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Stand der Technik
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Aus dem Dokument
US 2014/009016 A1 ist eine elektrische Vorrichtung bekannt, bei der ein elektrisches Strom leitendes Bauteil als Verbindungselement zwei andere elektrisch leitfähige Bauteile miteinander elektrisch leitfähig verbindet. Es ist dabei vorgesehen das elektrisch leitfähige Verbindungsbauteil mit dem einen oder anderen Bauteil durch ein Verbindungsschmelzverfahren zu verbinden. Es hat sich dabei bei Versuchen herausgestellt, dass die Menge an Wärmeenergie, die zur Verbindung der beiden Bauteile aufgebracht werden soll, nicht immer ideal einstellbar ist. Das heißt, dass die Wärmeenergie stellenweise zu hoch war und daher die zum angrenzenden Bauteil gerichtete Lage des Verbindungselements nicht nur angeschmolzen wurde, sondern aufgrund der hohen Wärmemenge das Bauteil an der Stelle, an der die Wärme eingetragen wurde, durchschmolz und somit ein Loch entstand. Ein derartiges Loch ist unerwünscht, da es die Fertigung der Form einer geplanten Verbindungsstelle zwischen dem Verbindungsleiter und dem angrenzenden Bauelement nicht nach Plan ermöglicht.
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Aus dem Dokument
DE 10 2016 217 728 A1 ist ein elektrisches Bauteil bekannt, welches in einem Verbindungsbereich an der Verbindungsstelle eine größere Dicke als an einer anderen Stelle des Bauteils aufweist.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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Gemäß einem ersten Gesichtspunkt der Verbindung ist eine elektrische Vorrichtung vorgesehen, die ein erstes zum Führen elektrischen Stroms geeignetes Bauteil aufweist und ein zweites zum Führen elektrischen Stroms geeignetes Bauteil, wobei das erste Bauteil mit dem zweiten Bauteil durch ein weiteres elektrisches Bauteil an einer Verbindungsstelle elektrisch leitfähig verbunden ist. Es ist dabei vorgesehen, dass das weitere elektrische Bauteil in einem Verbindungsbereich an der Verbindungsstelle eine größere Dicke als an einer anderen Stelle des Bauteils aufweist. Eine derartige Anordnung hat den Vorteil, dass in diesem Verbindungsbereich eine Verbindungsstelle geschaffen werden kann, ohne dass die Gefahr besteht, dass durch einen Wärmeeintrag aufgeschmolzenes Material des weiteren elektrischen Bauteils ein Loch in dem weiteren elektrischen Bauteil erzeugt. Durch eine derartige Materialanhäufung durch die größere Dicke wird erreicht, dass deutlich mehr Wärmeenergie erforderlich ist, um diesen dickeren Verbindungsbereich auf der Seite des weiteren elektrischen Bauteils Durchschmelzen zu können. Ein Loch kann dadurch nicht mehr entstehen, so dass sich das aufgeschmolzene Material in dem erwärmten Bereich hält und nicht davonfließt. Dabei ist vorgesehen, dass das weitere elektrische Bauteil in dem Verbindungsbereich eine zweite Lage einer Metallschicht aufweist beziehungsweise trägt. Durch eine derartige zweite Lage einer Metallschicht ist es möglich, durch verhältnismäßig einfache Fertigungsverfahren eine größere Dicke als an einer anderen Stelle des Bauteils zu erzeugen. Insbesondere ist dabei nach einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung vorgesehen, dass die zweite Lage mit einer ersten Lage des weiteren elektrischen Bauteils in einem Stück gefertigt ist. Es ist dabei beispielsweise vorgesehen, dass dieses weitere elektrische Bauteil aus einem einstückigen Blech gefertigt wird, in dem auf eine erste Lage des weiteren elektrischen Bauteils eine zweite Lage aufgelegt wird. Es ist somit insbesondere vorgesehen, dass zwischen der ersten Lage und der zweiten Lage des weiteren Bauteils ein Biegeabschnitt vorhanden ist. Es ist dabei insbesondere vorgesehen, dass dieser Biegeabschnitt einen Außenradius aufweist, der einer Dicke der ersten Lage entspricht.
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Es ist insbesondere vorgesehen, dass eine erste Lage die Lage des weiteren elektrischen Bauteils ist, die dem zweiten Bauteil am nächsten gelegen ist und mit dem somit die Verbindungsstelle ausgebildet ist. Das heißt, dass in dieser ersten Lage wiedererstarrtes Material ist, mit dem aus wiedererstarrtem Material des zweiten elektrischen Bauteils die Verbindungsstelle ausgebildet ist. Eine zweite Lage ist insbesondere die Lage, welche derartig angeordnet ist, dass zwischen dieser und dem zweiten elektrischen Bauteil die erste Lage angeordnet ist. Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist vorgesehen, dass durch die Biegung des weiteren elektrischen Bauteils eine aus der Festigkeitslehre bekannte sogenannte neutrale Faser im Material vorhanden ist, die hier eine Biegerichtung bestimmt. Ausgehend von einer derartigen Definition ist es vorgesehen, dass zwischen einem Ende der Biegelinie im Bereich der zweiten Lage und einem Verbindungsbrückenbereich des weiteren Bauteils zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil der Verbindungsbereich und damit die Verbindungsstelle ist. Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist eine Verbindungsstelle und damit ein Verbindungsbereich beim weiteren elektrischen Bauteil zwischen dessen Ende (neutrale Faser) und einem Biegeabschnitt. Durch das Verbindungsverfahren und der damit eingebrachten Wärmeenergie kann es passieren, dass die erste Lage und die zweite Lage nicht nur über den Biegeabschnitt sondern zusätzlich durch das Verbindungsverfahren mittels eines Stoffschlusses miteinander verbunden werden. Somit sind die erste Lage und die zweite Lage mittels einer zusätzlichen Stoffschlussverbindungsstelle, insbesondere Schweißverbindungsstelle, miteinander verbunden. An dieser Stoffschlussverbindungsstelle ist dann besonders bevorzugt erstarrtes Material der ersten Lage, welches sich bis zur Verbindungsstelle mit dem zweiten elektrischen Bauteil erstreckt.
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Im Zusammenhang mit einer weiterer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das weitere elektrisch leitfähige Bauteil im Verbindungsbereich mit einer weiteren Materialschicht, insbesondere einem Blechstück, verstärkt ist. Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass diese weitere Materialschicht entweder die erste Lage oder die zweite Lage ist. Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist vorgesehen, dass in Richtung der bereits erwähnten neutralen Faser zu einem Ende des weiteren Bauteils eine Ausbuchtung oder Ausstanzung eingebracht ist. Eine derartige Ausbuchtung oder Ausstanzung in dieser ersten Lage hat den Vorteil, dass bei entsprechend unsymmetrischer Lage eine eindeutige Lage des weiteren elektrischen Bauteils erkannt werden kann und so eine Positionierung dieses weiteren elektrischen Bauteils auf einem ersten zum Führen elektrischen Stroms geeigneten Bauteil positioniert werden kann.
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Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den Figuren.
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Es zeigen:
- 1 in einem Querschnitt eine elektrische Vorrichtung,
- 2 zeigt den Verbindungsleiter aus 1 in einer räumlichen Ansicht,
- 2A zeigt den Verbindungsleiter aus den 1 und 2 in einer räumlichen Ansicht von dessen Unterseite,
- 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines weiteren elektrischen Bauteils,
- 4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines weiteren elektrischen Bauteils,
- 5 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel eines weiteren elektrischen Bauteils.
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In 1 ist ausschnittsweise eine elektrische Vorrichtung 10 dargestellt. Ein Kühlkörper 13, welcher Teil eines Gehäuses ist, weist einen Boden 16 auf. Auf diesem Boden 16 ist eine Leiterplatte 19 befestigt. Diese Leiterplatte 19 ist hier besonders bevorzugt auf dem Boden 16 aufgeklebt. Auf dieser Leiterplatte 19 sind an verschiedenen Stellen Leiterflächen 22 aufgebracht. Eine derartige Leiterplatte 19 kann beispielsweise strukturell in der Machart eines DBC-Substrats erfolgt sein (direct bonded copper). Im Sinne eines ersten elektrischen stromführenden Bauteils ist hier die beispielsweise die Leiterplatte 19 mit mindestens einer Leiterfläche 22 anzusehen. Über bzw. gegenüber dieser Leiterplatte 19 ist ein zweites Bauteil angeordnet, welches dazu dient, ebenfalls elektrischen Strom zu führen. Dieses zweite Bauteil ist hier beispielsweise als Leiterschiene 25 ausgeführt. Als eine solche Leiterschiene 25 ist diese beispielsweise ein ausgestanztes Blechteil, welches beispielsweise aus Kupferblech besteht. Das erste Bauteil ist hier mit dem zweiten Bauteil durch ein weiteres elektrisches Bauteil elektrisch leitfähig verbunden. Dieses weitere elektrische leitfähige Bauteil ist ein hier sogenannter Verbindungsleiter 27. Dieser Verbindungsleiter 27 weist einen Verbindungsbereich 29 auf, der mit der einen Leiterfläche 22 durch eine stoffschlüssige Verbindung - im Beispiel durch eine Lotverbindung 32 - verbunden ist. Der Verbindungsleiter 27 hat des Weiteren auch einen Verbindungsbereich 35, mit dem der Verbindungsleiter 27 mit dem zweiten Bauteil Leiterschiene 25 stoffschlüssig verbunden ist. Zwecks Überbrückung des Abstandes zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil weist das weitere Bauteil zwischen den beiden Verbindungsbereichen 29, 35 einen Verbindungsbrückenbereich 37 auf. In dieser 1 kann gut erkannt werden, dass das weitere elektrische Bauteil - hier der Verbindungsleiter 27 - in dem Verbindungsbereich 35 an einer Verbindungsstelle 39 eine größere Dicke tV als an einer anderen Stelle des weiteren Bauteils aufweist.
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In 1 kann erkannt werden, dass das weitere elektrische Bauteil bzw. der Verbindungsleiter 27 an dem Verbindungsbereich 35 mehrere Lagen einer Metallschicht aufweist bzw. trägt. Eine erste Lage 40 ist ein Bereich des Verbindungsleiters 27 bzw. des weiteren elektrischen Bauteils, der unmittelbar an der Leiterschiene 25 als Vertreter des zweiten stromführenden Bauteils anliegt. Eine zweite Lage 41 ist derartig angeordnet, dass diese zweite Lage 41 und die Leiterschiene 25 - bzw. das zweite stromführende Bauteil - zwischen sich die erste Lage 40 aufnehmen. Wie hier gut erkannt werden kann, ist die zweite Lage 41 mit der ersten Lage 40 des weiteren elektrischen Bauteils in einem Stück gefertigt. Anders formuliert, die erste Lage 40 und die zweite Lage 41 sind einstückig ausgeführt. Darüber hinaus kann auch festgestellt werden, dass der Verbindungsbereich 29, der Verbindungsbereich 35, der Verbindungsbrückenbereich 37, die erste Lage 40 und die zweite Lage 41 insgesamt einstückig ausgeführt sind.
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Die erste Lage 40 und die zweite Lage 41 sind einstückig durch einen Biegeabschnitt 43 miteinander einstückig verbunden. Der Biegeabschnitt 43 ist in diesem Fall derartig ausgebildet, dass dieser einen Außenradius rA aufweist. Der Außenradius rA entspricht dabei vorzugsweise der Hälfte der Dicke tV. Dementsprechend kann eine derartige Anordnung von erster Lage 40, zweiter Lage 41 und dem zugehörigen Biegeabschnitt 43 auch als Faltung bezeichnet sein.
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In 2 ist der Verbindungsleiter 27 als weiteres elektrisches Bauteil aus 1 in einer räumlichen Ansicht dargestellt.
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Das weitere elektrische Bauteil bzw. der Verbindungsleiter 27 zeigt im Bereich seiner ersten Lage 40 in einer Draufsicht den Verbindungsbereich 35. Dieser Verbindungsbereich 35 ist der Bereich des Verbindungsleiter 27, der bevorzugt für die Positionierung der Verbindungsstelle 39 vorgesehen bzw. geeignet ist. Dieser Verbindungsbereich 35 ist im Sinne der Erfindung der Bereich, in dem die erste Lage 40 und die zweite Lage 41 einander direkt gegenüber bzw. aneinander liegen. Direkt neben diesem Verbindungsbereich 35 ist in der ersten Lage 40 eine Markierung 45 eingebracht, die dazu dient, dass der Verbindungsleiter 27 von der Seite der ersten Lage 40 bzw. in Draufsicht auf diese erste Lage 40 hinsichtlich seiner Lage eindeutig erkannt werden kann. Diese Markierung ist in diesem Fall als eine sogenannte Ausklinkung ausgeführt.
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Beim Ausführungsbeispiel nach 2 ist eine sogenannte neutrale Faser 50 vorhanden. Dort ist die Anordnung derartig, dass von dem Ende 53 ausgehend und entlang der neutralen Faser 50 zuerst die zweite Lage 41, dann der Biegeabschnitt 43 und dann erst die erste Lage 40 folgt.
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Der Verbindungsleiter 27 bzw. das weitere elektrische Bauteil weist im Übrigen in der Seitenansicht (1) eine M-Form auf. Eine derartige Form hat den Vorteil, dass die Gestalt des weiteren elektrischen Bauteils in mehreren Achsen Abweichungen von der Parallelität, beispielsweise der Oberfläche der ersten Lage 40 zur entsprechenden Gegenoberfläche der Leiterschiene 25 ohne weiteres ausgleichen kann. Betrachtet man beispielsweise die Seitenansicht des Verbindungsleiters 27 bzw. des weiteren elektrischen Bauteils, so wird die grundsätzliche M-Form deutlich: Der eine Verbindungsbereich 29 und der andere Verbindungsbereich 35 sind beide auf der gleichen Seite durch einen V- bzw. winkelförmigen Bereich miteinander verbunden, so dass diese drei Bereiche eine M-Form aufweisen (liegendes M). Liegt der eine Verbindungsbereich 29 auf der Leiterfläche 22 auf oder ist dort wie beschrieben befestigt und wird danach eine Auflage auf den Verbindungsbereich 35 - hier beispielsweise die Leiterschiene 25 - aufgelegt, so ist bei einer derartigen M-Form und Lage eine nichtideale Relativlage zwischen dem Verbindungsbereich 35 und der Auflage gut ausgleichbar. So ermöglichen zum Beispiel drei Verbindungsabschnitte 60, 61, 62 des Verbindungsleiters 27 bzw. des weiteren elektrischen Bauteils einen guten Lage- bzw. Toleranzausgleich. Die drei Verbindungsabschnitte 60, 61, 62 sind die Abschnitte, die Teile des Verbindungsleiters 27 bzw. des weiteren elektrischen Bauteils untereinander verbinden. Zum einen verbindet der Verbindungsabschnitt 60 den Verbindungsbereich 29 mit einem Teil des V- bzw. winkelförmigen Bereichs. Der Abschnitt, der innerhalb des V- bzw. winkelförmigen Bereichs dessen beide Schenkel miteinander verbindet, ist der Verbindungsabschnitt 61 und der Abschnitt, der den anderen Teil des V- bzw. winkelförmigen Bereichs mit dem Verbindungsbereich 35 verbindet, ist der Verbindungsabschnitt 62. Diese Ausbildung des Verbindungsleiters 27 bzw. des weiteren elektrischen Bauteils führt zu einer hohen bzw. höchstmöglichen Flexibilität des Verbindungsleiters 27 bzw. des weiteren elektrischen Bauteils in allen drei Raumrichtungen (X-, Y-, Z-Achse). Diese ist wesentlich günstiger als eine Z-Form, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist. Es ermöglicht einen guten Toleranzausgleich zwischen den miteinander zu fügenden Bauteilen während der Montage. Auftretenden Kräften, die von Schüttelbelastung oder Temperaturbelastung herrühren, kann standgehalten werden. Zudem weist der Verbindungsleiter 27 bzw. das weitere elektrische Bauteil vor der Montage, und damit auch bevor die Leiterschiene 25 - bzw. das zweite stromführende Bauteil - auf den Verbindungsbereich 35 montiert und mit diesem befestigt ist, zwischen dem einen Verbindungsbereich 29 und dem anderen Verbindungsbereich 35 einen Winkel auf. Der Winkel weist insbesondere eine Größe von 1 Winkelgrad auf, so dass - in Bezug auf 1 - der Verbindungsbereich 35 von rechts nach links - d. h. von dem Biegeabschnitt 43 bzw. Faltung zum Verbindungsabschnitt 62 - um diesen Winkel abfällt. Dadurch wird zu der Leiterschiene 25 - bzw. das zweite stromführende Bauteil - in deren Montagesollposition eine spaltfreie Anlage des Verbindungsbereichs 35 zur Leiterschiene 25 - bzw. das zweite stromführende Bauteil - erreicht. Dies ist über die gesamte Toleranzkette und Toleranzbreiten der Fügepartner sichergestellt. Die Leiterschiene 25 - bzw. das zweite stromführende Bauteil - ist beispielsweise als Blechstreifen von beispielsweise 0,5 oder 1 mm Materialstärke ausgebildet (Stanzteil). Entsprechende Kontaktelemente (Anbindungslaschen) zum Verbindungsbereich 35 sind nachgiebig (federnd) ausgebildet.
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2A zeigt den Verbindungsleiter 27 bzw. das weitere elektrische Bauteil aus den 1 und 2 in einer räumlichen Ansicht von dessen Unterseite 65. Für die Lageerkennung des Verbindungsleiter 27 bei der Bestückung besitzt dieser an der Unterseite 65 angeordnete und zueinander versetzte Beulen 66 (Dimple).
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Diese Beulen 66 sind derartig angeordnet, dass eine Ausgangslage des Verbindungsleiters 27 von einer nicht dargestellten optischen Lageerkennungsvorrichtung erkannt und somit der Verbindungsbereich 29 mittels einer Anordnungsvorrichtung (Greifer, Positioniermittel) in einer bestimmten Position auf einer Leiterfläche 22 abgesetzt werden kann. Die Beulen 66 sind so ausgelegt, dass zwischen dem Verbindungsbereich 29 und der Leiterfläche 22 eine gleichbleibende Lotschichtdicke sichergestellt wird, um die maximale Lebensdauer der Lotverbindung zu gewährleisten. Des Weiteren besitzt die Lötfläche noch eine Ausklinkung 67, um um ein nicht zentrisches Aufschwimmen beim Löten des Verbindungsleiters 27 zu vermeiden. Oder anders formuliert: Es soll ein möglichst zentrisches Aufschwimmen des Verbindungsleiters 27 beim Löten erreicht werden.
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Abweichend vom Ausführungsbeispiel des Verbindungsleiters 27 nach 1 und 2 kann die Anordnung des Verbindungsbrückenbereichs 37 bzw. dessen Anbindung an die erste Lage 40 bzw. zweite Lage 41 auch anders sein, 3.
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In 3 ist das weitere elektrische Bauteil bzw. der Verbindungsleiter 27 mit einer sogenannten neutralen Faser 50 dargestellt. Eine derartige neutrale Faser 50 steht für den Bereich eines Biegeelements, in dem idealerweise keine Druck- oder Zugspannung auftauchen, weswegen diese Faser als „neutral“ bezeichnet wird.
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Bei diesem alternativen Ausführungsbeispiel ist dabei die Anordnung der ersten Lage 40, der zweiten Lage 41 und des Biegeabschnitts 43 in Bezug auf die neutrale Faser 50 und damit deren Verlauf derartig, dass zwischen der ersten Lage 40 und der zweiten Lage 41 der Biegeabschnitt 43 angeordnet ist. Ein Ende 53 des weiteren elektrischen Bauteils bzw. des Verbindungsleiters 27 ist hier Teil der ersten Lage.
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Gemäß einem weiteren in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel kann dieses weitere elektrische Bauteil bzw. der Verbindungsleiter 27 auch derartig ausgeführt sein, dass dieses an dem Verbindungsbereich 35 mit einer weiteren Materialschicht 56 verstärkt ist. Dann entspräche der Verbindungsbereich 35 der ersten Lage 40 und die weitere Materialschicht 56 der zweiten Lage 41.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel nach 5, bildet eine weitere Materialschicht 56 die erste Lage 40, die damit an die zweite Lage 41 vorzugsweise stoffschlüssig befestigt ist. In diesem Fall ist die weitere Materialschicht 56 derartig ausgebildet, dass diese den Verbindungsbereich 35 aufweist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2014009016 A1 [0001]
- DE 102016217728 A1 [0002]
