-
Die Erfindung betrifft eine Kontaktgabel zur Ausbildung einer Kontaktverbindung, sowie diese Kontaktverbindung, als auch ein Verfahren zum Herstellen der Kontaktverbindung mit der Kontaktgabel.
-
Es sind Kontaktverbindungen bekannt, bei denen mittels eines Schweißverfahrens eine elektrische Verbindung zwischen einem Kontaktelement und einem Draht hergestellt wird. Das Schweißverfahren kann beispielsweise ein Kontaktschweißverfahren sein. Dabei wird der Draht mit dem Kontaktelement in Verbindung gebracht und mittels Schweißelektroden, die das Kontaktelement und den Draht berühren, zusammengeschweißt. Dieses Verfahren ist sehr raumaufwendig, da genug Platz für die Elektroden vorgesehen werden muss. Alternativ ist ein Laserschweißverfahren denkbar, bei dem ein Laser auf die Anordnung aus Draht und Kontaktelement strahlt, und eine Schmelze erzeugt, die den Draht und das Kontaktelement elektrisch verbindet. Damit eine hinreichende Temperatur für eine Schmelze entsteht, muss der Laser mit seinem Fokus sehr präzise auf die Anordnung treffen. Trifft der Laser nicht präzise auf das Kontaktelement, so sind hohe Verfahrenszeiten für das Schmelzen erforderlich.
-
Die vorliegende Erfindung gemäß der unabhängigen Ansprüche hat den Vorteil dass keine präzise Einstellung des Fokus auf ein Kontaktelement, wie einer Kontaktgabel, erfolgen muss. Die Kontaktgabel ist zum Herstellen einer Kontakt Verbindung zwischen einem Draht und der Kontaktgabel eingerichtet. Dazu weist sie zwei Schenkel auf, die länglich ausgebildet sind. Diese Schenkel haben eine Längsrichtung. Durch ihre Ausformung bilden die Schenkel eine Aufnahme, die vorzugsweise zwischen den Schenkeln angeordnet ist, aus. Dabei weist wenigstens ein Schenkel einen Konturabschnitt auf. Der Konturabschnitt zeichnet sich durch eine Kontur aus, die wenigstens zum Teil quer zu Längsrichtung der Schenkel ausgebildet ist. In anderen Worten, der Konturabschnitt umfasst wenigstens an einem Ort eine Steigung, die, dächte man sich eine Tangente an die Steigung, quer zu Längsrichtung des Schenkels ausgebildet ist. Dabei kann die Kontur mit einer konstanten Steigung oder einer variablen Steigung ausgeführt sein. Die Steigung kann sich somit über einen Teil des Konturabschnitts erstrecken.
-
In die Aufnahme wird der Draht eingelegt. Durch die vorteilhafte Ausbildung der Kontaktgabel kann mittels eines Laserschweißverfahrens eine elektrische Verbindung zwischen dem Draht und der Kontaktgabel hergestellt werden. Dadurch entsteht eine Kontaktverbindung, die elektrisch leitend ist. Dazu wird der Laser auf den Konturabschnitt gestrahlt. Der Laser führt dabei eine laterale Bewegung aus, die quer zu Längsrichtung der Schenkel gerichtet ist. Es ist vorzugsweise wenigstens zu einem Zeitpunkt gewährleistet, dass der Fokus des Lasers auf der Oberfläche des Konturabschnitts des Schenkels positioniert ist. Der Fokus weist eine Ausdehnung in Strahlrichtung als auch in lateraler Richtung auf. Durch die Ausformung des Konturabschnitts des Schenkels und der lateralen Bewegung des Lasers ist der Bereich des Fokus mit hoher Energiedichte auf der Oberfläche des Konturabschnitts positioniert. Durch die Bewegung des Lasers und die Ausformung des Konturabschnitts des Schenkels wird der Fokus derartig im Bereich der Oberfläche des Konturabschnitts positioniert, dass hinreichend Energie für ein Laserschweißprozess in das Material des Konturabschnitts eingekoppelt wird.
-
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
-
Vorteilhafter Weise weist der Konturabschnitt einen Winkel auf, den wenigstens ein Abschnitt des Konturabschnitts mit der Längsrichtung der Schenkel einschließt. Dieser Winkel kann ein spitzer Winkel oder ein stumpfer Winkel sein.
-
Der Konturabschnitt kann verschiedene vorteilhafte Ausformungen aufweisen. Der Konturabschnitt kann als schiefe Ebene ausgebildet sein. Der Fokus des Lasers wird entlang der schiefen Ebene in laterale Richtung geführt, sodass die Oberfläche der schiefen Ebene den hochenergetischen Bereich des Fokus des Lasers durchläuft. Dabei ist durchwandert die Oberfläche der schiefen Ebene bedingt durch deren Steigung den Fokus in Strahlrichtung während der lateralen Bewegung des Lasers. So ist eine präzise Positionierung des Fokus auf der Oberfläche nicht notwendig. Alternativ kann der Konturabschnitt gekrümmt sein und dabei eine gleichmäßige Steigung aufweisen, die quer zu Längsrichtung der Schenkel ausgebildet ist. Die gleichmäßige Steigung läuft dabei immer in eine Richtung und ist zu keinem Zeitpunkt mit 90° auf der Längsrichtung der Schenkel angeordnet. Alternativ ist die Steigung des Konturabschnitts alternierend ausgebildet, wobei der Konturabschnitt zwischen zwei entgegengesetzt gerichteten Steigungsabschnitten wenigstens einen Punkt aufweist, dessen Steigung einen Winkel von 90° mit der Längsrichtung der Schenkel einschließt. Beispielsweise ist vorstellbar, dass am axialen Ende eines Schenkels ein Radius ausgebildet ist, an dem in laterale Richtung der Fokus des Lasers entlang geführt wird.
-
Der Laser führt entlang des Konturabschnitts eine laterale Bewegung aus, die eine gerade translatorische Bewegung darstellt. Diese Bewegung kann periodisch sein. Das bedeutet sie wiederholt sich, indem der Laser wiederholt die gleiche Strecke entlang des Konturabschnitts abfährt. Vorteilhaft ist es, wenn der Laser einmal oder zweimal eine Strecke entlang fährt. Er kann jedoch beliebig oft eine Strecke entlang fahren. Alternativ ist als laterale Bewegung eine Pendelbewegung des Lasers denkbar, bei der die Strahlachse des Lasers eine Winkelgeschwindigkeit aufweist, und einen Winkel in der Ebene des Konturabschnitts beschreibt. Der Winkel öffnet sich in Richtung des Konturabschnitts, so dass der Fokus entlang des Konturabschnitts in verschiedenen Positionen seines hochenergetischen Bereichs auf der Oberfläche des Konturabschnitts positioniert ist.
-
Wenn der Konturabschnitt unmittelbar in die Aufnahme übergeht, also der mit dem Laser angestrahlte Bereich benachbart zur Aufnahme angeordnet ist, so kann ein vorteilhaftes Verschweißen des Drahtes innerhalb der Aufnahme erfolgen. Wird nun eine Schmelze an dem Konturabschnitt durch den Laser erzeugt, dann kann sich diese Schmelze aufgrund der örtlichen Nähe der Aufnahme in die Aufnahme begeben und eine elektrische und feste Verbindung zwischen dem Draht und der Kontaktgabel herstellen. Diese Verbindung ist stoffschlüssig und kann durch eine kraft- und formschlüssige Verbindung weiter unterstützt werden. Vor dem Einlegen des Drahtes in die Aufnahme ist ein Abisolieren und/oder Reinigen des zu verschweißenden Drahtabschnittes vorteilhaft. Dadurch wird die Güte des Stoffschlusses verbessert.
-
Die Kontaktgabel umfasst in einer besonderen Ausführungsform eine Aufnahme, die U-förmig ausgebildet ist. Die Öffnung der Aufnahme ist in Längsrichtung der Schenkel ausgebildet. Wenn beispielsweise zwei Schenkel ausgebildet sind, so erhält die gesamte Kontaktgabel eine U-förmige Grundstruktur. Es ist denkbar, dass mehrere Aufnahmen nebeneinander angeordnet sind. Angenommen es wären zwei Aufnahmen nebeneinander angeordnet, dann können drei Schenkel oder vier Schenkel die Aufnahme begrenzen. Die Innenkontur der Aufnahme geht direkt in den Rand der Schenkel über. Wenn der Konturabschnitt des Schenkels auf der der Aufnahme zugewandte Seite angeordnet ist, dann geht die Innenkontur der Aufnahme direkt in den Konturabschnitt des Schenkels über. Ist der Konturabschnitt auf der Innenseite des Schenkels als schiefe Ebene ausgebildet, dann ist der nach innen gerichtete Rand der Aufnahme und des Konturabschnitt V-förmig, sofern zwei Schenkel die Aufnahme begrenzen und beide Schenkel mit einem Konturabschnitt ausgestattet sind. Es ist auch denkbar, dass ein gekrümmter Konturabschnitt auf der Innenseite beider Schenkel ausgebildet ist. Weiter ist denkbar, dass nur ein Schenkel mit einer schiefen Ebene oder einem gekrümmten Konturabschnitt auf der Innenseite ausgebildet ist. Alternativ können die Konturabschnitte an beiden Schenkeln oder nur einem der Schenkel auf der der Aufnahme gegenüberliegenden Seite, sprich nach außen, angeformt sein. Wenn nur ein Schenkel einen Konturabschnitt an einem Schenkel angeformt hat, weist der andere Schenkel keinen Konturabschnitt auf.
-
In einer weiteren Ausführungsform ist zwischen dem Konturabschnitt und der Innenkontur der Aufnahme, also am Übergang zwischen Aufnahme und Schenkel, eine Nase ausgebildet. Diese Nase ist nach innen gerichtet. Sie erstreckt sich in Richtung der Aufnahme. Durch die Nase, die die Öffnung der Aufnahme verengt, ist zum einen ein fester Sitz des Drahts innerhalb der Aufnahme gewährleistet und zum anderen zusätzliches Material für die Verbindung zwischen Kontaktgabel und Draht zur Verfügung gestellt.
-
Es ist besonders vorteilhaft wenn die Nase direkt in den Konturabschnitt übergeht. Zwischen dem Konturabschnitt und der Nase ist kein Knick vorhanden. Der Rand der Nase der gegenüberliegend zur Aufnahme ausgeformt ist, stellt somit eine Verlängerung des Konturabschnitts dar, und ragt wie ein Ausleger in die Öffnung der Aufnahme. Damit wird eine optimale stoffschlüssige Verbindung gewährleistet.
-
In den nachfolgenden Zeichnungen ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt.
-
Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht einer Kontaktverbindung vor dem Schweißen,
- 2 eine Vorderansicht eine Kontaktverbindung während des Schweißen, wobei noch keine Schmelz erzeugt worden ist,
- 3 eine Vorderansicht einer Kontaktverbindung nachdem die Schmelze in eine Aufnahme mit einem Draht geflossen ist.
-
In 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Kontaktverbindung 12 abgebildet, wobei die Kontaktverbindung 12 einen Draht 14 und eine Kontaktgabel 10 umfasst. Der Draht 14 ist in eine Aufnahme 18 in der Kontaktgabel 10 eingelegt. Die Aufnahme 18 ist mittig in der Kontaktgabel 10 angeordnet. Die Aufnahme 18 hat eine kreisförmige Innenkontur. Links und rechts der Aufnahme 18 erstrecken sich Schenkel 20 in eine gemeinsame Richtung. An den freien Enden der Schenkel 20 sind Konturabschnitte 22 ausgebildet. Die Konturabschnitte in 1 sind als schiefe Ebenen geformt, die nach innen in Richtung der Aufnahme 18 gerichtet sind. Die schiefen Ebenen sind quer zu einer Längsrichtung 24 der Schenkel 20 ausgerichtet. Die schiefen Ebenen sind V-förmig zueinander ausgerichtet. Alternativ können die schiefen Ebenen nach außen gerichtet sein, was nicht in der 1 abgebildet ist. Oberhalb der Aufnahme 18 zwischen der Aufnahme 18 und dem Konturabschnitt 20 ist eine Nase 32 ausgebildet, die radial nach innen gerichtet ist. Die Nase 32 ist auf beiden Seiten an jedem Schenkel 20 ausgeformt. Die Nase 32 kann auch angeformt werden, wenn die schiefe Ebene außen am Schenkel angebracht ist, oder kein Konturabschnitt 22 ausgeformt ist. Die Nase 32 sitzt dann oberhalb der Aufnahme 18. Im Fall der Figuren sind zwei Nasen 32 ausgebildet. Die beiden Nasen 32 verengen die Öffnung der Aufnahme 18, wobei die Öffnung in Richtung der freien Enden der Schenkel 20 geöffnet ist. Die Kontaktgabel 10 ist aus einem Blech gefertigt. Das Blech ist vorzugsweise aus Kupfer. Die Kontaktgabel 10 ist symmetrisch bezüglich einer Mittelachse, die mittig durch die Aufnahme 18 und parallel zu Längsrichtung 24 der Schenkel 20 verläuft.
-
Die 2 zeigt eine Vorderansicht der Kontaktverbindung 12, wobei ein Laserstrahl 16 auf den Konturabschnitt 22 strahlt. Der Draht 14 ist innerhalb der Aufnahme 18 unterhalb der Nasen 32 angeordnet. Die schiefe Ebene, die den Konturabschnitt 22 bildet, kann zwei unterschiedlich konfigurierte Winkel 26 aufweisen. Zum einen kann die schiefe Ebene mit der Längsrichtung 24 des Schenkels 20 einen spitzen Winkel a einschließen. Dabei bilden die beiden schiefen Ebenen eine V-förmige Anordnung. Solch eine schiefe Ebene ist nach innen in Richtung der Aufnahme 18 gerichtet. Alternativ dazu kann die schiefe Ebene einen stumpfen Winkel -a einschließen, sodass die beiden schiefen Ebenen zur Mitte hin spitz zu laufen. Solch eine schiefe Ebene ist nach außen gerichtet. Es ist denkbar, dass nur ein Schenkel 20 mit einer schiefen Ebene ausgestattet ist. Weiter ist es möglich an einem Schenkel 20 einen spitzen Winkel a und am anderen Schenkel 20 einen stumpfen Winkel -a auszubilden. Der Laser 16 führt eine laterale Bewegung 34 aus. Diese Bewegung 34 wiederholt der Laser 16 periodisch. Durch diese Bewegung 34 fährt der Laser 16 die schiefe Ebene entlang.
-
In 3 ist ebenfalls eine Vorderansicht der Kontaktverbindung 12 gezeigt. Der Laser 16 fährt mit der Pendelbewegung 36 entlang der schiefen Ebene des Konturabschnitts 22. Dabei bewegt sich der Fokus 38 des Lasers 16 im Bereich der Oberfläche des Konturabschnitts 22, wie es in 4 gezeigt ist. In 4 sind drei Momentaufnahmen des Lasers 16 mit dem Fokus 38 während der Pendelbewegung 36 dargestellt. Dabei liegt der Fokus 38 wenigstens einmal direkt auf der Oberfläche, was in der mittleren Momentaufnahme bei 4 gezeigt ist. Bei den beiden Momentaufnahmen links und rechts neben der mittleren Momentaufnahme, ist der Fokus oberhalb und unterhalb der Oberfläche des Konturabschnitts 22, der als schiefe Ebene ausgebildet ist. Die Pendelbewegung 36 reicht nur soweit, dass der Bereich mit hinreichend hoher Energiedichte des Lasers 16 für eine Schmelze 36 des Materials des Konturabschnitts 22, auf der Oberfläche ist. So kann der Fokus von der Oberfläche in Strahlrichtung abweichen, und muss also nicht exakt auf der Oberfläche liegen. Durch das Einwirken des Lasers 16 schmilzt das Material der Kontaktgabel 10 auf und begibt sich in die Aufnahme 18, wo sie eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Draht 14 und der Kontaktgabel 10 herstellt. Die Schmelze 36 kann die Aufnahme 18 vollständig auffüllen. Die Schmelze 36 fließt vorzugsweise in die Aufnahme 18.
