CN110401043A - 导电装置和用于制造该导电装置的方法 - Google Patents

导电装置和用于制造该导电装置的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种导电装置和一种用于制造导电装置的方法，其中导电装置包括第一电导体元件和第二电导体元件，其中第一电导体元件具有带有第一材料的第一接触部分以及第二电导体元件具有第二接触部分，其中第一接触部分焊接到第二接触部分，其中第二接触部分在面向第一接触部分的第二接触部分的一侧上具有预定的微结构，其中至少一个凹部，其中第一接触部分的第一材料至少部分地填充预定的微结构的凹部。

Description

导电装置和用于制造该导电装置的方法
技术领域
本发明涉及一种导电装置，以及涉及一种用于制造该导电装置的方法。
背景技术
已知具有第一导电部件和第二导电部件的导电装置，第一导电部件焊接在第二导电部件上。
发明内容
本发明的一个问题是要提供一种改进的导电装置和一种用于制造这样的导电装置的改进方法。
该问题通过本申请的导电装置和通过本申请的用于制造这样的导电装置的方法来解决。有利的实施例在其他部分中给出。
已经认识到，可以提供改进的导电装置，其中导电装置包括第一电导体元件和第二电导体元件，其中第一电导体元件具有带第一材料的第一接触部分和第二电导体元件具有第二接触部分。第一接触部分焊接到第二接触部分。第二接触部分在面向第一接触部分的第二接触部分的一侧上具有预定的微结构，该微结构具有至少一个凹部。第一接触部分的第一材料至少部分地填充预定的微结构的凹部。
该构造具有的优点是，第一电导体元件可以特别便宜地连接到第二电导体元件。此外，导电装置可以在高拉力或剪切力下受到应力。结果，确保了第一电导体元件和第二电导体元件之间的电连接的良好接触安全性。
在另一实施例中，预定的微结构具有多个凹部，其中凹部优选地彼此基本相同地形成，其中预定的微结构的凹部基本上完全填充有第一材料。结果，确保了用于将第一电导体元件焊接到第二电导体元件的特别大的表面，使得第一电导体元件特别好地与第二电导体元件的第二材料粘结地连接。
在另一实施例中，凹部布置成距离面向第一接触部分的第二接触部分的接触面一预定距离。
在另一实施例中，凹部具有最大横向范围，其具有一值，其中该值在50μm至300μm的范围内，特别是100μm至200μm。附加地或替代地，凹部具有为另一值的最大深度，其中该另一值在50μm至300μm的范围内，特别是100μm至200μm的范围内。替代地，凹部形成为通孔。附加地或替代地，预定的微结构的凹部距离具有附加的另一值的预定的微结构的最近附加凹部具有预定的最小距离，其中附加的另一值在20μm至200μm的范围内，特别是50μm至100μm。
在另一实施例中，凹部包括第一部分，其中第一部分朝向第一接触部分开口。结果，在第一接触部分焊接到第二接触部分期间确保第一材料渗透到凹部中。
在另一实施例中，凹部具有第二部分，其中第二部分在横向方向上邻近第一部分布置，其中第二接触部分的套环部分邻接在凹部的第二部分和第一部分之间。结果，第二部分朝向第一接触部分封闭。如果装载导体元件，则在布置在第二部分中的第一材料和第二接触部分的套环部分之间交换力并特别好地传递力。
在另一实施例中，第二接触部分具有第二材料，其中第二材料不同于第一材料。
在另一实施例中，第一材料具有比第二材料更低的拉伸强度，其中第一材料优选地包括铜，优选地包括E-Cu和/或Cu-ETP，并且第二材料优选地包括铝，铝化合物，特别是适用于激光焊接的铝合金，特别是EN AW 1050A，Al1100。
在另一实施例中，第一电导体元件包括导电部件，其中第一接触部分布置在导电部件的电导体上，其中第二电导体元件包括接触元件，其中第二接触部分布置在该接触元件上。
用于制造导电装置的方法至少具有以下步骤：提供第一电导体元件和第二电导体元件，至少部分地从第一电导体元件的第一接触部分移除涂层，从而形成预定的微结构，至少部分地，在第二电导体元件的第二接触部分上，将第一接触部分焊接到第二电导体元件的第二接触部分并填充预定的微结构的至少一个凹部。
在另一实施例中，预定的微结构被燃烧到第二接触部分中。预定的微结构优选借助于电磁辐射，优选借助于激光辐射和/或电子辐射来燃烧。结果，可以灵活且精确地生产微结构。此外，借助于电磁辐射，可以在非常短的时间内以精确且可再现的方式微结构化大面积接触表面。
在另一实施例中，第一接触部分和第二接触部分通过超声波焊接方法彼此焊接。
附图说明
下面将参考附图更详细地解释本发明。在附图中：
图1示出了导电装置的侧视图；
图2示出了导电装置的图1所示的电导体元件之一的接触面的放大剖切图；
图3示出了图2中所示的导体元件的展开的平面图；
图4示出了沿着穿过导电装置的图1所示的截面A-A的截面图的剖切图；
图5示出了用于制造图1至图4所示的导电装置的制造方法的流程图；
图6示出了在剥离测试期间图1至图4所示的穿过导电装置的纵向截面。
具体实施方式
在图1至4和6中，参考坐标系。坐标系被构造为右手系并且具有x轴(纵向方向)、y轴(横向方向)和z轴(垂直方向)。
图1示出了导电装置10的示意性侧视图。
作为示例，导电装置10包括第一电导体元件15和第二电导体元件20。在该实施例中，作为示例，第一电导体元件15形成为具有电导体30和护套35的电缆25。第一电导体元件15也可以以另一种方式形成。在该实施例中，电导体30形成用于数据传输。电导体30优选地包括一根或多根电线。特别地，可以想到的是，电导体30由细线或非常细的线形成。电导体30也可以形成为实心线。护套35使电导体30与导电装置10的环境和/或与另一电导体(未示出)隔离。
在该实施例中，电缆25形成为扁平带状电缆。在此情况下，可以提供另一个电缆25，其布置在电缆25的平面中，在图1中位于背离观察者的一侧上，两个电缆25被组合以制造扁平带状电缆并且通过护套35彼此连接。当然，也可以设想到，电缆25适合于电流的传输，例如用于驱动电机的电流的传输，特别用于高电流的传输。
电导体30具有第一材料，优选铜，特别优选E-Cu或Cu-ETP。当然，对于电导体30也可以考虑其他第一材料。
导电部件25具有端部区域40。在端部区域40的圆周上没有设置护套35。端部区域40包括第一接触部分50。第一接触部分50在圆周处具有第一接触面55。
在该实施例中，作为示例，第二电导体元件20形成为触头，特别是作为电池接头。当然，第二电导体元件20也可以以另一种方式形成。因此，也可以想到，第二电导体元件20形成为电池平衡导体。
第二电导体元件20具有第二材料。在该实施例中，第一材料与第二材料不同，第一材料优选地具有比第二材料更低的拉伸强度。特别有利的是，第二材料优选具有铝，特别优选铝合金，有利地是适合于焊接的铝合金，特别适用于激光焊接，特别有利地是EN AW-1050A或Al 1100。
第二电导体元件20具有第二接触部分60。第二接触部分60具有第二接触面65。在该实施例中，第一接触面55和第二接触面65例如基本上在一平面上并且彼此相反地延伸地布置。在第一接触面55处，第一接触部分50通过焊接连接件70粘接到第二接触面65。焊接连接件70可以通过例如超声波焊接方法，特别是通过超声摩擦焊接方法，建立。
在该实施例中，第二电导体元件20在第二接触面65上具有预定的微结构75。通过预定的微结构75，借助于第一接触部分50和第二接触部分60之间的焊接连接件70进行粘合的有效区域在微观水平下有针对性地扩大，并且具有精确限定的表面形状。结果，焊接连接件70可以在第一接触部分50和第二接触部分60之间传递特别大的力。
图2示出了图1中所示的第二电导体元件20的第二接触面65的放大剖切图。
预定的微结构75优选地具有布置在第二接触面85中的多个凹部80，85，其优选地形成为杯状。在图2的平面图中，凹部80，85具有圆形示例性构造。
凹部80，85例如以规则的图案布置在第二接触面65中。凹部80，85基本上形成为彼此相同。每个凹部80，85具有平行于第二接触面65的最大横向范围，其中横向范围a具有第一值，该第一值优选地在50μm至300μm的范围内，特别是100μm至200μm的范围内。如图2所示，横向范围a可以与x轴平行并且平行于y轴。
特别有利的是，当预定的微结构75的第一凹部80距离最近的例如具有第二值的第二凹部85(平行于第二接触面65)具有预定的最小距离b时，该第二值位于20μm至200μm的范围内，特别是50μm至100μm的范围内。
此外，预定的微结构75可以具有在第一凹部80和第二凹部85之间的凸起90。还可以省去凸起90，使得预定的微结构75形成在第一凹部80和第二凹部85之间，基本上在平面中延伸，因此以平面方式。通过凸起90，第二接触面65的表面被另外扩大。
图3示出了图2中所示的第二电导体元件20的展开的平面图。
第二电导体元件20形成为与图1和2中所示的第二电导体元件20的构造基本相同。与此相反，预定的微结构75在凹部80的布置方面具有不规则图案，因此，凹部80，85可以具有彼此不同的最小距离b。此外，凹部80，85相对于彼此不同地布置并且具有不同的最大横向范围a。也可以想到它们的组合。在此特别有利的是，当预定的微结构75被燃烧到第二接触部分60中时，例如借助于来自辐射源100的电磁辐射95，优选借助于光，特别是优选借助于激光。激光可以例如通过形成为辐射源100的光纤激光器产生。
图4示出了穿过图1中所示的导电装置10的沿着图1中所示的截面A-A的横截面的放大剖切图。
作为示例，凹部80，85具有第一部分105、第二部分110和作为示例的第三部分115。还可以想到另外数量的部分105，110，115。第一部分105沿横向方向相邻地布置在第二部分110和第三部分115之间。部分105，110，115在竖直方向上与凹部基部130相邻。在第一部分105上方，凹部在轴线120的方向上具有孔口135。
在该实施例中，凹部基部130例如基本上平行于第二接触面65延伸。当然，也可以想到凹部基部130的其他对准。
作为示例，凹部80，85相对于轴120旋转对称地形成。轴120平行于第二接触面65的法向矢量布置并且平行于z轴延伸。当然，也可以设想到，预定的微结构75的凹部80，85形成为轴向地对称于轴120布置的平面。也可以设想到，凹部80，85以另一种方式形成，例如不对称地形成。
在此特别有利的是，当凹部80，85具有垂直于第二接触面65的最大深度c，其具有第三值，该第三值在50μm至300μm的范围内，特别是100μm至200μm的范围内。最大深度c在z方向上垂直于最大横向范围a延伸。凹部80，85也可以形成为通孔。
第二部分110在竖直方向上由第二接触部分60的第一套环部分121在背离凹部基部130的一侧上界定。第一套环部分121与上侧的第二接触面65相邻侧。此外，第一套环部分121横向界定孔口135。孔口135具有孔口宽度a0。孔口宽度a0小于凹部的最大横向范围a。孔口宽度a0优选地比最大横向范围a小30％至50％。
第三部分115由第二接触部分60的第二套环部分125在背离凹部基部130的一侧界定。第二套环部分121与上侧的第二接触面65相邻。此外，第二套环部分125界定在第一套环部分121对面的孔口135。套环部分121，125相对于第二接触面65收缩凹部80，85。套环部分121，125延伸大约z方向上最大深度c的20％至50％。
凹部80，85基本上完全填充有第一接触部分50的第一材料。结果，在凹部80，85中，接触部分50接合在第二和第三部分110中的套环部分120，125的后面，结果，第一接触部分50可以将特别高的拉力FZ传递到第二接触部分60上。
图5示出了用于制造图1至图4中所示的导电装置10的方法的流程图。
在第一方法步骤200中，第一电导体元件15例如通过第一次输送到制造机器中而提供，并且第二电导体元件20例如通过第二次输送到制造机器来提供。
在第二方法步骤205中，在作为导电部件25的第一电导体元件15的构造中，护套35在端部区域40中与电导体30分离。在第一电导体元件15的不同构造中，例如，可以省略第二方法步骤205。
在第三方法步骤210中，从第一电导体元件15的第一接触部分50移除涂层，第一接触部分50优选地通过激光涂层去除方法在此净化。在此情况下，第一接触部分50的第一接触面55在去除涂层时可能被污染。
在一实施例中，第二方法步骤205和第三方法步骤210作为组合方法步骤执行，护套35通过激光涂层去除从端部区域40中的电导体30烧掉。此外，在夹套35烧掉之后，通过激光涂层去除来净化端部区域40。
在替代实施例中，第二方法步骤205和第三方法步骤210一个接一个地单独执行。作为示例，在第二方法步骤205中，将护套35从端部区域40机械地去除，例如剥离。在第三方法步骤210中，然后例如通过激光涂层去除来净化第一接触面55。
在第四方法步骤215中，将预定的微结构75引入第二接触面65中。预定的微结构75优选借助于辐射源100，优选借助于光纤激光器烧入第二接触面65。辐射源100可以以脉冲和/或调制方式操作。电磁辐射也可以通过镜子偏斜和/或可以借助于至少一个透镜聚焦在第二接触面65上。
在第五方法步骤220中，第一接触部分50和第二接触部分60位于端部位置，并且第一接触面55和第二接触面65彼此压在一起。
在第六方法步骤225中，借助于螺纹连接方法，优选地通过超声波焊接方法，特别是通过超声摩擦焊接方法，将第一接触部分50焊接到第二接触部分60。由于第一部分105的向上开口构造，第一电导体元件15的第一材料在焊接方法期间特别好地渗透到凹部80，85中，然后在横向方向上通过第一部分105被压入第二部分和第三部分110，115中，使得预定的微结构75的凹部80，85基本上完全被第一材料填充。通过将第一接触部分50压到第二接触部分60上，增强了液化的第一材料渗透到预定的微结构75的凹部80，85中。由此还确保了预定的微结构75的凹部80，85基本上完全填充。在第七方法步骤230中，冷却导电装置10。
由于导电装置10的上述构造以及所述用于制造导电装置10的制造方法，确保了第一电导体元件15的第一材料深入渗透到预定的微结构75中由于通过超声波焊接同时按压第一和第二接触部分50，60而发生。此外，提供预定的微结构75保证尽管第一接触部分50的污染可能在第三方法步骤210中发生，但是可以在第一电导体元件15和第二电导体元件20之间产生特别好且可靠的焊接连接件70。使得在制造导电装置10时的过程安全性特别好。
图6示出了在剥离测试期间穿过导电装置10的纵向截面。
在剥离测试期间，第一电导体元件15被拉离第二电导体元件20，使得两个电导体元件15，20沿相反方向被拉动。在此情况下，第一和第二电导体元件15，20各自变形，使得焊接连接件70基本上承受线性载荷。由于预定的微结构75，在剥离测试中需要特别高的分离力，以便将第一电导体元件15与第二电导体元件20分开。此外，可以在第一电导体元件15和第二电导体元件20之间传递特别高的力，由于第一电导体元件15的第一材料在第二和第三部分110，115中接合在后面。
应当注意到，预定的微结构75当然也可以以不同于图1至6中所述的方式形成。方法步骤200至230也可以以与上述不同的顺序执行。然而，该序列已被证明是特别有利的。
附图标记列表
10 导电装置
15 第一电导体元件
20 第二电导体元件
25 电缆
30 电导体
35 护套
40 端部区域
45 导电部件的端部
50 第一接触部分
55 第一接触面
60 第二接触部分
65 第二接触面
70 焊接连接件
75 预定的微结构
80 第一凹部
85 第二凹部
90 凸起
95 电磁辐射
100 辐射源
105 第一部分
110 第二部分
115 第三部分
120 轴
121 第一套环部分
125 第二套环部分
130 凹部基部
135 孔口
200 第一方法步骤
205 第二方法步骤
210 第三方法步骤
215 第四方法步骤
220 第五方法步骤
225 第六方法步骤
230 第七方法步骤
a 凹部的最大横向范围
b 凹部彼此的最小距离
c 深度
a0 孔口宽度

Claims (12)

1.一种导电装置(10)，
-具有第一电导体元件(15)和第二电导体元件(20)，
-其中第一电导体元件(15)具有带有第一材料的第一接触部分(50)，第二电导体元件(20)具有第二接触部分(60)，
-其中第一接触部分(50)焊接到第二接触部分(60)，
-其中第二接触部分(60)在面向第一接触部分(50)的第二接触部分(60)的一侧上具有预定的微结构(75)，该预定的微结构具有至少一个凹部(80，85)，
-其中第一接触部分(50)的第一材料至少部分地填充预定的微结构(75)的凹部(80，85)。
2.根据权利要求1所述的导电装置(10)，
-其中预定的微结构(75)包括多个凹部(80，85)，
-其中凹部(80，85)优选地彼此基本相同地形成，
-其中预定的微结构(75)的凹部(80，85)基本上完全被第一材料填充。
3.根据权利要求2所述的导电装置(10)，
-其中凹部(80，85)布置成距离面向第一接触部分(50)的第二接触部分(60)的接触面一预定距离(b)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的导电装置(10)，
-其中凹部(80，85)具有为一值的最大横向范围(a)，其中该值在50μm至300μm的范围内，特别是100μm至200μm的范围内，和/或
-其中凹部(80，85)具有为另一值的最大深度(c)，其中该另一值在50μm至300μm的范围内，特别是在100μm至200μm的范围内，或者-其中凹部(80，85)形成为通孔，和/或
-其中预定的微结构(75)的凹部(80)距离具有附加的另一值的最近的另一凹部(85)具有预定的最小距离(b)，其中附加的另一值在20μm至200μm的范围内，特别地在50μm至100μm的范围内。
5.根据前述权利要求中任一项所述的导电装置(10)，
-其中凹部包括第一部分(105)，
-其中第一部分(105)朝向第一接触部分(50)开口。
6.根据权利要求5所述的导电装置(10)，
-其中凹部(80，85)具有第二部分(110，115)，
-其中第二部分(110，115)布置成在横向方向上与第一部分(105)相邻，
-其中第二接触部分(60)的套环部分(120，125)邻接在第二部分(110，115)和第一接触部分(50)之间。
7.根据前述权利要求中任一项所述的导电装置(10)，
-其中第二接触部分(60)具有第二材料，
-其中第二材料不同于第一材料。
8.根据权利要求7所述的导电装置(10)，
-其中第一材料具有比第二材料低的拉伸强度，
-其中第一材料优选包含铜，特别优选包含E-Cu和/或Cu-ETP，第二材料优选包含铝，铝化合物，特别是适用于激光焊接的铝合金，特别是EN AW1050A，Al1100。
9.根据前述权利要求中任一项所述的导电装置(10)，
-其中第一电导体元件(15)包括导电部件(25)，
-其中第一接触部分(50)布置在导电部件的电导体(30)上，
-其中第二电导体元件(20)包括接触元件，
-其中第二接触部分(60)布置在接触元件上。
10.一种用于制造导电装置(10)的方法，
-其中该方法至少具有以下步骤：
-提供第一电导体元件(15)和第二电导体元件(20)，
-从第一电导体元件(15)的第一接触部分(50)至少部分地去除涂层，-在第二接触部分(60)上至少部分地形成预定的微结构(75)，
-将第一接触部分(50)焊接到第二电导体元件(20)的第二接触部分(60)。
11.根据权利要求10的方法，
-其中预定的微结构(75)燃烧到第二接触部分(60)中，
-其中预定的微结构(75)优选借助于电磁辐射，优选借助于激光辐射进行燃烧。
12.根据权利要求10或11的方法，
-其中第一接触部分(50)和第二接触部分(60)通过超声波焊接方法焊接。
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