DE102015216205A1

DE102015216205A1 - Verfahren zum Herstellen einer Steckverbindung, Verfahren zum Verstärken einer Steckverbindung und Vorrichtung

Info

Publication number: DE102015216205A1
Application number: DE102015216205.2A
Authority: DE
Inventors: Dietmar Huber; Svenja Raukopf; Jakob Schillinger
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2015-08-25
Filing date: 2015-08-25
Publication date: 2017-03-02
Also published as: US20180175573A1; MX2018002104A; CN107925207B; CN107925207A; BR112018000683A2; EP3342008A1; KR20180026782A; EP3342008B1; WO2017032574A1; US10892589B2; KR102071150B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Steckverbindung und ein Verfahren zum Verstärken einer Steckverbindung, wobei eine Verbindungszone mit einem Laserstrahl geschweißt wird, welcher aufgrund von Transparenz durch ein umgebendes Gehäuse durchdringt. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Vorrichtung mit einer derart hergestellten Steckverbindung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Steckverbindung, ein Verfahren zum Verstärken einer Steckverbindung sowie eine damit hergestellte Vorrichtung.
Steckverbindungen sind im Einsatz häufig Belastungen wie beispielsweise Vibrationen, Temperaturwechseln oder anderen Einflüssen ausgesetzt, bei welchen eine Verbindungszone zwischen zwei Anschlüssen geschädigt werden kann.
Bisherige Lösungen beruhen insbesondere auf herkömmlichen Steckverbindungen, welche nach ihrer Herstellung und Ummantelung typischerweise nicht mehr zugänglich sind. Zur Verbindung werden beispielsweise Splice-, Löt-, Schweiß- oder Klebeverbindungen in einem noch nicht verschlossenen Bereich eingesetzt. Bei der letzteren Variante wird insbesondere in einem separaten Schritt eine Verbindungsstelle durch einen Verschlussprozess geschützt, beispielsweise durch Vergießen.
Bei Vorgehensweisen gemäß dem Stand der Technik hat es sich gezeigt, dass die Belastbarkeit für zahlreiche Anwendungen zu niedrig ist. Außerdem erfordert ein alternativer Verbindungsprozess oder ein nachträglicher Schutz der Verbindungsstelle einen aufwändigen Prozessablauf.
Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen einer Steckverbindung, ein Verfahren zum Verstärken einer Steckverbindung sowie eine damit hergestellte Vorrichtung vorzusehen, wobei eine alternative, insbesondere zuverlässigere und/oder einfacher herzustellende Verbindung ausgebildet wird.
Dies wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Anspruch 1, ein Verfahren nach Anspruch 2 sowie eine Vorrichtung nach Anspruch 14 erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen können beispielsweise den jeweiligen Unteransprüchen entnommen werden.
Der Inhalt der Ansprüche wird durch ausdrückliche Inbezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Steckverbindung, welches folgende Schritte aufweist:

– Zusammenführen eines ersten Terminals und eines zweiten Terminals, so dass sie in einer Verbindungszone überlappen, dann
– Ummanteln der Verbindungszone mit einem Kunststoffmaterial, welches in zumindest einem Wellenlängenbereich transparent ist, und
– Bestrahlen der Verbindungszone mit einem Laserstrahl, dessen Wellenlänge in dem Wellenlängenbereich liegt, zur Durchführung einer Laserstrahlschweißung.

Mittels dieses erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine Steckverbindung hergestellt werden, welche durch die Laserstrahlschweißung besonders zuverlässig und lange haltbar ist. Durch die Verwendung eines zumindest teilweise transparenten Kunststoffmaterials kann die Laserstrahlschweißung durchgeführt werden, wenn die Verbindungszone bereits ummantelt wurde. Separate Verfahrensschritte sind somit nicht nötig.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Verstärken einer Steckverbindung,

– wobei die Steckverbindung aus einem ersten Terminal und einem zweiten Terminal gebildet ist, welche sich in einer Verbindungszone überlappen,
– wobei die Verbindungszone mit einem Kunststoffmaterial, welches in zumindest einem Wellenlängenbereich transparent ist, ummantelt ist, wobei das Verfahren folgenden Schritt aufweist:
– Bestrahlen der Verbindungszone mit einem Laserstrahl, dessen Wellenlänge in dem Wellenlängenbereich liegt, zur Durchführung einer Laserstrahlschweißung.

Mittels dieses Verfahrens kann insbesondere eine bereits ausgebildete Steckverbindung verstärkt werden, wobei vorteilhaft ebenfalls auf das Verfahren der Laserstrahlschweißung zurückgegriffen werden kann.
Durch die Laserstrahlschweißung kann insbesondere eine Schweißstelle ausgebildet werden, welche das erste Terminal mit dem zweiten Terminal verbindet. Diese Schweißstelle kann Kräfte, welche typischerweise auf die Steckverbindung wirken, aufnehmen und abfangen, so dass es nicht zu schädlichen Einflüssen kommt.
Durch die Laserstrahlschweißung kann insbesondere eine Mehrzahl von Schweißstellen gebildet werden, insbesondere können zwei Schweißstellen ausgebildet werden. Diese verbinden das erste Terminal mit dem zweiten Terminal.
Durch die Verwendung von mehreren Schweißstellen kann die Wirkung der Laserstrahlschweißung erhöht werden, da die Kräfte an mehreren Stellen eingeleitet bzw. übertragen werden.
Das erste Terminal kann insbesondere ein männliches Terminal sein. Das zweite Terminal kann insbesondere ein weibliches Terminal sein. Derartige männliche und weibliche Terminals passen typischerweise ineinander. Die Terminals können insbesondere komplementär zueinander ausgebildet sein.
Das erste Terminal und/oder das zweite Terminal können auch eine flachzungenartige Struktur aufweisen. Insbesondere in diesem Fall können das erste Terminal und/oder das zweite Terminal eine Aufgleithilfe aufweisen. Dies erleichtert das Zusammenfügen der beiden Terminals.
Das Verfahren kann gemäß einer Ausführung ferner folgenden Schritt aufweisen:

– Ermitteln eines optimalen Fokuspunkts, auf welchen der Laserstrahl dann fokussiert wird.

Damit kann vor der Laserstrahlschweißung ermittelt werden, an welcher Stelle die Laserstrahlschweißung vorteilhaft durchgeführt wird. Insbesondere kann ermittelt werden, an welcher Stelle sich in der Verbindungszone ein Hohlraum befindet. Der optimale Fokuspunkt liegt dann bevorzugt außerhalb dieses Hohlraums, da im Hohlraum typischerweise nur eine schlechtere Schweißung möglich wäre.
Das Verfahren kann ferner vorteilhaft einen Schritt des Überprüfens der Verbindungszone, insbesondere von ausgebildeten Schweißstellen, aufweisen. Damit können Schweißstellen überprüft werden, so dass etwaige Fehler bei deren Herstellung erkannt werden, bevor ein hergestelltes Bauteil ausgeliefert wird und eventuell erst im Einsatz ein Fehler auftritt.
Das Ermitteln und/oder das Überprüfen kann insbesondere mittels eines Röntgengeräts durchgeführt werden. Dies hat sich für typische Einsatzzwecke bewährt.
Der Laserstrahl kann aus umlaufenden Richtungen auf die Verbindungszone gestrahlt werden. Dies ermöglicht eine punktuelle Erhitzung eines sehr kleinen Bereichs in der Verbindungszone, wobei eine übermäßige Erhitzung von umliegendem Material vermieden wird. Der Laserstrahl kann auch aufgeteilt werden in eine Mehrzahl von Teilstrahlen, welche gleichzeitig aus unterschiedlichen Richtungen auf die Verbindungszone gestrahlt werden. Auch dies ermöglicht den gleichen Effekt, so dass nur an einem bestimmten Punkt eine relevante Wärmeentwicklung auftritt.
Der Laserstrahl kann insbesondere eine Wellenlänge zwischen 520 nm und 565 nm aufweisen. Dies entspricht einem grünen Bereich. Ein solcher Wellenlängenbereich hat sich für typische Anwendungen als vorteilhaft herausgestellt.
Das Kunststoffmaterial kann beispielsweise Polybutylenterephthalat (PBT) oder Polyamid (PA) sein. Diese Kunststoffe weisen vorteilhafte Eigenschaften zur Ummantelung einer Verbindungszone und außerdem zumindest in einigen Ausführungen die gewünschte Transparenz auf.
Das erste Terminal und/oder das zweite Terminal können aus Kupfer und/oder aus Bronze ausgebildet sein. Dies erlaubt eine gute elektrische Leitung und die Herstellung von guten und zuverlässigen Schweißstellen.
Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Vorrichtung, welche eine Steckverbindung aufweist, welche mittels eines Verfahrens wie hierin beschrieben hergestellt wurde. Hinsichtlich des Verfahrens kann auf alle hierin beschriebenen Ausführungen und Varianten zurückgegriffen werden. Erläuterte Vorteile gelten entsprechend.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt hinsichtlich der Steckverbindung die Realisierung der mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren beschriebenen Vorteile.
Weitere Merkmale und Vorteile wird der Fachmann dem nachfolgend mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispiel entnehmen. Dabei zeigen:
1a und 1b: eine Steckverbindung vor Durchführung einer Laserstrahlschweißung mit Gehäuse,
2: die Steckverbindung von 1 ohne Gehäuse,
3a, 3b, 3c: typische Kräfte auf die Steckverbindung von 2,
4: die Steckverbindung von 1a und 1b nach Laserstrahlschweißung,
5a, 5b, 5c: Wirkungen von Kräften auf die Steckverbindung von 4.
Die 1a und 1b zeigen eine Steckverbindung, welche aus einem ersten Terminal 10 und einem zweiten Terminal 20 gebildet ist. 1a zeigt dabei eine Seitenansicht, während 1b eine Draufsicht zeigt.
Die beiden Terminals 10, 20 überlappen sich in einer Verbindungszone 30. Damit sind sie elektrisch kontaktiert.
Umgeben ist die Verbindungszone 30 samt angrenzenden Teilen der Terminals 10, 20 von einem Gehäuse 40. Das Gehäuse 40 besteht aus einem Kunststoffmaterial, welches im grünen Wellenlängenbereich transparent ist.
Die beiden Terminals 10, 20 sind zwar an der Verbindungszone 30 mechanisch miteinander verbunden und auch durch das Gehäuse 40 geschützt, jedoch hat es sich gezeigt, dass bei längerer Beanspruchung in Situationen wie beispielsweise in Kraftfahrzeugen, in welchen starke Vibrationen auftreten können, aufgrund der damit verbundenen Kräfte Schäden an der Verbindungszone 30 auftreten können. Dies kann zu einem schlechteren oder auch verloren gehenden Kontakt zwischen den Terminals 10, 20 führen.
2 zeigt die Terminals 10, 20 mit der dazwischen ausgebildeten Verbindungszone 30 der 1a, jedoch ohne das Gehäuse 40.
Die 3a, 3b und 3c zeigen unterschiedliche Kraftbeanspruchungen, welche typischerweise auf die Verbindungszone 30 wirken können. In 3a sind eine erste Kraft 50 und eine zweite Kraft 55 gezeigt, welche eine richtungsgleiche Belastung bei unterschiedlicher Intensität verursachen. In den 3b und 3c wirken die beiden Kräfte 50, 55 in entgegengesetzten Richtungen, wobei bei 3b die Kräfte 50, 55 aufeinander zu gerichtet sind, während sie bei 3c voneinander weg gerichtet sind.
Die Situationen, welche in den 3a, 3b und 3c dargestellt sind, sind typische Belastungssituationen, welche im Einsatz auf die Verbindungszone 30 wirken können und welche, insbesondere bei längerer Dauer, zu diversen Beschädigungen führen können.
4 zeigt die Terminals 10, 20 nach Durchführung einer Laserstrahlschweißung. Durch die Laserstrahlschweißung wurden eine erste Schweißstelle 32 und eine zweite Schweißstelle 34 in der Verbindungszone 30 ausgebildet, welche das erste Terminal 10 mit dem zweiten Terminal 20 verbinden. Damit wird die Verbindung an der Verbindungszone 30 deutlich verstärkt und es wird eine wesentlich höhere Resistenz gegenüber Kräftebeanspruchungen erreicht. Insbesondere hat es sich gezeigt, dass durch eine solche Laserstrahlschweißung die Resistenz gegenüber Vibrationen und ähnlichen Beanspruchungen, welche in Kraftfahrzeugen typischerweise auftreten, deutlich erhöht wird.
Die Laserstrahlschweißung erfolgte dabei durch das Gehäuse 40, welches wie weiter oben bereits erwähnt im grünen Wellenlängenbereich transparent ist. Dementsprechend wurde für die Laserstrahlschweißung ein grüner Laser verwendet, welcher somit durch das Gehäuse 40 hindurchdringen kann.
Die 5a, 5b und 5c zeigen die bereits in den 3a, 3b und 3c gezeigten Belastungssituationen mit einer durch die Schweißstellen 32, 34 verstärkten Verbindungszone 30. Bezüglich der wirkenden Kräfte 50, 55 sei auf die obige Beschreibung der 3a, 3b und 3c verwiesen. Wie aus den 5a, 5b und 5c leicht ersichtlich ist, erhöhen die Schweißstellen 32, 34 die Resistenz der Verbindungszone 30 gegenüber derartigen Belastungen, was insgesamt zu einer wesentlich längeren Haltbarkeit führt.
Erwähnte Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens können in der angegebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Sie können jedoch auch in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einer seiner Ausführungen, beispielsweise mit einer bestimmten Zusammenstellung von Schritten, in der Weise ausgeführt werden dass keine weiteren Schritte ausgeführt werden. Es können jedoch grundsätzlich auch weitere Schritte ausgeführt werden, auch solche welche nicht erwähnt sind.
Die zur Anmeldung gehörigen Ansprüche stellen keinen Verzicht auf die Erzielung weitergehenden Schutzes dar.
Sofern sich im Laufe des Verfahrens herausstellt, dass ein Merkmal oder eine Gruppe von Merkmalen nicht zwingend nötig ist, so wird anmelderseitig bereits jetzt eine Formulierung zumindest eines unabhängigen Anspruchs angestrebt, welcher das Merkmal oder die Gruppe von Merkmalen nicht mehr aufweist. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Unterkombination eines am Anmeldetag vorliegenden Anspruchs oder um eine durch weitere Merkmale eingeschränkte Unterkombination eines am Anmeldetag vorliegenden Anspruchs handeln. Derartige neu zu formulierende Ansprüche oder Merkmalskombinationen sind als von der Offenbarung dieser Anmeldung mit abgedeckt zu verstehen.
Es sei ferner darauf hingewiesen, dass Ausgestaltungen, Merkmale und Varianten der Erfindung, welche in den verschiedenen Ausführungen oder Ausführungsbeispielen beschriebenen und/oder in den Figuren gezeigt sind, beliebig untereinander kombinierbar sind. Einzelne oder mehrere Merkmale sind beliebig gegeneinander austauschbar. Hieraus entstehende Merkmalskombinationen sind als von der Offenbarung dieser Anmeldung mit abgedeckt zu verstehen.
Rückbezüge in abhängigen Ansprüchen sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen. Diese Merkmale können auch beliebig mit anderen Merkmalen kombiniert werden.
Merkmale, die lediglich in der Beschreibung offenbart sind oder Merkmale, welche in der Beschreibung oder in einem Anspruch nur in Verbindung mit anderen Merkmalen offenbart sind, können grundsätzlich von eigenständiger erfindungswesentlicher Bedeutung sein. Sie können deshalb auch einzeln zur Abgrenzung vom Stand der Technik in Ansprüche aufgenommen werden.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Steckverbindung, welches folgende Schritte aufweist: – Zusammenführen eines ersten Terminals (10) und eines zweiten Terminals (20), so dass sie in einer Verbindungszone (30) überlappen, dann – Ummanteln der Verbindungszone (30) mit einem Kunststoffmaterial, welches in zumindest einem Wellenlängenbereich transparent ist, und – Bestrahlen der Verbindungszone (30) mit einem Laserstrahl, dessen Wellenlänge in dem Wellenlängenbereich liegt, zur Durchführung einer Laserstrahlschweißung.
Verfahren zum Verstärken einer Steckverbindung, – wobei die Steckverbindung aus einem ersten Terminal (10) und einem zweiten Terminal (20) gebildet ist, welche sich in einer Verbindungszone (30) überlappen, – wobei die Verbindungszone (30) mit einem Kunststoffmaterial, welches in zumindest einem Wellenlängenbereich transparent ist, ummantelt ist, wobei das Verfahren folgenden Schritt aufweist: – Bestrahlen der Verbindungszone (30) mit einem Laserstrahl, dessen Wellenlänge in dem Wellenlängenbereich liegt, zur Durchführung einer Laserstrahlschweißung.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei durch die Laserstrahlschweißung eine Schweißstelle (32, 34) ausgebildet wird, welche das erste Terminal (10) mit dem zweiten Terminal (20) verbindet.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei durch die Laserstrahlschweißung eine Mehrzahl von Schweißstellen (32, 34), insbesondere zwei Schweißstellen (32, 34), ausgebildet werden, welche das erste Terminal (10) mit dem zweiten Terminal (20) verbinden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Terminal (10) ein männliches Terminal ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Terminal (20) ein weibliches Terminal ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Terminal (10) und/oder das zweite Terminal (20) eine flachzungenartige Struktur aufweist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das erste Terminal (10) und/oder das zweite Terminal (20) eine Aufgleithilfe aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches ferner folgenden Schritt aufweist: – Ermitteln eines optimalen Fokuspunkts, auf welchen der Laserstrahl dann fokussiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches ferner folgenden Schritt aufweist: – Überprüfen der Verbindungszone (30), insbesondere ausgebildete Schweißstellen (32, 34).
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei das Ermitteln und/oder das Überprüfen mittels eines Röntgengeräts durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – wobei der Laserstrahl aus umlaufenden Richtungen auf die Verbindungszone (30) gestrahlt wird, und/oder – wobei der Laserstrahl aufgeteilt wird in eine Mehrzahl von Teilstrahlen, welche gleichzeitig aus unterschiedlichen Richtungen auf die Verbindungszone (30) gestrahlt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – wobei das erste Terminal (10) und/oder das zweite Terminal (20) aus Kupfer und/oder Bronze ausgebildet sind.
Vorrichtung, welche eine Steckverbindung aufweist, welche mittels eines Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt wurde.