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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kontaktsystem aus einem elektrischen Schweißkontaktelement und einem weiteren Kantaktteil sowie ein Verfahren zum Herstellen des Kontaktsystems bestehend aus dem elektrischen Schweißkontaktelement und dem weiteren Kontaktteil, insbesondere einem Flachkontakt oder einer Kontaktzunge eines Flachkontaktgitters.
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Im Stand der Technik sind eine Vielzahl von Kontaktteilen bekannt, die dazu bestimmt sind als Steckkontakt verwendet zu werden. Bei einem Steckkontakt ist wenigstens ein Bereich des Kontaktelementes als Stift oder als Federbuchse zur Aufnahme eines Gegenkontaktes ausgebildet.
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Aus der
DE 8913569 U1 ist zum Beispiel ein Kontaktelement einteilig mit einer Überfeder ausgebildet. Eine solche Überfeder läßt sich mit dem Kontaktelement in einem Zuge als einteiliges Stanz/Biegeteil durch Stanzen und Biegen aus einem Blechstreifen herstellen, so daß eine separate Herstellung der Überfeder sowie ihre Montage und Sicherung am Basisteil entfällt. Es ist auch zu berücksichtigen, daß bei der einteiligen Herstellung Material gespart werden kann, da bei einer zweiteiligen Herstellung schon im Hinblick auf die Stanzreste mehr Material verbraucht wird.
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In der
DE 69704540 T2 ist eine Klemmvorrichtung für Leitungen bekannt, mit einem leitenden Anschlusskontakt, einer Leitung auf dem leitenden Anschlusskontakt und einem elektrisch leitenden Streifen, wobei der Streifen unter Bildung einer Öffnung für die Leitung auf den Anschlusskontakt geschweißt ist.
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In diversen Anwendungen werden jedoch keine steckbaren Verbindungen benötigt, sondern dauerhafte materialschlüssige Verbindungen. Als Verbindungsverfahren kommen z. B. Schweißverfahren in Betracht, wie herkömmliche Lichtbogenschweißverfahren, Ultraschallschweißen, Laserschweißverfahren oder auch Reibschweißverfahren.
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Speziell im Automobilbereich und der Luftfahrtechnik werden hohen Anforderungen an die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Verbindungsprozesse gestellt. Neben der Qualität spielen auch die Prozesskosten und die, die Prozesskosten beeinflussende Prozesssicherheit eine grundlegende Rolle. Speziell bei formschlüssigen Verbindungstechniken tritt das Problem zu Tage, dass die Kontaktpaare, die es miteinander zu verbinden gilt, in eine definierte exakte Position zueinander gebracht werden müssen und für die Dauer des Schweißprozesses ggf. mittels Halte- oder Hilfsvorrichtungen in dieser Position gehalten werden müssen. Neben dem Problem der Lageabweichung tritt ein weiteres Problem dann zu Tage, wenn die spezielle Geometrie der Kontaktpaare die Kontaktierung im Prozess weiter erschwert. So müssen zum Beispiel in der Automobilindustrie bei der Herstellung von elektrischen Verbindungen bzw. von Kabelsätzen Flachkontakte oder ganze Reihen von Flachkontakte auf korrespondierende Kontakte aufgebracht werden.
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Daraus ergibt sich unter anderem die Anforderung, dass Kontaktsysteme aus mehreren Einzelteilen auszubilden sind, die es ebenfalls im Prozess zu Montieren, Halten und Bearbeiten gilt, was häufig fertigungstechnisch mit Schwierigkeiten in der Umsetzung verbunden ist, sowie aufwendig und teuer ist.
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Aus der
DE 100 60 394 A1 ist zum Beispiel eine Vorrichtung bekannt, durch die ein Bauteilpaar fixierbar ist, um so eine Schweißverbindung mittels eines Lasers anzubringen. Hierzu ist die Vorrichtung zumindest im Spektrum des von dem Laser emittierten Lichtes transmissiv ausgeführt, so daß ein Laserstrahl durch die Vorrichtung hindurch auf das Bauteil gelangt. Daher wirkt sich auch eine großflächige Überdeckung des Bauteiles durch Auflageflächen der Vorrichtung, wie sie zur Erreichung einer optimalen Fixierung erforderlich ist, bei der Durchführung des Schweißverfahrens nicht hinderlich aus. Die Durchführung eines Schweißverfahrens erfordert ferner regelmäßig die Überwachungsmöglichkeit der Qualität der Schweißverbindung. Es ist daher wünschenswert ein Verfahren bereit zu stellen, welches eine wie zuvor beispielhaft angegebene Vorrichtung entbehrlich macht und die Problematik der Fixierung der Bauteile über eine Vorrichtung vollständig umgeht bei gleichzeitig hoher Positions- und Lagegenauigkeit und Prozesssicherheit.
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Ferner besteht ein Bedürfnis darin Materialpaarungen für das Kontaktsystem so zu kombinieren, dass die jeweils von dem verwendeten Bauteil gegebene Materialeigenschaft optimal genutzt werden kann. So sind typischerweise sichere und dauerhafte Verbindungen mit einem Kabel mit einem Kontaktsystem an wenigstens einer Anschlussstelle herzustellen, während andererseits die Kontaktzone eine für die Applikation geeignete Materialeigenschaften aufweisen sollte und darüber hinaus die Schweißbarkeit gewährleistet sein muß.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, vorbesagte Probleme und Nachteile zu überwinden und ein elektrisches Kontaktsystem aus zwei miteinander zu verbindender Kontaktteile, insbesondere aus Schweißflachkontaktteilen bereitzustellen, welches eine Hilfseinrichtung zur sicheren Halterung der Kontaktteile entbehrlich macht. Es ist ferner Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Kontaktsystems bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Kontaktsystem mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie einem Verfahren zur Herstellung eines Kontaktsystems mit den Merkmalen von Anspruch 10.
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Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin dem eigentlichen materialschlüssigen Verbindungsprozess einen mechanischen Vorfixierprozess vorzuschalten und die miteinander zu verbindenden Kontaktelemente daher so auszubilden, dass sich das eine Kontaktelement mittels eines federnden Fixierelements am anderen Kontaktelement mit diesem zusammen in eine definierte Vormontageposition bringen lässt. Das erste Kontaktelement, vorzugsweise Flachkontaktelement wird sozusagen auf dem zweiten Kontaktelement federnd aufgebracht, so dass die miteinander zu verbindenden Schweißverbindungsabschnitte übereinander angeordnet und für den Schweißprozess zugänglich sind.
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Erfindungsgemäß wird daher ein elektrisches Kontaktsystem bestehend aus einem ersten Kontaktelement mit einem (vorzugsweise flachen) Schweißverbindungsabschnitt und einem zweiten Kontaktelement mit einem (vorzugsweise ebenfalls flachen) Schweißverbindungsabschnitt vorgeschlagen, um die beiden Schweißverbindungsabschnitte in berührende Anlage und materialschlüssig verbinden zu können, wobei das erste Kontaktelement benachbart zum Schweißverbindungsabschnitt ein, vorzugsweise zwei Fixierarme aufweisendes, weiter vorzugsweise U-förmig gebogenes federndes Fixierelement aufweist und zwar zum klemmenden Halten und Fixieren eines Halteabschnittes des zweiten Kontaktelementes und wobei das zweite Kontaktelement den Halteabschnitt benachbart zum Schweißverbindungsabschnitt so ausbildet, dass sich, im für den Schweißprozess vorfixierten Zustand, die beiden Schweißverbindungsabschnitte berührend gegenüberliegen.
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Weiter bevorzugt ist es daher, eines der Kontaktelemente auf der zu verschweißenden Seite des Schweißverbindungsabschnittes mit einer Schweißkuppe zu versehen, so dass eine gezielte punktuelle Energieeinleitung erzielt werden kann.
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Erfindungsgemäß wird ferner ein solches elektrisches Kontaktsystem vorgeschlagen, bei dem die beiden Kontaktelemente materialschlüssig, vorzugsweise im Bereich der Schweißverbindungsabschnitte miteinander verbunden sind.
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In einer weiter vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das elektrische Kontaktsystem so ausgebildet, dass an dem Schweißverbindungsabschnitt des ersten Kontaktelements ferner Crimpanschlußzungen oder eine Crimpanschlusskontur zum Anschluß einer Leitung einstückig mit dem Kontaktelement ausgebildet sind. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das erste Kontaktelement einstückig mittels eines Stanz-Biege-Prozesses hergestellt wird und an dem Flachkontakt ein Crimpanschluß ausgebildet ist, wobei an der dem Crimpanschluß gegenüberliegenden Ende des Flachkontaktes das erfindungsgemäße Fixierelement ausgebildet ist.
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Weiter von Vorteil ist es, wenn der Schweißverbindungsabschnitt des ersten Kontaktelements eine Oberseite und eine der Oberseite gegenüberliegende, als Schweißverbindungsseite ausgebildete Unterseite aufweist und/oder wenn der korrespondierende Schweißverbindungsabschnitt des zweiten Kontaktelements eine Unterseite und eine der Unterseite gegenüberliegende, als Schweißverbindungsseite entsprechend geformte Oberseite aufweist.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ragen die beiden Fixierarme aus der von dem Schweißverbindungsabschnitt gebildeten Unterseite hervor und erstrecken sich im Wesentlichen parallel zueinander von der Flachseite weg. Weiter vorteilhaft ist es, wenn sich der Crimpanschluss in die eine und das Fixiermittel in die entgegengesetzte Richtung erstrecken, so dass eine besonders vorteilhafte Montageposition erzielt werden kann.
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In einer weiter bevorzugten Ausbildung der Erfindung weisen die beiden Fixierarme einen gerade verlaufenden Linearabschnitt auf. Weiter von Vorteil ist es, wenn die Fixierarme im Anschluss an die genannten Linearabschnitte eine Nase aufweisen bzw. durch einen Krümmungsabschnitt ausbilden, die sich in Richtung des jeweils gegenüberliegenden Fixierarms erstreckt und wobei der Abstand der beiden Nasen kleiner gewählt ist als die Breite des zweiten Kontaktelementes im Bereich des korrespondierenden Halteabschnittes.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung entspricht die Länge des jeweiligen Linearabschnittes der Höhe des zweiten Kontaktelementes im Bereich des korrespondierenden Halteabschnittes entspricht der Abstand der beiden Innenseiten der Linearabschnitte in etwa der Breite des zweiten Kontaktelementes im Bereich des korrespondierenden Halteabschnittes. Durch eine solche Ausgestaltung wird sichergestellt, dass beim Aufstecken des ersten Kontaktelementes auf den Halteabschnitt des zweiten Kontaktelementes die Arme des Fixierelementes auseinanderfedern und über den Halteabschnitt einschnappen bzw. wieder in ihre ursprüngliche Lage zurückfedern und der Halteabschnitt dann sowohl seitlich (durch die Linearabschnitte), in Richtung der Öffnung des Fixiermittels (durch die Nasen) und nach „Oben” durch den Mittelsteg des U-förmigen Fixierelementes in einer definierten Position fixiert jedoch lösbar gehalten wird.
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Erfindungsgemäß wird ferner ein Set aus mehreren elektrischen Kontaktsystemen, mit in gleicher Anzahl in Reihe angeordneter erster und zweiter Kontaktelementen vorgeschlagen, wobei die zweiten Kontaktelemente vorzugsweise aus einem Stanzgitter mit einem definiertem Stanzgitterabstand gebildet werden.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines materialschlüssigen elektrischen Kontaktsystems mit wenigstens den folgenden Schritten:
- – Herstellen und/oder Bereitstellen eines oder mehrerer erster Kontaktelemente mit jeweils einem Schweißverbindungsabschnitt und einem Fixierelementen und;
- – Herstellen und/oder Bereitstellen eines oder mehrerer zweiter Kontaktelemente mit jeweils einem Schweißverbindungsabschnitt und einem Halteabschnitten;
- – Fixieren des oder der zweiten Kontaktelemente mittels des jeweiligen Fixiermittels an einem korrespondierenden ersten Kontaktelement in einer Montageposition so, dass sich die Schweißverbindungsabschnitte berührend gegenüberliegen, sowie
- – Herstellen eines Materialschlusses an jeweils den beiden Schweißerbindungsabschnitten zum dauerhaften Verbinden der aneinander fixierten Kontaktelemente zu einem materialschlüssig verbundenen Kontaktsystem.
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Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines ersten Kontaktelementes eines erfindungsgemäßen Kontaktsystems;
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2 eine perspektivische Ansicht des ersten Kontaktelementes aus 1 mit einem Stanzgitterelement zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Kontaktsystems und
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3 eine perspektivische Ansicht auf ein Set aus erfindungsgemäß hergestellten Kontaktsystemen mit Kontaktelementen wie in 2 gezeigt.
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Die 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines ersten Kontaktelementes 10 eines erfindungsgemäßen elektrischen Kontaktsystems 1 und in 2 ist eine perspektivische Ansicht des ersten Kontaktelementes 10 aus der 1 zusammen mit einem Stanzgitterelement 20 (Kontaktelement 20) zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Kontaktsystems 1 gezeigt. Das elektrische Kontaktsystem 1 besteht demnach aus dem ersten Kontaktelement 10, welches mit einem Schweißverbindungsabschnitt 11 ausgebildet ist und dem zweiten Kontaktelement 20, welches ebenfalls mit einem Schweißverbindungsabschnitt 21 ausgebildet ist. Die beiden Schweißverbindungsabschnitte 11, 21 sind so ausgebildet, um miteinander in Anlage gebracht zu werden und um die Kontaktelemente 10, 20 materialschlüssige miteinander verbinden zu können, wie dies in 3 für ein Set von Kontaktsystemen 1 dargestellt ist.
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Das erste Kontaktelement 10 hat einen zentralen Flachabschnitt, der den Schweißverbindungsabschnitt 11 ausbildet. Benachbart zum Schweißverbindungsabschnitt 11 ist ein U-förmig gebogenes federndes Fixierelement 12 ausgebildet. Das Fixierelement 12 ist in seiner Abmessung und Form so gestaltet, dass es bestimmungsgemäß zum klemmenden Halten und Fixieren des Halteabschnittes 22 des zweiten Kontaktelementes 20 dient. Daher bildet das Fixierelement 12 zwei Fixierarme 12a, 12b aus, die sich (in der 2) „senkrecht nach unten” in Richtung zum fixierenden Kontaktelement 20 erstrecken.
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Das zweite Kontaktelement 20 bildet einen korrespondierenden Halteabschnitt 22 benachbart zum Schweißverbindungsabschnitt 21 so aus, dass sich, im für den Schweißprozess vorfixierten Zustand, die beiden Schweißverbindungsabchnitte 11, 21 berührend gegenüberliegen. Auf der Oberseite 21a des Schweißverbindungsabschnittes 22 des Kontaktelement 20 ist eine Schweißkuppe 23 bzw. Schweißlinse vorgesehen.
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In der 3, sind die jeweils beiden Kontaktelemente 10, 20 materialschlüssig im Bereich der Schweißverbindungsabschnitte 11, 21 miteinander verbunden. An dem Schweißverbindungsabschnitt 11 des ersten Kontaktelementes 10 sind ferner Crimpanschlußzungen 11a, 11b zum Anschluß einer Leitung 30 einstückig mit dem Kontaktelement 10 ausgebildet.
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Es ist ferner aus den Figuren ersichtlich, dass der Schweißverbindungsabschnitt 11 des Kontaktelements 10 eine Oberseite 11a und eine der Oberseite gegenüberliegende, als Schweißverbindungsseite 11b ausgebildete Unterseite aufweist. Weiter zu erkennen ist, dass der Schweißverbindungsabschnitt 21 des Kontaktelements 20 eine Unterseite 21b und eine der Unterseite gegenüberliegende, als Schweißverbindungsseite 21a ausgebildete Oberseite aufweist. Die beiden Fixierarme 12a, 12b erstrecken sich aus der von dem Bchweißverbindungsabschnitt 11 gebildeten Unterseite 11b weg und zwar im Wesentlichen parallel zueinander in einem Winkel von 90° lotrecht von der Fläche weg und sind an ihrem oberen Teil mit einem quer verlaufenden Basisteil verbunden. Die beiden Fixierarme 12a, 12b weisen ferner einen gerade verlaufenden Linearabschnitt 12c auf und es ist ferner im Anschluss an den Linearabschnitt 12c eine Nase 12d ausgebildet, die sich in Richtung des jeweils gegenüberliegenden Fixierarms erstreckt. Der Abstand der beiden Nasen 12d ist kleiner gewählt als die Breite des zweiten Kontaktelementes 20 im Bereich des korrespondierenden Halteabschnittes 22. Wie in 3 ersichtlich, ist die Außengeometrie der beiden Flachkontaktabschnittsbereiche in etwa identisch, so dass diese übereinander fluchtend angeordnet werden können.
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Die Länge des Linearabschnitt 12c entspricht vorliegend etwa der Hohe des zweiten Kontaktelementes 20 im Bereich des korrespondierenden Halteabschnittes 22. Ferner entspricht der Abstand der beiden Innenseiten der Linearabschnitte 12c in etwa der Breite des zweiten Kontaktelementes 20 im Bereich des korrespondierenden Halteabschnittes 22 entspricht. Die Schweißverbindungsabschnitte weißen eine im Wesentlichen quader-förmige Form mit rechteckigem Querschnitt auf.
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Das Set aus Kontaktsystemen in der 3 wurde gemäß dem folgenden Verfahren hergestellt:
- – Herstellen und Bereitstellen von vier Kontaktelementen 10 mit jeweils einem Schweißverbindungsabschnitt 11 und einem Fixierelementen 12 und;
- – Herstellen und Bereitstellen von vier Stanzgitter-Kontaktelementen 20 mit jeweils einem Schweißverbindungsabschnitt 21 und einem Halteabschnitt 22;
- – Aufstecken und Fixieren der Kontaktelemente 10 auf die Kontaktelemente 20 mittels des jeweiligen Fixiermittels 12 so, dass sich die Schweißverbindungsabschnitte 11, 21 berührend gegenüberliegen und
- – Herstellen einer Schweißverbindung an den jeweiligen Schweißverbindungsabschnitten 11, 21 zum dauerhaften Verbinden der aneinander fixierten Kontaktelemente 10, 20.
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Das Bereitstellen der Kontaktelemente 10 kann vorzugsweise mit einer angeschlagenen und angecrimpten Leitung 30 erfolgen.
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Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.
