DE4102987C2

DE4102987C2 - Lasergerät zum Freilegen von isoliertem Draht und Verfahren hierfür

Info

Publication number: DE4102987C2
Application number: DE4102987A
Authority: DE
Inventors: Richard T Miller
Original assignee: Individual
Current assignee: Spectrum Technologies Inc
Priority date: 1990-02-02
Filing date: 1991-02-01
Publication date: 2001-09-20
Anticipated expiration: 2011-02-02
Also published as: JPH04217804A; DE4102987A1; US4970367A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Lasergerät zum Freilegen oder Abisolieren von Draht (laser, wire stripper apparatus) mit den Merkmalen des Oberbegriffs im Patentanspruch 1 - und ein Verfahren hier für -, das eine verbesserte Werkstückhalterung oder Werk stück-Supportanordnung, einen Laser mit oberen und unteren Focussierkopf zum Verdampfen von ausgewählten Bereichen der Drahtisolation mit hochgradiger Präzision und eine Leitkanalordnung zum Entfernen von Gasen, die durch das Verdampfen der Drahtisolation erzeugt werden, aufweist.

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

Eine frühere bekannte Lasertechnik, die zum Entfernen von Isolation von Metalldrähten angewendet wurde, ist im US-Patent 4,671,848 (Miller et al.), das auf die Namen des Erfinders des vorliegenden Patents und einer anderen Person eingereicht wurde, offenbart.

Weitere Lasergeräte zum Freilegen von isoliertem Draht sind aus der DE 39 02 158 A1 und der US 4,761,535 bekannt.

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

Die bekannten Lasergeräte entfernen nicht effektiv die gifti gen Gase und die Überbleibsel in Form von Partikeln, die entstehen, wenn Isolation verdampft wird. Hinzu kommt, daß einige der bekannten Laservorrichtungen nur Isolation von den Enden langer Drahtstücke zu entfernen vermögen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Laser-Draht freilegegerät bereitzustellen, mit dem das Entfernen von Isolation von ausgewählten Bereichen entlang der Unterseite und der Oberseite eines isolierten Drahtes ohne Beschädigung des Drahtes und nicht beschränkt auf die Drahtenden möglich ist, ohne die Arbeitsumgebung mit den bei der Isolation ent stehenden giftigen Gasen und Partikeln zu belasten. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein dementsprechen des Isolationsentfernungsverfahren bereitzustellen.

Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben gelöst durch ein Laser- Drahtfreilegegerät nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 15.

Vorteilhafte und bevorzugte Ausführungsformen des erfindungs gemäßen Laser-Drahtfreilegegeräts sind Gegenstand der Ansprü che 2 bis 14.

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

In der Zeichnung zeigt:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Das Laser-Drahtfreilegegerät 10 hat folgende Vorteile:

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

Die Erfindung ist nicht auf das geschilderte Ausführungs beispiel beschränkt.

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

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

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

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

Claims

1. Laser-Drahtfreilegegerät (10) zum Entfernen von Isolation von ausgewählten Bereichen entlang der Unterseite und der Oberseite eines isolierten Drahtes (32, 34, 36) ohne Be schädigung des Drahtes (32, 34, 36), mit

- einem Gehäuse (11),
- einem in dem Gehäuse (11) angeordneten Laser,
- mehreren sich aus dem Gehäuse (11) heraus erstrec kenden Fokussierköpfen (96, 98), die zumindest ober halb und unterhalb des Drahtes (32, 34, 36) angeord net sind,
- einer zwischen den Fokussierköpfen (96, 98) angeord neten Werkstückhalterung (14) zum Halten des Drahtes (32, 34, 36) in der Bahn eines Laserstrahls, der von irgendeinem der Fokussierköpfe (96, 98) austritt,

wobei

- der Laser einen Laserstrahl erzeugt, der genügend Energie aufweist, um die Isolation ohne Beschädigung des Drahtes (32, 34, 36) zu verdampfen und
- die Fokussierköpfe in einer Horizontalebene relativ zum Draht positionierbar sind,

dadurch gekennzeichnet, daß

- die Werkstückhalterung (14) einstellbar und beweg lich ist und
- eine Leitkanaleinrichtung (18) zum Entfernen von Gasen und Restpartikeln, die beim Verdampfen der Isolation erzeugt werden, vorhanden ist.

2. Gerät (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitkanaleinrichtung (18) hinter der Werkstückhalte rung (14) angeordnet ist, so daß es möglich ist, den Draht (32, 34, 36) von den Seiten der Werkstückhalterung (14) her zwischen die Fokussierköpfe (96, 98) zuzuführen.

3. Gerät (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die Werkstückhalterung (14) ausgerüstet ist mit:

- einer mit einem Ausschnitt versehenen Basisplatte (46), und
- einer einstellbaren Gleitplatte (44), die auf der Basisplatte (46) ruht und zumindest einen Ausschnitt (52) von bestimmter Größe und Form aufweist, wobei der Ausschnitt (52) größer ist als die projizierte Größe und Form der zu entfernenden Isolation und die einstellbare Gleitplatte (44) mit Justiermitteln zum Justieren der Einstellung der Gleitplatte (44) be züglich der Basisplatte (46) in solcher Weise, daß der Ausschnitt (52) der Gleitplatte (44) den Aus schnitt der Basisplatte (46) überlappt, versehen ist.

4. Gerät (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisplatte (46) des weiteren ausgerüstet ist mit

- einer Kantenanschlagleiste (48) zum Einstellen einer Position des Drahtes (32, 34, 36) in einer X-Rich tung bezüglich der Gleitplatte (44) und zum Einstel len einer Position der Gleitplatte (44) bezüglich der Basisplatte (46), und
- einer Endanschlagleiste (50) zum Einstellen einer Position des Drahtes (32, 34, 36) in einer Y-Rich tung bezüglich der Gleitplatte (44) und zum Einstel len einer Position der Gleitplatte (44) bezüglich der Basisplatte (46).

5. Gerät (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kantentanschlagleiste (48) und die Endanschlagleiste (50) jeweils ein Paar von Schlitzlöchern (80, 82, 88, 90) aufweisen, wobei jedes Anschlagleisten-Schlitzloch (80, 82, 88, 90) mit einer mit der Basisplatte (46) verbunde nen Maschinenschraube (92, 94) versehen ist.

6. Gerät (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitplatte (44) des weiteren ein Paar von zurückge setzten Schlitzlöchern (54, 56) aufweist, die mit Maschi nenschrauben (58, 60) versehen sind, welche mit der Ba sisplatte (46) verbunden sind.

7. Gerät (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ge kennzeichnet durch eine Computereinrichtung zum genauen Positionieren der Fokussierköpfe (96, 98) in der genann ten Horizontalebene.

8. Gerät (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitkanaleinrichtung (18) des weiteren einen unter der Basisplatte (46) angeordneten unteren Einlaß (112) und einen über der Gleiplatte (44) angeordneten Einlaß (114) aufweist.

9. Gerät (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Leikanaleinrichtung (18) des weiteren einen oberhalb des Gehäuses angeordneten Filter (120) und mehrere Kanä le, die die Einlässe (112, 114) mit dem Filter (120) verbinden, aufweist.

10. Gerät (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl eine Wellenlänge von etwa 10,6 µ aufweist.

11. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn zeichent, daß der Laser ein Kohlendioxyd-Laser ist.

12. Gerät (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekenn zeichnet durch eine mit den Laser-Fokussierköpfen (96, 98) verbundene, bewegliche Wandeinrichtung (204), die es ermöglicht, daß sich die Laser-Fokussierköpfe (96, 98) gemeinsam in einer Y-Richtung bewegen, während die be wegliche Wandeinrichtung (204) bezüglich der sich bewegenden Laser-Fokussierköpfe (96, 98) stehenbleibt, und die sich mit den Laser-Fokussierköpfen (96, 98) in der X- Richtung gemeinsam bewegt.

13. Gerät (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitkanaleinrichtung (18) ein Paar von Kanälen auf weist, wobei sich der Kanal des Paares oberhalb der Werk stückhalterung (14) und der andere Kanal des Paares un terhalb der Werstückhalterung (14) befindet.

14. Gerät (10) nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstückhalterung (14) einstell bare Mittel zum Justieren des Bereichs, in dem der Draht (32, 34, 36) von den Laser-Fokussierköpfen (96, 98) be aufschlagt wird, aufweist.

15. Verfahren zum Entfernen von Isolation von ausgewählten Bereichen entlang der Unterseite und der Oberseite eines isolierten Drahtes (32, 34, 36), mit einer Vorrichtung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprü che mit folgenden Verfahrensschritten:

- Montieren des isolierten Drahtes (32, 34, 36) auf einer einstellbaren und beweglichen Werkstückhalte rung (14),
- Justieren und Bewegen der Werstückhalterung (14) bis der ausgewählte Bereich entlang der Unterseite für die Bearbeitung verfügbar ist,
- Anordnen von mehreren Laser-Fokussierköpfen (96, 98), ober halb und unterhalb der ausgewählten Bereiche, ent lang einer gemeinsamen Achse,
- Auswählen eines der Fokussierköpfe (96, 98),
- Erzeugen eines Laserstrahls mit zum Abdampfen der Isolation von dem Draht (32, 34, 36) ausreichenden Energieniveaus,
- Hindurchschicken des Laserstrahls durch den gewähl ten Fokussierkopf (96, 98), wodurch die Isolation von dem ausgewählten Bereich abgedampft wird und
- Entfernen von Gasen und Partikeln, die beim Verdamp fen der Isolation erzeugt werden, gleichzeitig mit dem Abdampfen.