DE69101265T4

DE69101265T4 - Vorrichtung zum Erwärmen von Werkstücken.

Info

Publication number: DE69101265T4
Application number: DE69101265T
Authority: DE
Inventors: Noriyoshi Iruma-Gun Saitama Abe
Original assignee: Yosetsu Gijutsu Kenkyusho KK; Technosystems KK
Current assignee: Yosetsu Gijutsu Kenkyusho KK; Technosystems KK
Priority date: 1990-05-30
Filing date: 1991-05-30
Publication date: 1999-02-04
Anticipated expiration: 2011-05-31
Also published as: DE69101265T2; DE69101265T3; US5286945A; EP0459805B1; EP0459805A2; DE69101265D1; EP0459805A3; CA2043458A1; KR910019719A; KR940002675B1; EP0459805B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erwärmen von miteinander zu verbindenden Werkstücken, wie etwa eine Lötvorrichtung mit einer Werkstückauflage und einer Wärmequelle.
Beim manuellen Verlöten von Werkstücken mittels eines Lötkolbens muß eine Bedienungsperson den Lötkolben in der einen Hand und das Lötmittel in der anderen Hand halten. Wenn daher die zu verbindenden Werkstücke beispielsweise ein Anschluß und ein Leitungsdraht sind, können die Werkstücke nicht verlötet werden, solange nicht ein Endabschnitt des Leitungsdrahts vorher um den Anschluß herumgewickelt ist. Daher beansprucht das Verlöten des Leitungsdrahts mit dem Anschluß sehr viel Zeit und Arbeit.
Wenn die Bedienungsperson unbeabsichtigt die Werkstücke berührt, bevor sich das geschmolzene Lötmittel durch Abkühlung verfestigt hat, kann sich die Verlötungsstellung der Werkstücke manchmal aus der Sollstellung verschieben, selbst wenn die Werkstücke so geformt sind, daß sie leicht zusammenpassen.
Sehr viel Geschick erfordert es, die elektrische Verbindung zwischen den Werkstücken durch Löten sicherzustellen. Für eine ungelernte Bedienungsperson ist es daher sehr schwierig, eine stabile, qualitativ hochwertige Verlötung zu erhalten.
Wenn daher der Lötkolben ungenügend erwärmt ist oder dieser die Werkstücke nicht richtig berührt, kann sich das geschmolzene Lötmittel nur schwer verteilen, so daß sich das Lötmittel von den Werkstücken entfernen kann oder verklumpen kann. Als Ergebnis kann man eine mangelnde elektrische Verbindung der Werkstücke erhalten, und ein verlöteter Abschnitt erreicht kein gutes Erscheinungsbild oder keine gute Form und die Verbindungsfestigkeit des Lötmittels unterliegt wesentlichen Änderungen.
Bei der Lötarbeit unter Verwendung eines Lötkolbens, wie vorangehend beschrieben, muß die Bedienungsperson die größtmögliche Sorgfalt und hohes Geschick mitbringen. Daher lastet übermäßige Arbeit auf der Bedienungsperson, und die für jeden Zyklus eines Lötvorgangs erforderliche Zeit ist unvermeidbar lang.
Werkstücke müssen nicht nur bei der vorangehend beschriebenen Lötarbeit erwärmt werden, sondern auch bei Werkstückverbindearbeiten unter Verwendung eines heißschmelzenden Harzes, bei Verbindungsarbeiten beruhend auf Harzverstemmung etc. Herkömmlich wird bei diesen anderen Verbindungsarbeiten eine Heißluftstromerwärmung oder eine Ultraschallerwärmung verwendet. Diese Verfahren erfordern jedoch eine lange Zeit zur Erwärmung der Werkstücke sowie die Verwendung unhandlicher Ausrüstung, so daß die für die Verbindungsarbeit erforderliche Zeit nicht verkürzt werden kann.
Eine bekannte Schweißeinrichtung, welche in Merkblatt 2921 des Deutschen Verbandes für Schweißtechnik offenbart ist, umfaßt eine Werkstückauflage, eine Wärmequelle in der Form einer bewegbaren Elektrodeneinheit, die auf die Werkstückauflage zu und von dieser wegbewegbar ist, wobei die bewegbare Elektrodeneinheit eine erste Elektrodenstange zum Halten der Werkstücke mit einer vorbestimmten Kraft in Zusammenwirkung mit der Werkstückauflage, wenn die Werkstücke einander überlappend auf der Werkstückauflage angeordnet sind, sowie eine zweite Elektrodenstange in Kontakt mit der ersten Elektrodenstange aufweist, einen Stromzufuhrkreis zum Zuführen von Strom zwischen der ersten und der zweiten Elektrodenstange, so daß die Elektrodenstangen vermittels des Kontaktwiderstands zwischen den Elektrodenstangen Wärme erzeugen, und eine Steuereinrichtung zum Steuern der Stromzufuhr zu der ersten und der zweiten Elektrodenstange, so daß die zwischen der ersten Elektrodenstange und der Werkstückauflage gehaltenen Werkstücke erwärmt werden, wobei die Steuereinrichtung zum Unterbrechen der Stromzufuhr zu der ersten und der zweiten Elektrodenstange nach einer vorbestimmten Zeit wirkt, um das Erwärmen der Elektrodenstangen zu beenden, sowie ein Mittel zum Halten der ersten und der zweiten Elektrodenstange in Kontakt mit den Werkstücken, nachdem die Stromzufuhr unterbrochen worden ist, so daß die Werkstücke gekühlt werden. Gemäß diesem Stand der Technik können die Elektroden durch Wasser gekühlt werden.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum Verbinden von Werkstücken miteinander unter Verwendung eines Verbindungsmaterials vorgesehen, umfassend eine Werkstückauflage, eine Wärmequelle in der Form einer bewegbaren Elektrodeneinheit, welche auf die Werkstückauflage zu und von dieser wegbewegbar ist, wobei die bewegbare Elektrodeneinheit eine erste Elektrodenstange zum Halten der Werkstücke mit einer vorbestimmten Kraft in Zusammenwirkung mit der Werkstückauflage, wenn die Werkstücke einander überlappend auf der Werkstückauflage angeordnet sind, sowie eine zweite Elektrodenstange in Kontakt mit der ersten Elektrodenstange aufweist, einen Stromzufuhrkreis zum Zuführen von Strom zwischen der ersten und der zweiten Elektrodenstange, so daß die Elektrodenstangen vermittels des Kontaktwiderstands zwischen den Elektrodenstangen Wärme erzeugen, ein Zuführmittel zum Zuführen von Verbindungsmaterial zu den erwärmten Werkstücken, welche zwischen der ersten Elektrodenstange und der Werkstückauflage gehalten sind, wobei das Verbindungsmaterial durch die Wärme von den erwärmten Werkstücken geschmolzen wird, ein Kühlmittel zum Zwangskühlen der ersten und der zweiten Elektrodenstange durch Kühlmedium über den ganzen Betrieb der Einrichtung hinweg, und ein Steuermittel zum Steuern der Stromzufuhr zu der ersten und der zweiten Elektrodenstange, wobei das Steuermittel bewirkt, daß das Stromzufuhrmittel die erste und die zweite Elektrodenstange gegen die Kühlung derselben durch das Kühlmittel erwärmt, so daß die Werkstücke durch die erste und die zweite Elektrodenstange erwärmt werden, wenn die Werkstücke zwischen der erwärmten ersten Elektrodenstange und der Werkstückauflage gehalten sind, und die Stromzufuhr zu der ersten und der zweiten Elektrodenstange nach einer vorbestimmten Zeit unterbricht, um das Erwärmen der Elektrodenstange zu beenden, und zum Ausgeben eines Signals nach dem Ablauf einer vorbestimmten Kühlzeit, nachdem die Stromzufuhr unterbrochen worden ist, welches anzeigt, oder derart wirksam ist, daß die bewegbare Elektrodeneinheit von den verbundenen Werkstücken getrennt werden kann, wodurch die erste Elektrodenstange, nachdem die Stromzufuhr unterbrochen worden ist, in Kontakt mit den Werkstücken gehalten wird, so daß die Werkstücke durch die gekühlte erste und zweite Elektrodenstange gekühlt werden, um das geschmolzene Verbindungsmaterial zu verfestigen.
Gemäß der vorangehend beschriebenen Vorrichtung erzeugt dann, wenn der Strom zwischen der ersten und der zweiten Elektrodenstange zugeführt wird, die erste Elektrodenstange aufgrund des Kontaktwiderstands Wärme. Wenn die Werkstücke zwischen der ersten Elektrodenstange, welche durch den zugeführten Strom Wärme erzeugt, und der Werkstückauflage gehalten sind, dann können diese daher durch die erste Elektrodenstange in einer kurzen Zeit auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt werden.
Wenn Lötmittel zu den Werkstücken geführt wird, wenn diese erwärmt sind, dann wird dieses durch die Wärme von den Werkstücken geschmolzen, so daß die Verbindung zwischen den Werkstücken durch das geschmolzene Lötmittel bedeckt wird. Danach wird, wenn die erste und die zweite Elektrodenstange durch Verwendung des Kühlmittels zwangsweise gekühlt werden, nachdem die Stromzufuhr zwischen diesen unterbrochen worden ist, das geschmolzene Lötmittel ebenso schnell gekühlt und verfestigt.
Somit kann die Zeit für die Lötarbeit durch das vorangehend erwähnte schnelle Erwärmen der Werkstücke und das schnelle Kühlen des geschmolzenen Lötmittels beträchtlich verkürzt werden.
Da die Werkstücke zwischen der ersten Elektrodenstange und der Werkstückauflage gehalten sind, bevor das geschmolzene Lötmittel gekühlt wird und nach der Werkstückerwärmung verfestigt wird, können die Werkstücke in einer genauen Position ohne unerwartetes Bewegen bezüglich einander verlötet werden.
Wenn die Werkstücke ferner aus elektrisch leitenden Materialien gebildet sind, dann sollte die Werkstückauflage vorzugsweise die Form einer festen Elektrodenstange aus dem gleichen Material wie die erste und die zweite Elektrodenstange aufweisen, wobei die feste Elektrodenstange und die zweite Elektrodenstange elektrisch miteinander verbunden sind. Mit der Verwendung der festgelegten Elektrodenstange, welche in dieser Art und Weise aufgebaut ist, fließt ein Strom ferner durch die Werkstücke von der ersten Elektrodenstange zu der festgelegten Elektrodenstange, nachdem die erste Elektrodenstange in Kontakt mit den Werkstücken kommt, so daß die festgelegte Elektrodenstange ferner aufgrund deren internen Widerstands Wärme erzeugt. In diesem Falle werden daher die Werkstücke vermittels sowohl der ersten Elektrodenstange als auch der festgelegten Elektrodenstange erwärmt, so daß die zum Erwärmen der Werkstücke erforderliche Zeit weiter verkürzt werden kann.
Wenn die Werkstückauflage als die festgelegte Elektrodenstange ausgebildet ist, dann sollte das Kühlmittel vorzugsweise die festgelegte Elektrodenstange sowie die erste und die zweite Elektrodenstange kühlen.
Die Kühlzeit kann verkürzt werden, wenn die erste und die zweite Elektrodenstange und die festgelegte Elektrodenstange vermittels eines Kühlmediums gekühlt werden. Vorzugsweise sollte daher jede Elektrodenstange vermittels eines Wassermantels bedeckt sein.
Vorzugsweise sollte ferner die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ein Mittel zum Verändern der Zugriffsrichtung der ersten Elektrodenstange der bewegbaren Elektrodeneinheit zu der Werkstückauflage aufweisen. Durch die Verwendung dieses Mittels können die Werkstücke zwischen der ersten Elektrodenstange und der Werkstückauflage gehalten werden, ohne durch die Werkstückformen beschränkt zu sein, so daß die Einrichtung hinsichtlich ihrer Flexibilität im Gebrauch verbessert werden kann.
Wenn die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung für die Verbindungsarbeit für Werkstücke unter Verwendung eines heißschmelzenden Harzes angewandt wird, dann leitet die Zuführvorrichtung das heißschmelzende Harz zu den Werkstücken.
Gemäß der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung kann ferner, wenn eines der Werkstücke ein umhüllter Leitungsdraht ist, dieser in der gleichen Weise mit einem anderen Werkstück verlötet werden, nachdem seine Umhüllungslage zum Entfernen durch Verwendung der vermittels der ersten Elektrodenstange erzeugten Wärme erwärmt worden ist.
Wenn ein ausreichender Preßdruck für die zwischen der ersten Elektrodenstange und der Werkstückauflage gehaltenen Werkstücke sichergestellt ist, lassen sich darüber hinaus die Werkstücke zusammenlöten, nachdem sie miteinander vercrimpt sind.
Wenn die Werkstücke elektrisch leitend sind und wenn die feste Elektrodenstange als die Werkstückauflage verwendet wird, lassen sich andererseits die Werkstücke zusammenlöten, nachdem sie zwischen der ersten Elektrodenstange und der festen Elektrodenstange punktgeschweißt wurden.
Erfindungsgemäß ist weiter eine Vorrichtung gemäß Anspruch 8 vorgesehen.
Einige bevorzugte Ausführungen der Erfindung werden nun nur beispielshalber unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei:
Fig. 1 ist eine Vorderansicht einer Lötvorrichtung, bei der die vorliegende Erfindung angewendet ist;
Fig. 2 ist eine Seitenansicht der Lötvorrichtung nach Fig. 1;
Fig. 3 zeigt in einer Schnittansicht einen Kontaktabschnitt zwischen den ersten und zweiten Elektrodenstangen nach Fig. 1;
Fig. 4 zeigt in einer Schnittansicht eine Modifikation des Kontaktabschnitts;
Fig. 5 zeigt im Querschnitt den Kontaktabschnitt nach Fig. 4;
Fig. 6 zeigt im Schnitt einen Wassermantel der ersten Elektrodenstange;
Fig. 7 zeigt in Seitenansicht einen Antriebsmechanismus für eine bewegliche Elektrodeneinheit der Vorrichtung nach Fig. 1;
Fig. 8 zeigt in einem Diagramm einen Steuerkreis der Vorrichtung nach Fig. 1;
Fig. 9 zeigt einen Zustand, in dem Werkstücke zwischen einer festen Elektrodenstange und der ersten Elektrodenstange gehalten sind;
Fig. 10 und 11 zeigen in Flußdiagrammen Arbeitsprozesse der Vorrichtung nach Fig. 1;
Fig. 12 zeigt ein Zeitdiagramm von Betriebszuständen verschiedener Elemente oder Teile der Vorrichtung nach Fig. 1;
Fig. 13 zeigt in einer Graphik schematisch einen Temperaturverlauf jeder Elektrodenstange für jeden Arbeitszyklus der Vorrichtung nach Fig. 1;
Fig. 14 zeigt in einem Diagramm eine Modifikation des Steuerkreises nach Fig. 8;
Fig. 15 zeigt in einem Diagramm eine andere Modifikation des Steuerkreises;
Fig. 16 zeigt eine Kombination von Werkstücken, die sich von den in Fig. 9 gezeigten unterscheiden;
Fig. 17 zeigt in einem Diagramm einen Steuerkreis, in dem ein Luftzylinder als der Antriebsmechanismus für die bewegliche Steuereinheit verwendet ist;
Fig. 18 zeigt in Seitenansicht eine Lötvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführung;
Fig. 19 zeigt in einer vergrößerten Ansicht Teile der Vorrichtung nach Fig. 18;
Fig. 20 und 21 zeigen jeweils perspektivisch eine als Werkstück verwendete Spule, die mit einem Leitungsdraht umwickelt ist;
Fig. 22 zeigt einen Teil einer Vorrichtung gemäß einer dritten Ausführung, in der eine Spule als ein Werkstück behandelt wird;
Fig. 23 zeigt einen Betriebszustand der Vorrichtung nach Fig. 22;
Fig. 24 ist eine vergrößerte Ansicht, welche einen Zustand zeigt, in welchem ein Leitungsdraht der Spule an einem Windungsabschnitt der Spule vermittels der Vorrichtung der Fig. 22 unter Verwendung eines heißschmelzenden Harzes befestigt wird;
Fig. 25 zeigt einen Graphen, welcher einen Temperaturübergang einer ersten Elektrodenstange in der Vorrichtung der Fig. 22 für jeden Arbeitszyklus darstellt;
Fig. 26 ist eine Ansicht, welche alternative Werkstücke zeigt, die vermittels der Vorrichtung der Fig. 22 unter Verwendung eines heißschmelzenden Harzes verbunden werden;
Fig. 27 zeigt eine perspektivische Ansicht, die eine Kombination eines Anschlusses und eines beschichteten Leitungsdrahts zur Verwendung als Werkstücke darstellt;
Fig. 28 bis 31 sind Ansichten, welche Verbindungsvorgänge zwischen dem Anschluß und dem beschichteten Leitungsdraht der Fig. 27 vermittels der Vorrichtung der Fig. 1 darstellen;
Fig. 32 zeigt perspektivisch eine Kombination eines gecrimpten Anschlusses mit einem beschichteten Leitungsdraht zur Verwendung als Werkstücke;
Fig. 33 und 34 zeigen Teile einer ersten Elektrodenstange und einer festgelegten Elektrodenstange, die zur Verbindung zwischen dem Anschluß und dem beschichteten Leitungsdraht der Fig. 32 geeignet sind;
Fig. 35 zeigt in Draufsicht die Beziehung zwischen dem beschichteten Leitungsdraht und einem abgewickelten Blech, das als der gecrimpte Anschluß gemäß Fig. 32 geformt ist;
Fig. 36 ist eine perspektivische Ansicht, die einen weiteren gecrimpten Anschluß zeigt, der mit einem beschichteten Leitungsdraht verbunden ist;
Fig. 37 ist eine Ansicht, welche Teile einer ersten Elektrodenstange und einer zweiten festgelegten Elektrodenstange zeigt, die zum Verbinden des beschichteten Leitungsdrahts und des Anschlusses der Fig. 36 geeignet sind;
Fig. 38 zeigt eine Platte und einen Draht zur Verwendung als Werkstücke;
Fig. 39 ist eine perspektivische Ansicht, welche die Platte und den gelöteten Draht nach Punktschweißung zeigt; und
Fig. 40 ist eine perspektivische Ansicht, welche eine Kombination von Drähten zur Verwendung als Werkstücke zeigt.
Wenn man sich den Fig. 1 und 2 zuwendet, so ist dort ein Schema einer Vorrichtung gezeigt, die zum Verlöten von Werkstücken geeignet ist. Die Lötvorrichtung umfaßt eine rechteckige Basis 2, an welcher ein Rahmen 4 festgelegt ist. Der Rahmen 4, welcher die Form eines nach oben stehenden Kastens aufweist, ist an dem rechten Seitenabschnitt (Fig. 2) oder dem hinteren Abschnitt der Basis 2 angeordnet.
Ein Preßarm 6 steht von der Vorderseite des Rahmens 4 ab. Am oberen Teil des Rahmens 4 erstreckt sich der Arm 6 horizontal auf die Vorderseite der Basis 2 zu. Der Preßarm 6 kann in der vertikalen Richtung vermittels eines Antriebsmechanismus 8 in dem Rahmen 4 bewegt werden. Um diese Vertikalbewegung des Arms 4 zu ermöglichen, ist ein Schlitz 10 in der Vorderwand des Rahmens 4 ausgebildet. Der Antriebsmechanismus 8 wird später detailliert beschrieben.
Eine bewegliche Elektrodeneinheit 14 ist an dem distalen Endabschnitt des Preßarms 6 mit Hilfe eines Trägers 12 angebracht. Andererseits ist eine feste Elektrodeneinheit 18 an dem Vorderabschnitt der Basis 2 mittels eines Trägers 16 angebracht.
Die bewegliche Elektrodeneinheit 14 umfaßt eine erste Elektrodenstange 20, die vertikal hochstehend an den Träger 12 mittels eines Wassermantels 22 angeschlossen ist.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich, umfaßt die bewegliche Elektrodeneinheit 14 weiter eine zweite Elektrodenstange 24, die mittels eines Wassermantels 26 an einer Lasche 28 angebracht ist. Die Lasche 28 ist mit dem Träger 12 verbunden. Die zweite Elektrodenstange 24 ist geneigt gehalten, so daß ihr unteres Ende mit dem unteren Endabschnitt der ersten Elektrodenstange 20 in Kontakt steht.
Fig. 3 zeigt das Detail eines Kontaktabschnitts zwischen den ersten und zweiten Elektrodenstangen 20 und 24. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, ist der untere Endabschnitt der ersten Elektrodenstange 20, der von dem Wassermantel 20 vorsteht, gestuft und hat von oben nach unten angeordnet einen Abschnitt 30 großen Durchmessers und einen Abschnitt 32 kleinen Durchmessers. In dieser Ausführung ist die untere Endfläche des Abschnitts 32 kleinen Durchmessers eine flache Oberfläche. Ein Loch 36 ist in der Außenumfangsfläche des Abschnitts 30 großen Durchmessers der ersten Elektrodenstange 20 so gebildet, daß es diagonal nach unten verläuft. Der untere Endabschnitt der zweiten Elektrodenstange 24 ist in das Loch 36 derart eingesetzt, daß die Stange 24 mit der ersten Elektrodenstange 20 in engem Kontakt steht, wodurch die zwei Stangen 20 und 24 miteinander elektrisch verbunden sind.
Das Loch 36 in der ersten Elektrodenstange 20 ist zur elektrischen Verbindung der ersten und zweiten Elektrodenstangen 20 und 24 nicht wesentlich. Wenn daher eine Endfläche der zweiten Elektrodenstange 24 die Form einer bogenförmigen konkaven Oberfläche 38 hat, die mit der Außenumfangsfläche der ersten Elektrodenstange 20 zusammenpaßt, wie in den Fig. 4 und 5 gezeigt, können die zwei Elektrodenstangen 20 und 24 miteinander elektrisch dadurch verbunden werden, daß man lediglich die konkave Oberfläche 38 der zweiten Stange 24 auf den Abschnitt 30 großen Durchmessers der ersten Stange 20 aufsetzt.
Die feste Elektrodeneinheit 18 umfaßt eine feste Elektrodenstange 40, die mittels eines Wassermantels 42 an dem Träger 16 angebracht ist. Die feste Elektrodenstange 40 verläuft vertikal koaxial zu der ersten Elektrodenstange 20, und ihre obere Endfläche steht der unteren Endfläche der Stange 20 gegenüber.
Weil die jeweiligen Wassermäntel 22, 26 und 42 der Elektrodenstangen 20, 24 und 40 eine ähnliche Konstruktion haben, wird nur der Wassermantel 22 bezüglich der Zeichnung der Fig. 6 beschrieben. Der Wassermantel 22 hat die Form eines Hohlzylinders, und an dem unteren Abschnitt des Wassermantels 22 ist ein Außengewindeabschnitt 41 gebildet. Ein Halter 42 zum Halten der ersten Elektrode 20 an dem Wassermantel 22 ist auf den Außengewindeabschnitt 41 aufgeschraubt. Insbesondere ist der Halter 42 mit einem Innengewindeloch 43 versehen, in das der Außengewindeabschnitt 41 des Wassermantels 22 geschraubt ist. Der obere Endabschnitt des Abschnitts 30 großen Durchmessers ist in den unteren Endabschnitt des Wassermantels 22 eingesetzt, wodurch ein Flansch 44 des Abschnitts 30 großen Durchmessers sandwichartig zwischen dem Wassermantel 22 und dem Halter 42 aufgenommen ist. Weiter ist eine Dichtung 45 zwischen dem Flansch 44 und dem unteren Endabschnitt des Wassermantels 22 eingesetzt.
Wie aus Fig. 6 ersichtlich, sind der Abschnitt 30 großen Durchmessers und der Abschnitt 32 kleinen Durchmessers der ersten Elektrodenstange 20 aus separaten Teilen gebildet, wobei das Oberende des Abschnitts 32 kleinen Durchmessers in den Abschnitt 30 großen Durchmessers so eingesetzt ist, daß der Abschnitt 32 kleinen Durchmessers an dem Abschnitt 30 großen Durchmessers befestigt ist. Der Abschnitt 30 großen Durchmessers ist mit einem Loch 46 versehen, das an seinem Oberende offen ist und mit dem Inneren des Wassermantels 22 in Verbindung steht.
In das Oberende des Wassermantels 22 ist ein Zufuhranschluß 47 eingeschraubt. Ein unteres Ende des Zufuhranschlusses 47 führt ins Innere des Wassermantels 22 und ist an das Oberende eines Zufuhrrohrs 48 angeschlossen. Das Zufuhrrohr 48 verläuft koaxial in dem Wassermantel 22 und dem Abschnitt 30 großen Durchmessers, wobei die untere Öffnung des Zufuhrrohrs 48 nahe dem Oberende des Abschnitts 32 kleinen Durchmessers gegenübersteht. Ein Auslaßanschluß 49, der mit dem Inneren des Wassermantels 22 in Verbindung steht, ist in die Umfangswand des oberen Abschnitts des Wassermantels 22 eingeschraubt.
Wenn daher der Zufuhranschluß 47 mittels eines flexiblen Zufuhrschlauchs 52 (siehe Fig. 1) an eine Kühlwasserzufuhrquelle (nicht gezeigt) angeschlossen ist, und wenn der Auslaßanschluß 49 mittels eines flexiblen Auslaßschlauchs 54 (siehe Fig. 1) an ein Kühlwasserreservoir angeschlossen ist, wird das Kühlwasser durch den Zufuhranschluß 47 in das Zufuhrrohr 48 in dem Wassermantel 22 geführt und von der unteren Öffnung des Zufuhrrohrs 28 zu dem oberen Ende des kleineren Durchmessers 42 der ersten Elektrodenstange 20 ausgeworfen, wodurch der Abschnitt 32 kleinen Durchmessers der ersten Elektrodenstange 20 wirksam gekühlt wird. Das von dem Zufuhrrohr 48 in dem Wassermantel 22 ausgeworfene Kühlwasser fließt in dem Loch 46 des Abschnitts 30 großen Durchmessers und den Innenraum des Wassermantels 22 nach oben und wird dann durch den Auslaßanschluß 49 und das Auslaßrohr 54 aus dem Wassermantel 22 abgegeben.
Die Wassermäntel 26 und 42 sind, wie der Wassermantel 22, jeweils mit einem Zufuhranschluß und einem Auslaßanschluß versehen, die jeweils an den Zufuhrschlauch 52 und den Auslaßschlauch 54 angeschlossen sind.
Bevorzugt sind die Elektrodenstangen 20, 24 und 40 aus Metallmaterial gebildet, wie etwa Molybdän, Wolfram oder einer Legierung auf Wolframbasis, das mit Lötmittel schlecht benetzbar ist. In dieser Ausführung sind die Stangen aus einer Legierung auf Wolframbasis gebildet, die Yttrium, Thorium, Cer, Zirkonium etc. enthält.
Die Einzelheiten des zuvor genannten Antriebsmechanismus 8 sind in Fig. 7 gezeigt. Der Mechanismus 8 enthält eine Antriebssäule 56, die den Preßarm 6 trägt. Die Säule 56 erstreckt sich vertikal durch den proximalen Endabschnitt des Arms 6. Eine zylindrische Führung 58 ist an der unteren Fläche des proximalen Endabschnitts des Preßarms 6 befestigt, und die Antriebssäule 56 erstreckt sich durch die Führung 58 zur Gleitbewegung nach unten. Hierdurch ist die Vertikalbewegung der Säule 56 mittels der Führung 58 geführt.
Ein Flansch 60 ist an demjenigen Teil der Antriebssäule 56 integral ausgebildet, der unter der Führung 58 angeordnet ist. Eine erste Stützfeder 62, die aus einer Druckschraubenfeder gebildet ist, ist zwischen dem Flansch 60 und der Führung 58 angeordnet. Die Feder 62 spannt den Preßarm 6 nach oben.
Andererseits ist die Antriebssäule 56 mittels eines Hebels 64 an dem Rahmen 4 gehaltert. Ein Ende des Hebels 64 ist an einer Lasche 66 seitens des Rahmens 4 mittels eines Tragstifts 68 gehalten, so daß der Hebel 64 vertikal schwenkbeweglich ist. Das Unterende der Antriebssäule 56 ist mittels eines Verbindungsstifts 70 an den Mittelabschnitt des Hebels 64 angeschlossen. Das andere Ende des Hebels 64 ist von einem Teil des Rahmens 4 mittels einer Zugfeder 72 aufgehängt. Die Feder 72 spannt das andere Ende des Hebels 64 nach oben, so daß der Hebel 64 in einer nach oben verschwenkten Stellung angeordnet ist. Hierdurch wird der Preßarm 6 sowie die Antriebssäule 56 in ihrer oberen Stellung gehalten.
Ein Ende eines Drahts 74 ist an das andere Ende des Hebels 64 angeschlossen und das andere Ende des Drahts 74 an ein Pedal 76. In dieser Ausführung verläuft der Draht 74 durch eine Öffnung 78 in der Basis 2 und einen Arbeitstisch (nicht gezeigt), auf der die gesamte Vorrichtung steht, nach unten. Wenn daher eine Bedienungsperson das Pedal 76 betätigt, wird der Hebel 64 gegen die Vorspannkraft der Zugfeder 72 nach unten verschwenkt, so daß die Antriebssäule 56 zusammen mit dem Preßarm 6 abgesenkt wird.
Eine Lasche 80, die an dem Rahmen 4 angebracht ist, ist unter dem Flansch 60 der Antriebssäule 56 und diesem gegenüberliegend angeordnet. Eine Schraube oder ein Anschlag 82 ist in die Lasche 80 derart eingeschraubt, daß ein Ende des Anschlags 82 von der Lasche 80 zu dem Flansch 60 der Antriebssäule 56 vorsteht. Der Abstand zwischen dem einen Ende des Anschlags 82 und dem Flansch 60 definiert einen Abwärtshub der Säule 56. Der Abwärtshub ist durch Ändern des Einschraubhubs des Anschlags 82 einstellbar.
Der obere Endabschnitt der Antriebssäule 56 steht über den Preßarm 6 vor, d. h. über den Rahmen 4. Das Oberende der Säule 56 ist als ein verengter Schraubenabschnitt 84 ausgebildet, auf dem eine Kappenmutter 86 sitzt. Ein Schutzrohr 88 ist zwischen der Mutter 86 und dem Preßarm 6 so angeordnet, daß er die Antriebssäule 56 umgibt. Eine zweite Tragfeder 90, gebildet aus einer Kompressionsschraubenfeder, ist zwischen dem Rohr 88 und der Säule 56 eingesetzt. Die Feder 90, die zwischen dem Schutzrohr 88 und dem Preßarm 6 verläuft, spannt das Rohr 88 oder die Kappenmutter 86 und den Arm 6 so vor, daß sie auseinanderweichen. Bezüglich der Axialrichtung der Antriebssäule 56 wird daher der Preßarm 6 mittels der ersten und zweiten Tragfedern 62 und 90 sowohl nach oben als auch nach unten vorgespannt, so daß er an der Antriebssäule 56 in einer vorbestimmten Axialstellung angeordnet ist. Die Spannkraft der zweiten Tragfeder 90 ist größer als die der ersten Tragfeder 62.
Nun zu Fig. 8. Hier ist ein Stromversorgungskreis für die Elektrodenstangen 20, 24 und 40 gezeigt. Dieser Schaltkreis umfaßt eine Steuereinrichtung 92, die an eine Netzstromquelle 94 angeschlossen ist. Andererseits ist an die Steuereinrichtung 92 ein Transformator 96 angeschlossen, d. h. eine Primärwicklung 98 des Transformators 96. Ein Ende einer Sekundärwicklung 100 des Transformators 96 ist mit der ersten Elektrodenstange 20 mittels einer Zufuhrleitung 102 verbunden, und das andere Ende der Wicklung 100 ist mit der zweiten Elektrodenstange 24 mittels einer Zufuhrleitung 104 verbunden. Das andere Ende der Sekundärwicklung 100 ist mit der festen Elektrodenstange 40 mittels einer Zufuhrleitung 106 verbunden.
Weiter sind an die Steuereinrichtung 92 ein Grenzschalter 108, eine Lampe 110 und eine Lötmittelzufuhreinrichtung 112 elektrisch angeschlossen. Wie in Fig. 7 gezeigt, ist der Grenzschalter 108 nahe dem proximalen Endabschnitt des Preßarms 6 angeordnet und an dem Rahmen 4 befestigt. Der Schalter 108 wird angeschaltet, wenn der Arm 6 gesenkt wird und liefert ein An-Signal an die Steuereinrichtung 92.
Wie in Fig. 1 gezeigt, ist die Lötmittelzufuhreinrichtung 112 neben dem Rahmen 4 angeordnet. Die Vorrichtung 112 hat einen Rahmen 114, und eine Welle 116 steht von der Vorderseite des Rahmens 114 vor. Eine Trommel 118 ist an der Welle 116 entfernbar angebracht. Ein Lötmitteldraht 120 ist um die Spule 118 herumgewickelt.
Weiter sind eine Zufuhrrolle 122 und eine Klemmrolle 124 an dem Rahmen 114 drehbar angebracht, und das Lötmittel 120 auf der Trommel 118 wird durch den Raum zwischen den Rollen 122 und 124 herausgezogen. Nach Durchtritt zwischen den zwei Rollen 122 und 124 wird das Lötmittel 120 durch ein Führungsrohr 126 zu einer vorbestimmten Stelle nahe der festen Elektrodenstange 40 hingeführt.
Die Zufuhrrolle 122 ist an einen Antriebsmotor 128 angeschlossen, der die Rolle 122 in Antwort auf ein Befehlssignal von der Steuereinrichtung 92 in jede Richtung drehen kann. Wenn sich die Zufuhrrolle 122 vorwärts oder rückwärts dreht, wird das Lötmittel 120 von der Trommel 118 ausgegeben oder auf dieser aufgewickelt.
Nun zu den Fig. 9 bis 12, in denen Arbeitsprozesse der Lötvorrichtung beschrieben sind.
Fig. 9 zeigt Werkstücke W1 und W2, die mittels der Lötvorrichtung miteinander zu verlöten sind. Die Werkstücke W1 und W2 sind ein elektrischer Anschluß bzw. ein beschichteter Leitungsdraht. Ein Endabschnitt des beschichteten Leitungsdrahts W2 ist zum Verlöten mit dem Werkstück W1 freigelegt.
Die einzelnen Wassermäntel 22, 26 und 42 der Lötvorrichtung werden mit Kühlwasser versorgt, so daß die Elektrodenstangen 20, 23 und 40 immer mittels des Wassers gekühlt werden.
In diesem Zustand setzt die Bedienungsperson die jeweiligen vorbestimmten Abschnitte der Werkstücke W1 und W2 zusammen und hält sie auf der oberen Endfläche der festen Elektrodenstange 40 fest. Wenn die Bedienungsperson das in Fig. 7 gezeigte Pedal 76 betätigt, dann wird der Hebel 64 gegen die Vorspannkraft der Zugfeder 72 nach unten gekippt, so daß die Antriebssäule 56 zusammen mit dem Preßarm 6 abgesenkt wird. Hierdurch senkt sich die bewegliche Elektrodeneinheit 14 zu der festen Elektrodeneinheit 18 ab.
Wenn der Preßarm 6 abgesenkt ist, ist die Betriebsroutine der Steuereinrichtung 92, die in den Fig. 10 und 11 gezeigt ist, startbereit. Insbesondere wird die Steuereinrichtung 92 in Bereitschaftsstellung gehalten, bevor sie das An-Signal von dem Grenzschalter 108 erhält (Schritt S10). Wenn sich der Preßarm 6 zum Anschalten des Schalters 108 absenkt, aktiviert daher die Steuereinrichtung 92 den Transformator 96 und erregt die Primärwicklung 98 des Transformators 96 für eine vorbestimmte Leitungszeit T1 (z. B. 1 Sekunde). Im Ergebnis fließt ein großer Strom durch die Sekundärwicklung 100 des Transformators 96 (Schritt S12).
Der Zeitpunkt der Aktivierung des Transformators 96 ist in Fig. 12 mit t0 bezeichnet. Zu diesem Zeitpunkt t0 bleibt noch ein Spalt zwischen der ersten Elektrodenstange 20 der beweglichen Elektrodeneinheit 14 und den Werkstücken W1 und W2. Zu diesem Zeitpunkt wird daher die Stange 20 nicht mit den Werkstücken W1 und W2 in elektrischen Kontakt gebracht, so daß der in der Sekundärwicklung 100 des Transformators 96 erzeugte große Strom durch die Zufuhrleitungen 102 und 104 zu den ersten und zweiten Elektrodenstangen 20 und 24 der beweglichen Elektrodeneinheit 14 fließt.
Weil die ersten und zweiten Elektrodenstangen 20 und 24 nur, wie oben erwähnt, miteinander in Kontakt stehen> ist der elektrische Widerstand zwischen den jeweiligen Kontaktoberflächen der Stangen 20 und 24 groß. Demzufolge wird an dem Kontaktabschnitt zwischen den Stangen 20 und 24 aufgrund des sog. Kontaktwiderstands plötzlich Wärme erzeugt, so daß die erste Elektrodenstange 20 schnell erwärmt wird. Hier ist anzumerken, daß die erste Elektrodenstange 20 trotz ihrer Kühlung durch das in den Wassermantel 22 fließende Kühlwasser erwärmt wird.
Wenn die bewegliche Elektrodeneinheit 14 weiter abgesenkt wird, stützt sich die untere Endfläche 34 der ersten Elektrodenstange 20 gegen das Werkstück W2 ab, wie in Fig. 9 gezeigt. Dieser Zeitpunkt ist in Fig. 12 mit t1 bezeichnet. Bei und nach dem Eingriff zwischen der ersten Elektrodenstange 20 und dem Werkstück W2, d. h. zu und nach der Zeit t1, sind die erste Elektrodenstange 20 und die feste Elektrodenstange 40 mittels der Werkstücke W1 und W2 miteinander elektrisch verbunden, so daß ein Teil des den ersten und zweiten Elektrodenstangen 20 und 24 zugeführten großen Stroms durch die feste Elektrodenstange 40 und die Zufuhrleitung 106 fließt. Hierauf erzeugt die feste Elektrodenstange 40 aufgrund ihres Innenwiderstands Wärme.
Dies ist so zu verstehen, daß auch die Stange 40 trotz des Kühleffekts des Wassermantels 42 erwärmt wird.
Somit werden die Werkstücke W1 und W2 mittels sowohl der ersten Elektrodenstange 20 als auch der festen Elektrodenstange 40 erwärmt. Weil die erste Elektrodenstange 20 zum Zeitpunkt t0 mit der Wärmeerzeugung beginnt, d. h. bevor sie mit den Werkstücken W1 und W2 in Kontakt kommt, werden die Werkstücke schnell erwärmt.
Wenn die Bedienungsperson das Pedal 76 zu und nach der Zeit t1 weiter betätigt, wird die Kraft zum Absenken der Antriebssäule 56 durch die zweite Tragfeder 90 auf den Preßarm 6 übertragen. Weil die Spannkraft der zweiten Tragfeder 90 größer als die der ersten Tragfeder 62 ist, wird der Arm 6 durch die Feder 90 nach unten gedrückt. Auf diese Weise werden die Werkstücke W1 und W2 zwischen den ersten und festen Elektrodenstangen 20 und 40 gehalten und unter Druck gesetzt. Der auf die Werkstücke W1 und W2 wirkende Druck steigt, bevor der Flansch 60 der Antriebssäule 56 mit dem Anschlag 82 in Eingriff tritt. Hierdurch läßt sich der an die Werkstücke W1 und W2 angelegte Maximaldruck in Abhängigkeit von den Typen oder Größen der Wirkstücke mittels der Kappenmutter 86 und des Anschlags 82 einstellen. Beispielsweise kann der maximal angelegte Druck von 2 bis 10 daN (kgf) reichen. In dieser Einstellung ist er auf 6 daN (kgf) eingestellt.
Die Steuereinrichtung 92 stellt fest, ob eine vorbestimmte Zeit TS1 (z. B. 0,5 Sekunden) nach der Zeit t0 zur Aktivierung des Grenzschalters 108 abgelaufen ist oder nicht und wird in Bereitschaftsstellung gehalten, bis das Ergebnis dieser Bestimmung JA wird (Schritt S14). Wenn die vorbestimmte Zeit TS1 abläuft, gibt die Steuereinrichtung 92 ein Lötmittelzufuhrsignal an die Zufuhreinrichtung 112 aus (Schritt S16).
Beim Erhalt des Zufuhrsignals führt die Zufuhreinrichtung 112 automatisch eine Serie von Vorgängen aus, wie sie in Fig. 12 gezeigt sind. Insbesondere wird die Zufuhrrolle 122 der Vorrichtung 112 für eine vorbestimmte Zufuhrzeit TS2 (z. B. 0,5 Sekunden) vorwärts gedreht. Die Vorwärtsdrehung der Rolle 122 bewirkt, daß das Lötmittel 120 von der Trommel 118 ausgegeben wird, wodurch eine vorbestimmte Menge des Lötmittels 120 durch das Führungsrohr 126 zu den erwärmten Werkstücken W1 und W2 geführt wird. Während das Lötmittel 120 durch die Wärme schmilzt, geht es zu den Werkstücken W1 und W2 über und verteilt sich auf diejenigen Teile der Werkstücke, die zwischen der festen Elektrodenstange 40 und der ersten Elektrodenstange 20 gehalten sind.
Nach Ablauf der Zufuhrzeit TS2 wird die Zufuhrrolle 122 für eine vorbestimmte Rücklaufzeit TS4 (z. B. 0,2 Sekunden) rückwärts gedreht, wobei eine vorbestimmte Ruhezeit TS3 (z. B. 0,1 Sekunden) dazwischen bleibt. Wenn sich die Rolle 122 rückwärts zu drehen beginnt, wird das führende Ende des Lötmittels 120 von den Werkstücken W1 und W2 getrennt. In Abhängigkeit von den verwendeten Typen der Werkstücke W1 und W2 kann die Rückwärtsdrehung der Zufuhrrolle 122 weggelassen werden.
Bei dem vorgenannten Betrieb der Zufuhreinrichtung 112, wie er in Fig. 12 zu sehen ist, endet die Zufuhr des Lötmittels 120 gleichzeitig mit der Stromzufuhr zu dem Transformator 96. Diese Vorgänge brauchen jedoch nicht immer gleichzeitig enden.
Während Betriebssteuerung der Zufuhrvorrichtung 112 stellt die Steuereinrichtung 92 ebenfalls fest, ob die Leitungszeit T1 abgelaufen ist oder nicht (Schritt S18). Wenn das Ergebnis dieser Feststellung JA wird, endet die Stromzufuhr zu dem Transformator 96 (schritt S20). Zu diesem Zeitpunkt wird daher die Wärmeerzeugung der ersten und zweiten Elektrodenstangen 20 und 24 und der festen Elektrodenstange 40 unterbrochen, d. h. die Werkstücke W1 und W2 werden nicht mehr erwärmt.
Danach stellt die Steuereinrichtung 92 fest, ob eine vorbestimmte Kühlzeit T2 nach Ablauf der Leitungszeit T1 abgelaufen ist oder nicht, und sie wird in Bereitschaftsstellung gehalten, bis das Ergebnis dieser Feststellung JA wird (Schritt S22). Die Kühlzeit T2 ist auf eine Zeitperiode (z. B. 1 Sekunde) eingestellt, die das Lötmittel auf den Werkstücken W1 und W2 zur vollständigen Verfestigung braucht. Wenn daher die ersten und zweiten Elektrodenstangen 20 und 24 und die feste Elektrodenstange 40 keine Wärme mehr erzeugen, werden diese Elektroden und daher das Lötmittel auf den Werkstücken W1 und W2 mittels des Kühlwassers, das in den Wassermänteln 22, 26 und 44 fließt, gekühlt, so daß sich das Lötmittel verfestigt.
Wenn die Kühlzeit T2 abläuft, schaltet die Steuereinrichtung 92 die Lampe 110 an (Schritt S24), so daß die Bedienungsperson das Ende der Lötmittelkühlung bemerkt. Danach wird die Steuereinrichtung 92 in Bereitschaftsstellung gehalten, bis der Grenzschalter 108 abgeschaltet ist (Schritt S26) und die Steuereinrichtung 92 von dem Grenzschalter 108 ein Aus-Signal erhält.
Wenn somit die Bedienungsperson das Aufleuchten der Lampe 110 bemerkt, entfernt er oder sie den Fuß von dem Pedal 76, wodurch die Antriebssäule 56 durch die Rückholkraft der Spannfeder 72 angehoben wird, so daß der Preßarm 6 in seine ursprüngliche oder obere Stellung zurückkehrt. Weil die von der Säule 56 auf die ersten und zweiten Tragfedern 62 und 90 übertragene Kraft dann ebenfalls fehlt, kehrt der Arm 6 in eine vorbestimmte Stellung bezüglich der Axialrichtung der Antriebssäule 56 zurück.
Wenn der Grenzschalter 108 ausgeschaltet wird, während der Preßarm 6 in seine obere Stellung zurückkehrt, schaltet die Steuereinrichtung 92 in Antwort auf das Aus-Signal von dem Schalter 108 die Lampe 110 ab.
Bei der oben beschriebenen Lötarbeit erzeugt die erste Elektrodenstange 20 der beweglichen Elektrodeneinheit 14 auf Basis eines großen Kontaktwiderstands zwischen den ersten und zweiten Elektrodenstangen 20 und 24 Wärme. Weil die erste Stange 24 erwärmt wird, bevor sie die Werkstücke W1 und W2 berührt, können darüber hinaus die Werkstücke auf eine vorbestimmte Temperatur innerhalb einer kurzen Zeitperiode erwärmt werden. Somit ist die zum Erwärmen der Werkstücke W1 und W2 erforderliche Zeit verkürzt, so daß die Taktzeit für jeden Zyklus des Lötvorgangs verkürzt werden kann.
Nachdem die erste Elektrodenstange 20 mit den Werkstücken W1 und W2 in Kontakt gebracht ist, erzeugt die feste Elektrodenstange 40 ebenfalls Wärme, so daß die Werkstücke W1 und W2 auch mittels der Stange 4U erwärmt werden. Hierdurch lassen sich die Werkstücke W1 und W2 gleichmäßig erwärmen, wodurch das Lötmittel zufriedenstellend schmelzen kann und das geschmolzene Lötmittel gleichmäßig denjenigen Teilen der Werkstücke W1 und W2 zugeführt werden kann, die zu verlöten sind.
Danach wird das geschmolzene Lötmittel schnell verfestigt, wenn die Werkstücke W1 und W2 mittels der Elektrodenstangen 20, 24 und 40 gekühlt werden, so daß die für die Verfestigung des Lötmittels erforderliche Zeit abgekürzt und die Taktzeit weiter verkürzt ist.
Bevor sich das Lötmittel verfestigt, werden die Werkstücke W1 und W2 zwischen der ersten Elektrodenstange 20 und der festen Elektrodenstange 40 gehalten, so daß sie sich relativ zueinander nicht verschieben können. Daher läßt sich verhindern, daß das Lötmittel bei der Verfestigung klumpt und nur an einem der Werkstücke anhaftet. Hierdurch läßt sich das Löten ohne Ausfälle durchführen.
Weil die Elektrodenstangen 20, 24 und 40 aus einem Material gebildet sind, das durch Lötmittel nur schlecht benetzbar ist, haftet darüber hinaus das Lötmittel 120, das direkt zu den Werkstücken W1 und W2 geführt wird, nie an den Elektrodenstangen an. Demzufolge ist die Menge des den Werkstücken W1 und W2 zugeführten Lötmittels fest und die äußere Form der verlöteten Teile wird gleichmäßig.
Weil die Werkstücke W1 und W2 während der Lötarbeit beide erwärmt und unter Druck gesetzt werden, dringt das Lötmittel tief in die Grundmaterialien der Werkstücke ein, so daß die Bindungsfestigkeit des verlöteten Abschnitts erhöht werden kann.
Während die Lötvorrichtung eine Serie von Vorgängen durchführt, braucht die Bedienungsperson nur die Werkstücke W1 und W2 auf der festen Elektrodenstange 40 anzuordnen und die Werkstücke nur zu halten, bevor sie zwischen der festen Elektrodenstange 40 und der ersten Elektrodenstange 20 festgehalten werden. Daher braucht die Bedienungsperson keine besonderen Fertigkeiten.
Gewöhnlich wird bei Lötarbeiten unvermeidlich ein Fließmittel verwendet, aber das Fließmittel ist im trockenen Zustand elektrisch nichtleitend. Falls die bewegliche Elektrodeneinheit 14 nur die erste Elektrodenstange 20 aufweist und die Werkstücke W1 und W2 vorab mit dem Fließmittel beschichtet sind, wird daher, wenn man die Lötarbeit wiederholt, die nichtleitende Schicht auf der unteren Endfläche des Abschnitts 32 kleinen Durchmessers der ersten Elektrode 20 gebildet, indem das an der unteren Endfläche des Abschnitts 32 kleinen Durchmessers anhaftende Fließmittel trocknet. Die auf diese Weise gebildete nichtleitende Schicht verhindert eine Stromzufuhr zu den ersten und festen Elektrodenstangen 20 und 40, wenn die Werkstücke W1 und W2 zwischen den Elektrodenstangen 20 und 40 gehalten werden. Daher können die Stangen 20 und 40 keine ausreichende Wärme erzeugen, d. h. die Werkstücke W1 und W2 können nicht zufriedenstellend erwärmt werden. Falls darüber hinaus die leitfähige Fläche zwischen den ersten und festen Elektrodenstangen 20 und 40 durch die nichtleitende Schicht verkleinert ist, können zwischen der ersten Elektrodenstange 20 und den Werkstücken Funken entstehen, so daß der Lötvorgang selbst nicht durchgeführt werden kann.
Bei der erfindungsgemäßen Lötvorrichtung ist jedoch die bewegliche Elektrodeneinheit 14 mit den ersten und zweiten Elektrodenstangen 20 und 24 versehen, die miteinander in Kontakt stehen, so daß die erste Elektrodenstange 20 mittels des Kontaktwiderstands Wärme erzeugen kann, auch bevor sie mit den Werkstücken W1 und W2 in Kontakt kommt. Weil die Stange 20 vorab erwärmt ist, läßt sich daher das an dem Abschnitt 32 kleinen Durchmessers der ersten Elektrodenstange 20 anhaftende Fließmittel durch Erwärmen entfernen, und das Erwärmen der Werkstücke W1 und W2 und die Lötarbeit werden durch den nachteiligen Effekt des Fließmittels nicht beeinträchtigt.
Ein Temperaturverlauf jeder Elektrodenstange 20, 24 oder 40 ist in Fig. 13 mit der durchgehenden Linie diagrammartig dargestellt. Diesen Verlauf erhält man, wenn die Werkstücke W1 und W2 wiederholt verlötet werden. In Fig. 13 bezeichnet das Symbol X einen Zyklus des Lötvorgangs. In der Lötvorrichtung dieser Ausführungsform werden die Wärmeerzeugung der Elektrodenstangen 20, 24 und 40 und die Zwangskühlung während eines Zyklus des Lötvorgangs durchgeführt. Während jedes Zyklus läßt sich daher die exotherme Temperatur beispielsweise der ersten Elektrodenstange 20 stabil auf einen festen Wert Y reproduzieren, indem die Leitungszeit T1 für die Stromzufuhr zu der ersten Elektrodenstange 20 eingestellt wird. Die exotherme Temperatur Y kann durch Ändern der Leitungszeit T1 eingestellt werden. Wenn jedoch ein Lötkolben für die Lötarbeit verwendet wird, dann kann der Lötvorgang des nächsten Zyklus durchgeführt werden, bevor die Temperatur des Kolbens ein vorbestimmtes Niveau erreicht, wenn die Taktzeit zu kurz ist. Als Folge daraus fällt die Temperatur des Lötkolbens allmählich ab, wie durch die unterbrochene Linie in Fig. 13 gezeigt, was möglicherweise zu einer fehlerhaften Verlötung führt. Somit kann unter Verwendung des Lötkolbens selbst die geschickteste Bedienungsperson die Taktzeit nicht genügend abkürzen.
Die Leitungswärmeerzeugung der ersten Elektrodenstange 20 muß nicht immer zum Zeitpunkt t0 der Fig. 12 begonnen werden und könnte statt dessen auch bei t1 beginnen.
In der oben beschriebenen Ausführung werden die Elektrodenstangen 20, 24 und 40 mit Strom von dem gemeinsamen Transformator 96 versorgt, wie in Fig. 8 gezeigt. In einem in Fig. 14 gezeigten Schaltkreis ist jedoch ein zweiter Transformator 130 neben dem Transformator 96 vorgesehen. Eine Primärwicklung 132 des zweiten Transformators 130 ist an die Steuervorrichtung 92 angeschlossen, während seine Sekundärwicklung 134 in der Mitte der Zufuhrleitung 106 vorgesehen ist.
Bei Verwendung dieser zwei Transformatoren 96 und 130 kann die Steuereinrichtung 92 den Stromfluß zwischen den ersten und zweiten Elektrodenstangen 20 und 24 und den Stromfluß zwischen der ersten Elektrodenstange 20 und der festen Elektrodenstange 40 durch die Werkstücke W1 und W2 getrennt steuern. Wenn daher die Werkstücke W1 und W2 unterschiedliche thermische Kapazitäten haben, kann man die Werkstücke W1 und W2 mittels der ersten Elektrodenstange 20 erwärmen, und darüber hinaus kann man das Werkstück W2 zusätzlich mittels der festen Elektrodenstange 40 erwärmen.
Wenn die thermische Kapazität des Werkstücks W2 sehr groß ist, kann man die in Fig. 15 gezeigte feste Elektrodeneinheit 18 verwenden. Diese Einheit 18 enthält nicht nur die feste Elektrodenstange 40, sondern auch eine zweite Elektrodenstange 136 in Kontakt mit der Stange 40. Weiter ist die Steuereinrichtung 92 sowohl mit dem zweiten Transformator 130 als auch mit dem ersten Transformator 96 verbunden. Ein Ende der Sekundärwicklung 134 des zweiten Transformators 130 ist mit der festen Elektrodenstange 40 mittels der Zufuhrleitung 106 verbunden. Das andere Ende der Sekundärwicklung 134 ist mit der zweiten Elektrodenstange 136 mittels einer Zufuhrleitung 138 verbunden. Wie in Fig. 15 ersichtlich, haben daher die bewegliche Elektrodeneinheit 14 und die feste Elektrodeneinheit 18 ihre jeweiligen Stromversorgungskreise, die voneinander unabhängig sind. Wenn die feste Elektrodeneinheit 18, ähnlich der beweglichen Elektrodeneinheit 14 so vorgesehen ist, daß die feste Elektrodenstange 40 mit der zweiten Elektrodenstange 136 in Kontakt steht, wie oben beschrieben, können diese zwei Stangen 40 und 136 aufgrund des Kontaktwiderstands schnell Wärme erzeugen. In diesem Fall lassen sich darüber hinaus die jeweiligen Wärmewerte der beweglichen und festen Elektrodeneinheiten 14 und 18 separat steuern.
Gemäß der Lötvorrichtung dieser Ausführung lassen sich die Werkstücke W1 und W2 auch dann verlöten, wenn das Werkstück W1 vorab an einer Kunststoffbasisplatte 140 angebracht wurde, d. h. wenn die nicht leitfähige Platte 140 zwischen der ersten Elektrodenstange 20 und der festen Elektrodenstange 40 angeordnet ist, wie in Fig. 16 gezeigt. Selbst wenn daher die erste Elektrodenstange 20 nicht mit der festen Elektrodenstange 40 durch die Werkstücke W1 und W2 elektrisch verbunden ist, so kann sie Wärme erzeugen, auch wenn nur die ersten und zweiten Elektrodenstangen 20 und 24 mit Strom versorgt sind. Demzufolge lassen sich die Werkstücke W1 und W2 verlöten, indem sie nur mittels der ersten Elektrodenstange 20 erwärmt werden.
Bei Handhabung dieser Werkstücke W1 und W2 braucht man daher die feste Elektrodenstange 40 nicht zu verwenden. Anstatt der Verwendung der Stange 40 braucht man nur eine Auflage 142 vorzusehen, die nur zum Tragen der Werkstücke W1 und W2 durch das Medium der Basisplatte 140 verwendet wird, wie in Fig. 16 gezeigt.
In dieser Ausführung senkt sich die Antriebssäule 56 oder die bewegliche Elektrodeneinheit 14, wenn man das Pedal 76 betätigt, wie in Fig. 7 gezeigt. Alternativ kann man die Säule 56 auch mittels eines Luftzylinders 144 absenken, der in Fig. 7 mit der doppelpunktierten Linie gezeigt ist, ohne das Pedal 76 zu betätigen. Eine Kolbenstange 146 des Zylinders 144 ist an das andere Ende des Hebels 64 angeschlossen, so daß die Antriebssäule 56 mittels des Hebels 64 abgesenkt werden kann, wenn die Kolbenstange 146 des Zylinders 144 ausfährt.
Wenn der Luftzylinder 144 zum Absenken der Antriebssäule 56 verwendet wird, kann man den Steuerkreis nach Fig. 8 durch einen in Fig. 17 gezeigten Steuerkreis ersetzen. In dem Steuerkreis nach Fig. 17 werden anstelle der Lampe 110 von Fig. 8 ein Fußschalter 148 und ein solenoidgesteuertes Ventil 150 für den Luftzylinder 144 verwendet. Der Schaler 148 und das Ventil 150 sind an die Steuereinrichtung 92 angeschlossen. Das Ventil 150, das zwischen dem Luftzylinder 144 und einer Druckluftquelle (nicht gezeigt) angeordnet ist, steuert die Zufuhr und das Ablassen von Druckluft zu und von dem Zylinder 144.
Wenn die Bedienungsperson bei dem Steuerkreis nach Fig. 17 den Fußschalter 148 anschaltet, schaltet die Steuerung 92 das solenoidgesteuerte Ventil 150 in eine Druckluftzufuhrstellung, so daß Druckluft von der Druckluftquelle dem Luftzylinder 144 zugeführt wird. Wenn der Fußschalter 148 angeschaltet wird, beginnt daher die Antriebssäule 56 oder die bewegliche Elektrodeneinheit 14 mit der Abwärtsbewegung. Danach steuert die Steuereinrichtung 92 den Betrieb des Transformators 96 und die Zufuhrvorrichtung 122 in der genannten Weise. Wenn die Lötarbeit an den Werkstücken W1 und W2 zum Ende der Kühlzeit T2 beendet ist, schaltet die Steuereinrichtung 92 das Ventil 150 in eine Druckluftablaßstellung. Im Ergebnis bewegt sich die Antriebssäule 56 oder die bewegliche Elektrodeneinheit 14 nach oben und kehrt in ihre ursprüngliche Stellung oder obere Stellung zurück, worauf ein Zyklus des Lötvorgangs beendet ist.
Bei Verwendung des oben beschriebenen Steuerkreises kann die Bedienungsperson die Lötvorrichtung aktivieren, indem sie lediglich den Fußschalter 148 anschaltet, so daß die Bedienungsperson Arbeit einsparen kann.
Obwohl die bewegliche Elektrodeneinheit 14 in der oben beschriebenen Ausführung abgesenkt wird, kann sie alternativ zu der festen Elektrodeneinheit 18 hin angehoben werden. In diesem Fall befinden sich die jeweiligen Vertikalstellungen der beweglichen und festen Elektrodeneinheiten 14 und 18 in umgekehrter Anordnung.
Weiter kann man ein automatisches Werkstückverlötungssystem erhalten, indem man die Lötvorrichtung dieser Ausführung mit einer automatischen Werkstücktransportvorrichtung kombiniert. In diesem Fall ist die Lötvorrichtung mit einem Sensor zum Erfassen der Zufuhr und Stellung der Werkstücke W1 und W2 auf der festen Elektrodeneinheit 18 mittels der Werkstücktransportvorrichtung versehen. Beim Empfang eines Signals von diesem Sensor beginnt die Lötvorrichtung ihren Betrieb.
Nun zu den Fig. 18 und 19, in denen eine Lötvorrichtung gemäß einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführung gezeigt ist. In der folgenden Beschreibung der Vorrichtung der zweiten Ausführung sind gleiche Bezugszeichen zur Bezeichnung gleicher Teile mit den gleichen Funktionen, wie in Verbindung mit der ersten Ausführung beschrieben, verwendet, und eine detaillierte Beschreibung dieser Teile ist weggelassen.
In der zweiten Ausführung ist ein Tragpfosten 152 in Form einer Platte auf einer Basis 2 aufgestellt. Zwei Stützträger 154 sind an dem oberen Abschnitt des Tragpfostens 152 angebracht, so daß sie in einer vorbestimmten Höhe angeordnet sind und den Pfosten 152 zwischen sich halten. Die Träger 154, die horizontal verlaufen und zueinander weisen, sind an dem Tragpfosten 152 horizontal beweglich angebracht. Insbesondere ist ein Paar unterer bzw. oberer Führungsschienen 156 und 158 an jeder Seitenfläche des Pfostens 152 angebracht. Die Schienen 156 und 158 dienen zur Führung der Horizontalbewegung der Stützträger 154 und zum Halten der Träger. Jeder Stützträger 154 enthält ein Führungsloch 160, das sich in dessen Längsrichtung erstreckt. Hierdurch sind die Stützträger 154 an dem Tragpfosten 152 befestigt, nachdem sie an einer vorbestimmten Stelle bezüglich der Horizontalrichtung mittels eines Befestigungsbolzens 162 angeordnet wurden, der die jeweiligen Führungslöcher 160 der Träger 154 und des Pfostens 152 durchsetzt.
Eine Einheitsführung 162 in Form eines rechteckigen Blocks ist an den jeweiligen distalen Endabschnitten der Stützträger 154 mittels einer horizontalen Welle 163 angebracht. Die Führung 162 ist um die Welle 163 herum drehbar, so daß ihr Neigungswinkel bezüglich einer Horizontalebene einstellbar ist.
Der Neigungswinkel der Einheitsführung 162 läßt sich unter Verwendung verschiedener Mittel einstellen, wie etwa Mittel zum Ändern des Winkels durch Stufen und Mittel zum stufenlosen Ändern des Winkels. Das in Fig. 18 gezeigte Mittel enthält eine bewegliche Platte 164, die so angeordnet ist, daß sie die zwei oberen Führungsschienen 158 überspannt. Die Platte 164 ist auf den Schienen 158 in Längsrichtung der Stützträger 154 beweglich. Ein von dem Oberende der Einheitsführung 162 abstehender Abschnitt 166 ist mittels einer Tragstange 168 an die bewegliche Platte 164 angeschlossen. Die gegenüberliegenden Enden der Stange 168 sind an einem Endabschnitt des verlängerten Abschnitts 166 und der Platte 164 mittels Laschen 170 bzw. 172 schwenkbar angebracht. Bei dem Mechanismus gemäß der zweiten Ausführung läßt sich daher der Neigungswinkel der Einheitsführung 162 stufenlos einstellen, indem man die Stellung der beweglichen Platte 164 reguliert.
Ein Führungsloch 174 durchdringt die Einheitsführung 162 in deren Axialrichtung, und eine Führungsstange 176 durchsetzt das Loch 174. Die unteren und oberen Enden der Stange 176 sind an die bewegliche Elektrodeneinheit 14 und eine Kolbenstange 180 eines Luftzylinders 178 angeschlossen. Anders als der oben genannte Luftzylinder 144 ist der Luftzylinder 178 von einer solchen Bauart, die eine Rückholfeder (nicht gezeigt) enthält, und ist an dem verlängerten Abschnitt 166 der Einheitsführung 162 befestigt. Wenn somit die Kolbenstange 180 des Zylinders 178 ausfährt, läßt sich die bewegliche Elektrodeneinheit 14 diagonal zu der festen Elektrodeneinheit 18 absenken.
In der zweiten Ausführung umfaßt der Träger 16 der festen Elektrodeneinheit 18 eine Klemme 182, die an der Basis 2 befestigt ist, eine Tragstange 184, die an der Klemme 182 angebracht ist, und einen Halter 186, der an dem distalen Ende der Stange 184 angebracht ist und die feste Elektrodenstange 40 mit Hilfe des Wassermantels 42 hält.
Gemäß der oben beschriebenen zweiten Ausführung der Lötvorrichtung wird der Neigungswinkel der beweglichen Elektrodeneinheit 14 in Abhängigkeit von den Formen der zu verlötenden Werkstücke W1 und W2 eingestellt. Beim Verlöten eines Werkstücks W1 mit einem Werkstück W2, von dem ein Stift 188 nach oben hochsteht, wie in Fig. 19 gezeigt, wird der Neigungswinkel α der Einheit 14 oder der ersten Elektrodenstange 20 so eingestellt, daß die Werkstücke W1 und W2 zwischen der ersten Elektrodenstange 20 und der festen Elektrodenstange 40 ohne Störung mit dem Stift 188 des Werkstücks W2 gehalten werden können. Wenn danach die Kolbenstange 180 des Luftzylinders 178 ausgefahren wird, bewegt sich daher die bewegliche Elektrodeneinheit 14 oder die erste Elektrodenstange 20 diagonal abwärts zu der festen Elektrodenstange 40 hin, und die Werkstücke W1 und W2 werden zwischen den Stangen 20 und 40 gehalten, wenn sie zusammengelötet werden. Der Betrieb der Lötvorrichtung der zweiten Ausführung wird mittels des in Fig. 17 gezeigten Steuerkreises gesteuert. In diesem Fall steuert das solenoidbetätigte Ventil 150 die Zufuhr und Abfuhr von Druckluft zu und von dem Luftzylinder 178.
Weil die Lötvorrichtung der zweiten Ausführung weniger auf die Form des Werkstücks beschränkt ist, ist sie in der Verwendung flexibler als die Vorrichtung der ersten Ausführung.
Wenn die bewegliche Elektrodeneinheit 14 jeder der Lötvorrichtungen gemäß den ersten und zweiten Ausführungen an einer Roboterhand angebracht ist, lassen sich die an einer Mehrzahl von Lötstellen angeordneten Werkstücke durch Programmsteuerung der Bewegung der Roboterhand fortlaufend verlöten.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Lötvorrichtungen gemäß den ersten und zweiten Ausführungen beschränkt und läßt sich auch bei jeder anderen Verbindungsarbeit als der Lötarbeit verwenden. Bezüglich der Fig. 20 und 21 sind beispielsweise Werkstücke W3 und W4 gezeigt, die sich von den oben beschriebenen Werkstücken W1 und W2 unterscheiden. Diese Werkstücke W3 und W4 sind elektrische Komponenten, die aus einer Spule 190 gebildet sind, um die ein beschichteter Leitungsdraht gewickelt ist. Bei dem einen Werkstück W3 werden gegenüberliegende Endabschnitte 192 des Leitungsdrahts einzeln an ein Paar von Anschlüssen 194 angelötet, die an der Spule 190 befestigt sind. Bei dem anderen Werkstück W4 ist ein Endabschnitt 192 des beschichteten Leitungsdrahts frei.
Bei den Werkstücken W3 und W4 dieser Bauart neigen die Endabschnitte 192 des beschichteten Leitungsdrahts dazu, sich von der Spule 190 zu trennen, so daß sie bevorzugt auf einem Windungsabschnitt 198 des Leitungsdrahts mittels eines Klebstoffs 196 angeklebt werden, der aus einem heißschmelzenden Harz gebildet ist, wie in den Fig. 20 und 21 gezeigt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung läßt sich auch leicht bei den genannten Verklebearbeiten für den Endabschnitt 192 des beschichteten Leitungsdrahts verwenden. Bezüglich Fig. 22 ist eine Vorrichtung gemäß einer dritten Ausführung gezeigt, die für Klebearbeiten geeignet ist. Diese Vorrichtung ist vom gleichen Typ wie die in Fig. 16 gezeigte. Insbesondere verwendet die Vorrichtung der dritten Ausführung anstelle der festen Elektrodenstange 40 eine Werkstückauflage 200 in Stangenform. Das obere Ende der Auflage 200 hat die Form einer bogenförmigen Oberfläche 202, so daß sie den Windungsabschnitt 198 des Werkstücks W4 stabil aufnehmen kann. Anders als die Vorrichtung der ersten Ausführung ist die Vorrichtung der dritten Ausführung anstelle der Lötmittelzufuhrvorrichtung 112 mit einer Zufuhrvorrichtung zur Zufuhr eines aus heißschmelzendem Harz gebildeten Klebebands 204 versehen. Die Zufuhrvorrichtung dieser dritten Ausführung, die wegen ihrer grundlegend gleichen Konstruktion wie der der vorgenannten Zufuhrvorrichtung 112 nicht dargestellt ist, enthält eine Trommel, auf der das Klebeband 204 aufgewickelt ist. Das Klebeband 204 läßt sich von der Trommel dem Werkstück W4 auf der Auflage 200 zuführen. Als geeigneter Klebstoff lassen sich Polyamid, EVA (Ethylenvinylcopolymer) oder ein heißschmelzendes Harz verwenden, das man durch Hinzufügen eines Plastifiziermittels zu Nylon 12 erhält.
Gemäß der Vorrichtung der dritten Ausführung wird das Werkstück W4 zuerst auf der Auflage 200 angeordnet und dort gehalten. Hierbei ist der Endabschnitt 192 des beschichteten Leitungsdrahts so angeordnet, daß er zwischen dem Windungsabschnitt 198 des Werkstücks W4 und der beweglichen Elektrodeneinheit 14 oder der ersten Elektrodenstange 20 gehalten werden kann. In diesem Zustand wird der führende Endabschnitt des Klebebands 204 auf das Werkstück W4 geführt und so angeordnet, daß der Endabschnitt 192 des Leitungsdrahts des Werkstücks W4 zwischen dem führenden Endabschnitt des Bands 204 und dem Windungsabschnitt 198 des Werkstücks W4 gehalten werden kann.
Danach wird die erste Elektrodenstange 20 abgesenkt, sodaß der Endabschnitt 192 des beschichteten Leitungsdrahts und der führende Endabschnitt des Klebebands 204 zwischen dem Unterende der ersten Elektrodenstange 20 und dem Windungsabschnitt 198 des Werkstücks W4 gehalten sind. Zu diesem Zeitpunkt wird der ersten Elektrodenstange 20 und der zweiten Elektrodenstange 24 Strom zugeführt, so daß die erste Stange 20 schnell Wärme erzeugt. Im Ergebnis wird der führende Endabschnitt des Klebebands 204 erwärmt und geschmolzen. Im Moment dieses Vorgangs wird das Band 204 auf die Trommel der Zufuhrvorrichtung aufgewickelt, so daß eine vorbestimmte Menge des Klebstoffs 196 auf dem Windungsabschnitt 198 des Werkstücks W4 verbleibt, wie in Fig. 23 gezeigt. Weil der führende Endabschnitt des Klebebands 204 zu dieser Zeit gegen den Windungsabschnitt 198 des Werkstücks W4 mittels der ersten Elektrodenstange 20 gedrückt wird, läßt sich das Band 204 in zufriedenstellender Weise schneiden. Alternativ kann man die erste Elektrodenstange 20 Wärme erzeugen lassen, bevor sie mit dem führenden Endabschnitt des Klebebands 204 in Kontakt kommt.
Nach einer vorbestimmten Zeit der Erzeugung von Wärme der ersten Elektrodenstange 20 oder der Erwärmung des Klebstoffs 196 wird die Stromzufuhr zu den ersten und zweiten Elektrodenstangen 20 und 24 unterbrochen. Danach werden die Stangen 20 und 24 mittels des Kühlwassers in ihren jeweiligen Wassermänteln 22 und 24 für eine vorbestimmte Kühlzeit zwangsgekühlt, wodurch der geschmolzene Klebstoff 196 schnell fest wird. Wenn danach die erste Elektrodenstange 20 angehoben wird, ist der Endabschnitt 192 des beschichteten Leitungsdrahts an dem Windungsabschnitt 198 des Werkstücks W4 mittels des Klebstoffs 196 befestigt.
Weil sich der Klebstoff 196 durch die Zwangskühlung der ersten Elektrodenstange 20 schnell verfestigt, nachdem er mittels der Wärme von der Stange 20 plötzlich geschmolzen wurde, läßt sich der Endabschnitt 192 des beschichteten Leitungsdrahts in einer kurzen Zeitperiode verkleben. Weil der Klebstoff 196 von der ersten Elektrodenstange 20 unter Druck gesetzt wird, läßt sich darüber hinaus der Endabschnitt 192 des Leitungsdrahts sicher an dem Windungsabschnitt 198 des Werkstücks W4 ankleben. Darüber hinaus haftet hierbei der Klebstoff 196 in einer flachen Form an dem Werkstück W4 an, wie in Fig. 24 mit der durchgehenden Linie gezeigt. Hierdurch wird verhindert, daß der Klebstoff 196 aus den Endflanschen des Werkstücks W4 herausquillt, wie in Fig. 24 strichpunktiert gezeigt.
Wenn ein Teil des Klebstoffs 196 an der ersten Elektrodenstange 20 anhaftet, wenn die Stange 20 von dem Klebstoff getrennt wird, dann kann man die Stange 20 für eine kurze Zeitperiode unmittelbar vor ihrem Anheben nach der Zwangskühlung Wärme erzeugen lassen, wie in Fig. 25 gezeigt. Somit wird Strom zu der ersten und der zweiten Elektrodenstange 20 und 24 in zwei Stufen geleitet. Dadurch kann die erste Elektrodenstange 20 in geeigneter Weise von dem Klebstoff 196 getrennt werden, ohne daß dieser an der Stange 20 anhaftet, indem man nur den Außenoberflächenbereich des Klebstoffs 196 schmilzt. Durch Verursachen, daß die erste Elektrodenstange 20 wieder Wärme erzeugt, sollte der Klebstoff 196 nicht derart stark geschmolzen werden, daß er beim Anheben der Stange 20 Fäden zieht.
Die Vorrichtung der dritten Ausführungsform ist nicht auf die Verwendung mit den Werkstücken W3 und W4 beschränkt und kann auch zum Verkleben von Werkstücken W5 und W6 verwendet werden, welche jeweils die Form einer Metallplatte aufweisen, und zwar vermittels eines heißschmelzenden Harzes 196, wie in Fig. 26 gezeigt. Vorzugsweise ist in diesem Falle die obere Endfläche der Auflage 200 flach.
Ferner kann die Vorrichtung der dritten Ausführungsform ebenso in den Bereichen angewandt werden, in welchen Werkstücke in herkömmlicher Weise mittels Schnellklebstoffen verklebt werden, z. B. zum Verbinden der Ober- und Unterteile eines chemischen Schuhs, zum Verbinden von Lautsprecherkonen usw. In diesem Falle kann die Vorrichtung einen breiteren Anwendungsbereich genießen, wenn sie kompakt oder handlich ist.
Wenn man sich nun der Fig. 27 zuwendet, so sind dort ein beschichteter Leitungsdraht W9 zur Verwendung als Werkstück sowie ein Anschluß W10 gezeigt, welcher mit dem Draht W9 elektrisch verbunden ist. Der Anschluß W10 umfaßt ein Klemmstück 216 zum Festklemmen des Leitungsdrahts W9.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann den beschichteten Leitungsdraht W9 mit dem Anschluß W10 mechanisch verbinden, indem sie das Klemmstück 216 des Anschlusses W10 verbiegt und gleichzeitig den beschichteten Leitungsdraht W9 mit dem Anschluß W10 unter Verwendung von Lötmittel elektrisch verbindet. In den Fig. 28 bis 31 sind Arbeitsvorgänge für das mechanische und elektrische Verbinden des beschichteten Leitungsdraht W9 mit dem Anschluß W10 gezeigt. Zuerst werden der Leitungsdraht W9 und der Anschluß W10 einander überlappend auf der festen Elektrodenstange 40 angeordnet, wie in Fig. 28 gezeigt. In diesem Zustand ist das Klemmstück 216 des Anschlusses W10 offen.
Wenn die erste Elektrodenstange 20, welche durch Stromzufuhr Wärme erzeugt, von der Position der Fig. 28 abgesenkt wird, dann drückt sie auf das Klemmstück 216 des Anschlusses W10, um dieses zu verbiegen, so daß der beschichtete Leitungsdraht W9 mechanisch zwischen dem Anschluß W10 und dem Stück 216 unter einem vorbestimmten Druck festgehalten ist, wie in Fig. 29 gezeigt. Zu dieser Zeit werden der Anschluß W10 und das Klemmstück 216 vermittels der ersten Elektrodenstange 20 schnell erhitzt. Nachdem die Stange 20 in Kontakt mit dem Stück 216 gebracht ist, fließt zusätzlich ein Strom, d. h. ein Schmelzstrom, zwischen der ersten Elektrodenstange 20 und der festen Elektrodenstange 40 über den Anschluß W10, so daß der Anschluß W10 ferner vermittels der Stange 40 erwärmt wird. Hierdurch wird die Beschichtung des beschichteten Leitungsdrahts W9, welcher zwischen dem Anschluß W10 und dem Klemmstück 216 gehalten ist, zur Verkohlung erwärmt, so daß der Draht W9 und der Anschluß W10 elektrisch miteinander verbunden werden. Die Fig. 30 zeigt durch die Verkohlung des Beschichtungsmaterials erzeugten Staub 218.
Wenn danach das Lötmittel zwischen dem Anschluß W10 und dem Klemmstück 216 zugeführt wird, wird der Staub 218 zwischen dem Anschluß W10 und dem Klemmstück 216 herausgedrückt, während das Lötmittel geschmolzen wird. Danach verbleibt nur geschmolzenes Lötmittel zwischen dem Anschluß W10 und dem bedeckten Leitungsdraht W9, wie in Fig. 31 gezeigt. Danach wird das geschmolzene Lötmittel 220 durch Zwangskühlung vermittels der ersten Elektrodenstange 20 und der festen Elektrodenstange 40 schnell verfestigt, worauffolgend die Verbindung zwischen dem Leitungsdraht W9 und dem Anschluß W10 fertiggestellt ist.
Bei derartiger Handhabung des beschichteten Leitungsdrahts W9 und des Anschlusses W10 kann die erfindungsgemäße Vorrichtung diese ohne dem vorherigen Freilegen des Leitungsdrahts W9 verbinden. Da die erfindungsgemäße Vorrichtung das Lötmittel zu dem Bereich zwischen dem beschichteten Leitungsdraht W9 und dem Anschluß W10 zuführen kann, kann sie ferner die elektrische Verbindung zwischen diesen beiden Werkstücken sicherstellen und ferner das verkohlte Beschichtungsmaterial entfernen. Die feste Elektrodenstange 40 kann durch eine einfache Tragestange ersetzt werden unter der Voraussetzung, daß das Freilegen des beschichteten Leitungsdrahts W9 und das Schmelzen des Lötmittels lediglich durch Wärmeerzeugung vermittels der ersten Elektrodenstange 20 bewirkt werden körnen.
Wenn man sich der Fig. 32 zuwendet, so ist dort eine Kombination eines Crimpanschlusses W11 mit einem beschichteten Leitungsdraht W12 zur Verwendung als Werkstücke gezeigt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch für die elektrische Verbindung zwischen diesen Werkstücken W11 und W12 verwendet werden. In diesem Fall ist der Crimpabschnitt des Anschlusses W11 durch das Symbol A bezeichnet, und es wird angenommen, daß der vordere freigelegt ist.
Zuerst werden der beschichtete Leitungsdraht W12 und der Anschluß W11 auf der festen Elektrode 40 oder der Auflage 200 derart angeordnet, daß der vordere Endabschnitts des Drahts W12 zwischen einem Paar von Crimpstücken 222 hindurchtritt, wie in Fig. 33 gezeigt. In diesem Falle hat die untere Endfläche der ersten Elektrodenstange 20 eine für die zu verquetschenden Crimpstücke 222 geeignete Form.
Wenn die erste Elektrodenstange 20, welche durch die Stromzufuhr Wärme erzeugt, in diesem Zustand abgesenkt wird, dann werden die Crimpstücke 222 des Anschlusses W11 an dem führenden Endabschnitt des beschichteten Leitungsdrahts W12 verquetscht, wie in Fig. 34 gezeigt, wodurch der Anschluß W11 und der Draht W12 elektrisch miteinander verbunden werden. Wenn dem Crimpabschnitt A beim verquetschen der Crimpstücke 222 Lötmittel zugeführt wird, dann schmilzt dieses und füllt den Raum zwischen dem vorderen Endabschnitt des Leitungsdrahts W11 und den Stücken 222. Hierdurch wird der elektrische Kontakt zwischen dem beschichteten Leitungsdraht W12 und dem Anschluß W11 sichergestellt. Das Lötmittel kann zugeführt werden, nachdem die Crimpstücke 222 vollständig gecrimpt sind.
Es ist selbstverständlich, daß die Verfestigung des geschmolzenen Lötmittels danach durch Zwangskühlen vermittels der ersten Elektrodenstange 20 beschleunigt wird.
Wie in Fig. 35 gezeigt, ist der Anschluß W11 durch Biegen eines abgewickelten Stücks 226 gebildet, welches man durch Stanzen eines elektrisch leitenden Metallblechs erhält. Wenn die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung in Kombination mit einer Maschine zum Bilden des Anschlusses W11 verwendet wird, dann können das Quetschen der der Anschluß W11 gebildet wird.
Der Crimpanschluß W11 ist nicht auf den in Fig. 35 gezeigten beschränkt und kann auch ein in Fig. 36 gezeigter Crimpanschluß W13 sein. Ein Crimpabschnitt A des Anschlusses W13 hat die Form eines Hohlzylinders. In diesem Falle ist ein konvexer, halbkugelartiger Abschnitt an der unteren Endfläche der ersten Elektrodenstange 20 gebildet, während eine bogenförmige Oberfläche zur Aufnahme des Crimpabschnitts A an der oberen Endfläche der festen Elektrodenstange 40 (oder der Auflage 200) gebildet ist, wie in Fig. 37 gezeigt.
Ferner kann die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung auch zum Verlöten von Werkstücken miteinander verwendet werden, nachdem diese Werkstücke punktverschweißt worden sind, indem der zwischen diesen fließende Strom gesteuert wird. Wenn man sich der Fig. 28 zuwendet, so ist dort beispielsweise eine Kombination einer Platte W14 und eines Drahts W15 zur Verwendung als Werkstücke gezeigt. In diesem Falle sind die Platte W14 und der Draht WiS zwischen der ersten Elektrodenstange 20 und der festen Elektrodenstange 40 gehalten, wenn diese punktgeschweißt werden. Danach wird die erste Elektrodenstange 20 von dem Draht W15 ein kleines Stück entfernt, das Lötmittel 226 wird zugeführt, und der Draht W15 wird wieder vermittels der ersten Elektrodenstange 20 gegen die Platte E14 gepreßt. In diesem Zustand werden die Elektrodenstangen 20 und 40 zum Verfestigen des Lötmittels 226 zwangsgekühlt, wodurch die Platte W14 und der Draht W15 miteinander verbunden werden, wie in Fig. 39 gezeigt.
Wenn die Platte W14 und der Draht W15 nach vorübergehender Fixierung aneinander durch Punktschweißung, wie vorangehend beschrieben, miteinander verlötet werden, wird ihre thermische Leitfähigkeit erhöht, so daß sich das geschmolzene Lötmittel ausreichend verteilen kann. Somit des Lötens und des Schweißens stellt eine elektrische Verbindung zwischen der Platte W14 und dem Draht W15 sicher.
Ferner kann die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht nur zwei Drähte W15 miteinander durch Verschweißen oder Verlöten verbinden, wie in Fig. 40 gezeigt, sondern kann ferner Kupfer mit Kupfer oder Kupfer mit Messing verbinden, eine schwierig zu verschweißende Kombination, indem man die Materialien, nachdem sie vorübergehend durch Punktschweißung aneinander fixiert worden sind, verlötet.
Hieraus ist ersichtlich, daß die Erfindung in ihren bevorzugten Ausführungsformen eine Werkstückerwärmungsvorrichtung vorsieht, welche bei verschiedenen Verbindevorgängen anwendbar ist und im Betrieb eine hohe Flexibilität aufweist, und bei welcher Werkstücke in kurzer Zeit erwärmt werden können, so daß die Taktzeit beträchtlich verkürzt werden kann.
Es wird darauf hingewiesen, daß der Ausdruck "Stange", wie er hier verwendet wird, nicht auf Elektroden mit zylindrischem Schnitt beschränkt ist; es können andere geeignete Formen verwendet werden. Ferner ist es möglich, nur die erste Elektrodenstange zu kühlen, wenn gewünscht, obgleich das Kühlen sowohl der ersten als auch der zweiten Elektrodenstange die zum Kühlen der Werkstücke nach dem Erwärmen erforderliche Zeit verkürzt.

Claims

1. Vorrichtung zum Verbinden von Werkstücken miteinander unter Verwendung eines Verbindungsmaterials, umfassend:

eine Werkstückauflage (40, 200),

eine Wärmequelle in der Form einer bewegbaren Elektrodeneinheit (14), welche auf die Werkstückauflage (40, 200) zu und von dieser wegbewegbar ist, wobei die bewegbare Elektrodeneinheit eine erste Elektrodenstange (20) zum Halten der Werkstücke mit einer vorbestimmten Kraft in Zusammenwirkung mit der Werkstückauflage (40, 200), wenn die Werkstücke einander überlappend auf der Werkstückauflage (40, 200) angeordnet sind, sowie eine zweite Elektrodenstange (24) in Kontakt mit der ersten Elektrodenstange (20) umfaßt,

einen Stromzufuhrkreis (94, 96) zum Zuführen von Strom zwischen der ersten und der zweiten Elektrodenstange (20, 24), so daß die Elektrodenstangen (20, 24) vermittels des Kontaktwiderstands zwischen den Elektrodenstangen (20, 24) Wärme erzeugen,

ein Zuführmittel (112) zum Zuführen von Verbindungsmaterial zu den erwärmten Werkstücken, welche zwischen der ersten Elektrodenstange (20) und der Werkstückauflage (40, 200) gehalten sind, wobei das Verbindungsmaterial durch die Wärme von den erwärmten Werkstücken geschmolzen wird,

ein Kühlmittel (22, 26) zum Zwangskühlen der ersten und der zweiten Elektrodenstange (20, 24) durch Kühlmedium über den gesamten Betrieb der Vorrichtung hinweg und

ein Steuermittel (92) zum Steuern der Stromzufuhr zu der ersten und der zweiten Elektrodenstange (20, 24) wobei das Steuermittel verursacht, daß das Stromzufuhrmittel die erste und die zweite Elektrodenstange (20, 24) gegen die Kühlung derselben durch das Kühlmittel erwärmt, so daß die Werkstücke durch die erste und die zweite Elektrodenstange (20, 24) erwärmt werden, wenn die Werkstücke zwischen der erwärmten ersten Elektrodenstange (20) und der Werkstückauflage (40, 200) gehalten sind, und die Stromzufuhr zu der ersten und der zweiten Elektrodenstange (20, 24) nach einer vorbestimmten Zeit unterbricht, um das Erwärmen der Elektrodenstangen (20, 24) zu beenden, und zum Ausgeben eines Signals nach dem Ablauf einer vorbestimmten Kühlzeit (T2), nachdem die Stromzufuhr unterbrochen worden ist, welches anzeigt, oder derart wirksam ist, daß die bewegbare Elektrodeneinheit (14) von den verbundenen Werkstücken getrennt werden kann, wodurch die erste Elektrodenstange (20), nachdem die Stromzufuhr unterbrochen worden ist, in Kontakt mit den Werkstücken gehalten ist, so daß die Werkstücke durch die gekühlte erste und zweite Elektrodenstange (20, 24) zum Verfestigen des geschmolzenen Verbindungsmaterial gekühlt werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel Kühlmäntel (22, 26) umfaßt, die jeweils die erste und die zweite Elektrodenstange (20, 24) umgeben und kontinuierlich während des Betriebs der Vorrichtung mit Kühlmedium versorgt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuermittel einen Sensor (108) zum Erfassen der Bewegung der bewegbaren Elektrodeneinheit (14) auf die Werkstückauflage (40, 200) zu und zur Ausgabe eines Erfassungssignals sowie einen Steuerkreis (92) zum Aktivieren des Stromzufuhrkreises (94, 96) für eine vorbestimmte Leitungszeit (T1) in Antwort auf das Erfassungssignal von dem Sensor (108) umfaßt.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstückauflage eine festgelegte Elektrodenstange (40) umfaßt, welche aus dem gleichen Material wie die erste und die zweite Elektrodenstange (20, 24) gebildet ist, wobei die Werkstücke zwischen der ersten Elektrodenstange (20) und der festgelegten Elektrodenstange (40) gehalten sind und wobei das Kühlmittel ferner einen Kühlmantel (42) umfaßt, welcher die festgelegte Elektrodenstange (40) umgibt und mit Kühlmedium versorgt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromzufuhrkreis eine erste Versorungsleitung (102, 104) zur Stromzufuhr zu der ersten und der zweiten Elektrode (20, 24) sowie eine zweite Versorgungsleitung (106) zur Stromzufuhr zu der festgelegten Elektrodenstange (40) umfaßt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Versorgungsleitung (106) mit der ersten Versorgungsleitung (102, 104) verbunden ist und daß der Stromzufuhrkreis eine den Elektrodenstangen (20, 24, 40) gemeinsame Spannungsquelle (96) umfaßt, wobei die Spannungsquelle (96) in der Mitte der ersten Versorgungsleitung (102, 104) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ferner ein Mittel (163, 164, 168) zum Verändern der Zugangsrichtung der bewegbaren Elektrodeneinheit (14) zu der Werkstückauflage (40, 200) umfaßt.

8. Vorrichtung zum Verbinden von Werkstücken miteinander unter Verwendung eines Verbindungsmaterials, umfassend:

einen Werkstückträger (40, 200),

eine Wärmequelle, umfassend eine bewegbare

Elektrodeneinheit (14), welche auf den Werkstückträger (40, 200) zu und von diesem wegbewegbar ist, wobei die bewegbare Elektrodeneinheit eine erste Elektrodenstange (20) zum Halten der Werkstücke mit einer vorbestimmten Kraft in Zusammenwirkung mit dem Werkstückträger (40, 200), wenn die Werkstücke einander überlappend auf dem Werkstückträger (40, 200) angeordnet sind, sowie eine zweite Elektrodenstange (24) in Kontakt mit der ersten Elektrodenstange (20) umfaßt,

einen Stromzufuhrkreis (94, 96) zum Zuführen eines Stroms zwischen der ersten und der zweiten Elektrodenstange (20, 24), so daß die Elektrodenstangen (20, 24) vermittels des Kontaktwiderstands zwischen den Elektrodenstangen (20, 24) Wärme erzeugen,

ein Zuführmittel (112) zum Zuführen von Verbindungsmaterial zu den erwärmten Werkstücken, welche zwischen der ersten Elektrodenstange (20) und dem Werkstücksträger (40, 200) gehalten sind, wobei das Verbindungsmaterial durch die Wärme von den erwärmten Werkstücken geschmolzen wird,

ein Steuermittel (92) zum Steuern der Stromzufuhr zu der ersten und der zweiten Elektrodenstange (20, 24), wobei das Steuermittel verursacht, daß das Stromzufuhrmittel die erste und die zweite Elektrodenstange (20, 24) gegen die Kühlung derselben durch das Kühlmittel erwärmt, so daß die Werkstücke durch die erste und die zweite Elektrodenstange (20, 42) erwärmt werden, wenn die Werkstücke zwischen der erwärmten ersten Elektrodenstange (20) und dem Werkstückträger (40, 200) gehalten sind, und die Stromzufuhr zu der ersten und der zweiten Elektrodenstange (20, 24) nach einer vorbestimmten Zeit unterbricht, um das Erwärmen der Elektrodenstangen (20, 24) zu beenden, und zum Ausgeben eines Signals nach dem Ablauf einer vorbestimmten Kühlzeit (T2), nachdem die Stromzufuhr unterbrochen worden ist, welches anzeigt, oder derart wirksam ist, daß die bewegbare Elektrodeneinheit (14) von den verbundenen Werkstücken getrennt werden kann, wodurch die erste Elektrodenstange (20), nachdem die Stromzufuhr unterbrochen worden ist, in Kontakt mit den Werkstücken gehalten wird, so daß die Werkstücke durch die gekühlte erste und zweite Elektrodenstange (20, 24) gekühlt werden, um das geschmolzene Verbindungsmaterial zu verfestigen.