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HINTERGRUND
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Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf einen Schweißanschluss, eine Schalteranordnung und Verfahren zum Anbringen von Leitungen an einem Anschluss.
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Das Verbinden von Schalterleitungen mit Leiterrahmenanschlüssen erfolgt im Allgemeinen durch Löt-, Laserschweiß- oder Widerstandsschweißprozesse. Lötprozesse sind wegen des Anschlussmaterialtyps und der Anschlussgeometrie und/oder -konfiguration am weitesten verbreitet. Die Schalterleitungen und die Leiterrahmenanschlüsse sind im Allgemeinen aus Messung, Bronze oder Kupfer gefertigt, wobei aufgrund ihrer inhärenten hohen elektrischen Leitfähigkeit der resultierende niedrige Widerstand nicht ganz optimale Bedingungen für Standard-Widerstandsschweißprozesse schafft. Die Leiterrahmenanschlussgeometrie kann aufgrund von Baugrößebeschränkungen und späteren Gießprozessen, wo Teileabschmelzen möglich ist, restriktiv sein.
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Demgemäß sind ein Schweißanschluss und ein Schweißverfahren wünschenswert, die eine verbesserte Schweißverbindung und ein verbessertes Anbringungsverfahren schaffen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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In einer Ausführungsform werden ein Anschluss und ein elektrischer Kontakt für ein Paar von Leitungen einer elektrischen Komponente geschaffen, wobei der Anschluss ein Paar von Anschlüssen besitzt, wovon jeder ein ebenes Element umfasst, das ein leitendes Material umfasst, das eine Öffnung in dem ebenen Element umgibt, und wobei eine Leitung des Paars von Leitungen mit einem Anschluss des Paars von Anschlüssen verschweißt ist, derart, dass die Leitung durch die Öffnung verläuft und mit dem Anschluss an einem Abschnitt des Anschlusses benachbart zu der Öffnung verschweißt ist, und die andere Leitung des Paars von Leitungen mit dem anderen Anschluss des Paars von Anschlüssen verschweißt ist, derart, dass die Leitung durch die Öffnung verlauft und mit dem Anschluss an einem Abschnitt des anderen Anschlusses des Paars von Anschlüssen benachbart zu der Öffnung verschweißt ist.
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In einer weiteren Ausführungsform wird eine Schalteranordnung geschaffen, wobei die Schalteranordnung einen Schalter, von dem sich ein Paar von leitenden Leitungen erstreckt, und ein Paar von Anschlüssen, das sich von einem Schaltergehäuse erstreckt, besitzt, wobei jeder Anschluss ein leitendes Material umfasst, das eine Öffnung umgibt, und wobei eine Leitung des Paars von Leitungen mit einem Anschluss des Paars von Anschlüssen verschweißt ist, derart, dass die Leitung durch die Öffnung verläuft und mit dem Anschluss an einem Abschnitt des Anschlusses benachbart zu der Öffnung verschweißt ist, und die andere Leitung des Paars von Leitungen mit dem anderen Anschluss des Paars von Anschlüssen verschweißt ist, derart, dass die Leitung durch die Öffnung verläuft und mit dem Anschluss an einem Abschnitt des anderen Anschlusses des Paars von Anschlüssen benachbart zu der Öffnung verschweißt ist.
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In einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren zum Verbinden einer Leitung eines Schalters mit einem Anschluss geschaffen, wobei das Verfahren das Widerstandsschweißen eines Paars von leitenden Leitungen des Schalters an ein Paar von Anschlüssen, die sich von einem Schaltergehäuse erstrecken, umfasst, wobei jeder Anschluss ein leitendes Material umfasst, das eine Öffnung umgibt, und wobei eine Leitung des Paars von Leitungen mit einem Anschluss des Paars von Anschlüssen verschweißt wird, derart, dass die Leitung durch die Öffnung verläuft und mit dem Anschluss an einem Abschnitt des Anschlusses benachbart zu der Öffnung verschweißt ist, und die andere Leitung des Paars von Leitungen mit dem anderen Anschluss des Paars von Anschlüssen verschweißt wird, derart, dass die Leitung durch die Öffnung verläuft und mit dem Anschluss an einem Abschnitt des anderen Anschlusses des Paars von Anschlüssen benachbart zu der Öffnung verschweißt ist.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten erscheinen lediglich beispielhalber in der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen, wobei die Beschreibung auf die Zeichnungen Bezug nimmt, worin:
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1 eine perspektivische Ansicht einer Schalteranordnung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
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2 eine Draufsicht ist, die eine mit einer Rahmenleitung verschweißte Schalterleitung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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3 eine Ansicht längs der Linien 3-3 von 2 ist;
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4–6 Ansichten von unter Verwendung beispielhafter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gefertigten Schweißverbindungen sind; und
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7 eine Draufsicht einer mit einer Rahmenleitung verschweißten Schalterleitung gemäß einer alternativen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden ein Schweißanschluss, eine Schalteranordnung und ein Verfahren zum Befestigen einer Schalterleitung an einem Schweiß- oder Rahmenanschluss geschaffen. In einer Ausführungsform und mit Bezug auf 1 ist zunächst eine Schalteranordnung 10 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Schalteranordnung besitzt einen Schalter 12 wie etwa einen Mikroschalter oder eine elektrische Komponente mit einem Paar von Leitungen 14, 16, die sich von einem Gehäuse 18 des Schalters erstrecken. Die Leitungen 14 und 16 umfassen ein elektrisch leitendes Material. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform besitzt der Schalter einen niederdrückbaren oder beweglichen Aktuator 20, dessen Bewegung einen Schaltkreis oder Schalter 22 (in gestrichelten Linien gezeigt) schließt und der sich in dem Gehäuse befindet. Mit dem Schaltkreis ist ein Paar von Leitungen 14 und 16 elektrisch gekoppelt, derart, dass auf eine Bewegung des Aktuators hin ein Schaltkreis zwischen den Leitungen entweder geschlossen oder geöffnet wird.
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In dieser Darstellung ist ein Paar von Schweißanschlüssen 24 gezeigt, die sich von einer Oberfläche 26 eines Gehäuses 28 erstrecken. Obwohl ein Paar von Schweißanschlüssen und ein Paar von Leitungen gezeigt sind, fassen beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zahlreiche Schweißanschlüssen sowie zahlreiche Leitungen ins Auge; somit sind beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nicht bloß auf ein Paar von Anschlüssen und ein Paar von Leitungen beschränkt.
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In einer beispielhaften Ausführungsform ist jeder Anschluss aus einem ebenen Element gebildet, das ein elektrisch leitendes Material umfasst. In einer Ausführungsform besitzt das Gehäuse 28 Merkmale 30, die ausgestaltet sind, um mit einem Abschnitt des Gehäuses des Schalters in Eingriff zu stehen und diesen aufzunehmen. Beispielsweise können die Merkmale 30 eine Öffnung umfassen, in die das Gehäuse des Schalters aufgenommen wird. Jedes ebene Element 24 besitzt eine mittige Öffnung 32. In einer Ausführungsform ist die mittige Öffnung vollständig von dem leitenden Material des ebenen Elements umgeben.
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Als Beispiel ist nun in den 2 und 3 ein Abschnitt eines der Anschlüsse gezeigt. Wie gezeigt ist, ist die Öffnung 32 von einem äußeren Umfangsabschnitt 34 umgeben, der eine Abmessung 36 besitzt und an dem ein Abschnitt 38 der Leitung in einem Widerstandsschweißprozess befestigt wird. Das Widerstandsschweißen ist ein Prozess, der verwendet wird, um metallische Teile mit Hilfe von elektrischem Strom zu verbinden. In 3 ist nun eine Seitenansicht der Anschluss/Leitungs-Schweißbefestigung gezeigt. Wie gezeigt ist, ist der Anschluss ein ebenes Element mit einer Dicke 40, das im Wesentlichen eben ist und eine flache Oberfläche zum Anschweißen der Leitung in einem Schweißprozess, nämlich einem Widerstandsschweißprozess, schafft.
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Das Widerstandsschweißen ist ein Prozess, in dem wenigstens zwei Werkstücke durch die Wärme, die von dem Widerstand der Werkstücke entgegen einem elektrischen Strom in einem Schaltkreis, wovon das Werkstück ein Teil ist, erhalten wird, und durch die Ausübung von Druck auf die zwei Werkstücke aneinander befestigt werden. Wie in 3 gezeigt ist, übt ein Paar von Elektroden 42, 44 eine Kraft auf die Werkstücke (die Leitung 14 und den Anschluss 24) in den Richtungen der Pfeile 46 und 48 aus, während durch die Elektrode 42, den Abschnitt 38 der Leitung 14, den Abschnitt 34 des Anschlusses 24 und die Elektrode 44 Strom zugeführt wird, wobei die erzeugte Wärme, das Schmelzen eines oder beider der Abschnitte 38 und 34 und das Bilden einer Schweißverbindung 50 verursacht.
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Die Größe und die Form der einzeln gebildeten Schweißverbindungen sind in erster Linie durch die Größe und die Kontur der Elektroden beschränkt. Somit ermöglicht die Verwendung eines ebenen Anschlusses und einer im Wesentlichen ebenen Leitung das Anordnen einer im Allgemeinen flachen Oberfläche zwischen den zwei Elektroden. Ferner veranlasst durch die Verwendung der Öffnung 32 die Abmessung 36, dass die Wärme zwischen dem Leitungsabschnitt und dem Anschlussabschnitt erzeugt wird. Der verkleinerte Bereich für das Widerstandsschweißen verkleinert den Schweißkontaktbereich und erfordert keinerlei Kontakthöcker oder spezielle Modifikation, die Spritzgießprozesse behindern würden.
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Der Schweißzyklus muss zuerst ausreichende Wärme entwickeln, um ein kleines Volumen von Metall in den geschmolzenen Zustand zu heben. Dieses Metall kühlt dann unter Druck stehend ab, bis es eine hinreichende Festigkeit zum Zusammenhalten der Teile aufweist. Die Stromdichte und der Druck müssen ausreichend sein, um einen Schweißkern zu bilden, jedoch nicht so hoch, dass sich geschmolzenes Metall von der Schweißzone abstößt.
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In allen Formen des Widerstandsschweißens werden die Teile lokal erhitzt, bis sich ein Schmelzbad bildet. Die Teile werden dann abkühlen gelassen, wobei das Bad erstarrt, um einen Schweißkern zu bilden. Um Wärme zu erzeugen, leiten die Elektroden einen elektrischen Strom durch die Werkstücke. Die erzeugte Wärme hängt von dem elektrischen Widerstand und der Wärmeleitfähigkeit des Metalls sowie von der Zeit, in der der Strom zugeführt wird, ab.
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Die Elektroden werden während des Schweißens unter einer gesteuerten Kraft gehalten. Die Stärke der Kraft beeinflusst den Widerstand über die Grenzflächen zwischen den Werkstücken und den Elektroden. Die Kraft wird so eingestellt, dass an der Grenzfläche zwischen den Werkstücken unverzüglich Wärme erzeugt wird.
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Die zum Erzeugen eines Schmelzbades benötigte Wärme hängt von der Wärmeleitfähigkeit und dem Schmelzpunkt des Metalls, das geschweißt wird, ab. Ein Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit leitet Wärme schnell von dem Schmelzbad ab, was die zum Schmelzen des Bads benötigte Gesamtwärme vermehrt. Ein niedriger Schmelzpunkt vermindert die benötigte Wärme. Demgemäß verkleinert die kleinere Abmessung 36 des Abschnitts 34 des Anschlusses den Oberflächenbereich des Anschlusses direkt unterhalb des Abschnitts 38 der Leitung, die an dem Anschluss befestigt wird, und verringert somit die zum Verschweißen der zwei Werkstücke miteinander benötigte Wärmemenge.
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Die 4–6 sind verschiedene Ansichten, die eine Schweißverbindung 50 einer Leitung mit einem Anschluss gemäß beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigen.
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Um auf die 1–3 zurückzukommen und auf 5 Bezug zu nehmen, sind die Leitungen so mit dem Paar von Anschlüssen verschweißt, dass die Leitung durch die Öffnung verläuft und an einer Seite der Öffnung mit dem Schweißanschluss verschweißt ist. In einer alternativen Ausführungsform kann die Leitung auch an einer gegenüberliegenden Seite der Öffnung befestigt sein, wobei die Leitung durch einen anderen Abschnitt 60 des Anschlusses, der in dem Bereich 62 der gestrichelten Linien in 2 gezeigt ist, verläuft. Demgemäß wird in dieser Ausführungsform die Leitung unter Anwendung eines Widerstandsschweißprozesses an zwei Orten an dem Anschluss befestigt.
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Demgemäß und mit Bezug auf 1 sind jede der Leitungen an wenigstens einem Ort benachbart zu der Öffnung 32 oder alternativ an zwei Orten, die sich an der Öffnung 32 gegenüberliegen, an den Anschlüssen befestigt.
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Gemäß einer nochmals weiteren alternativen Ausführungsform ist nun in 7 ein ebener Anschluss 124 mit einer Öffnung 132 gezeigt, die nicht vollständig von Abschnitten des Anschlusses 124 umgeben ist, wobei ein Abschnitt 138 der Leitung 114 mit einem Abschnitt 134 des Anschlusses 124 widerstandsverschweißt ist.
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Die flache Geometrie der Leiterrahmenanschlusses 24 ist für Über- bzw. Umspritzprozesse [over-molding processes] geeignet, in denen das Gehäuse um die Anschlüsse ausgeformt wird, wobei die ”Loch”- und ”Kerben”-Formen der Anschlüsse während des Schweißprozesses einen guten Schalterleitungshalt verschaffen.
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Die Schweißschutztheorie schlägt das Erhöhen des elektrischen Widerstands durch Verkleinern des Kontaktflächenbereichs zwischen den Komponenten, die verbunden werden sollen, von. Durch Ausnutzung der Schmalseite der Schalterleitung und Paarung mit einem dünnen Anschlussrahmenabschnitt wird eine Zone hohen Widerstands geschaffen. Die Durchlassgeometrie, bei der die Leitung an beiden Seiten unterstützt wird, verschafft der Schweißverbindung konstruktive Unterstützung. Neben den Schweißvorteilen kann die flache Geometrie dieses Entwurfs in dem Gießprozess korrekt verschlossen sein und verhindern, dass unerwünschtes Material in den Durchlassbereich abschmilzt.
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In einer Ausführungsform beträgt die Dicke des den Anschluss kontaktierenden Leitungsbereichs 0,4 mm, jedoch sind wohlgemerkt gemäß beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung andere Abmessungen, die größer oder kleiner als 0,4 mm sind, ins Auge gefasst.
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In einer Ausführungsform wird ein Verfahren zum Verschweißen von Leitungen mit einem ebenen Anschluss geschaffen. Zuerst werden mehrere ebene Anschlüsse durch Stanzen oder einen anderen geeigneten Prozess gebildet, wobei eine Öffnung in dem Anschluss vorgesehen ist; dann werden ein Anschluss oder Anschlüsse in ein Gehäuse eingegossen; dann wird ein Schalter mit Anschlüssen in das Gehäuse eingesetzt, derart, dass ein Abschnitt einer Leitung des Schalters durch die Öffnung verläuft; dann werden durch ein Paar von Elektroden ein Strom und eine Kraft aufgebracht, wobei zwischen der Leitung und dem Anschluss eine Schweißverbindung geschaffen wird. In einer alternativen Ausführungsform wird vor dem Eingießprozess die Leitung mit dem Anschluss verschweißt. In einer nochmals weiteren Ausführungsform wird die Leitung an zwei Orten an gegenüberliegenden Seiten der Öffnung des Anschlusses angeschweißt.
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Obwohl die vorliegende Erfindung hinsichtlich spezifischer Ausführungsformen beschrieben worden ist, sind wohlgemerkt der Leitgedanke und der Umfang der Erfindung nicht auf jene Ausführungsformen beschränkt. Die Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften und/oder eine Kombination und Kombinationen von Merkmalen, Funktionen, Elementen und/oder Eigenschaften des Gleissatzes können in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht sein. Alle Erfindungsgegenstände, die in die Bedeutung und den Äquivalenzbereich der Ansprüche fallen, sollen im Umfang solcher Ansprüche umfasst sein.
