DE102021117849A1

DE102021117849A1 - Verbindungseinheit und Verfahren

Info

Publication number: DE102021117849A1
Application number: DE102021117849.5A
Authority: DE
Inventors: Michael Waldner
Original assignee: Swoboda Wiggensbach KG
Current assignee: Swoboda Wiggensbach KG
Priority date: 2020-07-10
Filing date: 2021-07-09
Publication date: 2022-01-13
Anticipated expiration: 2041-07-10
Also published as: DE102021117849B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verbindungseinheit (1, 20), ein Bauteil, ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindungseinheit (1, 20) sowie ein Verfahren zum Verbinden von zwei elektrisch leitfähigen Fügepartnern.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbindungseinheit, ein Bauteil, ein Verfahren zur Bereitstellung einer Verbindungseinheit sowie ein Verfahren zum Verbinden von zwei Verbindungskomponenten.
Verbindungseinheiten sowie das Verbinden von zwei Verbindungskomponenten, insbesondere zweier größerflächiger stromleitender Fügepartner, sind grundsätzlich bekannt. Beispielsweise werden Kupferschienen für Elektrofahrzeuge mittels Laserschweißen, mittels mechanischer Verbindungen, wie z.B. TOX, oder mittels weiterer Verbindungstechniken, wie Hartlöten, Nanowire bzw. Nanosintering, miteinander verbunden. Beim Hartlöten und Nanosintering wird üblicherweise ein ein Hartlotplättchen oder ein Nanowirepad als Verbindungselement zwischen den beiden Fügepartnern angeordnet, wobei diese üblicherweise als bandförmig zugeführt werden.
Zur Anordnung eines Hartlotplättchens auf einem Fügepartner bestehen unterschiedliche Verfahren. Beispielsweise kann das Hartlotplättchen mit einer Walzplattierung an einem Fügepartner angeordnet werden. Ein Kupferband kann beispielsweise mit einer Hartlotbahn walzplattiert sein. Dies ist vergleichbar mit einer Aluminiumplattierung, die vom Walzbandhersteller bezogen werden kann. Vorteilhaft bei diesem Verfahren ist dass keine Bestückungsaufwendungen für das Aufbringen des Hartlotplättchens erforderlich sind. Die Kosten dieses Verfahrens sind jedoch hoch.
Darüber hinaus kann das Hartlotplättchen über einen Widerstandslötprozess an dem Fügepartner angeordnet werden. Eine hohe Automatisierung dieses Verfahrens ermöglicht hohe Taktraten und somit eine hohe Wirtschaftlichkeit. Es ist jedoch mit hohen Investitionen verbunden, da in der Regel lediglich eine Schweißzange und somit lediglich eine Bestückung in einer Linie auf dem Stanzband möglich ist.
Darüber hinaus kann eine Lotpadzuführung während des Widerstandslötvorgangs erfolgen: Im Widerstandslötkopf befindet sich die Zuführeinheit eines Lotpads, das vor dem Zusammenfügen der Schweißpartner zwischen diese geschoben wird. Während des Schmelzvorgangs wird dann das Band abgerissen. Dieser Fertigungsprozess ist nachteilig, da lediglich Einzelschweißungen möglich sind.
Ein galvanisches Aufbringen einer Struktur beziehungsweise des Nanowire auf den Fügepartnern hat den Vorteil, dass keine Bestückungsaufwendungen erforderlich sind. Es hat jedoch den Nachteil, dass beide Fügepartner galvanisch beschichtet werden müssen und somit hohe Kosten und Logistikaufwendungen anfallen. Darüber hinaus kann ein Nanopad händisch aufgebracht werden.
Laserschweißprozesse für das Fügen derartiger im Betriebszustand stromleitender Fügepartner sind aufgrund der Größe der zu schweißenden Fläche von mehreren Quadratmillimetern in der Regel nicht vorteilhaft.
Häufig werden die Fügepartner bzw. Verbindungskomponenten einem Kunden auch im nicht verbundenen Zustand zur Verfügung gestellt. Die Kunden fügen dann die Fügepartner in der Weiterverarbeitung selbst zusammen. Dem Zulieferer obliegt es jedoch, dieses Fügen besonders einfach zu gestalten. Daher besteht regelmäßig die Anforderung an Zulieferer, einen Fügepartner bereits mit einem angebrachten Verbindungselement, beispielsweise einem angebrachten Hartlotpad, bereitzustellen. Diese Anforderung führt regelmäßig zu einem hohen Automatisierungsaufwand beim Zulieferer. Nachteilig an all diesen Fügeverfahren ist auch, dass sie eine stets gleiche Anordnung der zu fügenden Partner benötigen und diese dabei möglichst in Reihe angeordnet sein sollten.
Aus der DE 10 2016 208 291 A1 ist eine Federklammer zum Fixieren von Kontaktpartnern einer elektrischen Verbindung bekannt, insbesondere einer Hochstromverbindung, um so eine gegen Lockerung gesicherte formschlüssige Verbindung herzustellen, die auch für weichere Kontaktpartner geeignet ist. Diese Federklammer weist einen Sockelabschnitt mit einer Führungsnase zum formschlüssigen Verbinden mit einem ersten Kontakpartner, einen Rastabschnitt mit einem Rasthaken zum Einrasten in einen zweiten Kontaktpartner und einen Biegeabschnitt zwischen beiden auf, der ge- und entspannt werden kann. Im gespannten Zustand liegen Sockel- und Rastabschnitt parallel zueinander, wobei der Rastabschnitt in einen Fügepartner einrastet.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Verbindungseinheit, ein Bauteil, ein Verfahren zur Bereitstellung einer Verbindungseinheit sowie ein Verfahren zum Verbinden von zwei Verbindungskomponenten bereitzustellen, die einen oder mehrere der genannten Nachteile vermindern oder beseitigen. Es ist insbesondere eine Aufgabe der Erfindung, eine Lösung bereitzustellen, die eine einfachere Verbindung eines Verbindungselementes mit einer Verbindungskomponente ermöglicht.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst durch eine Verbindungseinheit zur elektrisch leitfähigen Verbindung mit einem zweiten Fügepartner, umfassend einen ersten elektrisch leitfähigen Fügepartner und ein elektrisch leitfähiges Verbindungselement zum Verbinden des ersten Fügepartners mit einem zweiten Fügepartner, wobei das Verbindungselement form- und/oder kraftschlüssig mit dem ersten Fügepartner verbunden ist.
Die erfindungsgemäße Verbindungseinheit umfasst damit den ersten Fügepartner und das Verbindungselement. Die Verbindungseinheit selber ist damit ausgebildet, um mit einem zweiten Fügepartner verbunden zu werden, der nicht Teil der Verbindungseinheit ist. Der erste Fügepartner ist bevorzugt und vor allem ein Stromleiter mit einem großen Querschnitt, wie er insbesondere in der Automobilindustrie eingesetzt wird, insbesondere im Bereich der elektrisch angetriebenen Fahrzeuge. Er ist oder umfasst vorzugsweise eine Kupferschiene, die für höhere Ladungsflüsse ausgelegt ist und ist im Querschnitt insbesondere viereckig ausgebildet, vorzugsweise rechteckig. Der erste Fügepartner kann erfindungsgemäß jedoch auch aus jedem anderen geeigneten Material bestehen, insbesondere eine Cu-Al-Legierung sein oder aus Al bestehen. Das Verbindungselement ist oder umfasst ein Verbindungsplättchen für das Hartlöten und/oder für das Nanowiring, wie sie grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt sind. Es ist erfindungsgemäß jedoch auf eine besondere Art am ersten Fügepartner angeordnet, die es mit großem Vorteil erlaubt, auch eine Mehrzahl von ersten und zweiten Fügepartnern in sogenannter wilder Konfiguration, also gerade nicht parallel oder in Reihe zueinander angeordnet, zu fügen, bzw. deren spätere einfache Fügung zu ermöglichen. Die erfindungsgemäße kraft- und/oder formschlüssige Anordnung im Gegensatz zu der bisherigen stoffschlüssigen Anordnung ermöglicht dies. Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Fügepartner einen an ein Verbindungsende angrenzenden Verbindungsabschnitt aufweist und das Verbindungselement innerhalb des Verbindungsabschnitts angeordnet ist. Das Verbindungsende ist insbesondere ein freies Ende des ersten Fügepartners, das im bestimmungsgemäßen Einsatz der Verbindungseinheit einem zweiten Fügepartner zugewandt ist. Ausgehend vom Verbindungsende erstreckt sich der Verbindungsabschnitt in Längsrichtung des ersten Fügepartners in Richtung auf ein dem Verbindungsende gegenüberliegendes Ende des ersten Fügepartners.
Der Verbindungsabschnitt weist bevorzug eine Länge von größer 2 mm, insbesondere größer 3 mm und kleiner 50, insbesondere kleiner 30, vorzugsweise kleiner 20 mm auf. Darüber hinaus weist er eine Breite von größer 1 mm, größer 2 mm, größer 5 mm, größer 10 mm und insbesondere größer 20 mm aber weniger als 120 mm, vorzugsweise weniger als 100 mm, insbesondere bevorzugt weniger als 80 mm auf.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante der Verbindungseinheit ist vorgesehen, dass das Verbindungselement eine erste Verbindungsgeometrie aufweist, die zur formschlüssigen Verbindung des Verbindungselementes mit dem ersten Fügepartner ausgebildet ist. Unter einer Verbindungsgeometrie wird jegliche körperliche Ausbildung von Fügepartner und Verbindungselement verstanden, die diese zu einer solchen formschlüssigen Verbindung befähigt. Die erste Verbindungsgeometrie kann beispielsweise durch einen Abschnitt des Verbindungselementes gebildet sein.
Es ist bevorzugt, dass die erste Verbindungsgeometrie eine Aussparung ist, insbesondere eine Durchgangsöffnung. Es ist weiterhin bevorzugt, dass die Aussparung und/oder die Durchgangsöffnung einen runden, insbesondere einen kreisrunden, oder ovalen Querschnitt aufweist. Darüber hinaus kann die Aussparung und/oder die Durchgangsöffnung einen dreieckigen, viereckigen und/oder polygonalen Querschnitt aufweisen. In Bezug auf eine Durchtrittsachse der Aussparung und/oder der Durchgangsöffnung kann die Aussparung und/oder die Durchgangsöffnung einen zylindrischen und/oder konischen Verlauf aufweisen.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante der Verbindungseinheit zeichnet sich dadurch aus, dass der erste Fügepartner eine zweite Verbindungsgeometrie aufweist, die zu seiner formschlüssigen Verbindung mit dem Verbindungselement ausgebildet ist. Eine derartige form- und/oder kraftschlüssige Verbindung kann erfindungsgemäß in einer, zwei und/oder drei Raumrichtungen ausgebildet sein.
In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die zweite Verbindungsgeometrie als ein erster Positionierungszapfen ausgebildet ist. Der erste Positionierungszapfen kann in Richtung seiner Auskragung zylindrisch und/oder konisch oder als Steg ausgebildet sein. Es ist bevorzugt, dass ein distales Ende des Positionierungszapfens stumpf ausgebildet ist. Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass der Positionierungszapfen einstückig mit dem ersten Fügepartner ausgebildet ist. Eine einstückige Ausbildung kann beispielsweise durch eine Einprägung auf der gegenüberliegenden Seite des ersten Fügepartners oder durch einen Stanz-Biegeprozeß bewirkt werden, bei der verbliebene Materialbschnitt nach Freistellung durch die Stanzung entsprechend aufgebogen wird.
Darüber hinaus ist es erfindungsgemäß, dass der erste Positionierungszapfen am ersten Fügepartner befestigt ist, insbesondere stoffschlüssig durch beispielsweise ein Schweißverfahren oder er einstückig mit dem ersten Fügepartner ist, insbesondere an- oder eingeformt in diesen.
In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die zweite Verbindungsgeometrie einen von dem ersten Positionierungszapfen beabstandeten zweiten Positionierungszapfen aufweist und das Verbindungselement zwischen diesen beiden angeordnet ist. Beide Positionierungszapfen sind vorzugsweise in Längsrichtung des ersten Fügepartners voneinander beabstandet.
Der erste Positionierungszapfen und/oder der zweite Positionierungszapfen sind insbesondere angeordnet und ausgebildet, um eine form- und/oder kraftschlüssige Anordnung des Verbindungselementes zu ermöglichen, beispielsweise eine Schwalbenschwanzverbindung.
In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der beide Positionierungszapfen derart angeordnet und ausgebildet sind, dass sich deren Beabstandung mit zunehmender Beabstandung vom ersten Fügepartner bzw. mit zunehmender Höhe verringert. Eine derart sich verringernde Beabstandung wird beispielsweise durch konisch ausgebildete Positionierungszapfen erreicht, insbesondere wenn das jeweilige verjüngende Ende der Positionierungszapfen der ersten Verbindungskomponente zugewandt ist.
Es ist ferner bevorzugt, dass die Zapfenbeabstandung in einem dem ersten Fügepartner zugewandten Abschnitt größer oder gleich einer Breite des Verbindungselementes und die Zapfenbeabstandung in einem dem ersten Fügepartner abgewandten Abschnitt kleiner der Breite des Verbindungselementes ausgebildet ist. In dieser bevorzugten Ausführungsvariante mit zwei Positionierungszapfen ist die Dimensionierung des Verbindungselementes erfindungsgemäß derart gewählt, dass es zwischen die beiden Positionierungszapfen einschiebbar ist.
Alternativ ist eine Ausführungsform der Erfindung, bei der das Verbindungselement eine erste Verbindungsgeometrie aufweist, die zur kraftschlüssigen Verbindung des Verbindungselementes mit dem ersten Fügepartner ausgebildet ist und wobei die erste Verbindungsgeometrie als mindestens ein Befestigungsschenkel ausgebildet ist, der in einem entsprechend dimensionierten Aufnahmeraum des ersten Fügepartners raftschlüssig aufgenommen ist. Bevorzugt sind zwei, insbesondere einander gegenüberliegende, Befestigungsschenkel. Befestigungsschenkel und Aufnahmeraum funktionieren zusammen nach Art einer Steckverbindung, wobei der Aufnahmeraum des ersten Fügepartners während eines Verbindungsschrittes erzeugt und verengt werden kann, wie weiter unten beschrieben wird. Ganz besonders bevorzugt ist die Ausführungsform, bei der die Befestigungsenden und der Aufnahmeraum in situ im erfindunsgemäßen Herstellverfahren erzeugt werden.
In Weiterbildung auch dieser alternativen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der erste Fügepartner eine Aufnahmemulde für das Verbindungselement aufweist. Diese Aufnahmemulde weist erfindungsgemäß eine Tiefe auf, die der Dicke des Verbindungselements entspricht oder größer oder geringer als diese Dicke ist, wobei die erste der drei Alternativen bevorzugt ist. Mit anderen Worten fluchten die Oberfläche von Verbindungselement und erstem Fügepartner bevorzugt.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst durch ein Bauteil aufweisend einen Kunststoffkörper mit mindestens einen elektrischen Leiter, wobei der elektrische Leiter mindestens eine Verbindungseinheit nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsvarianten umfasst. Ein solches Bauteil enthält die erfindungsgemäßen Verbindungseinheiten auch in wilder Konfiguration und ist somit bestens dazu geeignet, von einem Kunden auf einfache Weise mit zweiten Fügepartnern für jeden ersten Fügepartner verbunden verbunden zu werden.
Die Verfahrensaufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindungseinheit, umfassend die Schritte: Bereitstellen eines ersten Fügepartners und eines Verbindungselementes in Form eines Verbindungsplättchens für das Hartlöten und/oder für das Nanowiring zum Verbinden des ersten Fügepartners mit einem zweiten Fügepartner und kraft- und/oder formschlüssiges Verbinden des ersten Fügepartners mit dem Verbindungselement. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Bereitstellung des Verbindungselementes durch Zufuhr und Vereinzelung vor Aufbringung auf den ersten Fügepartner. Die Vereinzelung kann beispielsweise durch ein Abreißen von einem Verbindungselementband erfolgen, wofür vorzugsweise für jedes Element jeweils eine Sollbruchstelle in dem Band vorgesehen ist. Erfindungsgemäß ist dieses Verfahren des kraft-und/oder formschlüssigen Verbindens in einem Bestückungsautomaten genauso durchführbar wie in einem Stanzwerkzeug, wobei jeweils eine oder mehrere Zuführungen vorgesehen sein können. Erfindungsgemäß ist vor allem der Schritt der Anordnung des Verbindungselements auf dem ersten Fügepartner, was ohne weiteres noch lösbar erfolgen kann.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Verbindungselement eine Durchgangsöffnung und der erste Fügepartner einen innerhalb der Durchgangsöffnung anordenbaren ersten Positionierungszapfen aufweist, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Anordnen des Verbindungselementes am ersten Fügepartner derart, dass der erste Positionierungszapfen durch die Durchgangsöffnung, vorzugsweise zumindest abschnittsweise, hindurchragt, und Verstemmen des Verbindungselementes mit dem ersten Fügepartner durch plastisches Verformen des ersten Positionierungszapfens. Das plastische Verformen erfolgt insbesondere durch eine schlagartige Kraftausübung auf das distale Ende des ersten Positionierungszapfens, wodurch die Verbindung von Verbindungselement und erstem Fügepartner nicht oder nur schwer lösbar wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante des Verfahrens ist vorgesehen, dass der erste Fügepartner einen zweiten Positionierungszapfen aufweist, wobei das Verfahren den Schritt umfasst: Anordnen des Verbindungselementes zwischen erstem und zweitem Positionierungszapfen, insbesondere Einschieben des Verbindungselementes zwischen den ersten und den zweiten Positionierungszapfen. Auch diesem Schritt kann ein Schritt der mechanischen und/oder thermischen Verformung der Positionierungszapfen nachgeschaltet sein, der die zunächst lösbare in eine unlösbare Verbindung verwandelt.
Mit ganz großem Vorteil ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine sogenannte wilde Konfiguration der ersten Fügepartner in Bauteilen, ohne dass die Bestückung dieser örtlich wild zueinander orientierten Fügepartner deren Bestückung mit Verbindungselementen verhindert oder erschwert wäre. In allen Fällen erfolgt ein Formschluß durch Verformung - Verstemmen - eines Zapfens des ersten Fügepartners.
In einer Ausführungsform des Herstellverfahrens erfolgt eine kraftschlüssige Verbindung von Verbindungskörper und Fügepartner, indem ein im ersten Fügepartner in-situ erzeugter Aufnahmeraum um mindestens einen darin angeordneten Befestiungsschenkel des Verbindungskörpers geschlossen, bzw. in seiner Größe soweit reduziert wird, dass er den Befestigungsschenkel kraftschlüssig umschließt.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren, bei dem die zuvor beschriebene Verbindungseinheit mit einem zweiten Fügepartner verbunden wird.
Für weitere Vorteile, Ausführungsvarianten und Ausführungsdetails der weiteren Aspekte und ihrer möglichen Fortbildungen wird auch auf nachfolgende Figurenbeschreibung verwiesen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden exemplarisch anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:

1: eine schematische, zweidimensionale Ansicht einer Ausführungsform einer Verbindungseinheit;
2: eine schematische, zweidimensionale Ansicht der in 1 gezeigten Verbindungseinheit;
3: eine schematische, zweidimensionale Ansicht der in 1 gezeigten Verbindungseinheit mit einer zweiten Verbindungskomponente;
4: eine schematische, zweidimensionale Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer Verbindungseinheit;
5: eine schematische, zweidimensionale Ansicht der in 4 gezeigten Verbindungseinheit mit einer zweiten Verbindungskomponente;
6: eine schematische, zweidimensionale Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines Bauteils;
7: ein schematisches Verfahren und
8: eine weitere Ausführungsform einer Verbindungseinheit.

In den Figuren sind gleiche oder im Wesentlichen funktionsgleiche beziehungsweise -ähnliche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Die nicht maßstabsgetreue, in 1 gezeigte Verbindungseinheit 1 umfasst einen ersten Fügepartner 2 und ein Verbindungselement 4. Das Verbindungselement 4 weist eine erste Verbindungsgeometrie 6 auf, die als Durchgangsöffnung 8 ausgebildet ist. Das Verbindungselement 4 ist innerhalb eines an ein Verbindungsende 14 angrenzenden Verbindungsabschnitts 16 angeordnet. Das dem Verbindungsende 14 gegenüberliegende Ende des ersten Fügepartners 2 ist schematisch dargestellt und ist üblicherweise deutlich weiter von dem Verbindungsende 14 beabstandet. Der erste Fügepartner 2 erstreckt sich zwischen Verbindungsende 14 und dem gegenüberliegenden Ende üblicherweise um ein Vielfaches im Vergleich mit der Erstreckung des Verbindungselementes 4. Mit anderen Worten ist er wesentlich länger als das Verbindungselement 4 ausgebildet. Der erste Fügepartner2 weist einen Positionierungszapfen 12 als zweite Verbindungsgeometrie 10 auf.
Der Positionierungszapfen 12 ragt durch die Durchgangsöffnung 8 des Verbindungselementes 4 hindurch. Die Durchgangsöffnung 8 und der Positionierungszapfen 12 sind so ausgebildet, dass das Verbindungselement 4 am ersten Fügepartner2 anliegt.
Eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung des Verbindungselementes 4 mit diesem erfolgt hier durch ein Verstemmen, nämlich durch ein plastisches Verformen des Positionierungszapfens 12. Dieser Zustand ist in der 2 gezeigt.
Die in 2 dargestellte Verbindungseinheit 1 kann so in einem Bauteil eingebaut werden, so dass dieses an einen Kunden auslieferbar ist. Dieser nutzt dann die Verbindungseinheit 1, einen zweiten Fügepartner 100 mittels des Verbindungselementes 4 anzufügen. Dies ist in 3 gezeigt.
In einer Ausführungsform weist die zweite Verbindungskomponente 100 eine Aussparung 102 auf, die so ausgebildet ist, dass sie den von dem Verbindungselement 4 herauskragenden Abschnitt des Positionierungszapfens 12 aufnehmend ist.
In 4 ist eine weitere Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Verbindungseinheit 20 dargestellt. Die Verbindungseinheit 20 weist einen ersten Fügepartner 22 und ein Verbindungselement 24 auf, wobei der Fügepartner 22 einen ersten Positionierungszapfen 26 und davon beabstandet einen zweiten Positionierungszapfen 28 aufweist, bbeide jeweils mit konischer Geometrie. Zwischen beiden Positionierungszapfen 26, 28 ist das Verbindungselement 24 angeordnetDer sich verjüngende Abschnitt der Positionierungszapfen 26, 28 ist dem ersten Fügepartner22 zugewandt, daher ist der Abstand zwischen den beiden Zapfen umso größer, je weiter sie sich von dem ersten Fügepartner22 weg erstrecken. Dadurch wird ermöglicht, dass das Verbindungselement 24 zwischen die Positionierungszapfen 26, 28 einschiebbar und zumindest in der in 4 dargestellten, vertikal nach oben gerichteten, Richtung nicht entfernbar ist und somit zumindest in dieser Richtung ein Formschluss besteht.
In 5 ist ein zweiter Fügepartner 104 gezeigt, der eine erste Aussparung 106 und eine zweite Aussparung 108 aufweist. Diese sind korrespondierend zu den Positionierungszapfen 26, 28 angeordnet und geformt, so dass die von dem Verbindungselement 24 herausragenden Abschnitte der Positionierungszapfen 26, 28 innerhalb der Aussparungen 106, 108 angeordnet sind.
In 6 ist ein erfindungsgemäßes Bauteil 30 gezeigt, das vier Verbindungseinheiten 32, 34, 36 und 38 aufweist. Die Verbindungseinheiten 32 - 38 sind hier wie die Verbindungseinheit 1 und/oder 20 ausgebildet. Ein derartiges Bauteil 30 ist von dem Hersteller an einen Kunden auslieferbar, wobei der Kunde das Bauteil in einer Baugruppe verbaut und elektrische Leiter an die Verbindungseinheiten 32 - 38 anschließt. Erfindungsgemäß ist jedoch auch ein Bauteil, an dem bereits die jeweils zweiten Fügepartner an die erfindungsgemäßen Verbindungseinheiten gefügt sind und das so ausgebildet dem Kunden zur weiteren Verwendung und Bearbeitung zugesandt wird.
In 7 ist schematisch das erfindungsgemäße Verfahren gezeigt. In Schritt 200 wird der erste Fügepartnerund ein Verbindungselement bereitgestellt. In Schritt 202 erfolgt ein kraft- und/oder formschlüssiges Verbinden der beiden Teile. In Schritt 204 wird das Verbindungselement 4, 24 am ersten Fügepartner2, 22 derart angeordnet, dass der erste Positionierungszapfen 26 durch die Durchgangsöffnung 8 hindurchragt. In Schritt 206 wird das Verbindungselement 4, 24 mit dem ersten Fügepartner2, 22 durch plastisches Verformen des ersten Positionierungszapfens 26, 12 verstemmt. Durch ein Verfahren gemäß den Schritten 200, 202 und den bevorzugten Schritten 204, 206 wird eine Verbindungseinheit 1, 20 bereitgestellt, die innerhalb eines Bauteils 30 angeordnet sein kann.
Es ist bevorzugt, dass anschließend der Schritt 208 durchgeführt wird, in dem ein Verbinden des Verbindungselementes 4, 24 mit einem zweiten Fügepartner 100, 104 erfolgt. Zwischen dem Schritt 208 und dem Schritt 206 können zusätzlich weitere Schritte erfolgen, wie zum Beispiel ein Umspritzen der Verbindungseinheit 1, 20 zu einem Kunststoffspritzteil.
Durch das kraft- und/oder formschlüssige Verbinden des Verbindungselementes 4, 24 mit der ersten Verbindungskomponente 2, 22 wird ein kostengünstiges und gut automatisierbares Verfahren zur Bereitstellung einer Verbindungseinheit 1, 20 ermöglicht. Insbesondere sind die erforderlichen Investitionskosten in eine Automatisierungslösung gering, so dass die Automatisierung besonders vorteilhaft realisiert werden kann.
Dies gilt auch für die in 8 in zwei Teilfiguren dargestellte weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verbindungseinheit 1. Bei dieser wird ein Verbindungselement 4 auf einem ersten Fügepartner 2 in einer in diesem gebildeten Aufnahmemulde 210 - insbesondere oberflächenfluchtend - positioniert. Hierbei wurden im ersten Fügepartner 2 zuvor zwei Aufnahmeräume 209 eingebracht, insbesondere durch Stanz-Biegen, so dass zwei Materialstege 212 des Fügepartners 2 von diesem weggebogen sind. Im Verbindungselement 4 wurden zuvor zwei einander gegenüberliegende Befestigungsschenkel 208 eingebracht, insbesondere ebenfalls durch einen Stanz-Biegeschritt am Verbindungselement 4. Nach der Positionierung wird der Aufnahmraum 209 mittels in ihrem axialen Verlauf unterschiedlich geformten Stempeln geschlossen, d.h, auf die Breite der in ihm befindlichen Befestigungsschenkel 208 durch Zurückbiegen der Materialstege 212 verengt, so dass sich eine kraftschlüssige Verbindung zwischen erstem Fügepartner 2 und dem Verbindungselement 4 ergibt.
In 8 ist in der oberen Teilfigur der Biegeschritt des strichpunktiert dargestellten Materialsteges 212 skizziert. Vor und hinter der Zeichenebene erstrecken sich sowohl Fügepartner 2 als auch Verbindungselement 4. Hierbei sind die Befestigungsschenkel 208 nur im dargestellten Bereich ausgebildet, vor und hinter der Zeichenebene weist das Verbindungselement nicht umgebogene Abschnitte und der erste Fügepartner weist keine Materialstege auf. Die von der Oberfläche des ersten Fügepartners 2 zurückgesetzten Aufnahmemulde 210 ist ebenfalls nur über die sich vor und hinter die Zeichenebene erstreckenden Abschnitte des Verbindungselements 4 ausgebildet, ansonsten ist die Oberfläche des ersten Fügepartners 2 unverändert. Im Bereich der Materialstege 212 ist die Breite des ersten Fügepartners 2 in etwa über deren axiale Länge verringert, wie in der oberen Teilfigur angedeutet.
Insbesondere die zur Obefläche des ersten Fügepartners 2 fluchtende Anordnung des Verbindungselements 4, bzw. dessen Zurückgesetztheit zu dieser sind erfindungsgemäß auch in den anderen beschriebenen Ausführungsformen vorhanden oder einsetzbar.
Mit dieser form- bzw. auch kraftschlüssigen Verbindung von plättchenartigem Verbindungselement auf dem ersten Fügepartner ist mit großem Vorteil eine Einheit geschaffen, die leicht in wilder Anordnung mit zweiten Fügepartnern verbindbar ist.
Bezugszeichenliste

1: Verbindungseinheit
2: erster Fügepartner
4: Verbindungselement
6: erste Verbindungsgeometrie
8: Durchgangsöffnung
10: zweite Verbindungsgeometrie
12: Positionierungszapfen
14: Verbindungsende
16: Verbindungsabschnitt
20: Verbindungseinheit
22: erster Fügepartner
24: Verbindungselement
26: erster Positionierungszapfen
28: zweiter Positionierungszapfen
30: Bauteil
32: Verbindungseinheit
34: Verbindungseinheit
36: Verbindungseinheit
38: Verbindungseinheit
100: zweiter Fügepartner
102: Aussparung
104: zweiter Fügepartner
106: erste Aussparung
108: zweite Aussparung
208: Befestigungsschenkel
209: Aufnahmeraum
210: Aufnahmemulde
211
212: Materialsteg

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102016208291 A1 [0009]

Claims

Verbindungseinheit (1, 20), zur elektrisch leitfähigen Verbindung mit einer Verbindungskomponente, umfassend einen ersten elektrisch leitfähigen Fügepartner (2, 22) und ein elektrisch leitfähiges Verbindungselement (4, 24) zum Verbinden des ersten Fügepartners (2, 22) mit einem zweiten Fügepartner, wobei das Verbindungselement (4, 24) form- und/oder kraftschlüssig mit dem ersten Fügepartner (2, 22) verbunden ist, wobei der erste Fügepartner (2, 22) einen an ein Verbindungsende (14) angrenzenden Verbindungsabschnitt (16) aufweist, und das Verbindungselement (4, 24) innerhalb des Verbindungsabschnitts (16) angeordnet ist, wobei das Verbindungselement (4, 24) ein Verbindungsplättchen für das Hartlöten und/oder für das Nanowiring ist oder umfasst.
Verbindungseinheit (1, 20) nach Anspruch 1, wobei das Verbindungselement (4, 24) eine erste Verbindungsgeometrie (6) aufweist, die zur formschlüssigen Verbindung des Verbindungselementes (4, 24) mit dem ersten Fügepartner (2, 22) ausgebildet ist und wobei die erste Verbindungsgeometrie (6) als eine Aussparung ausgebildet ist, insbesondere als eine Durchgangsöffnung (8).
Verbindungseinheit (1, 20) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der erste Fügepartner (2, 22) eine zweite Verbindungsgeometrie (10) aufweist, die zur formschlüssigen Verbindung mit dem Verbindungselement (4, 24) ausgebildet ist, und wobei die zweite Verbindungsgeometrie (10) korrespondierend zur ersten Verbindungsgeometrie (6) ausgebildet ist.
Verbindungseinheit (1, 20) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die zweite Verbindungsgeometrie (10) als ein erster Positionierungszapfen (12, 26) ausgebildet ist, und vorzugsweise der erste Positionierungszapfen (12, 26) einstückig mit dem ersten Fügepartner (2, 22) ausgebildet ist oder an diesem befestigt ist.
Verbindungseinheit (1, 20) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die zweite Verbindungsgeometrie (10) einen von dem ersten Positionierungszapfen (12, 26) beabstandeten, zweiten Positionierungszapfen (28) aufweist, und das Verbindungselement (4, 24) zwischen dem ersten Positionierungszapfen (12, 26) und dem zweiten Positionierungszapfen (28) angeordnet ist.
Verbindungseinheit (1, 20) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der erste Positionierungszapfen (12, 26) und der zweite Positionierungszapfen (28) derart angeordnet und ausgebildet sind, dass sich deren Zapfenbeabstandung mit zunehmender Beabstandung von dem ersten Fügepartner (2, 22) verringert, und vorzugsweise die Zapfenbeabstandung in einem dem ersten Fügepartner (2, 22) zugewandten Abschnitt größer oder gleich einer Breite des Verbindungselementes (4, 24) und die Zapfenbeabstandung in einem dem ersten Fügepartner (2, 22) abgewandten Abschnitt kleiner der Breite des Verbindungselementes (4, 24) ausgebildet ist.
Verbindungseinheit (1, 20) nach Anspruch 1, wobei das Verbindungselement (4, 24) eine erste Verbindungsgeometrie (6) aufweist, die zur kraftschlüssigen Verbindung des Verbindungselementes (4, 24) mit dem ersten Fügepartner (2, 22) ausgebildet ist und wobei die erste Verbindungsgeometrie (6) als mindestens ein Befestigungsschenkel (208) ausgebildet ist, der in einem entsprechend dimensionierten Aufnahmeraum (209) des ersten Fügepartners (2, 22) kraftschlüssig aufgenommen ist.
Bauteil (30), aufweisend einen Kunststoffkörper mit mindestens einem elektrischen Leiter, umfassend mindestens eine Verbindungseinheit (1, 20) nach einem der Ansprüche 1-8.
Verfahren zur Herstellung einer Verbindungseinheit (1, 20), umfassend die Schritte: - Bereitstellen eines ersten Fügepartners (2, 22) und eines Verbindungselementes (4, 24) in Form eines Verbindungsplättchens für das Hartlöten und/oder für das Nanowiring zum Verbinden des ersten Fügepartners (2, 22) mit einem zweiten Fügepartner, und - Kraft- und/oder formschlüssiges Verbinden des ersten Fügepartners (2, 22) mit dem Verbindungselement (4, 24).
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Verbindungselement (4, 24) eine Durchgangsöffnung (8) und der erste Fügepartner (2, 22) einen innerhalb der Durchgangsöffnung (8) anordenbaren ersten Positionierungszapfen (12, 26) aufweist, das Verfahren umfassend die Schritte: - Anordnen des Verbindungselementes (4, 24) an dem ersten Fügepartner (2, 22) derart, dass der erste Positionierungszapfen (12, 26) durch die Durchgangsöffnung (8) hindurchragt, und - Verstemmen des Verbindungselementes (4, 24) mit dem ersten Fügepartner (2, 22) durch plastisches Verformen des ersten Positionierungszapfens (12, 26).
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der erste Fügepartner (2, 22) zwei voneinander beabstandete Positionierungszapfen (12, 26) aufweist, das Verfahren umfassend die Schritte: - Anordnen des Verbindungselements (4, 24) zwischen den beiden Positionierungszapfen (12, 26) und - Verstemmen der beiden Positionierungszapfen (12, 26) durch deren plastisches Verformen.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei im ersten Fügepartner (2, 22) ein Aufnahmeraum (209) eingebracht wird, so dass zwei Materialstege (212) von ihm wegweisen, im Verbindungselement (4) wenigstens ein Befestigungsschenkel (208) eingeformt wird, Verbindungselement (4) und erster Fügepartner (2, 22) zueinander so positioniert werden, dass der wenigstens eine Befestigungsschenkel (208) im Aufnahmraum (209) angeordnet ist und anschließend die Materialstege (212) jeweils so auf die Befestigungsschenkel (208) zurückgebogen werden, dass sich eine kraftschlüssige Verbindung ergibt.
Verfahren zum Verbinden von zwei Verbindungskomponenten (2, 22, 100, 104), umfassend die Schritte: - Bereitstellen einer Verbindungseinheit nach einem der Ansprüche 1-8, mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 9-12, und - Verbinden des Verbindungselementes (4, 24) mit einem zweiten Fügepartner (100, 104).