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Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung mit zumindest zwei Bauteilen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, des Anspruches 2 sowie ein Bauteil für eine solche Verbindungsanordnung nach Anspruch 10.
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Beispielhaft erfolgt bei einer Leistungselektronik einer Elektromaschine für einen elektrischen Fahrzeugantrieb eine elektrische Kontaktierung zweier oder mehrerer elektronischer Bauteile (zum Beispiel IGBT oder Kondensatoren) mittels einer Schweißverbindung. Hierzu werden die elektrischen Kontakte der Bauteile an einer Fügestelle miteinander verschweißt. Alternativ dazu können die elektrischen Kontakte auch durch Kleben, Nieten, Schrauben, Löten oder dergleichen miteinander verbunden werden.
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In einer gattungsgemäßen Verbindungsanordnung ist zumindest einer der elektrischen Kontakte der Bauteile ein streifenförmiges Flachprofilteil, das mit einer Profillänge aus einem Bauteilgehäuse ragt. Das Flachprofilteil ist aufgeteilt in einen gehäuseseitigen Fußabschnitt und in einen daran anschließenden Fügeabschnitt. Der Fügeabschnitt des Flachprofilteils ist im Zusammenbauzustand am elektrischen Kontakt des anderen Bauteils angebunden. Es ist von Bedeutung, dass beim Fügevorgang oder während des Bauteil-Betriebs der Aufbau von mechanischen Spannungen an den elektrischen Kontakten vermieden wird, damit die elektronischen Bauteile beim Fügevorgang oder während des Betriebs keinen Schaden nehmen. Vor diesem Hintergrund ist im Stand der Technik der gehäuseseitige Fußabschnitt biegeweich ausgeführt, so dass die elektrischen Kontakte nur mit einem geringen Aufbau von mechanischen Spannungen mit einer Fügekraft beaufschlagt werden können.
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Im Stand der Technik ist der biegeweiche Fußabschnitt des elektrischen Kontakts durch eine Blechumformung hergestellt. Mittels der Blechumformung wird in das Flachprofilteil eine wellenförmige oder ziehharmonikaartige Profilierung geprägt, die elastisch nachgiebige Federeigenschaften aufweist. Eine solche wellenförmige oder ziehharmonikaartige Profilierung weist bei konstanter Materialdicke eine vergleichsweise große Profilhöhe mit entsprechend großem Bauraumbedarf auf.
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Aus der
US 6 891 105 B1 und aus der
US 3 609 215 sind Verbindungsanordnungen zumindest zweier elektronischer Bauteile bekannt. Aus der
DE 10 2019 217 459 A1 ist eine Kontaktanordnung für ein elektronisches Bauelement bekannt. Aus der
FR 2809236 A1 ist eine weitere Verbindungsanordnung bekannt.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Verbindungsanordnung mit zumindest zwei elektronischen Bauteilen bereitzustellen, die im Vergleich zum Stand der Technik bauraumgünstig und/oder fertigungstechnisch einfach realisierbar ist.
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Die Aufgabe ist durch die Merkmale der Ansprüche 1, 2 oder 10 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
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Die Erfindung geht von einer Verbindungsanordnung mit zumindest zwei elektronischen Bauteilen aus. Deren elektrische Kontakte sind an einer Fügestelle miteinander verbunden. Zumindest einer der elektrischen Kontakte ist ein streifenförmiges Flachprofilteil. Das Flachprofilteil ragt mit einer Profillänge aus einem Bauteilgehäuse des elektronischen Bauteils. Zudem ist das Flachprofilteil aufgeteilt in einen gehäuseseitigen Fußabschnitt und in einen daran anschließenden Fügeabschnitt, der am elektrischen Kontakt des anderen Bauteils anbindbar ist. Der Fußabschnitt ist biegeweich ausgeführt, um den Aufbau von mechanischen Spannungen aufgrund einwirkender Fügekräfte beim Fügevorgang zu vermeiden. Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 weist der Fußabschnitt für eine biegeweiche Gestaltung eine im Vergleich zum Fügeabschnitt zumindest teilweise reduzierte Materialdicke und/oder reduzierte Profilbreite auf. Auf diese Weise ist bauraumgünstig sowie fertigungstechnisch einfach ein biegeweicher Fußabschnitt bereitgestellt, wodurch der Aufbau von mechanischen Spannungen aufgrund einwirkender Fügekräfte während des Fügevorgangs vermieden werden kann.
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Alternativ dazu geht die Erfindung von einer Verbindungsanordnung mit zumindest zwei Bauteilen aus, deren elektrische Kontakte über einen freien Abstand voneinander beabstandet sind. Die elektrischen Kontakte sind mit einem Verbindungselement miteinander verbunden, das als ein streifenförmiges Flachprofilteil ausgebildet ist. Das Verbindungselement weist jeweils endseitig einen Fügeabschnitt, der an einer Fügestelle mit einem der elektrischen Kontakte verbunden ist, und einen Mittelabschnitt auf, der den freien Abstand überbrückt. Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 2 weist der Mittelabschnitt des Verbindungselements für eine beigeweiche Gestaltung eine im Vergleich zum Fügeabschnitt zumindest teilweise reduzierte Materialdicke und/oder reduzierte Profilbreite auf.
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Nachfolgend werden Erfindungsaspekte anhand der im Anspruch 1 geschützten Ausführungsform beschrieben. Die nachfolgenden Erfindungsaspekte sind jedoch selbstverständlich auch auf die im nebengeordneten Anspruch 2 geschützte Ausführungsform anwendbar. So kann in einer technischen Umsetzung der Fußabschnitt zumindest eine Einkerbung aufweisen. An der Einkerbung verbleibt eine Restbodendicke, die im Vergleich zur Materialdicke im Fügeabschnitt reduziert ist. In einer konkreten Ausführungsvariante kann sich die Einkerbung über die gesamte Profilbreite des Flachprofilteils erstrecken. Die Einkerbung kann dabei koaxial oder achsparallel zu einer Biegeachse verlaufen, an der sich der elektrische Kontakt weitgehend ohne Aufbau einer elastischen Rückstellkraft verbiegen kann, sofern im Fügeprozess Fügekräfte auf die elektrischen Kontakte einwirken. Beispielhaft kann die Einkerbung im Querschnitt U- oder V-förmig oder in einer beliebigen anderen Geometrie gestaltet sein.
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Der Fußabschnitt und der Fügeabschnitt können materialeinheitliche sowie einstückige Bestandteile des elektrischen Kontakts sein, das heißt frei von Fügestellen ineinander übergehen.
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In einer Ausführungsvariante können die Einkerbungen einseitig an nur einer Flachseitenwand des Flachprofilteils ausgebildet sein. In diesem Fall kann die gegenüberliegende Flachseitenwand glattflächig und/oder ebenflächig ausgebildet sein. Alternativ dazu können die Einkerbungen beidseitig, das heißt an beiden Flachseitenenden, ausgebildet sein.
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Im Gegensatz zum Fußabschnitt ist der sich daran anschließende Fügeabschnitt frei von Einkerbungen, Ausnehmungen und/oder Durchgangslöchern ausgebildet. Im Hinblick auf einen einwandfreien Fügeprozess kann der Fügeabschnitt zudem glattflächig sowie ebenflächig realisiert sein.
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In einer weitere Ausführungsvariante kann alternativ und/oder zusätzlich zu den Einkerbungen der Fügeabschnitt lochblechartig mit zumindest einem Durchgangsloch ausgebildet sein, das eine beliebige Lochgeometrie aufweisen kann. Das Durchgangsloch erstreckt sich im Gegensatz zu den Einkerbungen komplett durch die Materialdicke des Fußabschnittes. Alternativ und/oder zusätzlich kann der Fußabschnitt an seinen Längskanten beziehungsweise Schmalseiten zumindest eine Ausnehmung aufweisen. Mit Hilfe der Ausnehmung wird die Profilbreite des Fußabschnittes im Vergleich zum Fügeabschnitt reduziert. In diesem Fall ist der Querschnitt des Flachprofilteils im Bereich des Fußabschnittes eingeschnürt, das heißt reduziert, wodurch die Biegeweichheit im Fußabschnitt hergestellt ist.
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Es ist hervorzuheben, dass die die Einkerbungen, Ausnehmungen und Durchgangslöcher auch in Kombination im Fußabschnitt des jeweiligen Kontaktelements bzw. im Mittelabschnitt des Verbindungselements ausgebildet werden können.
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Zur weiteren Reduzierung von mechanischen Spannungen ist es bevorzugt, wenn nicht nur eines der elektronischen Bauteile, sondern die beiden miteinander zu verbindenden Bauteile jeweils als Flachprofilteil realisiert sind, das aufgeteilt ist in einen gehäuseseitigen Fußabschnitt sowie einen daran anschließenden Fügeabschnitt.
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Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung betrifft den Sachverhalt, dass die elektrischen Kontakte der beiden miteinander zu verbindenden Bauteile unmittelbar aneinandergefügt ist. Das heißt, dass auf zwischengeordnete Ausgleichselemente verzichtet wird, die mechanische Spannungen zwischen den Bauteilen ausgleichen können. Die Funktion dieser zusätzlichen Ausgleichselemente kann erfindungsgemäß von dem zumindest einem elektrischen Kontakt des Bauteils übernommen werden.
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Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
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Es zeigen:
- 1 eine fertiggestellte Verbindungsanordnung zweier elektronischer Bauteile;
- 2 und 3 jeweils Ansichten, anhand derer ein Fügeprozess beschrieben ist;
- 4 bis 9 jeweils weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung.
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In der 1 ist grob schematisch eine fertiggestellte Verbindungsanordnung insoweit dargestellt, als es für das Verständnis der Erfindung erforderlich ist. Die Verbindungsanordnung besteht beispielhaft aus zwei elektronischen Bauteilen 1, 3 (zum Beispiel IGBT oder Kondensatoren), die auf einem Gehäuseboden 5 eines nicht gezeigten Elektronikgehäuses angeordnet sind. Die elektrischen Kontakte 7, 9 der beiden elektronischen Bauteile 1, 3 sind mittels Schweißverbindungen 11 miteinander elektrisch kontaktiert.
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Jeder der elektrischen Kontakte 7, 9 ist in der 1 als laschenförmiges oder streifenförmiges Flachprofilteil realisiert, das mit einer Profillänge I aus einer Gehäuseöffnung 12 eines Bauteilgehäuse 13 des jeweiligen elektronischen Bauteils 1, 3 ragt. Jedes der Flachprofilteile ist aufgeteilt in einen gehäuseseitigen Fußabschnitt 15 und in einen daran anschließenden Fügeabschnitt 17. An den beiden Fügeabschnitten 17 erfolgt der Schweißprozess, um die beiden elektrischen Kontakte 7, 9 miteinander zu verbinden. Die Fügebereiche 17 der beiden elektrischen Kontakte 7, 9 sind an einen Überlappbereich 4 miteinander verbunden.
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In der 1 ist der Fußabschnitt 15 biegeweich ausgeführt, um im Fügeprozess den Aufbau von mechanischen Spannungen aufgrund einwirkender Fügekräfte F (2) zu vermeiden. Demgegenüber ist der Fügeabschnitt 17 bauteilsteif realisiert, um eine einwandfreie Schweißverbindung zu gewährleisten. Für eine biegeweiche Gestaltung ist in der 1 der Fußabschnitt 15 an seinen beiden gegenüberliegenden Flachseitenwänden 19 jeweils mit Einkerbungen 21 versehen. An den Einkerbungen 21 verbleibt eine Restbodendicke r, die im Vergleich zur Materialdicke m im Fügeabschnitt 17 stark reduziert ist. Die Einkerbungen 21 erstrecken sich in der 1 über die gesamte Profilbreite b des jeweiligen Flachprofilteils. Beispielhaft sind in der 1 die Einkerbungen 21 im Querschnitt in etwa U-förmig realisiert. Es ist hervorzuheben, dass die elektrischen Kontakte 7, 9 der beiden Bauteile 1, 3 unmittelbar miteinander verbunden sind, das heißt ohne zwischengeordnete Ausgleichselemente, die mechanische Spannungen zwischen den Bauteilen 1, 3 ausgleichen können. Der Fußabschnitt 15 und der Fügeabschnitt 17 sind materialeinheitliche sowie einstückige Bestandteile des jeweiligen elektrischen Kontakts 1, 3.
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In der 1 sind die Fußabschnitte 15 der beiden elektrischen Kontakte 7, 9 in der Hochrichtung jeweils um Biegeachsen B gebogen, um einen Höhenversatz Δh (2) zwischen den Kontakten 7, 9 auszugleichen. Die Biegung ist in der 3 anhand der gestrichelt angedeuteten Verlauf 10 der neutralen Fase der beiden elektrischen Kontakte 7, 9 angedeutet. Der Höhenversatz Δh ergibt sich im unverformten Zustand (2) der beiden elektrischen Kontakte 7, 9. Die beiden Fügeabschnitte 17 der elektrischen Kontakte 7, 9 sind miteinander an der Fügestelle großflächig in elektrischem Kontakt. Die Biegeachsen B erstrecken sich achsparallel zu den Einkerbungen 21 in den beiden Fußabschnitten 15.
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Nachfolgend wird anhand der 2 und 3 ein Fügeprozess zur elektrischen Verbindung der beiden Bauteile 1, 3 beschreiben: Demnach werden die beiden Bauteile 1, 3 voneinander getrennt auf dem Gehäuseboden 5 des nicht gezeigten Elektrogehäuses positioniert. In der 2 sind die beiden elektrischen Kontakte 7, 9 noch unverformt sowie über einen Höhenversatz Δh voneinander beabstandet. In einem folgenden Prozessschritt werden die beiden elektrischen Kontakte 7, 9 mit Fügekräften F zueinander in Druckanlage gebracht.
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Aufgrund der biegeweich gestalteten Fußabschnitte 15 der beiden elektrischen Kontakte 7, 9 kann der Aufbau von elastischen Rückstellkräften in den elektrischen Kontakten 7, 9, das heißt der Aufbau von mechanischen Spannungen, weitgehend vermieden werden. Anschließend erfolgt der Schweißprozess, bei dem die Schweißverbindungen 11 (1) zwischen den beiden Fügeabschnitten 17 der elektrischen Kontakte 7, 9 erzeugt werden.
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In den 1 bis 3 sind die Einkerbungen 21 beidseitig, das heißt an beiden Flachseitenwänden 19 der elektrischen Kontakte 7, 9 eingebracht. Alternativ dazu ist in der 4 eine Verbindungsanordnung gezeigt, in der die Einkerbungen 21 nur jeweils an der, der gegenüberliegenden elektrischen Kontaktierung 7, 9 zugewandten Flachseitenwand 19 angeordnet ist. Die von der Fügestelle abgewandte Flachseitenwand 19 des jeweiligen elektronischen Kontakts 7, 9 ist dagegen ebenflächig sowie glattflächig realisiert.
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In dem, in der 5 gezeigten Ausführungsbeispiel weisen die biegeweichen Fußabschnitte 15 der beiden elektrischen Kontakte 7, 9 keine Einkerbungen 21 auf, sondern vielmehr Durchgangslöcher 23. Diese erstrecken sich komplett durch die Materialdicke m des jeweiligen Fußabschnittes 15.
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Alternativ dazu ist in der 6 eine Ausführungsvariante gezeigt, bei der im jeweiligen Fußabschnitt 15 die Profilbreite b des jeweiligen elektrischen Kontakt 7, 9 reduziert ist. Hierzu weist jeder der Fußabschnitte 15 an seinen Längskanten 25 Ausnehmungen 27 auf, wodurch die Profilbreite b im Bereich des Fußabschnittes 15 bis auf eine reduzierte Profilbreite b1 eingeschnürt ist.
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In den 1 bis 6 sind die elektrischen Kontakte 7, 9 der beiden elektronischen Bauteile 1, 3 bauraumgünstig in einer horizontalen Ebene ausgerichtet. Im Unterschied dazu geht in der 7 jeder Fußabschnitt 15 an einer Übergangskante 29 in einen hochgestellten Fügeabschnitt 17 über. Zwischen dem Fußabschnitt 15 und dem Fügeabschnitt 17 ist ein Winkel α von 90° aufgespannt. Die Fügeabschnitte 17 der beiden elektrischen Kontakte 7, 9 sind daher in einer vertikalen Fügeebene angeordnet, wodurch der Bauraumbedarf in der Hochrichtung (im Vergleich zu den vorangegangenen Ausführungsbeispielen) erhöht ist.
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In der 7 sind die beiden Fügeabschnitte 17 nicht durch Schweißverbindung sondern vielmehr durch eine Klemmverbindung mit Hilfe einer angedeuteten Klammer 29 miteinander verbunden. Alternativ dazu kann die Verbindung zwischen den beiden elektrischen Kontakten 7, 9 auch durch Schrauben oder Nieten erfolgen.
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Es ist hervorzuheben, dass die Einkerbungen 21, die Ausnehmungen 27 und die Durchgangslöcher 23 auch in Kombination im Fußabschnitt 15 des jeweiligen Kontaktelements 7, 9 bzw. im später beschriebenen Mittelabschnitt 35 eines Verbindungselements 31 ausgebildet werden können.
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In den vorangegangenen Ausführungsbeispielen sind die Fügeabschnitte 17 der elektrischen Kontakte 7, 9 glattflächig sowie ebenflächig ausgebildet ist. Alternativ dazu sind in der 8 die Fügeabschnitte 17 der elektrischen Kontakte 7, 9 an ihren zugewandten Seiten jeweils mit Formschlußkonturen 32 ausgebildet, die miteinander verrastet sind.
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In der 9 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, in dem die die beiden Bauteilen 1, 3 der Verbindungsanordnung elektrische Kontakte 7, 9 aufweisen, die über einen freien Abstand a voneinander beabstandet sind. Die elektrischen Kontakte 7, 9 sind in der 9 mit einem Verbindungselement 31 miteinander verbunden, das als ein streifenförmiges Flachprofilteil ausgebildet ist. Das Verbindungselement 31 weist an seinen beiden Endseiten je einen Fügeabschnitt 33 auf, der an einer Fügestelle mit einem der elektrischen Kontakte 7, 9 verbunden ist. Zudem weist das Verbindungselement 31 einen Mittelabschnitt 35 auf, der den freien Abstand a überbrückt. Der Mittelabschnitt 35 des Verbindungselements 31 ist analog zu den Fußabschnitten 15 der vorangegangenen Ausführungsbeispiele biegeweich gestaltet.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 3
- elektronische Bauteile
- 4
- Überlappbereich
- 5
- Gehäuseboden
- 7, 9
- elektrische Kontakte
- 10
- Verlauf der neutralen Fase in den elektrischen Kontakten
- 11
- Schweißverbindungen
- 12
- Gehäuseöffnung
- 13
- Bauteilgehäuse
- 15
- Fußabschnitt
- 17
- Fügeabschnitt
- 19
- Flachseitenwände
- 21
- Einkerbungen
- 23
- Durchgangslöcher
- 25
- Längskanten
- 27
- Ausnehmungen
- 28
- Übergangskante
- 29
- Klammer
- 31
- Verbindungselement
- 32
- Formschlusskonturen
- 33
- Fügeabschnitte des Verbindungselements
- 35
- Mittelabschnitt des Verbindungselements
- a
- freier Abstand
- r
- Restbodendicke
- m
- Materialdicke
- B
- Biegeachsen
- I
- Profillänge
- b
- Profilbreite
- b1
- reduzierte Profilbreite
- Δh
- Höhenversatz
- F
- Fügekraft
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 6891105 B1 [0005]
- US 3609215 [0005]
- DE 102019217459 A1 [0005]
- FR 2809236 A1 [0005]
