DE60317427T2

DE60317427T2 - Verbindung zwischen einem Stift und einer dünnen Platte und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE60317427T2
Application number: DE60317427T
Authority: DE
Inventors: Kenneth Snyder Grubb; Philip Williamsville Wutz
Original assignee: Greatbatch Ltd
Current assignee: Greatbatch Ltd
Priority date: 2002-09-12
Filing date: 2003-09-11
Publication date: 2008-09-18
Anticipated expiration: 2023-09-12
Also published as: US20040052574A1; US7186049B1; EP1400303A2; DE60317427D1; EP1400303B1; US6781088B2; EP1400303A3; ATE378142T1

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Bereich der Offenbarung
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein eine verbindende Struktur zwischen einem Stift und einem planaren Substrat oder einer Platte.
2. Stand der Technik
Derzeitig besteht ein hoher Bedarf für Güter und Produkte wie beispielsweise implantierbare medizinische Vorrichtungen und elektronische Elemente, in denen ein Stift mit einem kleinen Durchmesser oder Anschluss mit einer dünnen Platte verbunden werden muss. Jedoch ist das Verbinden einer dünnen Platte mit einem Stift mit kleinem Durchmesser eine heikle Angelegenheit, und bis heute gibt es kein schnelles und effizientes Verfahren zur Schaffung einer zuverlässigen Verbindung zwischen diesen beiden Arten von Formteilen.
Beispielsweise ist ein früherer Versuch zum Verbinden eines Stiftes mit einem Substrat in dem US-Patent Nr. 6,032,359 gezeigt. In diesem Patent wird ein Laser dazu verwendet, ein Muster von Klappen in ein Substrat zu schneiden, das aus einem flexiblen polymeren dielektrischen Film hergestellt ist. Der Stift wird dann durch die Klappen in dem Substrat an der Stelle des eingeschnittenen Musters eingeschoben. Die Biegsamkeit der Klappen hält den Stift dazwischen, in dem diese einfach den Stift greifen. Der Stift kann leicht aus dem Bereich zwischen den Klappen entfernt werden, und wenn dies geschehen ist, gehen die Klappen in ihre anfängliche Position zurück. Jedoch zeigt diese Druckschrift keine Struktur, die permanent den Stift mit dem Substrat verbindet.
Ein Beispiel des Verbindens einer Platte und eines Schafts zeigt das US-Patent Nr. 5,547,123 , das ein Verfahren zum Befestigen eines Apparate-Teils in einem Loch zeigt, das in einer Basis-Metall-Platte definiert ist. In diesem Patent ist ein runder Schaft in einem Loch angeordnet, das in einer Basis-Platte definiert ist, und danach werden die beiden mittels eines Lasers zusammengeschweißt, der benachbarte Material-Abschnitte der Basis-Platte und des Teils schmilzt. Jedoch ist die Bindung, die sich zwischen der Basis-Platte und dem Teil bildet, nicht von optimaler Festigkeit, da das Laser-Schweißen einen Teil des Basis-Metalls verbraucht, das das Loch umgibt. Mit anderen Worten: Die Basis-Platte hat eine lokalisierte Zone um die Schweißstelle, die dünner ist als die umgebende Basis-Platte, und gerade in dieser Zone können potentielle Spannungsbrüche auftreten.
In noch anderen Versuchen zum Halten eines Stifts an einem Substrat wird der Stift durch das Substrat hindurch geschoben und mit diesem mittels eines Klebers verbunden. Oft sind diese Kleber einfach unfähig, anschließendem Erhitzen der Anordnung aus Stift und Substrat standzuhalten, so dass dadurch die Brauchbarkeit dieses Verfahrens zum Verbinden von Stiften mit kleinem Durchmesser mit dünnen Platten beschränkt ist.
Andere Versuche, ein Rohr mit einem Plattensubstrat zu verbinden, sind in den Dokumenten FR-A 2,797,206 und US-A 3,279,051 offenbart, in denen ein Rohr in eine Öffnung eines Substrats eingesetzt wird und die Kontakt-Wand des Rohrs dann zu einem außen liegenden Abschnitt gebogen oder gebördelt wird, und zwar mittels einer betätigten, geeignet geformten Pressform unter Bildung einer Schulter, wodurch die nötige Abstützung für das Rohr bereitgestellt wird.
Es gibt daher einen Bedarf für eine Verbindung, die einen Stift mit kleinem Durchmesser mit einer dünnen Platte verbindet, wie auch für ein Verfahren zur Herstellung der Verbindung. Es gibt auch einen Bedarf dafür, dass die fertig gestellte Verbindung starr und haltbar ist, jedoch trotzdem noch in einem schnellen, effizienten Prozess hergestellt werden kann.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bereitstellung einer Verbindung zwischen einem Stift und einer Platte, umfassend die Schritte:

(a) Bereitstellen einer Platte, umfassend eine Eintritts-Seite, eine Austritts-Seite und eine Dicke, die sich zwischen der Eintritts-Seite und der Austritts-Seite erstreckt;
(b) Schneiden der Platte durch ihre Dicke und Bilden eines herausgeschnittenen Musters in der Platte;
(c) Bereitstellen eines Stiftes, der eine umgebende Seitenwand und ein Kontaktende umfasst;
(d) Ausrichten des Kontakt-Endes des Stiftes mit dem herausgeschnittenen Muster;
(e) Bewegen des Stiftes durch das herausgeschnittene Muster in der Platte von der Eintritts-Seite der Platte zur Austritts-Seite der Platte, wobei der Stift eine Kraft auf das ausgeschnittene Muster ausübt und bewirkt, dass sich Materiallappen (Tabs) von der Austritts-Seite der Platte an Biegungen erheben, wobei sich die Tabs in einem Winkel in Bezug auf die Austritts-Seite der Platte orientieren und sich in eine eng räumlich beabstandete Beziehung mit der Seitenwand des Stifts bewegen, wobei Zwischenräume zwischen der Stift-Seitenwand und der Platte definiert sind;
(f) Erhitzen wenigstens eines der Tabs oder des Stifts und Schaffen von geschmolzenem Tab-Material dadurch, das in die Zwischenräume fließt, die zwischen der Stift-Seitenwand und der Platte definiert sind; und
(g) Abkühlen des Stifts und der Platte und Bilden der Verbindung zwischen Stift und Platte.

Die Erfindung betrifft auch eine Anordnung Stift an Platte, die umfasst:

– eine Platte, die eine Eintritts-Seite und eine Austritts-Seite umfasst und eine Mehrzahl von Ausschnitten definiert, die ein Ausschnittsmuster bilden, was zu einer Mehrzahl von Tabs führt, die eine Spitze aufweisen und im Wesentlichen im rechten Winkel mit der Austritts-Seite der Platte gebogen sind, wodurch eine Öffnung in der Platte gebildet wird;
– einen Stift, der ein getriebenes Ende und ein Kontaktende umfasst, das eine Kontaktfläche umfasst, wobei der Stift einen Durchmesser zwischen seinen Seitenwänden aufweist;
– wobei das Kontaktende des Stiftes in passgenauer Beziehung zwischen den Seitenwänden des Stiftes und der Öffnung in der Platte zwischen der Mehrheit von Tabs ist, wodurch Fließ-Räume definiert werden;
– wobei die Fließ-Räume geeignet sind, um mit geschmolzenem Tab-Material gefüllt zu werden, das erhalten wird durch Erhitzen der Mehrzahl von Tabs, und dadurch bei Kühlen des geschmolzenen Tab-Materials die Verbindung mit hoher Festigkeit und in einer Weise gebildet wird, dass sie in der Lage ist, einem Biegen und Verdrehen standzuhalten, ohne dass sich der Stift und die Platte voneinander trennen.

Die vorliegende Anordnung Stift an dünner Platte und das Verfahren zur Herstellung der Verbindung liefert eine neue Anordnung und ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zwischen einem Stift mit kleinem Durchmesser (Anschluss-Stift) und einer dünnen Platte (Substrat). Eine überlegene Verbindung wird gebildet, die unglaublich fest und trotzdem noch von einem solchen Durchmesser ist, dass sie schnell, wiederholt und effizient hergestellt werden kann. Die Zusammensetzung aus Platte und Stift kann dann in einer flexiblen Schaltung verwendet werden.
Die dünne Platte selbst kann definieren einen ersten Ausschnitt, einen zweiten Ausschnitt, einen dritten Ausschnitt und einen vierten Ausschnitt, die auf der Platte in einem X-förmigen Muster angeordnet sind (X-förmiger Ausschnitt). Die dünne Platte umfasst weiter eine Eintritts-Seite und eine Austritts-Seite. Der Stift ist mit dem X-förmigen Ausschnitt ausrichtbar, und sein Kontaktende ist von der Eintritts-Seite der Platte zur Austritts-Seite durch die Platte bewegbar. Wenn dies erfolgt, werden ein erstes Tab-Element, ein zweites Tab-Element, ein drittes Tab-Element und ein viertes Tab-Element von der Platte angehoben, so dass das erste Tab-Elemente dem zweiten Tab-Element benachbart ist, das zweite Tab-Element dem dritten Tab-Element benachbart ist, das dritte Tab-Element dem vierten Tab-Element benachbart ist und das vierte Tab-Element dem ersten Tab-Element benachbart ist. So wird eine rechtwinklige Öffnung in der Platte definiert, und Fließräume werden zwischen der Seitenwand des Stifts und den Tabs definiert. Weiter ist jedes der Tab-Elemente dreieckig geformt, und jedes hat eine Spitze.
Nachdem der Stift durch die Platte hindurch getreten ist, stehen die angehobenen Tab-Elemente in im Wesentlichen rechten Winkeln zur Austritts-Seite der Platte, wobei jeder Tab an einem Knick gebogen ist. Auch ist der Grad, in dem der Stift durch die Platte hindurch tritt, variierbar. Mit anderen Worten: Der Stift ist in der Weise durch die Platte bewegbar, dass das Kontaktende des Stifts entweder positionierbar ist zwischen der Austritts-Seite der Platte und den Spitzen der Tabs, in einer Ebene bzw. co-planar mit den Spitzen der Tabs ist oder um eine Entfernung weg von der Austritts-Seite der Platte (über die Tabs hinaus) erstreckbar ist.
Eine Einrichtung zum Erhitzen wird angewendet, um den Stift mit der Platte zu verbinden, was ein Laser-Schweißen umfassen kann. Der Laser-Strahl, der durch den Laser erzeugt wird, wird auf die Tabs gerichtet und schmilzt die Tabs. Die Schmelze fließt in die Fließ-Räume, die zwischen der rechtwinkligen Öffnung und dem Stift definiert sind. Beim Abkühlen wird eine Verbindung zwischen dem Stift und der Platte gebildet, die von hoher Festigkeit ist und in der Lage ist, einem Biegen und Verdrehen standzuhalten, ohne dass sich Stift und Platte voneinander trennen.
So liefert die vorliegende Offenbarung eine überlegene Verbindung und ein Verfahren zur Herstellung der Verbindung zwischen einem Stift mit kleinem Durchmesser und einer dünnen Platte.
Kurze Beschreibung der Figuren
1 ist eine perspektivische Ansicht der Platte.
2 ist eine perspektivische Ansicht der Platte mit einem sich durch diese hindurch erstreckenden Stift.
2A ist eine Aufsicht von oben auf den Stift, nachdem er durch die Platte hindurch getreten ist.
3 ist eine perspektivische Ansicht des Laser-Schweißens der Platte an den Stift.
4 zeigt eine perspektivische Ansicht der geschweißten Verbindung zwischen Stift und Platte, die durch das in 3 abgebildete Laser-Schweißen gebildet wurde.
5 ist eine perspektivische Ansicht einer ersten alternativen Ausführungsform, in der die Platte drei Ausschnitte umfasst.
6 ist eine perspektivische Ansicht einer ersten alternativen Ausführungsform in dem Moment, in dem sich der Stift durch die Platte bewegt.
7 ist eine Aufsicht auf die erste alternative Ausführungsform von oben.
8 ist eine perspektivische Ansicht der ersten alternativen Ausführungsform, die das Laser-Schweißen des Stifts an die Platte zeigt.
9 ist eine perspektivische Ansicht des Laser-Schweißens des Stifts an die Platte in einer zweiten alternativen Ausführungsform.
10 ist eine perspektivische Ansicht der fertig gestellten Schweißverbindung zwischen Stift und Platte gemäß der zweiten alternativen Ausführungsform, wie sie in 9 gezeigt ist.
11 ist eine perspektivische Ansicht einer dritten alternativen Ausführungsform von Stift und Platte, wobei die Kontaktfläche des Stifts auf einer Höhe mit den Spitzen der Tabs ist.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Die vorliegende Erfindung stellt bereit eine neue Struktur und ein Verfahren zum Verbinden einer dünnen Platte 20 und eines Stifts (Stift oder Anschlusses) 70 mit kleinem Durchmesser (1 bis 3), so dass eine Verbindung 150 gebildet wird (4), die von überlegener Festigkeit, Qualität und Zuverlässigkeit ist.
Es wird nun auf 1 Bezug genommen. Darin ist die Platte 20 gezeigt, an der ein Stift (oder Anschluss) 70 gebunden werden soll. Ein einzigartiges Verbinden der Platte 20 mit dem Stift 70 wird möglich gemacht durch die Gestaltung der Platte 20. Insbesondere umfasst die Platte 20 eine Eintritts-Seite 26 und eine Austritts-Seite 28 und definiert auch ein X-förmiges Ausschnittmuster, das mit „104" bezeichnet ist. Einer der Zwecke des X-förmigen Ausschnittmusters 104 ist, die Festigkeit der Verbindung 150 zu erhöhen, die in einer Weise hergestellt wird, wie dies vorliegend beschrieben wird. Der Stift 70 hat einen Durchmesser von etwa 0,365 mm bis etwa 0,762 mm (etwa 0,014 bis 0,030 in), und die Platte 20 hat eine Dicke (bezeichnet mit „T" in 1) von etwa 0,051 mm bis etwa 0,254 mm (etwa 0,002 bis 0,010 in). Diese Dimensionen werden zu Zwecken der Veranschaulichung angegeben und nicht zu Zwecken der Beschränkung.
Die Platte (oder das Substrat) 20 umfasst ein Metall oder eine Legierung wie beispielsweise Nickel und Titan. Der Stift 70 umfasst ein Metall oder eine Legierung wie beispielsweise Molybdän, Titan, nicht-rostender Stahl und Niob. Wenn der Stift 20 und die Platte 70 aus demselben Material hergestellt sind, beispielsweise beide aus Titan hergestellt sind, ist die Einrichtung zum Heizen 99 zum Heizen und kann einen Laser 100 zum Laser-Schweißen 106 (wie es vorliegend beschrieben werden soll) oder andere Verfahrensweisen des Verbindens umfassen, wie sie Fachleuten mit üblichem Sachverstand in diesem technischen Bereich bekannt sind, was zu einem tatsächlichen Verbinden des Stifts 70 und der Platte 20 führt.
Wie aus 1 ersichtlich, umfasst die Platte 20 eine erste Wand 30, eine zweite Wand 32, eine dritte Wand 34, eine vierte Wand 36, eine fünfte Wand 38, eine sechste Wand 40, eine siebte Wand 42 und eine achte Wand 44. Die zweite Wand 32 und die dritte Wand 34 stehen in einem im Wesentlichen rechten Winkel zueinander und treffen sich an einer Spitze 57; die vierte Wand 36 und die fünfte Wand 38 stehen in einem im Wesentlichen rechten Winkel zueinander und treffen sich an einer Spitze; die sechste Wand 40 und die siebte Wand 42 stehen in einem im Wesentlichen rechten Winkel zueinander und treffen sich an einer Spitze 57, und die achte Wand 44 und die erste Wand 30 stehen in einem im Wesentlichen rechten Winkel zueinander und treffen sich an einer Spitze 57. Jeweilige gebogene Endwände 66 verbinden jedes Paar Wände 30 und 32, 34 und 36, 38 und 40 sowie 42 und 44.
Die Platte definiert auch eine Vielzahl von Ausschnitten 45. Insbesondere definieren die erste Wand 30 und die zweite Wand 32 einen ersten Ausschnitt 46 zwischen ihnen. Die dritte Wand 34 und die vierte Wand 36 definieren einen zweiten Ausschnitt 48 zwischen ihnen. Die fünfte Wand 38 und die sechste Wand 40 definieren einen dritten Ausschnitt 50 zwischen ihnen. Und schließlich definieren die siebte Wand 42 und die achte Wand 44 einen vierten Ausschnitt 52 zwischen ihnen. Der erste Ausschnitt 46, der zweite Ausschnitt 48, der dritte Ausschnitt 50 und der vierte Ausschnitt 52 sind so angeordnet, dass sie die Form eines X-förmigen Ausschnitt-Musters 104 in der Platte einnehmen, wie dies aus 1 ersichtlich ist. Die Vielzahl von Ausschnitten 45 geht aus von einem gemeinsamen geometrischen Punkt 250 und kann hergestellt werden durch Laser-Bohren, Ausstanzen oder mechanisches Schneiden der Platte 20.
Installation des Stifts
Mit der Gestaltung von Ausschnitten 46, 48, 50, 52, die in der Platte 20 definiert sind, ist die Platte bereit dafür, den Stift 70 aufzunehmen. Wie aus 2 ersichtlich ist, umfasst der Stift 70 ein bewegtes Ende 72, auf das eine Antriebseinheit (nicht in den Figuren gezeigt) kraftmäßig wirkt, die den Stift 70 in Richtung des mit „A" bezeichneten Pfeils (in Richtung auf die Eintritts-Seite 26 in der Platte 20) bewegt. An dem dem angetriebenen Ende 72 gegenüber liegenden Ende ist das Kontaktende 74 des Stifts 70, das eine Kontaktfläche 78 umfasst. Der Stift 70 weist auch eine zylindrische Seiten wand 80 mit einem mit „D" bezeichneten Durchmesser auf, wie aus den 2 und 2A ersichtlich ist.
Zurückkehrend zur 1 ist darin die Gestaltung der Platte 20 vor einem Kontakt mit dem Stift 70 gezeigt. Der Stift 70 ist mit den Ausschnitten 46, 48, 50, 52 derart ausgerichtet, dass er im Wesentlichen senkrecht zur Eintritts-Seite 26 der Platte 20 steht. Dann bewegt sich die Kontakt-Oberfläche 78 des Stifts 70 durch die Platte 20, wenn der Stift 70 in Richtung des Pfeils A bewegt wird. Dies führt dazu, dass sich eine Mehrzahl von Tabs 55 (oder Tab-Elementen 55) auf der Austritts-Seite 28 der Platte 20 herausdrückt. Die Mehrzahl von Tabs 55 umfasst ein erstes Tab-Element 56, ein zweites Tab-Element 58, ein drittes Tab-Element 60 und ein viertes Tab-Element 62, von denen jedes in einen im Wesentlichen rechten Winkel mit der Austritts-Seite 28 der Platte 20 gedrückt wird, wie aus 2 ersichtlich ist. Jeder der Vielzahl von Tabs 55 ist dreieckig geformt, und jeder umfasst eine Spitze 57.
Jeder der herausgehobenen Mehrzahl von Tabs 55 steht in einem im Wesentlichen rechten Winkel mit der Austritts-Seite 28 der Platte 20 und erstreckt sich von der Platte 20 an einem Knick 85. Eine rechtwinklige Öffnung 84 wird so in der Platte 20 definiert, wobei die Knicke 85 die Seiten der rechtwinkligen Öffnung 84 bilden. Zusätzlich wird eine eng passende Beziehung zwischen dem ersten Tab-Element 56, dem zweiten Tab-Element 58, dem dritten Tab-Element 60 und dem vierten Tab-Element 62 und der zylindrischen Seitenwand 80 des Stifts 70 gebildet. In den Bereichen zwischen der zylindrischen Seitenwand 80 des Stifts 70 und den Knicken 85 sind Fließ-Räume 86 definiert, die – wie vorliegend beschrieben – ermöglichen, dass geschmolzenes Tab-Material 64 in diese hinein fließt. 2A ist eine Aufsicht auf 2 von oben, die die Fließräume 86 zeigt.
Wenn der Stift 70 so in der Platte 20 positioniert, wie dies oben beschrieben wurde, wird der Stift 70 dann mit der Platte 20 verbunden, wie dies aus den 3 und 4 ersichtlich ist. Das Verfahren zum Verbinden des Stifts 70 mit der Platte 20 umfasst das Vorsehen eines Lasers 100 zum Erzeugen eines Laser-Strahls 102 zum Schaffen einer Laser-Schweißung 106. Ein erstes Verfahren des Laser-Schweißens 106 führt zu einem Verwenden des Laser-Strahls 102 zum Erwärmen der Kontaktfläche 78 des Stifts 70. In dem Fall wird die Hitze durch den Stift 70 und dann auf die Tabs 55 übertragen. In einer derartigen Ausführungsform kann der Stift aus Molybdän hergestellt sein, und die Platte kann aus Nickel hergestellt sein, so dass der Stift 70 überhaupt nicht geschmolzen wird und nur die Tabs 55 durch das Erhitzen geschmolzen werden, da Nickel bei einer niedrigeren Temperatur als Molybdän schmilzt.
Wenn diese Materialien verwendet werden, fließt das geschmolzene Tab-Material 64 über die Kontaktfläche des Stifts 70 und bildet so eine Kappe 148 (4). Nach dem Abkühlen verbindet die Verbindung 150, die erfolgreich gebildet wurde, die Platte 20 mit dem Stift 70, und diese Verbindung 150 hat eine strukturelle Integrität und Festigkeit. Darüber hinaus ist ein weiterer Vorteil der fertigen Verbindung 150, dass sie ein niedriges Profil im Hinblick auf die Austritts-Seite 28 der Platte 20 hat (4). Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens ist, dass das Füllmaterial, das für das Laser-Schweißen 106 verwendet wird, von der Mehrzahl von Tabs 55 kommt, so dass die dünne Platte 20 in dem Prozess des Verbindens nicht verbraucht wird. Dies sorgt in vorteilhafter Weise dafür, dass die Platte 20 ihre vollständige strukturelle Integrität in der Nähe der Verbindung 150 beibehält.
Weitere Vorteile des Laser-Schweißens 106, wie es in 3 abgebildet ist, sind, dass die Verwendung eines Lasers 100 ermöglicht, dass Schweißverbindungen präzise und schnell hergestellt werden und nur ein kleiner Bereich der Platte 20 hohen Temperaturen ausgesetzt ist. Weiter ist die Notwendigkeit einer Verwendung von Flussmitteln beim Laser-Schweißen 106 eliminiert.
Auch können die Materialien, aus denen der Stift 70 und die Platte 20 besteht, verschieden sein oder der Stift 70 und die Platte 20 können aus demselben Material bestehen. Wenn sie aus demselben Material bestehen, ist nicht nur die Verbindung sehr stark, sondern teilen sie auch einige Eigenschaften, beispielsweise die Schmelz-Temperatur, den thermischen Ausdehnungskoeffizienten und die Leitfähigkeit.
Darüber hinaus kann der Laser 100 mit Blick auf die Platte 20 geneigt werden, so dass der Laser-Strahl 102 die Mehrzahl von Tabs 55 mit einem Winkel berührt. Diese Anordnung ist nützlich, wenn die Tabs 55 eine höhere Schmelz-Temperatur als der Stift 70 haben, so dass die Tabs 55 schmelzen und das Material über den Stift fließt, ohne den Stift 70 in diesem Prozess zu beschädigen.
Alternative Ausführungsformen
In einer ersten alternativen Ausführungsform kann die Platte 20 einen Ausschnitt definieren, der verschieden ist von dem X-förmigen Ausschnittmuster 104. Beispielsweise umfasst – wie in den 5 bis 8 ersichtlich – die Platte 20 eine Eintritts-Seite 26 und eine Austritts-Seite 28. Die Platte 20 definiert darin eine Mehrzahl von Ausschnitten 45 und im Speziellen einen ersten Ausschnitt 200, einen zweiten Ausschnitt 202 und einen dritten Ausschnitt 204. Die Ausschnitte 45 stehen zueinander in einem Winkel von im Wesentlichen 120 Grad und sind im Wesentlichen von derselben Länge, die in 5 mit „L" bezeichnet ist. Die Ausschnitte 45 gehen alle aus von einem gemeinsamen geometrischen Punkt 350.
Der Stift 70 ist durch die Platte 20 von der Eintritts-Seite 26 zu der Austritts-Seite 28 hin bewegbar, und zwar in der Richtung des mit „A" bezeichneten Pfeils, wie dies in 5 ersichtlich ist. Wenn sich der Stift 70 hindurch bewegt, verursacht dies, dass sich ein erster Tab 206, ein zweiter Tab 208 und ein dritter Tab 210 von der Austritts-Seite 28 der Platte 20 erheben, und zwar jeder entlang einem Knick 85. Nachdem der Stift 70 durch die Platte 20 hindurch getreten ist, stehen der erste, zweite und dritte Tab 206, 208 und 210 in im Wesentlichen rechten Winkeln zu der Austritts-Seite 28. Weiter kommen der erste Tab 206, der zweite Tab 208 und der dritte Tab 210 jeweils in enge passende Beziehung zu der zylindrischen Seitenwand 80 des Stifts 70, wenn der Stift 70 durch die Platte 20 hindurch tritt.
Wenn man sich nun der Aufsicht von oben in 7 zuwendet, ist darin der Stift 70 gezeigt, wie er aus der Platte 20 hervorsteht. Die Konfiguration der Ausschnitte 200, 202 und 204 in der Platte 20 führt zu einer dreiecksförmigen Öffnung 214, die gebildet wird, nachdem der Stift 70 durch die Platte 20 hindurch getreten ist. Die Seiten der dreieckigen Öffnung 214 sind die Knicke 85, die der erste Tab 206, der zweite Tab 208 und der dritte Tab 210 mit der Platte 20 bilden. Auch sind Fließräume 214 zwischen der zylindrischen Seitenwand 80 des Stifts 70 und den Knicken 85 definiert.
Ein Laser 100 erzeugt einen Laser-Strahl 102 zum Laser-Schweißen 106 des ersten Tabs 206, des zweiten Tabs 208 und des dritten Tabs 210 an den Stift 70, und so wird der Stift 70 mit der Platte 20 verbunden. 8 zeigt die fertige Schweißverbindung 150.
In einer zweiten alternativen Ausführungsform, die in den 9 und 10 gezeigt wird, steht der Stift 70 durch die Platte 20 mit einer Entfernung vor, die als „C" bezeichnet ist, so dass ein anschließendes Laser-Schweißen 106 die zylindrische Seitenwand 80 des Stiftes 70 mit den Tab-Elementen 55 verschweißt. In diesem Fall stehen die Tabs 55 in rechten Winkeln von der Platte 20 hervor, und zwar in einer Weise, wie sie oben beschrieben wurde, wobei der Laser-Strahl 102 auf die Tabs 55 gerichtet wird. Dann fließt das geschmolzene Tab-Material 64 in die Fließ-Räume 86 zwischen der zylindrischen Seitenwand 80 des Stiftes 70 und der Platte 20. Nach einem Abkühlen werden der Stift 70 und die Platte 20 fest miteinander am Punkt 150 verbunden, wie er in 10 gezeigt ist. Die Platte 20 und der Stift 70 können erneut die Materialien umfassen, wie sie oben beschrieben wurden.
Eine dritte alternative Ausführungsform ist in 11 gezeigt. In 11 ist ein Stift 70 in einer Position unmittelbar nach dem Zeitpunkt gezeigt, zu dem er durch eine Platte 20 geführt wurde, was eine Mehrzahl von Ausschnitten definiert, die von einem gemeinsamen geometrischen Punkt ausgehen. Wie in 11 gezeigt, sind die Tab-Elemente 55 angehoben, und jedes steht in einem im Wesentlichen rechten Winkel zur Austritts-Seite 28 der Platte 20. In diesem Fall liegen die Kontaktfläche 78 des Stiftes 70 und jede der Spitzen 57 der Tabs 55 in derselben Ebene, d. h. die Spitzen 57 fluchten mit der Kontaktfläche 78 des Stiftes 70. Dann wird ein Laser-Schweißen 106 nach derselben Weise durchgeführt, wie es vorher beschrieben wurde, so dass nach dem Abkühlen eine robuste, dauerhafte und zuverlässige Verbindung 150 zwischen der Platte 20 und dem Stift 70 existiert.
In anderen Ausführungsformen kann die Zahl der Ausschnitte in der Platte anders ausgeführt sein. Beispielsweise kann die Zahl der Ausschnitte zwei, fünf, sechs, sieben usw. betragen, bis die Ausschnitte so zahlreich werden, dass es nicht genug Tab-Material gibt, das zurückbleibt, um für ein adäquates Laser-Schweißen 106 zu sorgen.
Weiter kann der Ausschnitt in der Platte 20 U-förmig sein, was zu einem U-förmigen Tab führt, wenn der Stift 70 durch die Platte 20 bewegt wird. Auch kann der Stift zusätzlich dazu, dass er einen kreisförmigen Querschnitt umfasst, wie dies in den 2, 2A, 3, 4 und 6 sowie 9 bis 10 gezeigt ist, mit einer Vielzahl von verschiedenen Querschnitts-Profilen ausgeführt sein, beispielsweise elliptisch, U-förmig und vieleckig. In solchen Ausführungsformen können die Ausschnitte in der Platte 20 derart konfiguriert und angeordnet sein, dass sie den Durchtritt des alternativ geformten Stifts durch die Platte hindurch in einer eng passenden Beziehung erlauben.
Verbindungs-Geometrie
Ein weiterer der Vorteile der vorliegenden Verbindung 150 von Stift 20 zu Platte 70 liegt in der Verbindungs-Geometrie, die nach dem Laser-Schweißen 106 resultiert. Beispielsweise kommen dann, wenn sich der Stift 70 durch den X-förmigen Ausschnitt 104 in der Platte 20 bewegt, wie dies in den 1 bis 4 gezeigt ist, die Mehrzahl von Tabs 55 in engen Kontakt mit dem Stift 70. Gleichzeitig werden Fließ-Räume 86 zwischen der Platte 20 und der Seitenwand 80 des Stifts 70 definiert. Beim Laser-Schweißen 106 füllen sich die Fließ-Räume 86 mit geschmolzenem Tab-Material 64. Nach dem Abkühlen ist eine robuste, feste und haltbare Verbindung 150 (4) zwischen dem Stift 70 und der Platte 20 ausgebildet.
Abhängig von der Konfiguration und Anordnung der Ausschnitte in der Platte können unterschiedlich geformte Öffnungen in der Platte 20 gebildet sein. Beispielsweise resultieren 5 Ausschnitte zu einer fünfeckigen Öffnung, die in der Platte 20 definiert ist, während 6 Ausschnitte zu einer sechseckigen Öffnung führen, die in der Platte 20 definiert ist, wenn der Stift durch diese hindurch tritt. In allen diesen Konfigurationen werden Fließ-Räume zwischen der Platte 20 und dem Stift 70 definiert, in die das geschmolzene Tab-Material 64 fließbar ist.
Es versteht sich, dass verschiedene Änderungen in den Einzelheiten, Teilen, Materialien, Schritten und Anordnungen, die im Detail beschrieben und in der vorliegenden Beschreibung veranschaulicht wurden, um die Natur der Verbindung zwischen Stift und dünner Platte sowie das Verfahren zur Herstellung der Verbindung zu beschreiben, von Fachleuten mit technischem Sachverstand in diesem Bereich im Rahmen der Prinzipien und des Umfangs der vorliegenden Anordnung Stift zu dünner Platte und des Verfahrens zur Herstellung der Verbindung durchgeführt werden können, ohne vom Umfang der Ansprüche abzuweichen. Zwar wurden Ausführungsformen der Anordnung Stift zu dünner Platte und des Verfahrens zur Herstellung der Verbindung beschrieben, jedoch dient dies lediglich einer Veranschaulichung und nicht einer Beschränkung.

Claims

Verfahren zur Bereitstellung einer Verbindung (150) zwischen einem Stift und einer Platte, umfassend die Schritte: (a) Bereitstellen einer Platte (20), umfassend eine Eintritts-Seite (26), eine Austritts-Seite (28) und eine Dicke (T), die sich zwischen der Eintritts-Seite (26) und der Austritts-Seite (28) erstreckt; (b) Schneiden der Platte (20) durch ihre Dicke (T) und Bilden eines herausgeschnittenen Musters (45) in der Platte (20); (c) Bereitstellen eines Stiftes (70), der eine umgebende Seitenwand (80) und ein Kontaktende (74) umfasst; (d) Ausrichten des Kontakt-Endes (74) des Stiftes (70) mit dem herausgeschnittenen Muster (45); (e) Bewegen des Stiftes (70) durch das herausgeschnittene Muster (45) in der Platte (20) von der Eintritts-Seite (26) der Platte (20) zur Austritts-Seite (28) der Platte (20), wobei der Stift (79) eine Kraft auf das ausgeschnittene Muster (45) ausübt und bewirkt, dass sich Materiallappen (Tabs) (55) von der Austritts-Seite (28) der Platte (20) an Biegungen (85) erheben, wobei sich die Tabs (55) in einem Winkel in Bezug auf die Austritts-Seite (28) der Platte (20) orientieren und sich in eine eng räumlich beabstandete Beziehung mit der Seitenwand (80) des Stifts (70) bewegen, wobei Zwischenräume zwischen der Stift-Seitenwand (80) und der Platte (20) definiert sind; (f) Erhitzen wenigstens eines der Tabs (55) oder des Stifts (70) und Schaffen von geschmolzenem Tab-Material (64) dadurch, das in die Zwischenräume (86) fließt, die zwischen der Stift-Seitenwand (80) und der Platte (20) definiert sind; und (g) Abkühlen des Stifts (70) und der Platte (20) und Bilden der Verbindung (150) zwischen Stift und Platte.
Verfahren nach Anspruch 1, worin der Schritt der Orientierung der Tabs (55) in einem Winkel in Bezug auf die Austritts-Seite (28) der Platte (20) weiter ein Orientieren der Tabs (55) in im Wesentlichen rechten Winkeln zu der Austritts-Seite (28) der Platte (20) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin das herausgeschnittene Muster (45) drei Ausschnitte (200, 202, 204) umfasst, die von einem gemeinsamen geometrischen Punkt (350) ausgehen, wobei jeder der Ausschnitte (200, 202, 204) etwa 120 Grad von dem jeweils anderen entfernt ist, so dass drei dreieckig geformte Tabs (206, 208, 210) sich von der Austritts-Seite (28) der Platte (20) bei Bewegen des Stiftes (70) durch die Platte (20) erheben.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin das Kontaktende (74) des Stiftes (70) weiter eine Kontaktfläche (78) umfasst und worin der Schritt des Erhitzens Laser-Schweißen (106) umfasst, was bewirkt, dass sich das geschmolzene Tab-Material (64) über die Kontaktfläche (78) des Stiftes (70) verbreitet, wobei das Verbreiten über der Kontaktfläche (78) des Stiftes (70) der Bildung einer robusten Verbindung (150) von Stift zu Platte dient.
Verfahren nach Anspruch 3, welches weiter ein größenmäßiges Anpassen des Stiftes (70) derart umfasst, dass der Stift dann, wenn er durch das Ausschnitts-Muster (45) hindurchtritt, das in der Platte (20) definiert ist, in einer engen Pass-Beziehung mit den drei dreieckig geformten Tabs (206, 208, 210) vorliegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiter umfassend den Schritt des Versehens der Platte (20) mit einer Dicke (T) zwischen etwa 0,051 mm und etwa 0,254 mm (etwa 0,002 in bis etwa 0,010 in) und/oder weiter umfassend den Schritt eines Versehens des Stiftes (70) mit einem Durchmesser (D) zwischen etwa 0,356 mm und etwa 0,762 mm (etwa 0,014 in bis etwa 0,030 in).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, weiter umfassend die Schritte eines Versehens der Tabs (55) mit Spitzen (57) und eines Versehens des Kontaktendes (74) des Stiftes (70) mit einer Kontaktfläche (78) und Bewegen des Stiftes (70) durch die Platte (20) und Stoppen der Bewegung, wenn die Kontaktfläche (78) des Stiftes (70) in derselben Ebene liegt wie die Spitzen (57) der Tabs (55), so dass die Verbindung (150) zwischen Stift und Platte ein niedriges Profil in Bezug auf die Austritts-Seite (28) der Platte (20) hat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, weiter umfassend ein Auswählen des Materials, aus dem die Platte (20) hergestellt ist, aus der Gruppe von Materialien, die besteht aus: Nickel und Titan und Kombinationen daraus; und/oder Auswählen des Materials, aus dem der Stift (70) hergestellt ist, aus der Gruppe von Materialien, die besteht aus Molybdän, Titan, nicht-rostendem Stahl, Niob und Kombinationen daraus, oder Auswählen des Materials des Stiftes (70) und des Materials der Platte (20) in der Weise, dass sie aus demselben Material sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, weiter umfassend die Schritte eines Bereitstellens des Stiftes (70) und der Platte (20), die jeweils aus demselben Material hergestellt sind, so dass der Stift (70) und die Platte (20) zusammenschmelzen bei Erhitzen, das ein Schweißen (106) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, worin das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: (a) Definieren einer Mehrzahl von Ausschnitten (45, 46, 48, 50, 52) in der Platte (20), wobei jeder Ausschnitt (45) von einem gemeinsamen geometrischen Punkt (250) ausgeht und worin jeder Ausschnitt (45, 46, 48, 50, 52) im Wesentlichen dieselbe Länge (L) aufweist; (b) Ausrichten des Stiftes (70) mit der Mehrzahl von Ausschnitten (45, 46, 48, 50, 52) in der Platte (20) und allgemein an dem gemeinsamen geometrischen Punkt (250); und (c) Bewegen des Stiftes (70) durch die Platte (20) an der Stelle der Mehrzahl von Ausschnitten (45, 46, 48, 50, 52) und des gemeinsamen geometrischen Punktes (250), wobei veranlasst wird, dass sich eine Mehrzahl von Tab-Elementen (55, 56, 58, 60, 62) erhebt und sich in rechten Winkeln in Bezug auf die Austritts-Seite (28) der Platte (20) ausrichtet, wobei dadurch eine Mehrzahl von Fluss-Räumen (86) zwischen dem Stift (70) und der Platte (20) definiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, weiter umfassend die folgenden Schritte: (a) Versehen des Stiftes (70) mit einer Kontaktfläche (78) und Stoppen der Bewegung des Stifts (70), wenn die Kontaktfläche (78) des Stiftes (70) in Bezug auf die Mehrzahl von Tab-Elementen (55, 56, 58, 60, 62) zurückversetzt ist; und (b) Ermöglichen, dass sich geschmolzenes Tab-Material (64) über die Kontaktoberfläche (78) des Stiftes (70) ausbreitet und so eine Kappe (148) über der Kontaktfläche (78) des Stiftes (70) bildet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, weiter umfassend die folgenden Schritte: (a) Bewegen des Stiftes (70) vollständig durch die Platte (20), so dass sich die Kontaktfläche (78) des Stiftes (70) eine Entfernung weg von der Mehrzahl von Tab-Elementen (55, 56, 58, 60, 62) erstreckt; (b) Erhitzen und Schmelzen der Mehrzahl von Tab-Elementen (55, 56, 58, 60, 62) mit einem Laser (100) und dadurch Ausbilden eines Rings von geschmolzenem Tab-Material (64) um den Stift (70) herum; und (c) Abkühlen des Rings aus geschmolzenem Tab-Material (64) und Bilden einer Verbindung (50) zwischen dem Stift (70) und der Platte (20).
Verfahren nach Anspruch 12, worin die Biegungen (85) eine Öffnung in der Platte (20) definieren, wobei die Zahl der Seiten der Öffnung gleich ist der Zahl der Mehrzahl von Tab-Elementen (55, 56, 58, 60, 62).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, worin das Material, aus dem die Platte (20) hergestellt wurde, eine Schmelz-Temperatur unterhalb der oder gleich mit der Schmelz-Temperatur des Materials des Stiftes (70) aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, worin jeder der Mehrzahl von Tabs (55, 56, 58, 60, 62) mit einer Spitze (57) versehen ist und worin jede der Mehrzahl von Spitzen (57) in derselben Ebene liegen, und worin der Stift (70) mit einer Kontaktfläche (78) versehen ist, so dass der Schritt des Bewegens des Stiftes (70) durch die Platte (20) anhält, wenn die Kontaktfläche (78) des Stiftes (70) in derselben Ebene liegt, in der die Mehrzahl von Spitzen (57) liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, worin das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: (a) Definieren eines gebogenen Ausschnitts (45) in der Platte (20), der so geformt ist, dass der Stift (70) in einer eng passenden Beziehung hindurch treten kann; (b) Bewegen des Stiftes (70) durch den gebogenen Ausschnitt (45) und Herausheben eines kurvenförmig geformten Tabs; und (c) Laser-Schweißen (106) des Stiftes (70) an die Platte (20) und Schmelzen des gebogen geformten Tabs.
Verfahren zur Bildung einer Verbindung (105) eines Stiftes zu einer Platte nach einem der Ansprüche 1 bis 16, umfassend die folgenden Schritte: (a) Bereitstellen einer Platte (70) und Definieren von drei oder mehr Ausschnitten (45) in der Platte (70), wobei die Ausschnitte (45) von einem gemeinsamen geometrischen Punkt (250) ausgehen, so dass das Plattenmaterial zwischen den Ausschnitten (45) die Form von dreieckig geformten Tabs (55) annimmt; (b) Bewegen des Stiftes (70) durch die Platte (20) von der Eintritts-Seite (26) der Platte (20) zur Austritts-Seite (28) der Platte (20), und im Verlauf dieses Prozess-Schrittes Erheben der dreieckig geformten Tabs (55) mit im Wesentlichen rechten Winkeln, bezogen auf die Austritts-Seite (28) der Platte (20), wobei jedes dreieckig geformte Tab (55) eine Spitze (57) umfasst; (c) Stoppen der Bewegung des Stiftes (70), wenn die Kontaktfläche (78) des Stiftes (70) im Wesentlichen in Deckung mit den Spitzen (57) der dreieckig geformten Tabs (55) ist; (d) Laser-Schweißen (106) der Tabs (55), was hervorruft, dass die Tabs (55) schmelzen und um den Stift (70) herum fließen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, umfassend die folgenden Schritte: (a) Definieren eines U-förmigen Ausschnitts (45) in der Platte (20); und (b) Erheben eines U-förmigen Tabs (55) mit im Wesentlichen rechten Winkeln zur Austritts-Seite (28) der Platte (20).
Anordnung (150) Stift an Platte, umfassend – eine Platte (20), die eine Eintritts-Seite (26) und eine Austritts-Seite (28) umfasst und eine Mehrzahl von Ausschnitten (45, 46, 48, 50, 52) definiert, die ein Ausschnittsmuster (104) bilden, was zu einer Mehrzahl von Tabs (55, 56, 58, 60, 62) führt, die eine Spitze (57) aufweisen und im Wesentlichen im rechten Winkel mit der Austritts-Seite (28) der Platte (20) gebogen sind, wodurch eine Öffnung (84) in der Platte (20) gebildet wird; – einen Stift (70), der ein getriebenes Ende (72) und ein Kontaktende (74) umfasst, das eine Kontaktfläche (78) umfasst, wobei der Stift einen Durchmesser (D) zwischen seinen Seitenwänden (80) aufweist; – wobei das Kontaktende (74) des Stiftes (70) in passgenauer Beziehung zwischen den Seitenwänden (80) des Stiftes (70) und der Öffnung (84) in der Platte (20) zwischen der Mehrheit von Tabs (55, 56, 58, 60, 62) ist, wodurch Fließ-Räume (86) definiert werden; – wobei die Fließ-Räume (86) geeignet sind, um mit geschmolzenem Tab-Material (64) gefüllt zu werden, das erhalten wird durch Erhitzen der Mehrzahl von Tabs (55, 56, 58, 60, 62), und dadurch bei Kühlen des geschmolzenen Tab-Materials (64) die Verbindung (150) mit hoher Festigkeit und in einer Weise gebildet wird, dass sie in der Lage ist, einem Biegen und Verdrehen standzuhalten, ohne dass sich der Stift (70) und die Platte (20) voneinander trennen.
Anordnung (150) Stift an Platte nach Anspruch 19, worin das Material der Platte (20) gewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus Nickel und Titan; und/oder worin das Material des Stiftes (70) gewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus Molybdän, Titan, nicht-rostendem Stahl und Niob.
Anordnung (150) Stift an Platte nach Anspruch 19 und Anspruch 20, worin die Platten-Dicke (T) im Bereich von etwa 0,051 mm bis etwa 0,254 mm (von etwa 0,002 in bis etwa 0,010 in) liegt, und/oder worin der Stift-Durchmesser (D) im Bereich von etwa 0,356 mm bis etwa 0,762 mm liegt (von etwa 0,014 in bis etwa 0,030 in).
Anordnung (150) Stift an Platte nach einem der Ansprüche 19 bis 21, worin der Stift (70) aus Molybdän hergestellt ist, die Platte (20) aus Nickel hergestellt ist, und der Molybdän-Stift (70) an der Nickel-Platte (20) mittels einer verfestigten Kappe (148) aus geschmolzenem Nickel-Platten-Material befestigt ist, das auf dem Kontaktende (74) des Stiftes (70) angehäuft wurde und so die Verbindung (150) zwischen Stift und Platte so gebildet wurde, dass das getriebene Ende (72) des Stiftes (70) sich aus der Eintritts-Seite (26) der Platte (20) erstreckt, vorzugsweise worin die Kappe (148) aus Platten-Material an der Austritts-Seite (28) der Platte (20) angeordnet ist.
Anordnung (150) Stift an Platte nach Anspruch 22, worin der Stift (70) aus einem Material hergestellt ist, das nicht geschmolzen werden soll.
Anordnung (150) Stift an Platte nach einem der Ansprüche 19 bis 23, worin das Kontaktende (74) des Stiftes (70) zwischen der Austritts-Seite (28) der Platte (20) und den Spitzen (57) der Mehrzahl von Tabs (55, 56, 58, 60, 62) liegt oder co-planar mit den Spitzen der Mehrzahl von Tabs (55, 56, 58, 60, 62) angeordnet ist oder sich über eine Entfernung weg von der Austritts-Seite (28) der Platte (20) über die Mehrzahl von Tabs (55, 56, 58, 60, 62) hinaus erstreckt.