用于在借助于电磁感应式加热对电气构件或电子构件进行焊接时缩短过程时间的方法与流程

本发明涉及一种用于在借助于电磁感应式加热对电气构件或电子构件进行焊接时缩短过程时间的方法，所述方法特别是用于在将电的接触元件与焊接连接面进行焊接时缩短过程时间的方法，所述焊接连接面施加在非金属基质、特别是玻璃板上，以及本发明涉及一种为此的接触元件。

背景技术：

由de102004057630b3预先已知一种用于对多个电气连接进行焊接的方法，其中，可将接触元件与在非金属的盘上设置的焊接连接面进行焊接。

在预先已知的方法中采用感应焊接过程。对此，由包括经供电的回环或线圈的且在多个焊接连接面的区域中覆盖的焊接工具将具有预定频率的磁场发射到焊接部位上，以便通过感应对该焊接部位进行加热，其中，焊接工具连同回环或线圈的大小和形状与设置有多个在焊接过程中同时待加热的焊接部位的面有关地确定尺寸。

施加到回环或线圈上的交流电压的频率匹配于连接几何结构并且调节到最大150khz。具体而言，磁场的频率处于5至150khz之间。

按照de102004057630b3的教导由如下认识出发，即，在以700至900khz之间的范围内的频率进行感应式焊接的试验中没有取得领人满意的结果。确定的是，用作焊接连接面的导体结构在盘表面上过度加热并且导出非常多的热，而同时待焊接的构件还未充分加热，所述盘表面包括由具有相对高的银份额的丝网印刷膏制成的经燃烧的厚层。

作为原因参阅如下事实，即，导体结构或其材料具有对于感应式输入的高频波的高吸收。加热在使用高频率的情况下不进入或仅非常缓慢地进入体的深度区域中，而保持在表面上，这称为所谓的集肤效应。

因此，不同于仪器制造商的认识，在感应式焊接时感应波的频率明显降低，更确切地说处于<150khz的范围内。利用该频率应提高磁场的进入深度。作为缺点在de102004057630b3中证实：可提供增大的电功率，因为相对低频的辐射得到在空隙和盘体中的相对高的传输损耗。就这点而言，必须以低频磁场的较高场强进行工作。

由de20203202u1预先已知一种电气连接、特别是卷接或压接，其用于待设置在前进机构、特别是机动车的至少一个盘上的电气装置、例如天线。所述电气连接包括至少一个基本上平坦的、待焊接到盘上的焊盘和至少一个与焊盘通过熔焊或钎焊处于连接中的、在挤压接头中固定至少一个电缆的挤压件、特别是卷曲部。

按照在那里的解决方案，焊盘和挤压件之间的连接以至少一个连接件的形式构造，其中，所述连接件如此构造，使得挤压件能弯回到焊盘的区域中和/或超过焊盘的区域。

de102006047764a1公开一种无铅的软焊料，其具有在>150℃的温度时的改善的特性。无铅的软焊料基于sn-in-ag-焊料合金，其包含88至98.5重量百分比之间的sn、1至10重量百分比之间的in、0.5至3.5重量百分比之间的ag、0至1重量百分比之间的cu和具有结晶改性剂(特别是最大100ppm的钕)的掺杂。该焊料应具有关于所使用的连接机构良好的一致性和高的耐久性。

de202011100906u1示出一种电的连接元件，其用于借助于热材料锁合的连接材料接通处于面状的载体上的能传导的结构，其中，在所述连接元件的背离能传导的结构的那侧上设置有用于固定导体的机构。连接元件构造为焊接脚，所述焊接脚具有至少近似的8形或圆环形。优选地，预先已知的类型的焊接脚包括多个彼此啮合的圆环或圆环部段。然而已经证实，在这样的连接元件中在彼此啮合的圆环或圆环部段的区域中在感应式焊接过程中产生电磁场的高度集中，这导致在焊接时在玻璃板的对应的汇流排上对玻璃结构的过度加热并且因此导致其损坏。

技术实现要素：

由上面提到的内容，本发明的任务在于，给出一种用于在借助于电磁感应式加热对电气构件或电子构件进行焊接时缩短过程时间的进一步改进的方法，所述方法特别是用于在将电的接触元件与焊接连接面进行焊接时缩短过程时间的方法，所述焊接连接面施加在非金属基质、特别是玻璃板上，其中达到，以传统频率以感应方式实现对待焊接的物体的优化加热，而配合接触面不承受过于强烈的加热，此时与此关联地不利地影响所使用的非金属基质，特别是当该基质是玻璃板、例如车辆玻璃时。

此外，本发明的任务在于，给出一种进一步改进的接触元件，所述连接元件用于借助于电磁感应式加热进行焊接，所述接触元件在焊接过程中有助于避免局部的过度加热并且因此允许焊剂的均匀加热。

本发明的任务的解决通过按照权利要求1或9的定义的教导进行，其中，从属权利要求构成至少符合的构造方案和改进方案。

本发明基于为了焊接目的的感应式加热的原理的基本认识。通过在感应式焊接时局部加热的可能性，焊接连接可以在工件上实施，所述焊接连接允许短暂地且仅在焊接部位处加热。因此，感应式焊接原则上提供如下优点，即，避免对组织和相邻区域的强度产生不希望的影响。

在感应式焊接的基本原理中利用如下认识，即，由交变电流流过的电导体围绕自身形成电磁场，所述电磁场以相位移类似于交变电流的频率在零点附近振荡。如果导电体置于载流导体的附近，则在所述导电体中感应出电压，所述电压同样引起交变电流、所谓的次级交变电流。这个感应出的交变电流相对于初级电流相位移动180°。在电流足够充足的情况下，第二导体或工件(在本情况下焊接脚)由通过电流产生的热进行加热。所述热可以在非铁磁的材料中借助于牛顿定律确定。

载流的初级导体称为感应器。感应器的形状匹配于待加热的工件区段的结构、特别是焊接脚的结构。

存在不仅使用感应的单匝感应器而且使用具有n匝的多匝感应线圈的可能性，其中，在后一种情况下，工件中的次级电流与匝数成比例地升高并且达到初级电流的n倍的值。

感应出的电流主要仅在导体的表面上流动。因此，在经感应式加热的金属体中产生的热能在其表面层上积聚，所述表面层的厚度与材料的频率以及电和磁的特性有关。对此的集肤效应通过如下方式实现，即，在导体中流动的交变电流通过在其内部中的自感应同样产生涡流，所述涡流与初级电流相反地指向。通过这个出现的叠加，在导体的内部中产生较高的阻抗，所述阻抗引起在导体的表面上的电流的集中。随着频率变大，该效果增大，从而在高频率时仅还有导体的非常薄的表面层流过。这还导致，有效的阻抗随着频率越来越大相对于其直流阻抗明显地升高。此外，电流密度从表面向导体内部按照e函数减小。因此，参考感应式加热可确定，引入感应器中的工件的情况与载流导体一样。

与集肤效应的问题无关，感应式加热相对于其他热的加热方法的主要优点基于如下事实，即，热直接在工件本身中产生。因此，感应式加热不需要通过对流、辐射和/或热传导进行传输，这原则上能实现高的加热速度。

如果对于待焊接的材料使用铁磁材料，则热能此外还增加，所述热能通过由于持续变换的电磁场进行反复磁化而产生。

按照本发明，学术的偏见被克服，所述偏见在于，在将电的接触元件上的金属的焊接脚与焊接连接面进行焊接的情况下尽可能不利用高频率，以便避免对焊接连接面的过度加热，因为否则导出过多的热并且因此仅不充分地加热待焊接的构件。

按照本发明认识到，在由包括铁镍合金或铁铬合金的材料制成的电的接触元件、特别是焊接脚的构造方案中，在高频率时也给出通过较高的涡流损耗对铁磁元件的很快速的加热。因为通常由含银的厚层材料制成的焊接连接面构成好得多的电导体，所以在那里通过感应转化的能量小得多，从而在力求的过程持续时间非常短的情况下快速且充分地加热焊接脚材料，但仅微小地加热相应的焊接连接面。因此，也仅较少的能被引导到基质、特别是所使用的玻璃板上，从而可以避免由焊接过程引起的热应力。

另一个优点在于，按照本发明的方法对于焊接过程应用无铅的连接材料、特别是无铅的焊料。

在无铅的焊料中，为了取代缺少的铅的可延展性，玻璃板和焊接脚材料的热膨胀系数的匹配通过如下方式实现，即，取代焊接脚材料中的铜，更确切地说特别是由铁镍合金或铁铬合金取代。恰好一种这样的合金材料导致较高的涡流损耗的特别有利的效果，此时较快速的且较强烈的加热，从而产生多重优点，更确切地说在焊接时热膨胀系数和希望的过程时间缩短的方面。

以意想不到的方式，在所提出的过程引导中并且在应用900khz的范围内的高频能时，处于盘上的焊接连接面的银层材料未受到不利影响或损害。

在按照本发明的方法的一种改进方案中，过程引导可以如此设计，使得短时间的冷却阶段跟随短时间的感应的第一加热步骤，其他感应加热阶段跟随所述第一加热步骤。这样的周期也可以多次实施，更确切地说在非常短的整个过程时间之内。这样的过程引导显著地提高所实现的焊接连接的剪切强度。

按照本发明，所使用的电的接触元件用于接通处于面状的载体上、特别是所提到的玻璃板上的能传导的结构，该结构又包括银厚层。

如已经提到的那样，所述载体或基质优选是由安全玻璃制成的盘，特别是用于在机动车技术中。所述能传导的结构是能导电的形成物，例如形式为天线或热导体布置结构，其能借助于丝网印刷实现。作为连接机构特别是使用无铅的焊料，所述焊料处于电的连接元件的没有用于紧固柔性导体的套管(adernendhülse)或类似机构的那侧上。

构造为焊接脚的接触元件具有数字8的至少近似的形状或近似的圆环形。在此，焊接脚面状地构造并且由铁镍合金或铁铬合金制成。

按照本发明，所述焊接脚包括多个不彼此啮合的或不接触的、亦即隔开间距的圆面、圆环或圆环部段。在所述圆面之间存在连接面状件，所述连接面状件用于固定连接机构、例如套管。

优选地，所述连接材料可以作为焊接锡圆片坯料在一侧施加在接触元件上。

以优选的方式，所述接触元件、亦即所述焊接脚由fecr28或feni29co17制成。

无铅的焊料至少作为组成部分具有如下合金：bi57sn42ag1、bi57sn40ag3、snag3.8cu0.7或sn55bi44ag1。

通过电的接触元件的材料选择，得到如下膨胀系数，该膨胀系数非常接近汽车玻璃板的膨胀系数、亦即处于大约9×10^-6k。可能产生的或余下的应力通过焊接脚的特别形状分布在玻璃中并且由玻璃材料接收，而不存在受影响或损坏的危险。

例如所述焊接脚在一定程度上沿纵向彼此分开的“8”的结构中具有大约20mm的长度并且相应地在大约0.8mm的材料厚度时具有大约6mm的端侧外径。在本发明的构造方案的意义中存在，将焊接脚的所提到的形状也变换成彼此分开的双8，而不离开发明教导。连接面状件具有大约9mm的长度。

以意想不到的方式已经证实，特别是接触元件的所提出的面状形状足以在希望地快速加热和降低过程时间的意义中优化地感应式预热，其中，为了避免不利的电磁杂散场，焊接脚的所述表面侧中的至少一个表面侧具有例如0.2mm的环绕的半径。

在用于焊接含铁镍的或由优质钢制成的接触元件或焊接脚的示例性实验中，可以证明与对含铜材料的感应式焊接相比过程时间缩短>50％。如果将所提出的感应式焊接与对电的接触元件的传统电阻焊接相比较，则过程时间从在感应式焊接时的12至15秒缩短到大约4至6秒。

概括地说，按照本发明的方法的特征在于提供构造为焊接脚的电的接触元件的步骤，其中，接触元件材料基于铁镍合金或铁铬合金。此外，将无铅的连接材料施加到接触元件、亦即焊接脚上。接着，将焊接脚定位在相应的焊接连接面上，所述焊接连接面优选由银厚层材料制成并且处于玻璃板上。

接着，借助于高频能来感应式加热所述焊接脚，此时产生提高地加热焊接脚材料并且仅降低地加热相应的焊接连接面的含银材料。在非常短的时间、特别是≤10秒的时间、优选特别是4至6秒的时间之后结束焊接步骤。

附图说明

按照本发明的电的连接元件、亦即特定构造的焊接脚应借助实施例以及在借助附图的情况下详细解释。

在这里：

图1示出具有以比例尺8：1的示例性标注尺寸的焊接脚的侧视图；

图2示出按照图1的接触元件的俯视图；

图3示出按照图1的细节图a，并且

图4示出焊接脚的窄侧视图。

具体实施方式

在附图中示出的电的连接元件构造为焊接脚并且包括两个圆面部段1；2。

连接面状件3处于圆面部段1；2之间。因此，在按照图2的俯视图中，焊接脚具有在一定程度上彼此分开的“8”的形状，其具有两个不彼此啮合的圆面部段1；2和连接面状件3。

优选地，导体或套管(未示出)在连接面状件3的区域中例如通过熔焊或钎焊紧固。

在圆面部段1；2的区域中在焊接脚的下侧上构造有突出部4，所述突出部例如是压出的凸粒(sicke)。

这些突出部4在焊接过程中贴靠在结构的表面上并且以0.3mm的示例性高度形成确定的焊接间隙。

在套筒状的孔5中能材料锁合地固定焊料，使得焊接脚包括焊料在内的对应的预制可以以简单的方式进行。

为了避免不利的电磁的杂散场或场集中，焊接脚的所述表面侧中的至少一个表面侧设有例如0.2mm的环绕的半径6。

在图1和2中示出的标注尺寸是纯示例性的、亦即不可局限于按照本发明的教导地理解。

连接面状件3可以具有例如半径r＝0.8mm的折弯7。

决定性地，渐缩部8是这样的，使得连接面状件3的宽度小于对应的圆面部段1；2的直径。在示出的示实例中，连接面状件3的宽度为4mm；反之圆面部段1；2的直径为6mm。