DE102020005115A1 - Method for producing a component arrangement and component arrangement - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Bauteilanordnung (3), wobei ein erstes Bauteil (1) und ein zweites Bauteil (2) stoffschlüssig aneinander fixiert werden, indem zwischen den Bauteilen (1, 2) eine Lötverbindungseinrichtung (7) hergestellt wird. Erfindungsgemäß wird die Lötverbindungseinrichtung (7) hergestellt, indem eine erste Lötverbindungseinheit (10) in einer ersten Lötzone (9) der Lötverbindungseinrichtung (7) mittels eines ersten Lötwerkzeugs (12, 13) erzeugt wird und eine zweite Lötverbindungseinheit (11) in einer zweiten Lötzone (9) mittels eines zweiten Lötwerkzeugs (12, 13) erzeugt wird. Überdies betrifft die Erfindung eine Bauteilanordnung (3), die ein erstes Bauteil (1) und ein zweites Bauteil (2) aufweist, die mittels eines Verfahrens stoffschlüssig aneinander fixiert worden sind.The invention relates to a method for producing a component arrangement (3), in which a first component (1) and a second component (2) are fixed to one another in a cohesive manner by producing a soldered connection device (7) between the components (1, 2). According to the invention, the soldered connection device (7) is produced by producing a first soldered connection unit (10) in a first soldering zone (9) of the soldered connection device (7) using a first soldering tool (12, 13) and a second soldered connection unit (11) in a second soldering zone (9) is produced by means of a second soldering tool (12, 13). The invention also relates to a component arrangement (3) which has a first component (1) and a second component (2) which have been fixed to one another in a cohesive manner using a method.
Description
Die Erfindung betrifft gemäß Patentanspruch 1 ein Verfahren zum Herstellen einer Bauteilanordnung. Gemäß Patentanspruch 7 betrifft die Erfindung eine Bauteilanordnung, die mittels des Verfahrens hergestellt worden ist.According to patent claim 1, the invention relates to a method for producing a component arrangement. According to patent claim 7, the invention relates to a component arrangement which has been produced by means of the method.
Um Bauteile, insbesondere Aluminiumbauteile, besonders zuverlässig stoffschlüssig miteinander zu verbinden, ist aus dem Stand der Technik Löten bekannt. Im Zusammenhang mit Aluminiumbauteilen erfolgt das Löten oftmals im Ofen - das heißt mittels eines Ofenlötprozesses. Doch ist ein solcher Ofenlötprozess mit Problemen behaftet, beispielsweise bereits dadurch, dass die miteinander zu verlötenden bzw. miteinander zu fügenden Bauteile vollumfänglich auf Löttemperatur zu bringen sind, selbst in Bereichen der Bauteile, in welchen überhaupt keine Lötverbindung ausgebildet wird. Hierdurch ist Ofenlöten besonders kostenaufwändig und insbesondere energieintensiv. Beim Ofenlötprozess werden oftmals eine Vielzahl von Bauteilen gleichzeitig gelötet, indem diese Vielzahl von Bauteilen in eine gemeinsame Ofenmuffel verbracht werden und dort der Löttemperatur ausgesetzt werden. Wirkt der Ofen bzw. der Lötofen nachteilig auf die zu lötenden Bauteile in der Ofenmuffel ein, beispielsweise indem der Lötofen defekt ist oder eine Ofenatmosphäre durch Fremdstoffe kontaminiert ist, sind sämtliche in der Ofenmuffel angeordnete Bauelemente diesen nachteiligen bzw. unerwünschten Wirkungen ausgesetzt. Hierdurch kann es passieren, dass alle in der Ofenmuffel angeordneten Bauteile oder Bauelemente zu Ausschuss werden oder einer besonders aufwändigen Nachbehandlung bedürfen.In order to connect components, in particular aluminum components, to one another in a particularly reliable and cohesive manner, soldering is known from the prior art. In connection with aluminum components, soldering often takes place in an oven - i.e. by means of an oven soldering process. However, such a furnace soldering process is fraught with problems, for example, due to the fact that the components to be soldered or joined together have to be brought to the soldering temperature in their entirety, even in areas of the components in which no soldered connection is formed at all. As a result, furnace soldering is particularly expensive and, in particular, energy-intensive. In the furnace soldering process, a large number of components are often soldered simultaneously by bringing this large number of components into a common furnace muffle and exposing them to the soldering temperature there. If the furnace or the soldering furnace has an adverse effect on the components to be soldered in the furnace muffle, for example if the soldering furnace is defective or a furnace atmosphere is contaminated by foreign substances, all components arranged in the furnace muffle are exposed to these disadvantageous or undesirable effects. As a result, it can happen that all of the components or structural elements arranged in the furnace muffle become scrap or require a particularly complex after-treatment.
Bauteile, die mittels eines solchen Ofenlötprozesses üblicherweise verlötet werden, sind von einer Aluminiumlegierung der Gruppe 3000 (siehe DIN EN 573-3/4). Diese weisen jedoch nur geringe Festigkeitskennwerte auf, in der Regel ist die 0,2-%-Dehngrenze kleiner als 80 N/mm2 (Newton pro Quadratmillimeter). Es besteht jedoch der Bedarf, höherfeste Bauteile aus Aluminium miteinander zu verlöten. Ausscheidungshärtbare magnesiumlegierte Aluminiumlegierungen (aus der Gruppe 6000) sind durch geeignete Wärmebehandlungen zwar höherfest darstellbar, sind jedoch nur schlecht mittels des Ofenlötprozesses lötbar. Zwar ist ein Löten im Vakuum möglich, doch für große Bauteile und insbesondere große Stückzahlen ökonomisch ungünstig. Des Weiteren ist ein Einsatz eines Flussmittels denkbar, was jedoch oftmals umweltschädlich ist und in der Regel im Betriebseinsatz des entsprechenden Bauteils stark korrosiv wirkt.Components that are usually soldered using such a furnace soldering process are made of an aluminum alloy from group 3000 (see DIN EN 573-3/4). However, these only have low strength characteristics; as a rule, the 0.2% yield point is less than 80 N/mm 2 (Newtons per square millimeter). However, there is a need to solder high-strength aluminum components to one another. Precipitation-hardenable magnesium-alloyed aluminum alloys (from group 6000) can be produced with higher strength through suitable heat treatments, but are difficult to solder using the furnace soldering process. Although soldering in a vacuum is possible, it is economically unfavorable for large components and, in particular, large quantities. Furthermore, the use of a flux is conceivable, but this is often harmful to the environment and usually has a highly corrosive effect when the corresponding component is used in service.
Um eine solche Aluminium-Magnesium-Silizium-Legierung, das heißt eine Aluminiumbasislegierung aus der Gruppe 6000, oder andere ausscheidungshärtbare Legierungen wie beispielsweise kupferlegierte Aluminiumlegierungen (Gruppe 2000) oder zinklegierte Aluminiumlegierungen (Gruppe 7000) auf eine erwünschte hohe Festigkeit zu bringen, sind Bauteile aus den genannten Aluminiumlegierungen nach dem Ofenlötprozess warmauszulagern. Ein solches Warmauslagern erfolgt in der Regel, indem die entsprechenden Bauteile über eine Zeit von etwa 30 Minuten bis mehrere Stunden einer Warmauslagerungstemperatur von etwa 150 °C (Grad Celsius) bis 250 °C ausgesetzt werden. Voraussetzung für ein erfolgreiches Warmauslagern ist, dass die Bauteile aus den entsprechenden Aluminiumlegierungen vor dem Warmauslagern in einem übersättigten Mischkristallzustand vorliegen. Dies wiederum setzt voraus, dass die entsprechenden Bauteile nach dem Lötprozess bzw. nach einem nach dem Lötprozess durchgeführten Lösungsglühprozess (Lösungsglühtemperatur etwa 500 °C) besonders schnell abgeschreckt bzw. abgekühlt werden. Es ist jedoch das besonders schnelle Abschrecken bzw. besonders schnelle Abkühlen erschwert, wenn die Bauteile zuvor vollumfänglich auf die Löt- bzw. Lösungsglühtemperatur erwärmt worden sind. Unter Umständen reicht dann eine erzielbare Abschreckrate bzw. Abkühlgeschwindigkeit am entsprechenden Bauteil nicht aus, um einen hinreichend hohen Übersättigungszustand herzustellen. Zudem ist mit einem besonders hohen Bauteilverzug infolge des Abschreckens zu rechnen.In order to bring such an aluminum-magnesium-silicon alloy, i.e. an aluminum-based alloy from group 6000, or other precipitation-hardenable alloys such as copper-alloyed aluminum alloys (group 2000) or zinc-alloyed aluminum alloys (group 7000) to a desired high strength, components are made of to artificially age the aluminum alloys mentioned after the furnace soldering process. Such an artificial aging is usually carried out by exposing the corresponding components to an artificial aging temperature of approximately 150° C. (degrees Celsius) to 250° C. for a period of approximately 30 minutes to several hours. A prerequisite for successful artificial aging is that the components made of the corresponding aluminum alloys are in a supersaturated solid solution state before artificial aging. This in turn presupposes that the corresponding components are quenched or cooled particularly quickly after the soldering process or after a solution annealing process (solution annealing temperature around 500 °C) carried out after the soldering process. However, particularly rapid quenching or particularly rapid cooling is made more difficult if the components have previously been fully heated to the brazing or solution annealing temperature. Under certain circumstances, an achievable quenching rate or cooling rate on the corresponding component is not sufficient to produce a sufficiently high supersaturation state. In addition, a particularly high level of component distortion is to be expected as a result of quenching.
Es ist des Weiteren bekannt, die miteinander zu verlötenden Bauteile lediglich lokal begrenzt zu erwärmen, um den Lötprozess durchzuführen. Hierdurch ist der Energieaufwand verglichen mit einem Ofenlötprozess geringer. Ein solches lokal begrenztes Löten kann beispielsweise mittels eines Induktionslötens und/oder Laserlötens erreicht werden.Furthermore, it is known to heat the components to be soldered together only in a locally limited manner in order to carry out the soldering process. As a result, the energy consumption is lower compared to a furnace soldering process. Such locally limited soldering can be achieved, for example, by means of induction soldering and/or laser soldering.
Dem Löten ist grundsätzlich immanent, dass die Lötprozesstemperatur bzw. Löttemperatur besonders genau einzustellen und zu halten ist. Besonders beim Herstellen größerer Lötzonen und/oder beim Löten von Bauteilen mit komplexer Geometrie ist es bei Induktionslötprozessen oftmals schwierig, an jedem Ort der Lötzone den oftmals engen Löttemperaturbereich prozesssicher einzuhalten, wodurch es schwierig bzw. aufwändig ist, eine qualitativ hochwertige Lötzone zu erzeugen.Soldering is fundamentally inherent in the fact that the soldering process temperature or soldering temperature must be set and maintained with particular precision. Especially when producing larger soldering zones and/or when soldering components with complex geometries, it is often difficult with induction soldering processes to reliably maintain the often narrow soldering temperature range at every point in the soldering zone, which makes it difficult or time-consuming to produce a high-quality soldering zone.
Mittels eines Laserlötens lässt sich die eingebrachte Energiemenge über die Laserleistung und den Vorschub des Laserlötwerkzeugs steuern bzw. über Pyrometer regeln. Aus dem Fahrzeugbau, insbesondere Serienfahrzeugbau, ist darüber hinaus das so genannte Bahnlöten bekannt, wobei das Lotmaterial üblicherweise als Draht- oder Bandmaterial in den Laserfokus eingebracht wird und dort aufschmilzt. Parallel hierzu wird mittels des Lasers auch die Bauteiloberfläche auf Löttemperatur erwärmt.With laser soldering, the amount of energy introduced can be controlled via the laser power and the advance of the laser soldering tool or regulated via pyrometers. So-called web soldering is also known from vehicle construction, in particular series vehicle construction, with the solder material usually being introduced into the laser focus as wire or strip material and melting there. Parallel to this, using the laser the component surface is also heated to the soldering temperature.
Die
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein besonders effizientes Lötverfahren zum stoffschlüssigen Verbinden zweier Bauteile sowie eine Bauteilanordnung bereitzustellen.The object of the present invention is to provide a particularly efficient soldering method for the material connection of two components and a component arrangement.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den im Patentanspruch 1 genannten Merkmalen sowie durch eine Bauteilanordnung mit den im Patentanspruch 7 genannten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Patentansprüchen angegeben. Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind als Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Bauteilanordnung anzusehen und umgekehrt.According to the invention, this object is achieved by a method having the features specified in patent claim 1 and by a component arrangement having the features specified in patent claim 7 . Advantageous configurations with expedient developments of the invention are specified in the remaining patent claims. Features, advantages and advantageous configurations of the method according to the invention are to be regarded as features, advantages and advantageous configurations of the component arrangement according to the invention and vice versa.
Erfindungsgemäß ist demnach ein Verfahren zum Herstellen einer Bauteilanordnung vorgeschlagen, wobei ein erstes Bauteil und zumindest ein zweites Bauteil stoffschlüssig aneinander fixiert werden, indem zwischen den Bauteilen eine Lötverbindungseinrichtung hergestellt wird. Das bedeutet, dass zum Herstellen der Bauteilanordnung die Bauteile der Bauteilanordnung miteinander verlötet werden. Die Bauteilanordnung kann über das erste Bauteil und über das zweite Bauteil hinaus noch weitere Bauteile aufweisen. Exemplarisch wird das Verfahren, mittels dessen wenigstens zwei der Bauteile der Bauteilanordnung miteinander stoffschlüssig verlötet werden, im Zusammenhang mit dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil beschrieben; es ist jedoch zu verstehen, dass das Verfahren auch zwischen anderen der Bauteile der Bauteilanordnung Anwendung finden kann.According to the invention, a method for producing a component arrangement is therefore proposed, in which a first component and at least one second component are fixed to one another in a materially bonded manner, in that a soldered connection device is produced between the components. This means that in order to produce the component arrangement, the components of the component arrangement are soldered to one another. The component arrangement can also have further components in addition to the first component and the second component. By way of example, the method by means of which at least two of the components of the component arrangement are soldered to one another in a materially bonded manner is described in connection with the first component and the second component; however, it is to be understood that the method can also be used between other of the components of the component assembly.
Um nun ein besonders effizientes Lötverfahren zum stoffschlüssigen Verbinden der beiden Bauteile bereitzustellen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Lötverbindungseinrichtung hergestellt wird, indem eine erste Lötverbindungseinheit in einer ersten Lötzone der Lötverbindungseinrichtung mittels eines ersten Lötwerkzeugs erzeugt wird. Des Weiteren ist bei dem Verfahren vorgesehen, dass wenigstens eine zweite Lötverbindungseinheit in einer von der ersten Lötzone unterschiedlichen zweiten Lötzone mittels eines von dem ersten Lötwerkzeug unterschiedlichen zweiten Lötwerkzeugs erzeugt wird. Das bedeutet, dass die Lötverbindungseinrichtung bei der fertig hergestellten Bauteilanordnung die erste Lötverbindungseinheit und zumindest die zweite Lötverbindungseinheit aufweist, die mittels zweier unterschiedlicher Lötwerkzeuge erzeugt worden sind.In order to provide a particularly efficient soldering method for materially connecting the two components, the invention provides that the soldered connection device is produced by producing a first soldered connection unit in a first soldering zone of the soldered connection device using a first soldering tool. Furthermore, the method provides that at least one second soldered connection unit is produced in a second soldering zone, which is different from the first soldering zone, by means of a second soldering tool, which is different from the first soldering tool. This means that the soldered connection device in the finished component arrangement has the first soldered connection unit and at least the second soldered connection unit, which have been produced using two different soldering tools.
Wenigstens ein Bauteil der Bauteilanordnung besteht aus einer Aluminiumbasislegierung, was bedeutet, dass das entsprechende Bauteil mit zumindest 50 Gewichtsprozent aus Aluminium besteht und wenigstens ein weiteres Legierungselement aufweist. Es ist besonders bevorzugt, wenn es sich bei der Aluminiumbasislegierung um eine aushärtbare Aluminiumlegierung, etwa um eine Aluminiumlegierung aus der Gruppe 2000, aus der Gruppe 6000 oder aus der Gruppe 7000, handelt. Hierdurch sind zumindest an dem entsprechenden Bauteil vorteilhaft hohe Festigkeiten herstellbar. Unter einer hohen Festigkeit ist hierin eine 0,2-%-Dehngrenze von mindestens 150 N/mm2, insbesondere von mindestens 180 N/mm2, zu verstehen.At least one component of the component arrangement consists of an aluminum-based alloy, which means that the corresponding component consists of at least 50 percent by weight of aluminum and has at least one additional alloy element. It is particularly preferred if the aluminum-based alloy is a heat-treatable aluminum alloy, such as a group 2000, group 6000 or group 7000 aluminum alloy. As a result, advantageously high strengths can be produced at least on the corresponding component. High strength is understood here to mean a 0.2% yield point of at least 150 N/mm 2 , in particular at least 180 N/mm 2 .
Vorteilhaft bei dem Lötverfahren ist, dass wirkprinzipbedingt eine Werkstoffstruktur der an dem Lötprozess beteiligten Bauteile nicht oder nur lediglich besonders gering beeinflusst wird. Insbesondere wird durch das Lötverfahren - anders als bei einem Schweißverfahren - kein Loch bzw. keine Pore in/an den miteinander zu verbindenden Bauteilen erzeugt. Hierdurch sind besonders dichte Verbindungen, das heißt Lötverbindungen, zwischen den Bauteilen erzeugbar. Dies ist vor allem dann vorteilhaft, wenn es sich bei der Bauteilanordnung, die mittels des Verfahrens hergestellt wird, um eine von einem Fluid durchströmbare Bauteilanordnung, etwa einen Wärmetauscher („Kühler“), insbesondere eines Kraftwagens, handelt. Ferner ist denkbar, mittels des Verfahrens die Bauteilanordnung herzustellen, die dann einen Heiz- und/oder Kühlkörper, eine Batteriewanne (mit oder ohne integrierte Kühlung), ein flächiges Verstärkungs- und/oder Wandelement, ein Elektromotor- und/oder Getriebegehäuse (mit oder ohne integrierte Kühlung) bildet.The advantage of the soldering process is that, due to the operating principle, a material structure of the components involved in the soldering process is not affected or is only affected to a particularly small extent. In particular, the soldering process--unlike a welding process--does not produce a hole or pore in/on the components to be connected. As a result, particularly tight connections, ie soldered connections, can be produced between the components. This is particularly advantageous when it comes to the component arrangement with is produced by means of the method is a component arrangement through which a fluid can flow, such as a heat exchanger (“radiator”), in particular of a motor vehicle. It is also conceivable to use the method to produce the component arrangement, which then includes a heating and/or cooling body, a battery tray (with or without integrated cooling), a flat reinforcement and/or wall element, an electric motor and/or gear housing (with or without integrated cooling).
Durch das erfindungsgemäße Verfahren lassen sich des Weiteren besonders maßhaltige Bauteilanordnungen herstellen, wobei es sich bevorzugterweise jeweils um eine besonders große bzw. besonders großflächige Bauteilanordnung handelt. Unter „großflächig“ ist hierin zu verstehen, dass eine gesamte Mantelaußenfläche der Bauteilanordnung in Bezug zu dem Gesamtvolumen der Bauteilanordnung besonders groß ist.Furthermore, the method according to the invention makes it possible to produce particularly dimensionally stable component arrangements, with the component arrangement preferably being a particularly large or particularly large-area component arrangement. “Large-area” is to be understood here as meaning that the entire outer surface area of the component arrangement is particularly large in relation to the overall volume of the component arrangement.
Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Bauteilanordnung, die ein erstes Bauteil und wenigstens ein zweites Bauteil aufweist, die mittels eines gemäß der vorstehenden Beschreibung ausgebildeten Verfahrens stoffschlüssig aneinander fixiert worden sind. Furthermore, the invention relates to a component arrangement which has a first component and at least one second component which have been fixed to one another in a materially bonded manner by means of a method designed in accordance with the above description.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren allein gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention result from the following description of a preferred exemplary embodiment and from the drawing. The features and combinations of features mentioned above in the description and the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and/or shown alone in the figures can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without going beyond the scope of the leave invention.
Dabei zeigt
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1 eine schematische Ansicht eines ersten Bauteils und eines zweiten Bauteils, die stoffschlüssig aneinander fixiert werden, um eine Bauteilanordnung herzustellen; -
2 eine schematische und gemäß der in1 eingezeichneten Schnittebene II-II geschnittene Ansicht der Bauteilanordnung mit einem Lötbereich; -
3 eine schematische und gemäß der in1 eingezeichneten Schnittebene II-II geschnittene Ansicht der Bauteilanordnung mit einer weiteren Ausführungsform des Lötbereichs; und -
4 eine schematische Ansicht der Bauteilanordnung mit auf den Lötbereich einwirkenden Lötwerkzeugen.
-
1 a schematic view of a first component and a second component which are cohesively fixed to one another in order to produce a component arrangement; -
2 a schematic and according to in1 drawn section plane II-II sectioned view of the component arrangement with a soldering area; -
3 a schematic and according to in1 drawn section plane II-II sectioned view of the component arrangement with a further embodiment of the soldering area; and -
4 a schematic view of the component arrangement with soldering tools acting on the soldering area.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.Elements that are the same or have the same function are provided with the same reference symbols in the figures.
Im Folgenden werden eine ein erstes Bauteil 1 und ein zweites Bauteil 2 aufweisende Bauteilanordnung 3 und ein Verfahren zum Herstellen jener Bauteilanordnung 3 gemeinsam beschrieben.A
Wenigstens eines der Bauteile 1, 2, bevorzugt die Bauteile 1, 2, sind von einem metallischen Material, insbesondere aus einer Aluminiumbasislegierung. Insbesondere besteht das Material des jeweiligen Bauteils 1, 2 aus einer ausscheidungshärtbaren Aluminiumbasislegierung, beispielsweise aus der Gruppe 6000. Ferner ist es denkbar, dass das entsprechende Bauteil 1, 2 als jeweiliges Aluminiumblechmaterial bereitgestellt wird. Bei einem solchen Aluminiumblechmaterial kann es sich beispielsweise um einen zwei- oder mehrlagigen Verbundwerkstoff handeln. Für das nachfolgend beschriebene Löten ist es von besonderem Vorteil, wenn das Blechmaterial lotplattiert ist.At least one of the
Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass das entsprechende Bauteil 1, 2 und/oder wenigstens ein weiteres Bauteil der Bauteilanordnung 3 aus einem Aluminiumgussmaterial, einem Aluminiumschmiedematerial, einem Aluminiumstrangpressmaterial oder aus einem additiv bzw. generativ erzeugten Aluminiummaterial besteht. Die Bauteile 1, 2 können dabei aus dem gleichen Aluminiumbasiswerkstoff oder aus unterschiedlichen Aluminiumbasiswerkstoffen bestehen. Ferner können die Bauteile 1, 2 jeweils durchgängig aus demselben Aluminiumbasiswerkstoff bestehen oder aus einem Aluminiumverbundwerkstoff oder aus einem Aluminium-Gradientenwerkstoff. Bevorzugt liegt wenigstens eines der Bauteile 1, 2 vor dem Löten im lösungsgeglühten Zustand vor. Bei Blechmaterial entspricht dies dem so genannten T4-Zustand.Alternatively or additionally, it is possible that the
Bei dem Verfahren zum Herstellen der Bauteilanordnung 3, bei welchem die Bauteile 1, 2 stoffschlüssig aneinander fixiert bzw. miteinander verbunden werden, wird des Weiteren ein Lotmaterial 4 bereitgestellt, mittels dessen die Bauteile 1, 2 stoffschlüssig miteinander verbunden werden. Hierbei kann das Lotmaterial 4 beispielsweise eine erste Außenoberfläche 5 des ersten Bauteils 1 vollständig oder teilweise bedecken. Alternativ oder zusätzlich kann das Lotmaterial 4 - beispielsweise teilweise - an einer ersten Außenoberfläche 6 des zweiten Bauteils 2 angeordnet bzw. angebracht sein. Das Lotmaterial 4, das beispielsweise als ein Lotkörper ausgebildet ist, kann hierbei auf die entsprechende Außenoberfläche 5, 6 lediglich aufgelegt oder kraft-, form- und/oder stoffschlüssig damit verbunden sein oder werden.In the method for producing the
Das Lotmaterial 4 ist zu einer Lötverbindungseinrichtung 7 (erstmals gezeigt in
Grundgedanke bei dem Verfahren zum Herstellen der Bauteilanordnung 3 ist es, dass die einzelnen Lötzonen 9 durch lokal begrenzt wirkende Energiequellen auf die Löttemperatur aufgeheizt werden. Bei diesen Energiequellen handelt es sich beispielsweise um ein jeweiliges Lötwerkzeug 12, 13, zum Beispiel um eine vertikal emittierende Laserquelle, um eine horizontal emittierende Laserquelle, um einen Scheibenlaser, um einen Faserlaser, um ein fasergekoppeltes Lasersystem, um eine Laserdiode, um ein gescanntes Laserstrahlsystem, um nicht kohärente Strahlungsquellen auf LED-Basis (Hochleistungs-LEDs, LED-Arrays oder LED-Flächenstrahler) und/oder ein gescanntes Elektrodenstrahlsystem. Das Lötwerkzeug 12, 13 kann auch eine Kombination von mindestens zwei der zuvor genannten Vorrichtungen aufweisen, beispielsweise einen Laserdiodenbarren. Insbesondere wenn das Lötwerkzeug 12, 13 ein Laserelement aufweist, kann dieses Laserlötwerkzeug dann wenigstens ein Optikelement umfassen, beispielsweise eine Linse, einen Spiegel, ein optisches Gitter oder Kombinationen hiervon.The basic idea behind the method for producing the
Die Lötverbindungseinrichtung 7 wird also hergestellt, indem eine erste Lötverbindungseinheit 10 in einer ersten der Lötzonen 9 mittels eines ersten Lötwerkzeugs 12, 13 erzeugt wird. Des Weiteren wird wenigstens eine zweite Lötverbindungseinheit 11 in einer von der ersten Lötzone unterschiedlichen zweiten Lötzone mittels eines von dem ersten Lötwerkzeug 12, 13 unterschiedlichen zweiten Lötwerkzeugs 12 13 erzeugt. Da im vorliegenden Beispiel die Bauteilanordnung 3 die Vielzahl von Lötzonen 9 aufweist, ist vorgesehen, dass die jeweilige Lötzone 9 mittels eines eigens zugeordneten Lötwerkzeugs 12, 13 auf die Löttemperatur bzw. Prozesstemperatur erhitzt wird, sodass je Lötzone 9 eine jeweilige Lötverbindungseinheit hergestellt wird, wodurch die Bauteile 1, 2 in/an der Vielzahl der Lötzonen 9 stoffschlüssig miteinander verbunden werden oder sind. Denn indem in der jeweiligen Lötzone 9 eine jeweilige Lötverbindungseinheit, beispielsweise die Lötverbindungseinheiten 10, 11, erzeugt werden, wird die Lötverbindungseinrichtung 7 zwischen den Bauteilen 1, 2 erzeugt, wobei die Bauteile 1, 2 über die Lötverbindungseinrichtung 7 miteinander verlötet und infolgedessen stoffschlüssig miteinander verbunden werden.The soldered connection device 7 is thus produced in that a first
Hierbei ist es insbesondere vorgesehen, dass die Lötverbindungseinheiten 10, 11 zumindest teilweise gleichzeitig erzeugt werden. Mit anderen Worten erfolgt das Erzeugen der ersten Lötverbindungseinheit 10 zumindest teilweise zeitlich überlappend mit dem Erzeugen der zweiten Lötverbindungseinheit 11. Besonders bevorzugt beginnen das Erzeugen der ersten Lötverbindungseinheit 10 und das Erzeugen der zweiten Lötverbindungseinheit 11 gleichzeitig. Weiter kann vorgesehen sein, dass das Erzeugen der ersten Lötverbindungseinheit 10 und das Erzeugen der zweiten Lötverbindungseinheit 11 gleichzeitig enden. Dies gilt in analoger Weise für weitere der Lötverbindungseinheiten, sodass bei dem Verfahren beispielsweise vorgesehen sein kann, dass alle vorgesehenen Lötverbindungseinheiten gleichzeitig erzeugt werden.In this context, provision is made in particular for the
Eine jeweilige Lötleistung der Lötwerkzeuge 12, 13 ist unabhängig voneinander regelbar, beispielsweise indem - für den Fall des Laserlötwerkzeugs - das jeweilige Optikelement steuerbar bzw. regelbar ausgebildet ist. So kann beispielsweise mittels einer einzigen Laserquelle der Laserstrahl auf die einzelnen Lötzonen 9 aufgeteilt werden. Als weitere Möglichkeit können Bestrahlungsmuster, mittels welchen die Lötzonen 9 gemäß einer Taktung zum Aufschmelzen des Lotmaterials 4 bestrahlt werden, durch Strahloszillation erzeugt werden, wobei die Strahloszillation derart schnell ist, dass sich ein quasistatisches Wärmefeld in den Lötzonen 9 bildet. Eine solche Strahloszillation ist beispielsweise durch eine Scanneroptik bereitstellbar.A respective soldering performance of the
Dementsprechend ist es bei dem Verfahren generell zu verstehen, dass das jeweils der jeweiligen Lötzone 9 zugeordnete Lötwerkzeug 12, 13 durch ein System aus einer einzigen Energiequelle, beispielsweise Laserquelle, und einer entsprechenden Energielenkeinrichtung, beispielsweise dem jeweiligen Optikelement, bereitgestellt wird. Insofern unterscheidet sich das erste Lötwerkzeug 12, 13 von dem zweiten Lötwerkzeug 12, 13 hauptsächlich darin, dass das erste Lötwerkzeug 12, 13 einen Energieeintrag in die erste der Lötzonen 9 verursacht, wohingegen das zweite Lötwerkzeug 12, 13 einen Energieeintrag in eine andere der Lötzonen 9, beispielsweise in die zweite Lötzone, verursacht. Des Weiteren kann das jeweilige Lötwerkzeug 12, 13 einen Emitter oder eine Emittergruppe mit einer entsprechend ausgebildeten Leistungsregelung aufweisen, um die Vielzahl der Lötwerkzeuge 12, 13 auszubilden.Accordingly, in the case of the method, it is generally to be understood that the
Mithilfe eines oder mehrere Lötwerkzeuge 12, 13 wird also ein zu lötender Abschnitt der Bauteilanordnung 3 bzw. des ersten Bauteils 1 und/oder des zweiten Bauteils 2 erwärmt und/oder warmgehalten. Hierbei weist die jeweilige Lötzone eine Kantenlänge von beispielsweise 30 Millimeter mal 10 Millimeter auf. Jedoch sind alternative Maße und/oder Geometrien denkbar.With the help of one or
Bei dem Verfahren zum Verlöten der Bauteile 1, 2 ist insbesondere vorgesehen, dass -im Gegensatz zu einem Bahnverfahren - ein Bewegen des jeweiligen Lötwerkzeugs 12, 13 entlang der zu fügenden Zonen bzw. Lötzonen 9 unterbleibt. Des Weiteren ist vorgesehen, dass ein Bewegen der zu fügenden Bauteile 1, 2 unter dem jeweiligen Lötwerkzeug 12, 13 unterbleibt. Mit anderen Worten ist bei dem Verfahren vorgesehen, dass beim Erzeugen der Lötverbindungseinheiten 10, 11 eine Relativposition zwischen den zu verbindenden Bauteilen 1, 2 und den Lötwerkzeugen 12, 13 unverändert bleibt. Anders ausgedrückt werden weder die Bauteile 1, 2 noch die Lötwerkzeuge 12, 13 beim Erzeugen der Lötverbindungseinheiten 10, 11, insbesondere während die Lötverbindungseinheiten 10, 11 erzeugt werden, relativ zueinander bewegt. Dies ist insofern vorteilhaft, als Toleranzen für Bewegungsmechanismen, mittels welcher die Lötwerkzeuge 12, 13 und/oder die Bauteile 1, 2 bei dem Bahnverfahren geführt werden würden, entfallen, wodurch die Lötverbindungseinrichtung 7 besonders genau bzw. maßhaltig erzeugbar ist.In the method for soldering the
Anstatt die Bauteile 1, 2 und/oder die Lötwerkzeuge 12, 13 relativ zueinander zu bewegen, ist es bevorzugt, die lokal begrenzt wirkenden Lötwerkzeuge 12, 13 bzw. Energiequellen so zu positionieren, dass der zu lötende Bereich der Bauteile 1, 2, das heißt das Lotmaterial 4 in den Lötzonen 9, besonders effizient vollständig auf die Löttemperatur bzw. Prozesstemperatur aufgeheizt werden können/kann. Des Weiteren ist es mittels der Lötwerkzeuge 12, 13 besonders effizient möglich, das Lotmaterial 4 in den Lötzonen 9 auf dieser Löttemperatur bzw. Prozesstemperatur, die auch Lötprozesstemperatur genannt werden kann, zu halten. Beispielsweise ist vorgesehen, dass mehrere Lötwerkzeuge 12, 13 benachbart zueinander positioniert werden, sodass die Lötverbindungseinrichtung 7 als eine durchgehende, beispielsweise linienförmige, Lötnaht ausgebildet wird, indem das Lotmaterial 4 in den Lötzonen 9 lokal begrenzt durch die Lötwerkzeuge 12, 13 aufgeschmolzen wird. Obwohl also die Bauteile 1, 2 und die Lötwerkzeuge 12, 13 relativ zueinander ortsfest fixiert sind, ist hierin nicht zu verstehen, dass eine Scanneroptik starr ist. Denn im Falle einer scannenden Erwärmung bzw. Aufheizung des Lotmaterials 4 in den Lötzonen 9 ist vorgesehen, dass der entsprechende Elektronen- oder Laserstrahl hauptsächlich auf die zu erwärmende Lötzone 9 auswirkt und höchstens vereinzelt in eine direkt zu der entsprechenden Lötzone 9 benachbarte weitere Lötzone 9 springt. Die sich bewegende Scaneinrichtung bzw. Scanneroptik verbleibt aber ortsfest über den Bauteilen 1, 2.Instead of moving the
Eine Erwärmungsdauer bzw. Erhitzungsdauer, während welcher mittels des entsprechenden Lötwerkzeugs 12, 13 das Lotmaterial 4 in der entsprechenden Lötzone 9 erhitzt bzw. erwärmt wird, beträgt im vorliegenden Beispiel und aufgrund der hierin beschriebenen Anordnung der Bauteile 1, 2 und/oder der Lötwerkzeuge 12, 13 weniger als 120 Sekunden, insbesondere weniger als 60 Sekunden, besonders bevorzugt weniger als 20 Sekunden. Nach dieser Erwärmungsdauer ist die Lötprozesstemperatur erreicht, wonach das Lotmaterial 4 durch die Lötwerkzeuge 12, 13 dann auf der Lötprozesstemperatur gehalten wird. Das bedeutet, dass mittels der Lötwerkzeuge 12, 13 nach dem Erhitzen bzw. Erwärmen auf die Prozesstemperatur das Lotmaterial 4 auf einem konstanten Temperaturniveau gehalten wird, nämlich auf der Lötprozesstemperatur.In the present example and due to the arrangement of the
Bei der Lötprozesstemperatur bzw. Löttemperatur handelt es sich insbesondere um einen Temperaturbereich, welcher - beispielsweise für eine Hartlötung einer Aluminiumlegierung aus der Gruppe 6000 - ca. 590°C bis 600°C beträgt. Unter Bezugnahme auf dieses Beispiel bedeutet das für das Erwärmen bzw. Erhitzen des Lotmaterials 4 in der entsprechenden Lötzone 9, dass das jeweilige bzw. entsprechende Lötwerkzeug 12, 13 zunächst eine besonders hohe Lötleistung bereitstellt, um das Lotmaterial 4 in der entsprechenden Lötzone 9 (beispielsweise von Raumtemperatur) auf 590°C bis 600°C zu erhitzen. Nachdem diese Lötprozesstemperatur erreicht ist, wird die Lötleistung des entsprechenden Lötwerkzeugs 12, 13 verringert, da das Lotmaterial 4 nun nicht weiter erhitzt werden muss. Nach einem Abschluss des Lötvorgangs, das heißt wenn das Lotmaterial 4 abkühlen und infolgedessen schließlich erstarren soll, wird die Lötleistung des entsprechenden Lötwerkzeugs 12, 13 vollständig eingestellt.The soldering process temperature or soldering temperature is in particular a temperature range which—for example for brazing an aluminum alloy from group 6000—is approximately 590° C. to 600° C. With reference to this example, this means for the heating of the
Die Bauteile 1, 2 werden nach dem Erzeugen der Lötverbindungseinrichtung 7, das heißt nach dem Wiedererstarren des Lotmaterials 4, besonders bevorzugt abgeschreckt, also besonders schnell abgekühlt. Da ein Wärmeeintrag beim Herstellen der Lötverbindungseinrichtung 7 bei der Bauteilanordnung 3 aufgrund der lediglich lokalen Erhitzung der entsprechenden Lötzone 9 besonders gering ist, ist die Bauteilanordnung 3 bzw. sind die Bauteile 1, 2 besonders schnell abschreckbar; das heißt eine Abkühl- bzw. Auskühlgeschwindigkeit ist besonders hoch. Mit anderen Worten ist lediglich eine besonders geringe Kühlleistung zum Abschrecken der Bauteilanordnung 3 erforderlich. Durch die insgesamt sehr kurze Prozesszeit von Aufheizphase und Haltephase auf Löttemperatur kann eine übersättigte Mischkristallstruktur der Bauteile 1, 2 zumindest weitgehend bestehen bleiben, wenn das entsprechende Bauteil 1, 2 - insbesondere vor dem Herstellen der Lötverbindungseinrichtung 7 - lösungsgeglüht vorgelegen hat. Eine besonders starke Mischkristallübersättigung ist bei den Bauteilen 1, 2 bzw. bei der Bauteilanordnung 3 erwünscht, da ein hoher Mischkristallanteil in dem Aluminiummaterial der Bauteile 1, 2 besonders günstige Voraussetzungen für eine erfolgreiche Ausscheidungshärtung schafft. Damit können hochfeste Aluminiumbauteile erzeugt werden.The
Das Lötwerkzeug 12 wirkt im vorliegenden Beispiel durch das erste Bauteil 1 hindurch auf das Lotmaterial 4 ein, um die Lötverbindungseinrichtung 7 zumindest teilweise zu erzeugen. Dementsprechend wirkt das Lötwerkzeug 13 durch das zweite Bauteil 2 hindurch auf das Lotmaterial 4 ein, um die Lötverbindungseinrichtung 7 zumindest teilweise zu erzeugen. Indem die Lötwerkzeuge 12, 13 durch das jeweilige Bauteil 1, 2 hindurch auf das Lotmaterial 4 einwirken, infolgedessen eine jeweilige Lötleistung in das Lotmaterial 4 einkoppeln und schließlich das Lotmaterial 4 aufschmelzen, sodass bei einem Wiedererstarren des Lotmaterials 4 die Lötverbindungseinrichtung 7 zwischen den Bauteilen 1, 2 gebildet wird, werden die Bauteile 1, 2 mittels der Lötwerkzeuge 12, 13 stoffschlüssig zu der Bauteilanordnung 3 verbunden. Hierbei können die Lötwerkzeuge 12, 13 zeitlich parallel oder zeitlich zueinander versetzt, insbesondere zeitlich überlappend, betrieben werden. Es ist auf vorgesehen, jeweils nur ein Lötwerkzeug 12 oder 13 zur Ausbildung der jeweiligen Lötverbindungseinrichtung 7 auszubilden.In the present example, the
Insgesamt zeigt die Erfindung, wie mittels des Verfahrens zum Herstellen der Bauteilanordnung 3 diese besonders effizient hergestellt wird, wobei die fertig hergestellte Bauteilanordnung 3 zum einen besonders maßhaltig ist und zum anderen die Lötverbindungseinrichtung 7 zwischen den Bauteilen 1, 2 einen besonders sicheren und insbesondere dichten Stoffschluss zwischen den Bauteilen 1, 2 bildet. Indem die jeweilige Energiequelle bzw. das jeweilige Lötwerkzeug 12, 13 unabhängig von einem entsprechenden anderen Lötwerkzeug 12, 13 bzw. unabhängig von einer entsprechend anderen Energiequelle angesteuert werden kann, ist es insbesondere möglich, Unterschiede in lokalen Bauteilgeometrien und somit lokale Unterschiede in einer jeweiligen Wärmeleitfähigkeit bzw. in einem jeweiligen Wärmeabflussvermögen zu berücksichtigen. Dies kann beispielsweise durch eine angepasste Energiemenge und/oder durch eine angepasste Energieeinwirkungsfläche und/oder durch eine angepasste Energiewirkungsdauer der jeweiligen Energiequellen bzw. Lötwerkzeuge 12, 13 an die durch die Bauteile 1, 2 vorgegebenen Gegebenheiten erfolgen.Overall, the invention shows how the
Insbesondere die zeitlich gleichzeitige oder zumindest zeitlich weitgehend gleichzeitige Durchführung des Lötprozesses, das heißt des Herstellens der Lötverbindungseinrichtung 7 in den Lötzonen 9, ermöglicht eine besonders kurze Gesamttaktzeit des Lötprozesses und ist infolgedessen ökonomisch besonders günstig. Des Weiteren wird durch den besonders geringen Energieeintrag in die Bauteile 1, 2 nur eine besonders geringe Kühlleistung erforderlich, was erneut ökonomisch besonders günstig ist. Ferner wird bei dem Abschrecken des lediglich lokal begrenzt auf die Lötprozesstemperatur erwärmten Bauteils 1, 2 im Vergleich zu einem Abschrecken eines vollständig auf die Lötprozesstemperatur erhitzten Bauteils 1, 2 deutlich weniger Verzug im Bauteilvolumen erzeugt. Dementsprechend ist durch das Verfahren eine Maßhaltigkeit der Bauteilanordnung 3 besonders vorteilhaft.In particular, the simultaneous or at least temporally largely simultaneous implementation of the soldering process, ie the production of the soldered connection device 7 in the
Um für einen nachfolgenden Warmauslagerungsprozess der gelöteten Bauteilanordnung 3 optimale Voraussetzungen zu schaffen, weist wenigstens eines der Bauteile 1, 2, insbesondere die gesamte Bauteilanordnung 3, einen übersättigten Mischkristallzustand auf, welcher dadurch erreicht wird, dass die Bauteile 1, 2 bereits vor dem Herstellen der Lötverbindungseinrichtung 7, das heißt vor dem Lötprozess, in einem lösungsgeglühten Zustand vorliegt/vorliegen. Dieser lösungsgeglühte Zustand, welcher durch den übersättigten Mischkristallzustand charakterisiert ist, geht auch nicht beziehungsweise nicht wesentlich durch den Wärmeeintrag durch das Löten verloren, da die Energieeinwirkdauer des Gesamtprozesses, nämlich die kurze Erwärmphase bis zur Löttemperatur sowie die kurze Haltephase auf Löttemperatur, insgesamt sehr kurz ist. Zudem ist die Abschreckgeschwindigkeit bzw. Auskühlgeschwindigkeit oder Abkühlgeschwindigkeit der Bauteilanordnung 3 in ausreichender Weise hoch genug ist, um die übersättigte Mischkristallstruktur zu erhalten oder zumindest weitgehend zu erhalten. Für das Abschrecken kann ein flüssiges oder gasförmiges Medium eingesetzt werden, wobei die Bauteilanordnung 3 mit diesem flüssigen oder gasförmigen Medium beströmt und umströmt wird. Alternativ kann eine so genannte Selbstabschreckung zum Einsatz kommen, indem nach Deaktivieren des Lötwerkzeugs 12, 13 die mittels dessen in das Material der Bauteile 1, 2 eingekoppelte Wärme aus der entsprechenden Lötzone 9 hinaus in umgebendes Material des entsprechenden Bauteils 1, 2 „abfließt“. Denn das Material, das die Lötzone 9 umgibt bzw. an diese angrenzt, ist durch den Lötvorgang bzw. durch das Herstellen der Lötverbindungseinrichtung 7 nicht beziehungsweise wesentlich weniger stark erwärmt worden. Dieser Selbstabschreckungseffekt ist vorliegend besonders ausgeprägt, da die Aufheiz- und/oder Haltedauer der Prozesstemperatur in den Lötzonen 9 besonders gering ist. Des Weiteren ist der Selbstabschreckungseffekt durch die ohnehin hohe Wärmeleitfähigkeit von Aluminium begünstigt.In order to create optimal conditions for a subsequent artificial aging process of the soldered
Bei der Bauteilanordnung 3, die mittels des Verfahrens hergestellt worden ist, handelt es sich insbesondere um eine Komponente eines Kraftwagens, beispielsweise eines Personenkraftwagens. So kann es sich bei der Bauteilanordnung 3 etwa um einen Wärmetauscher („Kühler“) für den Kraftwagen bzw. Personenkraftwagen handeln. Des Weiteren ist es denkbar, dass es sich bei der Bauteilanordnung 3 um ein Batterie- bzw. Akkumulatorgehäuse mit oder ohne integrierte Kühlung handelt, um ein Elektromotorgehäuse mit oder ohne integrierte Kühlung etc.The
Bezugszeichenlistereference list
- 11
- Bauteilcomponent
- 22
- Bauteilcomponent
- 22
- Bauteilanordnungcomponent arrangement
- 44
- Lotmaterialsolder material
- 55
- Außenoberflächeouter surface
- 66
- Außenoberflächeouter surface
- 77
- Lötverbindungseinrichtungsolder connection device
- 88th
- Lötbereichsoldering area
- 99
- Lötzonesolder zone
- 1010
- Lötverbindungseinheitsolder connection unit
- 1111
- Lötverbindungseinheitsolder connection unit
- 1212
- Lötwerkzeugsoldering tool
- 1313
- Lötwerkzeugsoldering tool
- 1414
- Außenoberflächeouter surface
- 1515
- Außenoberflächeouter surface
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- DE 102013002628 A1 [0008]DE 102013002628 A1 [0008]
- DE 102017205117 A1 [0009]DE 102017205117 A1 [0009]
Claims (10)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE102020005115.4A DE102020005115A1 (en) | 2020-08-20 | 2020-08-20 | Method for producing a component arrangement and component arrangement |
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---|---|---|---|
DE102020005115.4A DE102020005115A1 (en) | 2020-08-20 | 2020-08-20 | Method for producing a component arrangement and component arrangement |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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ID=80112715
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Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102013002628A1 (en) | 2013-02-18 | 2014-08-21 | Tesat-Spacecom Gmbh & Co.Kg | Housing and method for connecting two housing parts |
DE102017205117A1 (en) | 2017-03-27 | 2018-09-27 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Method for producing a component composite comprising at least two components and component assembly |
-
2020
- 2020-08-20 DE DE102020005115.4A patent/DE102020005115A1/en not_active Withdrawn
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R083 | Amendment of/additions to inventor(s) | ||
R081 | Change of applicant/patentee |
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|
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |