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Editorial
12/09/2019

Sensorherstellung

Mikroschweißtechniken verbessern die Sensorherstellung 

Hersteller von Sensoren stehen unter dem zunehmenden Druck, eine höhere Qualität als in der Vergangenheit zu liefern. Egal, ob die Sensoren für hochwertige handgefertigte Geräte mit geringem Volumen oder für sehr preiswerte Massenwaren vorgesehen sind. Die Nutzung moderner Mikroschweißtechniken kann dabei die vom Hersteller gewünschte Montagequalität und Robustheit bieten. 

Mikroschweißverfahren und Konstruktionstechniken 

Mikrowiderstandsschweißen
Seit vielen Jahren wird das Mikrowiderstandsschweißen für die Herstellung von Verbindungen und die Verfestigung von flexible Litzen zu Blöcken eingesetzt. Neuere Qualitätsansprüche und der Wunsch nach höheren Erträgen führen dazu, dass die Hersteller bei dieser Methode verstärkt auf die Prozessmessung achten müssen. Sie müssen sich von traditionellen Schweißkopf- und Kondensatorentladungstechnologien verabschieden und ihr Prozesswissen und ihre Dokumentation auf ein ganz neues Level bringen.

Mikrolichtbogenschweißen
Das Lichtbogenschweißen wird normalerweise verwendet, wenn bei der Sensorherstellung zwei Komponenten miteinander verbunden werden. Übliche Anwendungsszenarien umfassen das Anschließen von feinen Drähten an Bauteilstifte, beispielsweise für induktive Sensoren oder die Montage von Halbleitergehäusestiften an Leadframes. Der Vorgang erfolgt in der Regel sehr schnell und an der Verbindungsstelle entstehen hohe Temperaturen. 

Kontrolliertes Schlaglichtbogenschweißen
Bei dieser Methode wird ein kontrollierter Lichtbogen zwischen dem Stiftende und dem Drahtende geschlagen, der eine fokussierte Heizzone erzeugt. Im selben Moment werden beide Teile zusammengebracht und zu einer Stoßverbindung verschmolzen und verbunden. Dieses Verfahren ist besonders nützlich, wenn Litzen axial an Sensorstiftvorrichtungen angefügt werden. Dabei entstehen äußerst zuverlässige Verbindungen mit wenig oder keiner Drahtvorbereitung. 

Für die Sensorherstellung geeignete Geräte 

In den meisten Fällen liefert eine einzelne Schweißverbindung eine elektrisch hochfeste Verbindung. Einige Aspekte müssen jedoch vorab sorgfältig definiert werden. Dazu zählen hinsichtlich der erforderlichen Einstellung und Wiederholgenauigkeit der verwendeten Ausrüstung die Schweißwärme sowie die vom Schweißkopf und der Elektrodenkonfiguration abhängigen physikalischen Eigenschaften. Je feiner die Arbeiten, desto strenger muss die Prozesskontrolle sein, um eine gleichmäßige Energieübertragung in die Verbindung sicherzustellen sowie die Qualität und Produktionsausbeute zu gewährleisten. Dies gilt insbesondere für Sensoren für medizinische Produkte oder die Luft- und Raumfahrt, für die in der Regel höhere Schweißanforderungen gelten. 

Bei Feindrahtsensoren ist die Prozesskontrolle ausschlaggebend

Typischerweise werden kleine Drähte und Stifte von weniger als 1 Millimeter (mm) bei Pegeln unter 1000 A Gleichstrom widerstandsgeschweißt. Für ein zuverlässiges gleichmäßiges Schweißergebnis muss die höchstmögliche Kontrolle und bestmögliche Prüfmethode für jeden Schweißvorgang zum Einsatz kommen. 

Für das Mikroschweißen unter 1000 A Gleichstrom eignet sich eine lineare Gleichstrom-Widerstandsschweißstromquelle am besten. Sie versorgt das Schweißgerät mit Gleichstrom von wenigen Ampere bis 1000 A in feinen 1-Ampere-Schritten. Bei der Serienfertigung ist auf eine Einschaltdauer zu achten, die den Geschwindigkeitsanforderungen gerecht wird. Entscheiden Sie sich für vollständig geregelte Geräte, die die unkontrollierten elektrischen Signale messen und speichern, die während des Schweißvorgangs auftreten. 

Der Druck und die dynamische Leistung des Schweißkopfes sind wichtige Kriterien für das Schweißen feiner Bauteile. Abgenutzte Schweißköpfe führen oft zu von der Norm abweichenden und fehlerhaften Schweißvorgängen. Die Begrenzung des Prozessfensters kann potenzielle Probleme viel genauer erkennen als einfache Grenzwertprüfungen. Sie sollte für wettbewerbsfähige Sensorhersteller daher zur Grundausstattung gehören. Mithilfe der Prozessfensteranalyse können Bediener den Prozess vollständig dokumentieren und die korrekten Drücke notieren, um den Vorgang problemlos wiederherstellen zu können. Hersteller können den geeigneten Schweißkopfdruck für eine Anwendung mit der Fensteranalysefunktion von Amada Miyachi Europe bestimmen.

Statistische Prozesskontrolle für eine bessere Qualität und höhere Erträge

Die statistische Prozesskontrolle (SPC) und die Schweißdatenanalyse sind sehr nützliche produktionstechnische Funktionen, insbesondere in vernetzten Massenfertigungslinien. Die meisten hochwertigen Schweißstromquellen ermöglichen eine Datenübertragung. Früher war die Datenerfassung/-analyse sehr umständlich, doch heutzutage bieten die meisten Hersteller ihre eigenen proprietären SPC-Software-Analysepakete an. 

Schweiß- und Verfahrensingenieure haben mit einer integrierten SPC-Funktion ein hervorragendes Tool für die Aufzeichnung und Analyse ihrer Schweißzellendaten in der Hand. Erfahrene Bediener können mit SPC ihre eigene Arbeit überwachen und bestimmen, wann Korrekturmaßnahmen erforderlich sind – lange bevor ernsthafte Ertrags- oder Qualitätsprobleme bei der Produktion auftreten. 

Gelegentlich und ohne Vorwarnung werden Elektroden- oder Produktmaterialien versehentlich oder absichtlich geändert. Mit einem Schweißprozess, der eng mit der lokalen SPC-Echtzeitüberwachung verbunden ist, können Bediener die Auswirkungen solcher Änderungen leichter erkennen, bewerten und kompensieren. Verfahrensingenieure können auch die Vor- und Nachteile von Änderungen der Produktionslinie leichter beurteilen. 

Dank dieser verfügbaren und analysierbaren Daten können erfahrene Maschinenbediener Entscheidungen treffen, die ansonsten teureren Ingenieuren vorbehalten wären.


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