Resistance soldering

Definitions

  • the following invention relates to a method for joining workpieces and a connection device.
  • Workpieces such as parts of electrical equipment, are usually connected together as parts to be joined during production. Bonding takes place, for example, by soldering, welding or gluing at joints. It is thereby achieved a positive connection of the workpieces.
  • various assembly or production stations are provided in production processes, where, for example, welding heads for welding, riveting riveting or soldering stations are kept for soldering connection of the components.
  • welding heads for welding, riveting riveting or soldering stations are kept for soldering connection of the components.
  • electrically conductive workpieces are heated by an electric current until melting, so that a common melt takes place and after solidification there is a welded joint between the workpieces.
  • Known resistance welding heads are designed in terms of their design to high temperatures and high electrical currents. In most cases, welding also requires that the two electrodes of the resistance welding head simultaneously exert a welding force on the joint during the welding process.
  • solder joints for example, in the Pro ⁇ production of electromechanical conductive components, necessary.
  • the semi-finished part was transported to a soldering station in order to be soldered there, for example, with other workpieces.
  • an electric current in the region of a soldering point generates heat in a solder, which melts and the two workpiece top surfaces wetted surfaces. After cooling, there is a connection of the workpieces.
  • the method proposes to use a designed as a resistance welding head welding head for soldering.
  • a resistance welding head with coaxially arranged electric ⁇ that the two enclose, for example, from above and below to ver ⁇ binding workpieces can melt the present between the workpieces solder by a suitable check control and a suitable supply of electric current.
  • This allows a particularly high flexibili ⁇ ty of the resource resistance welding head. It is therefore not necessary to transport half-finished workpieces between stations with resistance welding heads and stations with soldering heads. This results in improved system flexibility in automated or automated assembly systems.
  • the duration of the soldering process or the feed time of the electric current results as a function of the melting of the strip-shaped solder.
  • a solder tape is first clamped between the two workpieces, wherein the clamped portion melts in the solder joint area and tears off from the rest of the band-shaped solder tape.
  • a fixed soldering time configuration is preset ⁇ provides.
  • the soldering time is regulated as a function of a mechanical tear-off movement of the inserted solder strip.
  • the solder band guided to the solder band can be clamped between the workpieces by a force application of the electrodes to each other and the band-shaped portion of a force are exposed.
  • the tensile force results in a faster or slower separation of the heated solder and the band present.
  • the workpieces form pressed contacts in the joined state.
  • the Lötzeitregelung in response to the tearing or severing of the in- coming solder ribbon enables efficient control of the heat ⁇ household or heat input during the soldering operation. It achieves ei ⁇ ne particularly high quality and reliability of the solder joint.
  • the method includes, for example, at least one of the following steps:
  • the soldering can be done in particular by a resistance soldering process.
  • Resistance soldering involves a material-fit joining of materials, whereby a liquid phase of the solder is formed by melting.
  • the parts to be joined ie the workpieces, are pressed together by the upper and lower electrodes of the resistance welding head.
  • the induced current leads to melting of the solder at the contact point between the workpieces.
  • temperatures are for example between 450 and 900 ° C achieved.
  • the process of the resistance welding head is configured such that two workpieces are heated at a welding site to the on ⁇ melt with the aid of an electric current.
  • resistance welding is also possible.
  • the method further comprises in variants:
  • the welding head that the two electrodes are moved relative to the welding point and a constant force is applied to the welding point. Due to the constant force a ⁇ Ver melting or welding of the two workpiece materials results simpler with each other.
  • a first force is preferably exerted on the solder joint by means of the electrodes during soldering, and a second force is exerted on the weld during welding by means of the electrodes, which is different from the first force.
  • the electrodes are moved differently depending on the bonding method of welding or soldering.
  • connection device for connecting workpieces together.
  • the connection device comprises:
  • a doubly-shaped solder with at least two insbeson ⁇ particular coaxially disposed electrodes; a feeder for supplying and supplying a band-shaped solder between two workpieces to a solder joint; and
  • a control device for controlling the horrin- head such that two positi ⁇ onêt between the electrodes workpieces are soldered together. In this case, an electric current flows through the two workpieces and the solder between the electrodes.
  • a resistance welding head having at least two, in particular ⁇ coaxially arranged electrodes, wherein the resistance welding head is configured to heat with the aid of an electric current, the workpiece at a weld until melting;
  • a feeder for supplying and supplying a band-shaped solder between two workpieces to a solder joint
  • a control device for driving the resistance welding head such that two workpieces positioned between the electrodes are soldered together. In the process, an electric current flows through the two workpieces and the solder between the electrodes, without the workpieces melting.
  • the connecting device and in particular the control device is adapted such that a pre-like ⁇ signed method for joining workpieces leads is carried.
  • the connecting device combined by use of the resistance welding head a soldering station with a Sch consistencysta ⁇ tion, for example in a production line for electromechanical devices.
  • the use of the designed as a resistance ⁇ welding head welding head for resistance soldering thus saves a resource in automated mounting systems.
  • the adjustment or regulation of the soldering time by the soldering Tape feed, which with a backward movement separates the unmelted solder tape from the molten solder tape in the soldering ⁇ range can be easily, for example, by a mechanical switch, which interrupts the power supply realized.
  • Figures 1 - 6 are schematic representations of an embodiment of an indungsvor- direction for explaining aspects of a method for connecting Werkstü ⁇ bridges.
  • Figure 7 is a schematic representation of a
  • Figures 1 - 6 show schematic representations of a
  • Embodiment of a connec ⁇ tion device in different operating states to a method for
  • the connecting device 1 comprises a soldering head 2, which is equipped with two electrodes 3, 4.
  • the soldering head 2 and the electrodes 3, 4 are movable along their symmetry axis 10.
  • the corresponding movement 12 can be determined by control signals CT from a control device 5.
  • a movement 12 of the electrodes 3, 4 takes place coaxially relative to one another. That is to say forces which occur when the electrodes 3, 4 are moved relative to one another, for example, run along the axis 10.
  • the resistance welding head 2 is provided with controllable current sources, which are not shown here.
  • the figures further show a countertop 11, which may be playing a transport or turntable at ⁇ , can be positioned on the operative to each other workpieces 8,.
  • the connecting device 1 enables welding as well as soldering of workpieces with each other.
  • a Lötbandvorschub 6 which provides a soldering tape 7 and advances via suitable means towards or away from a joint 14 away from the control device 5.
  • the soldering tape 7 is thereby moved substantially perpendicular to the axis 10. This is indicated by the arrow 13.
  • the Lötbandvorschub 6 allows precise adjustment and movement of the soldering tape 7.
  • the two workpieces 8, 9 to be soldered together positioned between the two electrodes 3, 4 of the resistance soldering head 2.
  • Positioning can, for example, be done with the help of a robot or other positioning means that are known.
  • Fig. 1 shows a dashed region 14, which corresponds to a solder joint. Controlled by the control device 5, the soldering feed 6 supplies the soldering belt 7 between the two
  • the control is effected for example by the Steuerein ⁇ direction 5, which is programmed accordingly and control signals CT ⁇ example, to actuators or servo motors fert Lie.
  • the solder tape 7 is now pulled away by the Lotbandvorschub 6 of the solder joint and stretched. This is Darge provides ⁇ in Fig. 3. Counteracting forces 15, 16 thus act along the axis 10, so that the workpieces 8, 9 and the soldering band 7 are clamped in the soldering area 14. By a backward movement of the Lötbandvorschubs 6, a force 18 is created as a tensile force.
  • a gap between the withdrawing solder ribbon 7 and the liquid solder 19 is shown as reference numeral 20.
  • the Lötbandvorschub 6 detects that the tensile force 18 or the voltage of the solder ribbon 7 decreases and outputs a corresponding signal CT to the control device 5, which then interrupts a current flow 17. It is also conceivable a mechanical control, which actuates a switch when jumping back the solder ribbon 7, which interrupts the current flow 17. In this respect, the soldering time is regulated as a function of the melting and the tensile force.
  • the workpieces 8, 9 are, for example, cables or low ⁇ voltage assemblies . This results in a cohesive connection of the two workpieces 8, 9 by the solidified solder
  • Fig. 5 it is shown how the electrodes 3, 4 in particular ⁇ sondere controlled by the controller 5 again by the possessed workpieces 8, 9 are moved away along its movement axis 10.
  • a temperature range for example for brazing between 450 and 900 ° C results.
  • the two workpieces 8, 9 are not melted at ⁇ , but merely as a molten solder supplementary material, the cohesive mechanical Verbin ⁇ dung forth.
  • FIG. 6 illustrates this method aspect.
  • the two workpieces 21, 22 to be equipped, for example two metal sheets, are gripped between the electrodes 3, 4 and held under a force 15, 16.
  • the control device 5 causes a high current flow 23 between the electrodes 3, 4 through the two parts to be welded 22, 21.
  • the Lotbandvorschub 6 is so controls that no soldering tape 7 enters the gap between the workpieces 21, 22. Due to the electric current flow ⁇ 23, the workpieces are heated so in the area of the weld 24 that they melt. After a programmable current flow time, there is a solidification of the melt at the weld 24 and thus a firm welded connection. During the welding process, ie the welding current flow 23, the two workpieces are pressed together firmly. This un ⁇ terology fusing or welding of the two Mate rials of the workpieces 21, 22nd
  • connection method which can be carried out with the aid of the proposed connecting device 1, in which both welding and resistive soldering can be done with one and the same manufacturing station.
  • both welding and resistive soldering can be done with one and the same manufacturing station.
  • the method or the connection device 1 allows a simplified
  • FIG. 7 the use of a connecting device is shown as a combined brazing and welding station in a production ⁇ road with a production plate. 7 shows a turntable 25 with segments 27, 28, 29. On each segment 27, 28, 29 a component to be machined is provided. For example, 27 ei ⁇ ne combination of workpieces 21, 22 is positioned on or within the segment that are to be welded together. In segment 29, a semi-finished part with components to be soldered 8, 9 vorgese ⁇ hen.
  • the reference numerals 1 and 30 denote manufacturing stations, wherein the turntable 25 can be rotated in the direction 26.
  • a manufacturing station is designed, for example, as a connection device 1, as described in the preceding FIGS. 1-6. It is now possible by Ro ⁇ tion, for example, positioning of the welded To perform construction elements 21, 22 by a rotation in the counterclockwise direction to the manufacturing station 1 or connecting device 1. However, depending on the production condition, it is also possible to move the production turntable 25 in a clockwise direction so that the segment 29 stops in the region of the position of the segment 28 shown in FIG. Then, the connecting device 1 for soldering the two components to be soldered 8, 9 will be used.
  • the joining or connecting method and the connecting device 1 with the flexible use of the resistance welding head result in increased flexibility of assembly operations and economies of scale in the production and procurement of the resource resistance welding head or resistance soldering head. Due to the compact construction, in particular of the welding head and the Lötbandvorschubs a simf ⁇ cher mechanized and automated use in a production line can be done.
  • the exemplary embodiments were explained on the basis of a soldering head originally designed as a resistance welding head.
  • the proposed Lötzeitrege ⁇ ment can be performed with conventional resistance solder heads with two electrodes.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing Of Electrical Connectors (AREA)
  • Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
  • Connections Effected By Soldering, Adhesion, Or Permanent Deformation (AREA)
  • Resistance Welding (AREA)

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Verbinden von Werkstücken (8, 9) vorgeschlagen, das umfasst: Bereitstellen eines Widerstandsschweißkopfes (2) mit mindestens zwei koaxial angeordneten Elektroden (3, 4); Positionieren von zwei Werkstücken (8, 9) zwischen den Elektroden (3, 4) des Widerstandsschweißkopfes (2); Zuführen eines bandförmigen Lötmittels (7) zwischen die zwei Werkstücke (8, 9) zu einer Lötstelle (14); Verlöten der zwei Werkstücke (8, 9) miteinander, wobei zwischen den Elektroden (3, 4) ein elektrischer Strom (23) durch die zwei Werkstücke (8, 9) und das Lötmittel (7) so lange erzeugt wird bis das erhitzte Lötmittel (19) zwischen den zwei Werkstücken (8, 9) von dem restlichen bandförmigen Lötmittel (7) abreißt. Die Produktionsressource Schweißkopf wird sowohl zum Schweißen als auch zum Löten eingesetzt. Ferner wird eine Verbindungsvorrichtung zum Verbinden oder Fügen von Werkstücken beschrieben, die ein entsprechendes Verfahren umsetzt.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Verbinden von Werkstücken und Verbindungsvorrichtung
Die folgende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von Werkstücken und eine Verbindungsvorrichtung. Werkstücke, wie beispielsweise Teile von elektrischen Einrichtungen, werden bei der Produktion meist als Fügeteile miteinander ver- bunden. Ein Verbinden erfolgt beispielsweise durch Löten, Schweißen oder Kleben an Fügestellen. Es wird dabei eine formschlüssige Verbindung der Werkstücke erzielt.
Üblicherweise werden bei Produktionsabläufen verschiedene Montage- oder Fertigungsstationen vorgesehen, an denen beispielsweise Schweißköpfe zum Schweißen, Nieteinrichtungen zum Nieten oder Lötstationen zum lötenden Verbinden der Bauteile vorgehalten werden. Beim konventionellen Widerstandsschweißen werden elektrisch leitfähige Werkstücke durch einen elektrischen Strom bis zum Schmelzen erhitzt, so dass eine gemeinsame Schmelze erfolgt und nach dem Erstarren eine Schweißverbindung zwischen den Werkstücken vorliegt. Bekannte Widerstandsschweißköpfe sind hinsichtlich ihrer Ausgestaltung auf hohe Temperaturen und starke elektrische Ströme ausgestaltet. Meist erfordert das Schweißen zudem, dass die beiden Elektroden des Widerstandsschweißkopfes während des Schweißvorgangs gleichzeitig eine Schweißkraft auf die Fügestelle ausüben.
Häufig sind auch Lötverbindungen, beispielsweise bei der Pro¬ duktion von elektromechanischen leitfähigen Bauteilen, notwendig. In der Vergangenheit wurde beispielsweise nach einem Schweißvorgang das Halbfertigteil zu einer Lötstation trans- portiert, um dort beispielsweise mit weiteren Werkstücken verlötet zu werden. Insbesondere beim Widerstandslöten erzeugt ein elektrischer Strom im Bereich einer Lötstelle Wärme in einem Lot, welches schmilzt und die beiden Werkstückober- flächen benetzt. Nach den Abkühlen liegt eine Verbindung der Werkstücke vor.
Insbesondere bei der Produktion mittelgroßer elektromechani- scher Bauteile werden aufgrund der notwendigen verschiedenen Füge- oder Verbindungsverfahren komplizierte automatisierte Montagesysteme mit einer Vielzahl von Fügestationen benötigt. Wünschenswert wäre eine Vereinfachung des Fertigungsaufwands von Bauteilen oder Werkstücken, die mehrere Fügestellen mit unterschiedlichen Verbindungstypen umfassen.
Demnach ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren und/oder eine verbesserte Einrichtung zum Verbinden von Werkstücken zu schaffen.
Demgemäß wird ein Verfahren zum Verbinden von Werkstücken vorgeschlagen, welches umfasst:
Bereitstellen eines Widerstandslötkopfes mit mindestens zwei, insbesondere koaxial angeordneten, Elektroden;
Positionieren von zwei Werkstücken zwischen den Elektroden des Widerstandslötkopfs;
Zuführen eines bandförmigen Lötmittels zwischen die zwei Werkstücke zu einer Lötstelle;
Verlöten der zwei Werkstücke miteinander, wobei zwischen den Elektroden ein elektrischer Strom durch die zwei Werkstücke und das Lötmittel so lange erzeugt wird, bis das erhitzte Lötmittel zwischen den zwei Werkstücken von dem restlichen bandförmigen Lötmittel abreißt. In einer alternativen Ausführungsform wird ein Widerstandsschweißkopf als Widerstandslötkopf verwendet. Insofern umfas¬ sen weitere Ausführungsformen die Schritte:
Bereitstellen eines Widerstandsschweißkopfes mit mindes¬ tens zwei, insbesondere koaxial angeordneten, Elektro- den;
Positionieren von zwei Werkstücken zwischen den Elektroden des Widerstandsschweißkopfs; Zuführen eines bandförmigen Lötmittels zwischen die zwei Werkstücke zu einer Lötstelle;
Verlöten der zwei Werkstücke miteinander, wobei zwischen den Elektroden ein elektrischer Strom durch die zwei Werkstücke und das Lötmittel so lange erzeugt wird, bis das erhitzte Lötmittel zwischen den zwei Werkstücken von dem restlichen bandförmigen Lötmittel abreißt.
Das Verfahren sieht vor, einen als Widerstandsschweißkopf konzipierten Schweißkopf zum Löten einzusetzen. Insbesondere ein Widerstandsschweißkopf mit koaxial angeordneten Elektro¬ den, die beispielsweise von oben und unten die zwei zu ver¬ bindenden Werkstücke einfassen, kann durch eine geeignete An- steuerung und eine geeignete Einspeisung von elektrischem Strom das zwischen den Werkstücken vorliegende Lötmittel schmelzen. Dadurch wird eine besonders hohe Einsatzflexibili¬ tät der Ressource Widerstandsschweißkopf ermöglicht. Es ist insofern nicht notwendig, halbfertige Werkstücke zwischen Stationen mit Widerstandsschweißköpfen und Stationen mit Löt- köpfen zu transportieren. Dadurch ergibt sich eine verbesserte Systemflexibilität in maschinellen oder automatisierten Montagesystemen .
Die Dauer des Lötvorgangs bzw. die Einspeisedauer des elekt- rischen Stroms ergibt sich in Abhängigkeit von dem Schmelzen des bandförmigen Lötmittels. Beispielsweise wird ein Lotband zwischen den beiden Werkstücken zunächst eingeklemmt, wobei der eingeklemmte Abschnitt im Lötstellenbereich schmilzt und von dem restlichen bandförmigen Lotband abreißt. Durch eine Überwachung dieses Abreißens kann die Lötdauer geregelt wer¬ den. Konventionellerweise wird eine fixe Lötzeit voreinge¬ stellt .
Bei Varianten des vorgestellten Verfahrens wird die Lötzeit in Abhängigkeit von einer mechanischen Abreißbewegung des eingesetzten Lotbandes geregelt. Beispielsweise kann das zur Lötstelle geführte Lotband zwischen die Werkstücke durch eine Kraftausübung der Elektroden zueinander eingeklemmt werden und der bandförmige Anteil einer Kraft ausgesetzt werden. In Abhängigkeit von der Zugkraft ergibt sich eine schnellere oder langsamere Trennung des erhitzten Lötmittels und des bandförmig vorliegenden. Man kann insofern eine genaue Pro- grammierung der Lötzeit vornehmen.
Bei Ausführungsformen des Verfahrens bilden die Werkstücke im gefügten Zustand gepresste Kontakte. Die Lötzeitregelung in Abhängigkeit von dem Abreißen oder Durchtrennen des zugeführ- ten Lotbandes ermöglicht eine effiziente Steuerung des Wärme¬ haushalts bzw. Wärmeeintrags beim Lötvorgang. Man erzielt ei¬ ne besonders hohe Güte und Zuverlässigkeit der Lötverbindung.
Das Verfahren umfasst beispielsweise mindestens einen der folgenden Schritte:
koaxiales Bewegen der Elektroden relativ zueinander zum Klemmen des bandförmigen Lötmittels an der Lötstelle zwischen den beiden Werkstücken; oder
Spannen des bandförmigen Lötmittels von der Lötstelle weg, insbesondere im Wesentlichen senkrecht zu einer Be¬ wegungsrichtung der Elektroden.
Das Verlöten kann insbesondere nach einem Widerstandslötverfahren erfolgen. Beim Widerstandslöten erfolgt ein stoff- schlüssiges Fügen von Werkstoffen, wobei eine flüssige Phase des Lotes durch Schmelzen entsteht. Beim Widerstandslöten werden die Fügeteile, also die Werkstücke, durch die oberen und unteren Elektroden des Widerstandsschweißkopfes zusammen- gepresst. Der induzierte Strom führt zu einem Schmelzen des Lotes an der Kontaktstelle zwischen den Werkstücken. Dabei werden Temperaturen beispielsweise zwischen 450 und 900°C erreicht .
Vorzugsweise wird eine Position oder ein Abstand der zwei Elektroden zueinander während der Dauer des elektrischen
Stroms konstant gehalten. Im Gegensatz zu einem Schweißverfahren, das eine andauernde Kraftausübung erfordert, werden beim Löten die Elektroden des Widerstandsschweißkopfes bezüg¬ lich der beiden Werkstücke vorzugsweise konstant gehalten.
In Varianten des Verfahrens ist der Widerstandsschweißkopf derart ausgestaltet, dass mit Hilfe eines elektrischen Stroms zwei weitere Werkstücke an einer Schweißstelle bis zum Auf¬ schmelzen erhitzt werden. Insofern ist auch ein Widerstandsschweißen ermöglicht. Das Verfahren umfasst in Varianten ferner:
Positionieren von zwei weiteren Werkstücken zwischen den Elektroden; und
Verschweißen der zwei weiteren Werkstücke mit Hilfe des Widerstandsschweißkopfes an der Schweißstelle miteinan- der.
Vorzugsweise wird beim Schweißen der Schweißkopf derart be¬ wegt, dass die zwei Elektroden relativ zu der Schweißstelle bewegt werden und eine konstante Kraft auf die Schweißstelle ausgeübt wird. Durch die konstante Kraft ergibt sich ein Ver¬ schmelzen oder Verschweißen der beiden Werkstückmaterialien einfacher miteinander.
Bei dem Verfahren wird vorzugsweise beim Löten eine erste Kraft mit Hilfe der Elektroden auf die Lötstelle ausgeübt und beim Schweißen eine zweite Kraft mit Hilfe der Elektroden, welche von der ersten Kraft unterschiedlich ist, auf die Schweißstelle ausgeübt. Insofern werden die Elektroden in Abhängigkeit von dem Verbindungsverfahren Schweißen oder Löten unterschiedlich bewegt .
Es wird ferner eine Verbindungsvorrichtung zum Verbinden von Werkstücken miteinander vorgeschlagen. Die Verbindungsvorrichtung umfasst:
einen Widerstandslötkopf mit mindestens zwei, insbeson¬ dere koaxial angeordneten Elektroden; eine Zuführeinrichtung zum Bereitstellen und Zuführen eines bandförmigen Lötmittels zwischen zwei Werkstücke zu einer Lötstelle; und
eine Steuereinrichtung zum Ansteuern des Widerstandslöt- kopfes derart, dass zwei zwischen den Elektroden positi¬ onierte Werkstücke miteinander verlötet werden. Dabei fließt zwischen den Elektroden ein elektrischer Strom durch die zwei Werkstücke und das Lötmittel.
Die Verbindungsvorrichtung umfasst in einer alternativen Ausführungsform:
einen Widerstandsschweißkopf mit mindestens zwei, insbe¬ sondere koaxial angeordneten Elektroden, wobei der Widerstandsschweißkopf ausgestaltet ist, mit Hilfe eines elektrischen Stroms die Werkstück an einer Schweißstelle bis zum Aufschmelzen zu erhitzen;
eine Zuführeinrichtung zum Bereitstellen und Zuführen eines bandförmigen Lötmittels zwischen zwei Werkstücke zu einer Lötstelle; und
eine Steuereinrichtung zum Ansteuern des Widerstandsschweißkopfes derart, dass zwei zwischen den Elektroden positionierte Werkstücke miteinander verlötet werden. Dabei fließt zwischen den Elektroden ein elektrischer Strom durch die zwei Werkstücke und das Lötmittel, ohne dass die Werkstücke aufschmelzen.
Die Verbindungsvorrichtung und insbesondere die Steuereinrichtung ist dabei derart eingerichtet, dass ein wie vorge¬ schriebenes Verfahren zum Verbinden von Werkstücken durchge- führt wird.
Die Verbindungsvorrichtung kombiniert durch Einsatz des Widerstandsschweißkopfes eine Lötstation mit einer Schweißsta¬ tion, beispielsweise in einer Produktionslinie für elektrome- chanische Bauelemente. Die Verwendung des als Widerstands¬ schweißkopf ausgestalteten Schweißkopfes zum Widerstandslöten spart somit eine Ressource in automatisierten Montagesystemen ein. Die Einstellung bzw. Regelung der Lötzeit durch den Löt- bandvorschub, welcher mit einer Rückwärtsbewegung das nicht geschmolzene Lotband von dem geschmolzenen Lotband im Löt¬ stellenbereich abtrennt, kann leicht, beispielsweise durch einen mechanischen Schalter, der die Stromzufuhr unterbricht, realisiert werden.
Insgesamt ergibt sich eine Mehrfachnutzung der Ressource des Widerstandsschweißkopfes und damit eine vereinfachte Herstel¬ lung von Gütern, die miteinander zu verbindende oder verfügende Bauelemente umfassen.
Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Verfahrensschritte, Merkmale oder Ausführungsformen des Ver¬ fahrens oder der Verbindungsvorrichtung. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen oder abändern .
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden.
Dabei zeigen:
Figuren 1 - 6 schematische Darstellungen eines Ausführungsbeispiels für eine indungsvor- richtung zur Erläuterung Aspekten eines Verfahrens zum Verbinden von Werkstü¬ cken .
Figur 7 eine schematische Darstellung eines
führungsbeispiels für die Verwendung ner Verbindungsvorrichtung. Die Figuren 1 - 6 zeigen schematische Darstellungen eines
Ausführungsbeispiels für eine Verbin¬ dungseinrichtung in verschiedenen Be- triebszuständen, um ein Verfahren zum
Verbinden von Werkstücken zu erläutern.
Die Verbindungsvorrichtung 1 umfasst dabei einen Lötkopf 2, der mit zwei Elektroden 3, 4 ausgestattet ist. Der Lötkopf 2 bzw. die Elektroden 3, 4 sind dabei entlang ihrer Symmetrieachse 10 beweglich. Die entsprechende Bewegung 12 kann durch Steuersignale CT von einer Steuereinrichtung 5 bestimmt werden. Insbesondere erfolgt eine Bewegung 12 der Elektroden 3, 4 relativ zueinander koaxial. D.h. Kräfte, die beim Bewegen beispielsweise der Elektroden 3, 4 zueinander entstehen, verlaufen entlang der Achse 10. Der Widerstandsschweißkopf 2 ist mit steuerbaren Stromquellen versehen, die hier nicht dargestellt sind. Die Figuren zeigen ferner eine Arbeitsplatte 11, die bei¬ spielsweise ein Transport- oder Drehteller sein kann, auf der miteinander zu verfügende Werkstücke 8, 9 positioniert werden können. Die Verbindungsvorrichtung 1 ermöglicht ein Schweißen wie auch ein Löten von Werkstücken miteinander. Es ist daher ferner ein Lötbandvorschub 6 vorgesehen, der ein Lötband 7 bereitstellt und über geeignete Mittel in Richtung zu oder von einer Fügestelle 14 weg von der Steuereinrichtung 5 gesteuert vorschiebt. Das Lötband 7 wird dabei im Wesentlichen senkrecht zu der Achse 10 bewegt. Dies ist durch den Pfeil 13 angedeutet.
Der Lötbandvorschub 6 ermöglicht eine präzise Einstellung und Bewegung des Lötbandes 7. Bei dem Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung 1 bzw. Verfahren zum Verbinden von Werkstücken miteinander werden zunächst, wie in der Fig. 1 dargestellt ist, die beiden miteinander zu verlötenden Werkstücke 8, 9 zwischen die beiden Elektroden 3, 4 des Widerstandslötkopfes 2 positioniert. Die Positionierung kann beispielsweise hän- disch erfolgen oder mit Hilfe von einem Roboter oder anderen Positioniermitteln, die bekannt sind.
Die Fig. 1 zeigt einen gestrichelten Bereich 14, der einer Lötstelle entspricht. Von der Steuereinrichtung 5 gesteuert liefert der Lötvorschub 6 Lotband 7 zwischen die beiden
Werkstücke 8, 9 zur Lötstelle 14. Anschließend werden, wie in der Fig. 2 dargestellt ist, die beiden Fügeteile bzw.
Werkstücke 8, 9 und das dazwischen liegende Lotband 7 mit Hilfe der beiden verfahrbaren Elektroden 3, 4 eingeklemmt.
Insofern erfolgt eine Zustellbewegung mit Hilfe des Lötkopfes 2. Die Steuerung erfolgt beispielsweise durch die Steuerein¬ richtung 5, welche entsprechend programmiert ist und Steuer¬ signale CT beispielsweise an Aktoren oder Servomotoren lie- fert.
Das Lotband 7 wird nun durch den Lotbandvorschub 6 von der Lötstelle weggezogen und gespannt. Dies ist in Fig. 3 darge¬ stellt. Es wirken somit gegenläufige Kräfte 15, 16 entlang der Achse 10, so dass die Werkstücke 8, 9 und das Lotband 7 im Lötstellenbereich 14 eingeklemmt ist. Durch eine Rückwärtsbewegung des Lötbandvorschubs 6 wird eine Kraft 18 als Zugkraft erstellt. Der elektrische Widerstand des Lots zwischen den beiden
Werkstücken 8, 9 ist höher als der der Werkstücke. Die Steu¬ ereinrichtung 5 veranlasst nun einen Stromfluss 17 durch die Lötstelle 14. Dadurch erhitzt sich aufgrund des erhöhten elektrischen Widerstandes des Lotmaterials die Lötstelle 14. Das Lotband schmilzt an der Fügestelle bzw. Lötstelle 14 ab und reißt aufgrund der Rückwärtsbewegung 18 des restlichen festen Lotbandes ab. Dies erkennt man in der Fig. 4. Es ist ein Teil des flüssigen Lotbandes 19 an der Lötstelle 14 von dem restlichen Lotband 7 abgetrennt.
In der Fig. 4 ist ein Zwischenraum zwischen dem zurückziehenden Lotband 7 und dem flüssigen Lot 19 als Bezugszeichen 20 dargestellt. Der Lötbandvorschub 6 erkennt, dass die Zugkraft 18 bzw. die Spannung des Lotbandes 7 nachlässt und gibt ein entsprechendes Signal CT an die Steuereinrichtung 5, welche daraufhin einen Stromfluss 17 unterbricht. Es ist auch eine mechanische Regelung denkbar, die beim Zurückspringen des Lotbandes 7 einen Schalter betätigt, welcher den Stromfluss 17 unterbricht. Insofern wird die Lötzeit in Abhängigkeit von dem Schmelzen und der Zugkraft geregelt.
Nachdem kein Strom 17 mehr fließt, kühlt das Lot 19 ab und benetzt die Fügestellen zwischen den beiden Werkstücken 8, 9. Die Werkstücke 8, 9 sind beispielsweise Kabel oder Nieder¬ spannungsbaugruppen. Es ergibt sich nun eine Stoffschlüssige Verbindung der beiden Werkstücke 8, 9 durch das erstarrte Lot
19 miteinander.
In der Fig. 5 ist dargestellt, wie die Elektroden 3, 4 insbe¬ sondere durch die Steuereinrichtung 5 gesteuert wieder von den verfügten Werkstücken 8, 9 entlang ihrer Bewegungsachse 10 weggefahren sind. Beim Widerstandslöten ergibt sich ein Temperaturbereich beispielsweise zum Hartlöten zwischen 450 und 900°C. Die beiden Werkstücke 8, 9 werden dabei nicht an¬ geschmolzen, sondern lediglich das Lot als geschmolzener Zu- satzwerkstoff stellt die Stoffschlüssige mechanische Verbin¬ dung her.
In einem weiteren Verfahrensschritt werden weitere Werkstücke in die Achse 10 zwischen den beiden Elektroden 3, 4 gebracht. Durch eine geeignete Ansteuerung des Schweißkopfes 2 erfolgt jedoch ein Verschweißen und kein Löten der weiteren Bauele- mente oder Werkstücke miteinander. In der Fig. 6 wird dieser Verfahrensaspekt illustriert.
Die beiden zu verfügenden Werkstücke 21, 22, beispielsweise zwei Metallbleche, werden zwischen die Elektroden 3, 4 einge- fasst und unter einer Kraftbeaufschlagung 15, 16 gehalten.
Die Steuereinrichtung 5 veranlasst einen hohen Stromfluss 23 zwischen den Elektroden 3, 4 durch die beiden zu verschweißenden Teile 22, 21. Der Lotbandvorschub 6 ist dabei so ge- steuert, dass kein Lotband 7 in den Zwischenraum zwischen die Werkstücke 21, 22 gelangt. Aufgrund des elektrischen Strom¬ flusses 23 werden die Werkstücke im Bereich der Schweißstelle 24 so erhitzt, dass sie schmelzen. Nach einer programmierba- ren Stromflusszeit ergibt sich ein Erstarren der Schmelze an der Schweißstelle 24 und damit eine feste Schweißverbindung. Während des Schweißvorgangs, also des Schweißstromflusses 23, werden die beiden Werkstücke fest zusammengedrückt. Dies un¬ terstützt das Verschmelzen bzw. Verschweißen der beiden Mate- rialien der Werkstücke 21, 22.
Insgesamt ergibt sich ein Verbindungsverfahren, welches mit Hilfe der vorgeschlagenen Verbindungsvorrichtung 1 durchgeführt werden kann, bei dem sowohl Schweißen als auch Wider- Standslöten mit ein und derselben Fertigungsstation erfolgen kann. Insofern ergibt sich eine Mehrfachnutzung der Ressource Widerstandsschweißkopf und damit eine erhöhte Flexibilität bei der Herstellung von Bauelementen. Das Verfahren bzw. die Verbindungsvorrichtung 1 ermöglicht eine vereinfachte
Herstellungs- oder Montagestraße.
In der Fig. 7 ist die Verwendung einer Verbindungsvorrichtung als kombinierte Löt- und Schweißstation in einer Fertigungs¬ straße mit einem Fertigungsteller dargestellt. Die Fig. 7 zeigt dabei einen Drehteller 25 mit Segmenten 27, 28, 29. An jedem Segment 27, 28, 29 ist ein zu bearbeitendes Bauteil vorgesehen. Beispielsweise ist auf oder in dem Segment 27 ei¬ ne Kombination von Werkstücken 21, 22 positioniert, die miteinander verschweißt werden sollen. Im Segment 29 ist ein Halbfertigteil mit zu verlötenden Bauelementen 8, 9 vorgese¬ hen .
Die Bezugszeichen 1 und 30 bezeichnen Fertigungsstationen, wobei der Drehteller 25 in die Richtung 26 rotiert werden kann. Eine Fertigungsstation ist beispielsweise als Verbindungsvorrichtung 1, wie sie in den vorherigen Fig. 1 - 6 beschrieben wurde, ausgestaltet. Es ist nun möglich, durch Ro¬ tation, beispielsweise Positionierung der zu verschweißenden Bauelemente 21, 22 durch eine Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn zu der Fertigungsstation 1 bzw. Verbindungsvorrichtung 1 zu vollziehen. Je nach Produktionsbedingung ist es jedoch auch möglich, den Fertigungsdrehteller 25 im Uhrzeigersinn zu bewegen, so dass das Segment 29 im Bereich der in der Fig. 7 dargestellten Position des Segments 28 stoppt. Dann kann die Verbindungsvorrichtung 1 zum Löten der beiden zu verlötenden Bauelemente 8, 9 eingesetzt werde. Insgesamt ergibt sich durch das Füge- bzw. Verbindungsverfahren sowie die Verbindungsvorrichtung 1 mit dem flexiblen Einsatz des Widerstandsschweißkopfes eine erhöhte Flexibilität von Montagebetrieben und Skaleneffekte bei der Herstellung und Beschaffung der Ressource Widerstandsschweißkopf bzw. Wi- derstandslötkopf . Durch die kompakte Bauweise insbesondere des Schweißkopfs sowie des Lötbandvorschubs kann ein einfa¬ cher mechanisierter und automatisierter Einsatz in einer Fertigungsstraße erfolgen. Die Ausführungsbeispiele wurden anhand eines ursprünglich als Widerstandsschweißkopf ausgestalten Lötkopf erläutert.
Selbstverständlich lässt sich die vorgeschlagene Lötzeitrege¬ lung auch mit konventionellen Widerstandslötköpfen mit zwei Elektroden durchführen.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele einge¬ schränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen .

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Verbinden von Werkstücken (8, 9) umfassend:
Bereitstellen eines Widerstandsschweißkopfes (2) mit mindestens zwei Elektroden (3, 4);
Positionieren von zwei Werkstücken (8, 9) zwischen den Elektroden (3, 4) des Widerstandsschweißkopfes (2);
Zuführen eines bandförmigen Lötmittels (7) zwischen die zwei Werkstücke (8, 9) zu einer Lötstelle (14);
- Verlöten der zwei Werkstücke (8, 9) miteinander, wobei zwischen den Elektroden (3, 4) ein elektrischer Strom (23) durch die zwei Werkstücke (8, 9) und das Lötmittel (7) so lange erzeugt wird bis das erhitzte Lötmittel (19) zwischen den zwei Werkstücken (8, 9) von dem rest- liehen bandförmigen Lötmittel (7) abreißt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: koaxiales Bewegen (12) der Elektroden (3, 4) relativ zueinander zum Klemmen des bandförmigen Lötmittels (7) an der Lötstelle (14) zwischen den zwei Werkstücken (8, 9) .
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend: Spannen (18) des bandförmigen Lötmittels (7) von der Lötstelle (14) weg.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 3, wobei das Verlö¬ ten ein Widerstandslöten ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 4, wobei eine Posi- tion oder ein Abstand der zwei Elektroden (3, 4) zueinander während der Dauer des elektrischen Stroms (17) konstant gehalten wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 5, wobei der Wider- standsschweißkopfes (2) ausgestaltet ist, mit Hilfe eines elektrischen Stromes (23) zwei weitere Werkstücke (21, 22) an einer Schweißstelle (24) bis zum Aufschmelzen zu erhitzen.
7. Verfahren nach Anspruch 6, ferner umfassend:
Positionieren von den zwei weiteren Werkstücken (21, 22) zwischen den Elektroden (3, 4); und
Verschweißen der zwei weiteren Werkstücke (21, 22) mit Hilfe des Widerstandsschweißkopfes (2) an der Schwei߬ stelle (24) miteinander.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 7, wobei beim
Schweißen die zwei Elektroden (3, 4) relativ zu der Schweißstelle (24) bewegt werden und eine konstante Kraft auf die Schweißstelle (24) ausgeübt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 7, wobei beim Löten eine erste Kraft (15) mit Hilfe der Elektroden (3, 4) auf die Lötstelle (14) ausgeübt wird und beim Schweißen eine zweite Kraft (15) mit Hilfe der Elektroden (4, 5) auf die Schwei߬ stelle (24) ausgeübt wird.
10. Verbindungsvorrichtung (1) zum Verbinden von Werkstücken
(8, 9, 21, 22) miteinander umfassend:
einen Widerstandsschweißkopf (2) mit mindestens zwei Elektroden (3, 4), wobei der Widerstandsschweißkopf (2) ausgestaltet ist, mit Hilfe eines elektrischen Stromes (23) die Werkstücke (21 ,22) an einer Schweißstelle (24) bis zum Aufschmelzen zu erhitzen;
eine Zuführeinrichtung (6) zum Bereitstellen und Zuführen eines bandförmigen Lötmittels (7) zwischen zwei Werkstücke (8, 9) zu einer Lötstelle (14); und
eine Steuereinrichtung (5) zum Ansteuern des Widerstandsschweißkopfes (2) derart, dass zwei zwischen den Elektroden (3, 4) positionierte Werkstücke miteinander verlötet werden, wobei zwischen den Elektroden (3, 4) ein elektrischer Strom (17) durch die zwei Werkstücke
(8, 9) und das Lötmittel (7) fließt ohne die Werkstücke
(8, 9) aufzuschmelzen.
11. Verbindungsvorrichtung (1) nach Anspruch 10, wobei die Verbindungsvorrichtung (1) eingerichtet ist, ein Verfahren 10
nach einem der Ansprüche 1 - 9 durchzuführen
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