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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Kontaktierung eines Kontaktierelementes in einer elektrischen Maschine sowie eine elektrische Maschine mit einer elektrischen Kontaktierung.
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Stand der Technik
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Derzeit werden Kupferdrähte von Spulen von elektrischen Maschinen zur Bestromung häufig mit Kaltkontaktiertechniken wie Schneidklemmverbindung realisiert, es sind jedoch andere auch Kontaktierungsformen, wie beispielsweise Widerstandsschweißungen oder Lötverbindung bekannt. Schneidklemmverbindungen weisen den Nachteil auf, dass eine konstruktiv aufwändige Klemme mit entsprechendem Bauraumbedarf, sowie eine örtliche Zugänglichkeit für das Klemmwerkzeug benötigt wird.
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Bei einer Verbindung mittels Widerstandsschweißen wird ebenfalls Bauraum und Zugänglichkeit für die Schweißelektroden und den Elektrodenhalter benötigt. Bei Durchbruchkontaktierungen (Pin in einer Bohrung), die mittels Selektivlöten verbunden werden, ist um die Lötstelle ein Freiraum für die Zugänglichkeit notwendig und als Sicherheitsabstand für benachbarte Bauteile erforderlich. Zudem ist die Prozessführung beim Selektivlöten sehr komplex.
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Der Prozess des Selektivlötens wird als nicht robust eingestuft und erfordert immer eine nachgelagerte Prüfung der Verbindungsqualität - optisch direkt oder in Kombination mit einem Röntgensystem. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diesen Nachteil zu überwinden und Verfahren bereitzustellen, welche auch bei kleinem zur Verfügung stehendem Bauraum eingesetzt werden können.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile
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Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer Kontaktierung eines Kontaktierelementes, insbesondere eines Kontaktierungsdrahtes und/oder eines Kontaktierungspins, in einer elektrischen Maschine (10) auf einer Elektronikeinheit, insbesondere einer Leiterplatte und/ oder einem Zwischenelement, welches elektrisch kontaktierend zur Leiterplatte ausgebildet ist, aufweisend die folgenden Schritte:
- a) Bereitstellen eines Kopplungselementes für die Elektronikeinheit und Anordnen des Kontaktierelementes am Kopplungselement,
- b) Halten des Kontaktierelementes in einer Fügeposition mittels eines Niederhaltemittels,
- c) Aufschmelzen des Kontaktierelementes mit einem, grüne oder blaue Laserstrahlung emittierenden Laser bis eine elektrisch leitfähige, stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Kontaktierelement und dem Kopplungselement ausgebildet ist.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, eine Kontaktierung eines Kontaktierelementes in einer elektrischen Maschine bereitzustellen, die einen deutlich reduzierten Bauraum benötigt. Darüber hinaus kann die Prozesszeit für die Kontaktierung mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens vorteilhaft reduziert werden, sodass sich ein entsprechender Kostenvorteil erreichen lässt. Der benötigte Platzbedarf während des Fügens der Fügepartner kann deutlich reduziert werden. Die Verwendung des Niederhaltemittels ermöglicht in vorteilhafterweise auch eine Überbrückung größerer Abstände zwischen dem Kontaktierungselement und dem Kopplungselement, sodass diese nicht in unmittelbarer Nähe zueinander angeordnet sein müssen. Durch das Umbiegen und Niederhalten des elektrisch leitenden Kontaktierelementes können Freiräume der Elektronikeinheit vorteilhaft vom Kontaktierelement überbrückt werden.
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Aufgrund der gewählten Wellenlänge kann verhindert werden, dass, bei geringem vorhandenen Platzangebot in der elektrischen Maschine, benachbarte Strukturen beschädigt werden. Dies ist insbesondere durch die deutlich bessere Absorption der Strahlung beim Einkoppeln ins Grundmaterial gewährleistet.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann unter einem Kopplungselement insbesondere ein Element verstanden werden, welches einen Absorptionsgrad für „grüne“ oder „blaue“ Laserstrahlung aufweist, welcher zumindest größer als 20%, vorzugweise größer als 30%, besonders vorteilhafterweise größer als 40% ist.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist unter einem -grüne Laserstrahlung emittierenden Laser- ein Laser zur verstehen, welcher Laserlicht mit einer Wellenlänge von näherungsweise 512nm emittiert, wobei unter näherungsweise ein Toleranzrahmen von +/- 20nm zu verstehen ist. Entsprechend ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter einem -blaue Laserstrahlung emittierenden Laser- ein Laser zur verstehen, welcher Laserlicht mit einer Wellenlänge von näherungsweise 445nm emittiert, wobei unter näherungsweise ebenfalls ein Toleranzrahmen von +/-20nm zu verstehen ist. Im Folgenden wird in diesem Zusammenhang von einem „grünen“ bzw. „blauen“ Laser die Rede sein.
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Ein Zwischenelement der hier zur Rede stehenden Art kann beispielsweise eine Verschalteplatte für eine Elektronik sein. Bei einem Kontaktierelement kann es sich beispielsweise um einen Kontaktierungsdraht oder einen Kontaktierungspin handeln. Es ist denkbar, dass der Kontaktierungsdraht selbst Teil der Wicklung einer elektrischen Maschine ist. Zur elektrischen und/oder mechanischen Kontaktierung der Wicklung mit der Ansteuerelektronik sind auch Kontaktierungspins denkbar. Es ist denkbar, dass ein derartiger Kontaktierungspin mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens mit der Leiterplatte verschweißt ausgebildet ist, wobei der Kontaktierungspin motorseitig einen zusätzlichen Schneidklemmabschnitt zur Verbindung mit den Wicklungen aufweisen kann.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist unter einer stoffschlüssigen Verbindung insbesondere eine Kontaktierung zu verstehen, die derart dimensionierte stoffschlüssige Verbindungsabschnitte zwischen dem Kontaktierelement und dem Kopplungselement aufweist, dass eine den äußeren Belastungen und Anforderungen an die Leitfähigkeit in einer elektrischen Maschine der hier zur Rede stehenden Art genügende Leitstützstruktur bereitgestellt wird. Vorteilhafterweise weist der Laser eine kontinuierliche Laserleistung zwischen 1kW und 3kW auf. Vorteilhaft lassen sich insbesondere Kontaktierungsdrähte mit einem Durchmesser zwischen 0,2mm und 3mm, besonders vorteilhaft zwischen 0,3 und 2,6mm ganz besonders vorteilhaft zwischen 0,5mm und 2mm mittels Laserschweißen mit der Elektronikeinheit verbinden. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es denkbar, dass der Schweißprozess in einer Schutzgasatomsphäre stattfindet. Vorzugweise wird die stoffschlüssige Verbindung durch das Aushärten eines Schmelzbades bereitgestellt. Vorzugweise ist das Schmelzbad sowohl am Kontaktierelement als auch am Kopplungselement ausgebildet.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann unter einem Niederhaltemittel insbesondere ein Werkzeug verstanden werden, welches vorteilhaft dazu ausgebildet ist das Kontaktierelement in einer finalen Fügeposition zu halten. Vorteilhaft ist das Niederhalteelement in der Lage eine Rückstellkraft des Kontaktierelementes aufzunehmen. Vorteilhaft wird das Niederhaltemittel nach dem Lasern der Kontaktierung entfernt. Vorteilhaft ist das Niederhaltemittel als ein Niederhaltestempel ausgebildet.
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Die Herstellung einer elektrischen Kontaktierung mittels eines „grünen“ oder „blauen“ Lasers weist den Vorteil auf, dass das Kontaktierelement mit dem Kopplungselement besonders effizient hergestellt werden kann. Gleichzeitig kann die Spritzerbildung, welche insbesondere im Bereich der Elektronikeinheit kritisch sein kann besonders vorteilhaft reduziert werden. Aufgrund des hohen Absorptionsgrades für Aluminium und Kupfer in diesen Wellenlängenbereichen, kann die Beschädigungen benachbarter Strukturen besonders vorteilhaft reduziert werden. „Grüne“ und „blaue“ Laserstrahlung wird von Kupfer im Vergleich zum infraroten Wellenlängenbereich sehr gut absorbiert. Das erlaubt geringere die Verwendung eines Lasers mit geringerer Leistung und Intensitäten. Durch die Verwendung von „grünen oder „blauen“ Lasern kann somit im Vergleich zu Lasern im infraroten Wellenlängenbereich das Risiko benachbarte Bauteile oder Komponenten durch einen Reflex zu beschädigen, vorteilhaft minimiert werden.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen erfindungsgemäßen Verfahrens möglich.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird das Kontaktierelement vor dem Aufschmelzen vom Laser von einer vormontierten Position am Kopplungselement in eine Fügeposition umgeformt, insbesondere umgebogen. Durch das Umbiegen wird das Kontaktierelement vorteilhaft in einen Nahbereich des Kopplungselementes gebracht, sodass durch das Aufschmelzen des Kontaktierelementes mit dem Laser eine stabile stoffschlüssige Verbindung bereitgestellt werden kann. Vorzugweise ist das Niederhaltemittel dazu ausgebildet das Kontaktierelement in die Fügeposition umzubiegen. Vorzugweise ist die Fügeposition eine kontaktierende Position zwischen de, Kontaktierelement und Kopplungselement.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das Kopplungselement eine Einlegenut auf. Die Einlegenut ist vorzugweise dazu ausgebildet den zu fügenden Fügeabschnitt des Kontaktierelementes zumindest teilweise aufzunehmen. Vorzugweise kann der Fügeabschnitt zu einem überwiegenden Teil in die Einlegenut eingelegt werden. Vorzugweise weist die Einlegenut eine auf das Kontaktierelement abgestimmte Kontur auf. Vorzugweise ist die Einlegenut als rinnenförmige Ausnehmung in der Oberfläche des Kopplungselementes eingebracht. Vorzugweise wird das Kontaktierelement nach dem Umformen zumindest teilweise in die Einlegenut eingelegt. Auf diese Weisekönnen besonders einfach und präzise Kontaktierelement und Kopplungselement in einem minimalen Schmelzbereich gemeinsam aufgeschmolzen werden.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Haupterstreckungsrichtung des Fügeabschnittes des Kontaktierelementes in der Fügeposition im Wesentlichen parallel zur Haupterstreckungsrichtung des Kopplungselementes ausgerichtet ist. Vorzugweise ist das Kontaktierelement vor dem Umbiegen im Wesentlichen senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung des Kontaktierelementes angeordnet. Vorzugweise wird das Kontaktierelement bei der Umformung überfedert gebogen, insbesondere um mehr als 90° gebogen.
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Gemäß einer konstruktiv vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird bei der Anordnung des Kontaktierelementes am Kopplungselement der Fügeabschnitt des Kontaktierelementes seitlich am Kopplungselement vorbeigeführt, wobei das Niederhaltemittel vorzugweise dazu ausgebildet ist das Kontaktierelement auf das Kopplungselement umzubiegen. Vorzugweise ist der Fügeabschnitt des Kopplungselementes zumindest teilweise abgeflacht, insbesondere als flaches Kupferelement, besonders vorzugweise als Kupferband ausgebildet.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist das Kopplungselement und alternativ hierzu oder zusätzlich auch das Kontaktierelement als zur Absorption der grünen und/ oder blauen Laserstrahlung ausgebildet. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann unter einem Absorptionselement insbesondere ein Element verstanden werden, welches einen Absorptionsgrad für „grüne“ oder „blaue“ Laserstrahlung aufweist, welcher zumindest größer als 20%, vorzugweise größer als 30%, besonders vorteilhaft größer als 40% ist. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weisen das Kontaktierelement und alternativ hierzu oder zusätzlich das Kopplungselement aus einem Buntmetall, insbesondere Kupfer oder Aluminium auf. Es ist auch denkbar, dass das Kopplungselement und alternativ hierzu oder zusätzlich auch das Kontaktierelement aus Kupfer besteht. Da Kupfer einen besonders hohen Absorptionsgrad für „grüne“ und „blaue“ Laserstrahlung aufweist kann die Einkopplung der Laserstrahlung ins Grundmaterial grundsätzlich verbessert werden und somit die Beschädigung umliegender Elektronikbauteile vorteilhaft verhindert werden.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Kopplungselement eine Ausnehmung für das Kontaktierelement aufweist. Vorzugweise weist der Aufnahmeabschnitt eine Durchgangsöffnung, insbesondere eine Durchgangsbohrung aufweist, in welcher das Kontaktierelement angeordnet ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Durchmesser der Durchgangsbohrung größer als der Durchmesser des Kontaktierelementes. Eine besonders optimierte Kontaktierung kann dadurch bereitgestellt werden, dass das Kontaktierelement durch die Durchgangsöffnung soweit durchgesteckt wird, dass es einen Überhang, insbesondere einen freien Fügeabschnitt zur Oberfläche des Kopplungselementes aufweist. Das Kontaktierelement durchgreift vorzugweise sowohl die Elektronikeinheit als auch das Kopplungselement vollständig. Nach dem Durchstecken des Kontaktierelementes durch das Kopplungselement wird das Kontaktierelement vorzugweise vom Niederhaltemittel auf das Kopplungselement gedrückt und dort gehalten. Anschließend wird das Kontaktierelement und alternativ auch zusätzlich das Kopplungselement vom Laser aufgeschmolzen.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Elektronikeinheit eine Platte, insbesondere eine Leiterplatte oder eine Verschalteplatte. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist unter einer Platte insbesondere ein im Wesentlichen flaches, vorzugweise im Wesentlichen planes Element zu verstehen, dessen ebene Fläche im Verhältnis zu seiner Dicke sehr groß ist. Die Platte erstreckt sich dabei im Wesentlichen in einer Plattenebene. Das Kontaktierelement weist nach dem Umbiegen eine Haupterstreckungsrichtung auf. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist unter der Haupterstreckungsrichtung vorzugweise die Symmetrieachse des Kontaktierungsdrahtes im Bereich des Fügeabschnittes zu verstehen. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Haupterstreckungsrichtung des Kontaktierelementes im Wesentlichen parallel zur Elektronikeinheit angeordnet ist.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Kopplungselement als Verbindungsplatte ausgebildet ist, welche auf der Elektronikeinheit angeordnet, insbesondere mittels einem Lot mit der Elektronikeinheit verbunden ausgebildet ist oder in die Elektronikeinheit eingelassen ausgebildet ist. Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung erstreckt sich das Kopplungselement im Wesentlichen parallel zur Elektronikeinheit. Die Verbindungsplatte kann insbesondere als ein im Wesentlichen flaches, vorzugweise im Wesentlichen planes Element verstanden werden, dessen ebene Fläche im Verhältnis zu seiner Dicke sehr groß ist.
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Die Verbindungsplatte ist vorzugsweise parallel zur Plattenebene der Leiterplatte ausgerichtet. Eine besonders bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Verbindungsplatte in der Plattenebene der Leiterplatte angeordnet ist.
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Vorteilhafterweise ist die Verbindungsplatte fest mit dem Kopplungselement verbunden ausgebildet. Ist die Verbindungsplatte in die Leiterplatte eingelassen ausgebildet, so kann es von besonderem Vorteil für den Prozess sein, wenn diese bündig mit der Leiterplatte abschließt. Die Erstreckung der Verbindungsplatte in Plattenebene ist vorzugweise um ein Vielfaches kleiner als die Erstreckung der Leiterplatte in Plattenebene. Die Größe der Verbindungsplatte ist vorzugweise an die Größe des Laserspots angepasst. Das Volumen der Verbindungsplatte ist vorzugweise derart dimensioniert, dass eine ausreichend stabile stoffschlüssige, elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Kopplungselement und dem Kontaktierelement bereitgestellt werden kann. Es ist dabei von Vorteil, dass ein derartiges Kopplungselement in seiner Dimensionierung, d.h. in seinem Materialquerschnitt und seiner thermischen Absorption so auf den Draht abgestimmt werden kann, dass der Laser Kontaktierelement und Kopplungselement gleichmäßig erwärmt und so ideale Randbedingungen für eine besonders schnelle Prozessführung vorliegen.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens kann das Kopplungselement mit einer eingebetten Lotpaste bestückt ausgebildet sein. Wird diese Stelle vom Laser ausreichend erwärmt entsteht eine Lötstelle. Es ist auch denkbar, dass das Lot auch als Röhrenlot seitlich zugeführt wird. Das Lot kann sowohl vor, als auch nach dem Durchführen des Kontaktierelementes am Kopplungselement angeordnet werden.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine elektrische Maschine - insbesondere ein elektronisch kommutierter Elektromotor - mit einem Stator aufweisend elektrische Wicklungen mit zumindest einem die Wicklung bildenden Kontaktierelement oder zumindest einem Kontaktierelement zum Verschalten der Wicklungen, wobei zur Bestromung der Wicklungen eine Elektronikeinheit, aufweisend ein Kopplungselement vorgesehen ist. Es wird vorgeschlagen, dass ein Niederhaltemittel das Kontaktierelement auf das Kopplungselement drückt und die elektrische Kontaktierung zwischen dem Kontaktierelement und dem Kopplungselement durch Aufschmelzen des Kontaktierelementes mit einem, grüne oder blaue Laserstrahlung emittierenden Laser bis eine elektrisch leitfähige, stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Kontaktierelement und dem Kopplungselement ausgebildet ist, hergestellt wird.
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Figurenliste
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In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele des Verfahrens zur Herstellung einer Kontaktierung eines Kontaktierelementes dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen In den verschiedenen Ausführungsvarianten erhalten gleiche Teile die gleichen Bezugszahlen.
- 1 eine schematische Darstellung des Verfahrens,
- 2a-2c Schnittdarstellungen einer Elektronikeinheit mit einem Kontaktierungselement gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
- 3a-3c Schnittdarstellungen einer Elektronikeinheit mit einem Kontaktierungselement gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,
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1 zeigt schematisch den Verfahrensablauf eines Verfahrens 100 zur Herstellung der Kontaktierung eines Kontaktierelementes 20. Ein derartiges Kontaktierungselement 20 kann beispielsweise ein Kontaktierungsdraht oder ein Kontaktierungspin sein. In einem ersten Verfahrensschritt 110 wird ein Kopplungselement 40 bereitgestellt und das Kontaktierelement 20 anschließend am Kopplungselement 40 angeordnet 120. Das Kopplungselement 40 wird vorzugweise an einer Leiterplatte 44a oder einem Zwischenelement 44b, wie beispielsweise einer Verschalteplatte einer Elektronikeinheit 44 angeordnet. Zur Anordnung des Kontaktierelementes 20 am Kopplungselement 40, kann das Kopplungselement 40 beispielsweise einen Aufnahmeabschnitt 15 aufweisen, durch welches das Kontaktierelement durchgeführt werden kann. Der Aufnahmeabschnitt 15 kann beispielsweise eine Durchgangsöffnung im Kopplungselement 40 sein. Eine weitere Ausführungsform der Erfindung kann vorsehen, dass das Kontaktierelement 20 seitlich am Kopplungselement vorbeigeführt wird. Das Kontaktierelement 20 wird dabei vorzugweise in einem Nahbereich des Kopplungselementes 40 angeordnet. Vorzugweise wird das Kontaktierelement 20 möglichst nah an das Kopplungselement 40 herangeführt. Das Niederhaltemittel 80 ist jedoch vorteilhaft dazu ausgebildet das Kontaktierelement derart umzuformen, das auch Distanzen größer 1mm vom Kontaktierelement überbrückt und auf dem Kopplungselement gefügt werden können.
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Das Kontaktierelement 20a wird nach dem Anordnen 120 am Kopplungselement vorzugweise in eine Fügeposition 70 bewegt. Anschließend wird das Kontaktierelement 20 in der Fügeposition 70 mittels eines Niederhaltemittels 80 gehalten 130. Ein derartiges Niederhaltemittel 70 kann beispielsweise ein Bondtool, wie ein Fügestempel oder dergleichen sein. In einem anschließenden Verfahrensschritt 140 wird das Kontaktierungselement 20 mit einem, grüne oder blaue Laserstrahlung 210a, 210b emittierenden Laser 64 aufgeschmolzen, bis eine elektrisch leitfähige, stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem Kontaktierelement 20 und dem Kopplungselement 40 ausgebildet ist. Vorzugweise wird das Kontaktierelement während des gesamten Fügeprozesses vom Niederhaltemittel 80 in der Fügeposition 70 gehalten.
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In den 2a bis 2c ist das Verfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Gemäß der in den 2a-2c gezeigten Ausführungsform wird das Kontaktierelement beim Anordnen am Kopplungselement durch das Kopplungselement selbst durchgesteckt.
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2a zeigt das Kontaktierelement 20a nach seiner Anordnung am Kopplungselement 40a in einer vormontierten Position 69.Gemäß der in 2a dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist die Elektronikeinheit 44 als Leiterplatte 44a ausgebildet. Die Leiterplatte 44a erstreckt sich im Wesentlichen in einer Horizontalebene. Die Leiterplatte44a weist eine Durchgangsöffnung 90 auf. Im Bereich der Durchgangsöffnung 90 der Leiterplatte 44a ist vorteilhaft das Kopplungselement 40 angeordnet. Das Kopplungselement 40 ist vorzugweise mittels eines Kopplungsmittels 42, wie beispielsweise einem Lot mit der Leiterplatte 44a verbunden. Das Kopplungselement 40a erstreckt sich gemäß der in 2 dargestellten Ausführungsform der Erfindung vorteilhaft im Wesentlichen parallel zur Leiterplatte 44a.
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Vorzugweise weist das Kopplungselement 40a einen Anbindungsabschnitt 15 auf. Der Anbindungsabschnitt 15 ist gemäß der in 2 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ebenfalls als Durchgangsöffnung 91 ausgebildet. Vorzugweise sind die beiden Durchgangsöffnungen 90, 91 von Kopplungselement 40 und Leiterplatte 44a im Wesentlichen kollinear, insbesondere achsparallel zueinander angeordnet. Vorzugweise sind die Durchgangsöffnungen 90, 91 derart übereinander angeordnet, dass sie eine gemeinsame Durchgangsöffnung für das Kontaktierelement 20 bereitgestellt wird.
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Gemäß der in 2a dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist das Kopplungselement 40a vorzugweise als Kupferplatte ausgebildet. Nach dem ersten Verfahrensschritt 110, dem Bereitstellen des Kopplungselements 40a, insbesondere dem Anordnen oder Anlöten des Kopplungselementes 40a auf der Leiterplatte 44a, wird ein Kontaktierungselement 20a, vorzugweise ein Kupferdraht oder Kupferpin durch den Aufnahmebereich 15 des Kopplungselementes 40a geführt. Gemäß der in 2a dargestellten Ausführungsform der Erfindung wird das Kontaktierungselement 40a durch die gemeinsame Durchgangsöffnung von Kopplungselement 40a und Leiterplatte 44a geführt.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Kontaktierungselement 20a als Kupferdraht ausgebildet und weist gegebenenfalls einen isolierten Abschnitt 22a auf. Das abisolierte freie Ende 21a des Kupferdrahtes wird vorzugweise derart durch das Kopplungselement 40 durchgeführt, dass es zur über das Kopplungselement 40a steht. Das Kontaktierungselement 20a weist somit nach seiner Anordnung am Kopplungselement 40a (Verfahrensschritt 120) vorzugweise einen freien, über die Fläche des Kopplungselementes 40a überstehenden Fügeabschnitt 54 auf. Das Kontaktierelement 40a weist vorzugweise in dieser vormontierten Position 69 eine Haupterstreckungsrichtung 62 auf. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Haupterstreckungsrichtung 62 in der vormontierten Position 69 vorzugweise im Wesentlichen senkrecht zur Erstreckungsebene der Leiterplatte 44a ausgerichtet.
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Nach dem Durchführen des Kontaktierungselementes 20a ist es denkbar, dass das Kontaktierelement 20a aus der vormontierten Position 69 in eine Fügeposition 54 umgeformt, insbesondere umgebogen wird. Dieser Verfahrensschritt ist in 2b dargestellt. Wie in 2b zu erkennen ist, kann der Fügeabschnitt 54 gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung durch das Niederhaltemittel 80 umgebogen werden. Das Niederhaltemittel 80 biegt dabei vorzugweise den Fügeabschnitt 54 von der senkrechten Haupterstreckungsrichtung 62 derart, dass es in der Fügeposition 70 (2v) am Kopplungselement 40a anliegt. Vorzugweise wird der Fügeabschnitt 54 dabei derart überbogen, dass er über eine Parallelverschiebung der Haupterstreckungsrichtung 62 gebogen wird. Das Kontaktierelement 20a wird dabei gemäß der in den 2a-2c dargestellten Ausführungsform mehr als 90° gebogen.
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Ist das Kontaktierungselement 20a in der Fügeposition ausgerichtet, wird der Fügeabschnitt 54 mit einem, grüne oder blaue Laserstrahlung 210a, 210b emittierenden Laser 64 aufgeschmolzen, bis eine elektrisch leitfähige, stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem Kontaktierelement 20 und dem Kopplungselement 40 ausgebildet ist (2c). Dabei ergibt sich eine sehr gut leitende stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Kontaktierelement 20a und dem Kopplungselement 40a. Die Schmelzzone 220 erstreckt sich dabei vorzugweise bis in das Kopplungselement 40a. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der Fügeabschnitt 54 während des gesamten Laserschweißprozesses vom Niederhaltemittel 80 in Position gehalten. Das Niederhaltemittel 80 weist vorzugweise zumindest zwei Kraftangriffspunkte 81a, 81b am Kontaktierelement 20a auf.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Kopplungselement in seiner Dimensionierung und der Materialauswahl (z.B. thermische Absorption) derart auf das Kontaktierelement 20 abgestimmt, dass der Laser 64 sowohl das Kopplungselement 40, als auch das Kontaktierungselement 20 im Wesentlichen gleichzeitig erwärmt, wodurch Taktzeit und Qualität des Prozesses signifikant verbessert werden können. Durch die Verwendung eines Lasers 64, welcher grüne oder blaue Laserstrahlung 210a, 210b emittiert, kann die Laserstrahlung 210a, 210b vom Kopplungselement 40 und Kontaktierelement 20 besonders gut (im Vergleich infraroten Wellenlängenbereich) absorbiert werden. Das erlaubt die Verwendung eines Lasers 64 von besonders geringer Leistung und Intensität. Zum anderen wird durch die Verwendung von grünen oder blauen Lasern das Risiko benachbarte Bauteile oder Komponenten in einem derartigen Elektromotor durch einen Reflex zu beschädigt, minimiert.
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Gemäß der in den 2a -2c dargestellten Ausführungsform der Erfindung sind sowohl das Kopplungselement 40a als auch das Kontaktierelement 20a vorzugweise als Absorptionselemente zur Absorption der Laserstrahlung 210a, 210b ausgebildet. Sowohl das Kopplungselement 40 als auch das Kontaktierelement 20 weisen vorzugweise ein Buntmetall, insbesondere Kupfer oder Aluminium auf. Vorzugweise sind Sowohl das Kopplungselement 40 als auch das Kontaktierelement 20 aus Kupfer ausgebildet. Vorzugweise bestehen sowohl das Kopplungselement 40 als auch das Kontaktierelement 20 aus Kupfer.
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Gemäß der in 2a dargestellten Ausführungsform der Erfindung weist das Kopplungselement 40 vorzugweise eine Durchgangsöffnung 90 mit einem Öffnungsdurchmesser 50 auf, durch welche das Kontaktierelement 20 durchgeführt beziehungsweise durchgesteckt wird. Vorzugweise sind das Kontaktierelement 20 und die Durchgangsöffnung 90 des Kopplungselementes 40 derart dimensioniert, dass nach dem Durchführen des Kontaktierelementes 20 durch die Durchgangsöffnung 90 zwischen dem Kopplungselement 40 und dem Kontaktierelement 20 ein Spalt 92 verbleibt. Vorzugweise ist der Spalt 92 umlaufend ausgebildet. Vorzugsweise ist der Abstand zwischen dem Kontaktierelement 20 und dem Kopplungselement umlaufend äquidistant ausgebildet.
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Vorzugweise weist der Kontaktierungsdraht 20 einen Drahtdurchmesser zwischen 0,2 und 3mm, insbesondere zwischen 0,3mm und 2,6mm, besonders vorzugweise zwischen 0,5mm und 2mm auf. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Fügeabschnitt 54 des Kontaktierungselementes eine Länge von einigen mm auf.
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In der 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Die nachfolgende Beschreibung und die Zeichnung beschränken sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen, wobei bezüglich gleich bezeichneter Bauteile, insbesondere in Bezug auf Bauteile mit gleichen Bezugszeichen, grundsätzlich auch auf die Zeichnungen und/oder die Beschreibung der anderen Ausführungsbeispiele, insbesondere der 2a, verwiesen werden kann.
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3a zeigt eine Anordnung vor dem Laserschweißen der Kontaktierung. Gemäß der in 3a dargestellten Ausführungsform der Erfindung wird das Kontaktierelement 20b seitlich am Kopplungselement 40b vorbeigeführt. Das Kopplungselement 40b ist mittels einem Lot 24 auf einer Leiterplatte 44b angeordnet. Der Fügeabschnitt 54 des Kontaktierelementes 40b wird vom Niederhaltemittel 80 umgebogen. Gemäß der in den 3a-3c dargestellten Ausführungsform der Erfindung weist das Kopplungselement 40b vorzugweise eine Einlegenut 300 auf. Die Einlegenut 30b ist vorzugweise als Offene, vorzugweise im Wesentlichen rinnenförmige Nut in das Kopplungselement 40b eingebracht. Vorzugweise ist die Einlegenut 300 dazu ausgebildet einen wesentlichen Teil des Fügeabschnittes 54 des Kontaktierelementes 20b aufzunehmen.
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3c zeigt einen Schnitt durch das Kontaktierelement 40b entlang der Schnittlinie C-C gemäß 2. Wie in 3c deutlich zu erkennen ist, ist gemäß dieser Ausführungsform die Einlegenut 300 in der Oberfläche des Kopplungselementes 40b eingeformt. Die Einlegenut 30b ist in ihrem Querschnitt vorzugsweise auf die Kontur des Kontaktierelementes20b angestimmt. Mittels des Niederhaltemittels 80 wird das Kontaktierelement 20b vorzugweise in die Einlegenut 300 eingedrückt und dort gehalten. Durch das Einlegen des Kontaktierungsdrahtes 20b in die Einlegenut 300 vor dem Aufschmelzen mit dem Laser 64 kann zum einen die Fügeposition eindeutig definiert werden, zum anderen kann durch die Ausbildung der gemeinsamen Schmelzfront 301 eine besonders stabile Kontaktierung bereitgestellt werden.
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In 3b ist das Aufschmelzen des Kontaktierungselementes 20b dargestellt. Vorzugweise werden sowohl das Kontaktierungselement 20b als auch das Kopplungselement 40b gemeinsam aufgeschmolzen. Vorzugweise erstreckt sich die Schmelzfront 301 bis in das Kopplungselement 40b auf diese Weise kann eine stabile Verbindung bereitgestellt werden.
