KR20230034922A - 전기 접촉 요소를 제조하기 위한 레이저 용접을 위한 윈도우가 제공된 반제품, 전기 접촉 요소를 제조하기 위한 방법, 및 전기 접촉 요소 - Google Patents

전기 접촉 요소를 제조하기 위한 레이저 용접을 위한 윈도우가 제공된 반제품, 전기 접촉 요소를 제조하기 위한 방법, 및 전기 접촉 요소 Download PDF

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윌리 디트리히
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티이 커넥티버티 저머니 게엠베하
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Abstract

본 발명은 전기 접촉 요소(1)를 제조하기 위한 반제품(semi-finished product)(15), 전기 접촉 요소(1), 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 반제품(15)은, 접촉 요소(1)가 제조될 수개의 가공물 사이의 확실한 연결을 보장하기 위해 본 발명에 따라 반제품(15)이 제공되며, 반제품(15)은 제1 금속성 가공물(17) 및 제2 금속성 가공물(19)을 포함하며, 제1 가공물(17)은 전방 측(25) 및 전방 측(25)에 대향하여 배치된 후방 측(27)을 갖고, 후방 측(27)은 제2 가공물(19)에 더 가깝게 배열되며, 반제품(15)은 적어도 하나의 윈도우(window)(23)를 포함하며, 윈도우는 적어도 제1 가공물(17)을 통해 연장되고 그리고 제2 가공물(19)의 표면(29)은 적어도 하나의 윈도우를 통해 제1 가공물(17)로부터 접근 가능하고, 그리고 윈도우(23)는, 제1 가공물(17)의 전방 측(25)에서 시작하며 제2 가공물(19) 쪽으로 증가하는 베이스 영역(33)을 갖는다.

Description

전기 접촉 요소를 제조하기 위한 레이저 용접을 위한 윈도우가 제공된 반제품, 전기 접촉 요소를 제조하기 위한 방법, 및 전기 접촉 요소 {SEMI-FINISHED PRODUCT PROVIDED WITH A WINDOW FOR LASER WELDING FOR MANUFACTURING AN ELECTRICAL CONTACT ELEMENT, METHOD FOR MANUFACTURING AN ELECTRICAL CONTACT ELEMENT, AND ELECTRICAL CONTACT ELEMENT}
본 발명은 전기 접촉 요소를 제조하기 위한 반제품(semi-finished product), 및 레이저 용접에 의해 제1 금속성 가공물을 제2 금속성 가공물과 결합하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 전기 접촉 요소에 관한 것이다.
전기 접촉 요소들이 알려져 있다. 이들은 커넥터들에서 전기 전도성 연결을 설정하는 데 사용될 수 있다. 전기 접촉 요소는, 예컨대, 접촉 핀 또는 접촉 핀을 위한 리셉터클을 포함할 수 있다. 전기 접촉 요소들은 종종 여러 부분들로 구성된다. 이는 개별 부분들이 요구되는 특성들, 이를테면 전기 전도도, 내부식성, 내마모성 또는 탄성에 따라 제조될 수 있게 한다. 2개의 부분들은 전기 접촉 요소의 제조 동안 가공물들(workpieces)로 지칭된다. 일반적으로, 2개의 가공물들은 어느 정도까지는 개별적으로 제조되고, 제조 프로세스의 특정 시점에 정합 또는 결합된다. 정합되거나 또는 결합되는 또는 결합될 가공물들의 배열은, 개별 가공물들의 완성 정도에 관계없이, 반제품으로 지칭된다. 그 다음, 반제품으로부터 전기 접촉 요소가 제조된다. 전기 접촉 요소의 사용 분야에 따라, 접촉 요소의 2개의 부분들이 서로 전기 전도적으로 그리고/또는 기계적으로 연결될 필요가 있을 수 있다. 특히, 대량 생산시에, 이러한 연결은 복잡할 수 있고, 따라서 비용이 많이 들 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 여러 부분들로 조립되는 전기 접촉 요소의 제조를 단순화하는 것이다.
이 목적은 제1 금속성 가공물 및 제2 금속성 가공물을 포함하는 반제품에 의해 충족되며; 제1 가공물은 전방 측, 및 전방 측에 대향하여 배치된 후방 측을 갖고, 후방 측은 제2 금속성 가공물에 더 근접하게 배열되며; 반제품은 적어도 하나의 윈도우를 가지며, 적어도 하나의 윈도우는 적어도 제1 가공물을 통해 연장되고, 그리고 제2 가공물의 표면, 특히 레이저 빔에 의해 용접될 제2 가공물의 표면이 윈도우를 통해 제1 가공물로부터 접근 가능하며; 윈도우는 제1 가공물의 전방 측에서 시작하여 제2 가공물 쪽으로 증가하는 베이스 영역을 갖는다. 이 목적은 본 발명에 따른 반제품으로부터, 그리고/또는 본 발명에 따른 방법을 사용하여, 전기 접촉 요소가 제조된다는 점에서, 본 발명에 따른 전기 접촉 요소에 대해 충족된다. 위에서 언급된 목적은 적어도 제1 가공물이 전방 측, 및 전방 측에 대향하여 배치된 후방 측을 갖고, 후방 측이 전방 측보다 제2 가공물에 더 근접하게 배열되고; 적어도 하나의 레이저 빔이 적어도 제1 가공물을 통해 제2 가공물 상으로 연장되는 윈도우를 통해 지향되고, 제2 가공물로부터 제1 가공물의 후방 측 상으로 반사된다는 점에서, 본 발명에 따른 방법에 대해 충족된다.
본 발명에 따른 해결책은, 서로 결합될 2개의 금속 가공물들이 레이저 용접에 의해 신속하고 용이하게 결합되는 것을 가능하게 한다. 레이저 빔은, 적어도 제1 가공물을 통해 제2 가공물의 표면 상으로 연장되는 윈도우를 통해 지향될 수 있다. 레이저 빔은, 이 표면에서 반사되어 제1 가공물의 후방 측에 충돌한다. 반제품의 경우, 이는, 제2 가공물을 향한 윈도우의 베이스 영역이 제1 가공물의 전방 측 상에서보다 더 크다는 점에서 달성된다. 따라서, 윈도우를 통해 접근 가능한 제2 가공물의 표면은 윈도우의 베이스 영역보다 더 클 수 있다. 윈도우 내로 방사되어 제2 가공물의 표면에서 반사된 레이저 빔은 윈도우 밖으로 다시 반사되는 것이 아니라, 제1 가공물의 후방 측 상으로 반사된다. 이 구역에서, 가공물들 둘 모두가 레이저 빔에 의해 가열되고, 그에 따라, 가공물들 둘 모두는 윈도우의 하나의 에지에서 함께 융합되어 용접 스폿을 생성할 수 있다. 본 발명에 따른 해결책은, 하나 또는 둘 모두의 가공물들의 기하학적 구조로 인해 2개의 가공물들 사이에 위치된 갭 내로의 측방향 조사(lateral irradiation)가 가능하지 않을 때 특히 유용하다. 2개의 가공물들의 서로에 대한 용접식 연결로 인해, 하나 또는 둘 모두의 가공물들의 사전 코팅이 생략될 수 있다. 적어도, 2개의 가공물들이 접촉하는 구역에서, 코팅이 생략될 수 있는데, 그렇지 않으면, 2개의 가공물들 사이의 영구적으로 양호한 전기적 연결을 보장하고 부식을 방지하는 데 코팅이 필요할 것이다. 결과적으로, 제조가 단순화될 수 있고 비용들이 감소될 수 있다.
"윈도우"라는 용어는, 적어도 제1 가공물을 통해 연장되는 통로 개구(passage opening)를 지칭한다. 통로 개구 또는 윈도우는 또한, 각각, 적어도 섹션들에서 제2 가공물의 재료 내로 연장될 수 있다. 윈도우의 "베이스 영역"이라는 용어는 "윈도우 영역"이라는 용어와 동의어로 사용될 수 있다. 윈도우의 베이스 영역의 확대는 갑작스럽거나 연속적일 수 있다. 제2 가공물을 향한 윈도우의 확대는 또한, 윈도우의 내부 치수가 제1 가공물의 전방 측에서보다 제1 가공물의 전방 측으로부터 이격된 포지션에서 더 큰 것으로 설명될 수 있다. 전방 측으로부터 이격된 포지션은 제1 가공물의 전방 측보다 제2 가공물에 더 가깝게, 또는 제2 가공물에 배치된다. 본 발명에 따른 방법을 수행할 때, 서로 결합될 2개의 가공물들은 바람직하게는 본 발명에 따른 반제품의 2개의 가공물들이다. 본 발명에 따른 반제품의 경우에 그리고/또는 본 발명에 따른 방법의 구현 동안, 제1 가공물의 후방 측은 바람직하게는, 적어도 윈도우 부근에서, 제2 가공물에 대해 맞닿음한다. 다음의 텍스트에서, 레이저 빔 및 레이저 광이라는 용어들은 동의어로 사용된다. 윈도우를 통해 접근 가능한 제2 가공물의 표면은 또한, 적어도 섹션들에서, 레이저 빔에 대한 반사 표면으로서 고려될 수 있다.
본 발명에 따른 해결책은, 그 자체로 유리하고 무작위로 조합될 수 있는 다양한 구성들을 사용하여 추가로 개선될 수 있다. 이러한 구성들 및 그와 연관된 이점들은 이하에서 설명될 것이다.
반제품의 유리한 제1 구성에 따르면, 레이저 광을 캡처하기 위한 적어도 하나의 광 트랩은 제1 가공물의 전방 측 상의 윈도우를 둘러싸는 경계부(boundary)와 윈도우를 통해 접근 가능한 제2 가공물의 표면 사이에서 연장된다. 이 광 트랩 또는 광 트래핑 볼륨은, 또한 레이저 용접 동안 레이저 빔이 트래핑되고 흡수될 수 있는, 가공물들의 2개의 대향측에 배치된 표면들 사이에 배치된 볼륨이다. 광 트랩은 바람직하게는, 레이저 광이 2개의 가공물들 사이의 광 트랩 내에서 여러 번 반사될 수 있도록 구성된다. 광 트랩은 또한, 2개의 가공물들을 가열함으로써 생성된 용융물(melt)을 수용할 수 있다. 광 트랩은, 각각, 윈도우를 형성하는 통로 개구의 일부 또는 윈도우의 일부인 공동(cavity)이다. 다시 말해서, 윈도우는 2개의 가공물들 사이에 배치된 광 트랩 내로 개방된다.
적어도 하나의 광 트랩은 2개의 가공물들 사이에 틈새를 형성할 수 있다. 틈새는 특히 갭(gap) 또는 오목부(recess)의 형상을 가질 수 있다. 광 트랩은 또한, 윈도우로부터 연장되는 제1 및/또는 제2 가공물의 재료의 언더컷으로서 설명될 수 있다. 광 트랩의 구역 내의 제1 가공물의 후방 측의 표면은, 바람직하게 제1 가공물의 전방 측과 평행한 평면이다. 그러나, 이는 강제적이지 않다.
2개의 가공물들 중 하나는 바람직하게는 판금 피스(piece of sheet metal)이고, 다른 가공물은 나중의 접촉 요소를 위한 사전-성형된 접촉 부분이다. 접촉 부분은, 예컨대 핀, 평탄한(flat) 접촉부, 또는 스프링에 의해 형성될 수 있다. 판금 피스는 이미 사전-펀칭(pre-punched)될 수 있고, 선택적으로 또한, 적어도 섹션들로 사전-성형(pre-formed)될 수 있다. 본 발명은, 성형에 의해 원하는 형상을 취하도록 적어도 아직 완전히 제조되지 않은 부분과 이미 사전-성형된 부분을 결합하는 것을 가능하게 한다. 아직 사전-성형되지 않았거나 또는 아직 완전히 사전-성형되지 않은 부분은, 일단 2개의 가공물들이 레이저 용접에 의해 서로 결합되면, 굽힘(bending) 또는 다른 금속 성형 프로세스들에 의해, 원하는 형상을 취하도록 제조될 수 있다.
아직 사전-성형되지 않은 부분과 사전-성형된 부분의 위에서 설명된 결합에 대한 대안으로서, 가공물들 둘 모두는 또한 아직 완전히 사전-성형되지 않은 판금으로 또는 다른 블랭크들(blanks) 또는 반제품으로 제조될 수 있다. 추가의 대안은, 부분들 둘 모두가 특히 펀칭 및 굽힘에 의해 사전-성형되고, 서로 대향하게 그리고/또는 서로 내부측에 배치된 다음, 레이저 용접에 의해 서로 결합되는 것이다. 이 경우에, 가공물들 둘 모두는 사전-성형된 부분들, 특히 접촉 요소의 부분들이다.
레이저 용접의 효율을 더 개선하기 위해, 적어도, 윈도우를 통해 접근 가능한 제2 가공물의 표면에는 표면 구조가 제공될 수 있다.
윈도우를 통해 접근 가능한 표면에는, 예컨대 볼록한 만곡부(convex curvature)가 제공될 수 있다. 이는 레이저 빔을 2개의 가공물들 사이의 구역으로, 특히 광 트랩으로 반사시키는 경향을 숨길 수 있다. 만곡부는 바람직하게는, 그의 정점과 함께 윈도우를 향해 돌출된다.
제2 가공물의 표면에는 볼록한 만곡부에 대한 대안으로서 또는 그에 부가하여 미세구조가 제공될 수 있다. 미세구조는, 예컨대, 엠보싱, 에칭, 전자 빔 충격, 또는 인그레이빙(engraving)에 의해 획득될 수 있다.
광 트랩을 규정하는 제1 가공물의 표면에는 특히 바람직하게, 마찬가지로 미세구조가 제공된다. 미세구조들은 가공물들의 표면들에서의 흡수를 증가시킬 수 있다.
윈도우는, 윈도우를 통해 접근 가능한 제2 가공물의 표면에 실질적으로 수직이 되도록 연장되는 레이저 용접을 위한 채널을 형성할 수 있다. 레이저 용접은 2개의 가공물들의 표면들에 실질적으로 수직으로 수행될 수 있다. 다시 말해서, 레이저 빔은, 윈도우를 통해 접근 가능한, 제2 가공물의 표면 상의 표면 법선에 실질적으로 평행하게 지향될 수 있다. 레이저 빔은 바람직하게는, 이 표면 법선과 45° 미만의 각도를 형성한다.
적어도 하나의 윈도우는 전체 직사각형 단면을 가질 수 있다. 그에 대한 대안으로서, 다른 단면들, 예컨대 다각형, 원형, 타원형, 삼각형, 슬릿-형상, 또는 현재 나열되지 않은 다른 단면들이 또한 가능하다.
윈도우는 레이저 용접을 위한 레이저 빔의 직경보다 단지 아주 약간 더 큰 내부 치수를 가질 수 있다. 예컨대, 윈도우는 레이저 용접을 위한 레이저 빔의 직경의 1.5배보다 작은, 바람직하게는 1.3배보다 작은 내부 치수를 가질 수 있다.
금속성 가공물들은 상이한 또는 동일한 금속성 재료들로 제조될 수 있다. 금속성 재료들은 순수 금속들뿐만 아니라 다양한 금속들의 합금들을 의미한다. 예컨대, 가공물들 중 하나는 강으로 제조될 수 있고, 다른 하나는 구리 또는 구리를 함유하는 합금으로 제조될 수 있다.
본 발명은 또한, 알려진 바와 같이 순수하게 기계적 접촉을 통해 전기적으로 결합하기 어려운 금속성 재료들로 제조된 가공물들을 함께 결합하는 데 유리할 수 있다. 이것의 예는, 산화물 층들의 형성으로 인해 표면에서 자신의 전도성을 잃을 수 있는 알루미늄이다. 2개의 금속성 가공물들을 함께 용접함으로써, 가공물들 중 하나 또는 둘 모두가 알루미늄 또는 알루미늄을 함유하는 합금으로 제조되는 경우에도, 이러한 문제가 방지될 수 있다.
위에서 언급된 이점들에 부가하여, 적어도 하나의 윈도우가 또한 품질 보증을 위해 사용될 수 있다. 용접 전에, 윈도우는 제2 가공물의 노출된 표면을 검사하고 그리고/또는 용접 후에 생성된 용접 조인트를 검사하는 데 사용될 수 있다.
전기 접촉 요소는 적어도 하나의 용접 스폿을 포함할 수 있으며, 적어도 하나의 용접 스폿에 의해, 접촉 요소의 2개의 가공물들이 윈도우의 에지에서 포지티브 물질-끼워맞춤(positive substance-fit) 방식으로 서로 결합된다. 다시 말해서, 적어도 하나의 용접 스폿은 윈도우의 에지에서 접촉 요소의 2개의 가공물들 사이에 재료 조인트를 형성할 수 있다. 적어도 하나의 용접 스폿은, 특히 광 트랩이 이전에 위치되었던 곳에 위치될 수 있다. 가공물들 둘 모두의 재료들을 용융시키는 것은 광 트랩을 채울 수 있고, 그에 따라, 광 트랩은 더 이상 공동으로서 존재하지 않는다. 2개의 가공물들의 포지티브 물질-끼워맞춤 연결은, 높은 기계적 안정성뿐만 아니라 2개의 가공물들 사이에 양호한 전기 전도도를 제공한다.
전기 접촉 요소는 바람직하게, 금속 성형에 의해 판금으로 형성된 접촉 본체, 및 적어도 하나의 접촉 부분을 포함하며, 적어도 하나의 접촉 부분은 접촉 본체 내에 적어도 부분적으로 배열되고 그리고 적어도, 하나의 용접 스폿, 즉, 적어도 하나의 접촉 부분과 접촉 본체 사이에 재료 조인트를 형성함으로써 포지티브 물질 끼워맞춤 방식으로 접촉 본체와 결합된다.
접촉 본체는 특히, 반제품의 제1 가공물로 형성될 수 있다. 접촉 본체는 접촉 부분을 위한 케이지(cage)를 형성할 수 있고, 예컨대 지지 기능을 담당할 수 있다. 부가하여, 예컨대 크림핑 윙들(crimping wings)을 이용하여 전선을 연결하기 위한 연결 옵션이 접촉 본체에 제공되는 것이 가능하다.
접촉 부분은 바람직하게는 반제품의 제2 가공물로 형성된다. 접촉 부분은, 예컨대, 접촉 핀, 평탄한 접촉부, 핀 또는 평탄한 접촉부를 수용하기 위한 접촉 스프링, 또는 다른 부분일 수 있다. 접촉 부분은, 전기 연결을 설정하기 위해 정합(mating) 접촉 요소와 간접적으로 접촉하게 되는, 접촉 요소의 그 부분일 수 있다.
위에서 언급된 구성에 대한 대안으로서, 접촉 본체는 또한, 제2 가공물로 형성될 수 있고, 이에 대응하여, 접촉 부분은 제1 가공물로 형성될 수 있다. 개개의 연관은 부분들의 기하학적 형상에 의존한다.
레이저 용접 전에 윈도우가 제1 가공물 및/또는 제1 가공물 및 제2 가공물에서 생성된다는 점에서, 본 발명에 따른 방법은 추가로 개선될 수 있다. 윈도우는, 예컨대, 펀칭 또는 다른 방법들에 의해 생성될 수 있다.
추가의 방법 단계는, 반제품을 형성하기 위해 사전-성형된 부분들로서 2개의 가공물들이 서로 대향하여 배치되거나 또는 서로 내로 배치되고, 이어서 레이저 용접을 사용하여 적어도 하나의 용접 스폿을 생성함으로써 서로 결합되는 것일 수 있다.
제1 가공물의 전방 측 상의 윈도우는 바람직하게는 베이스 영역, 및 이 베이스 표면에 수직인 표면 법선을 갖고, 레이저 용접 동안의 레이저 빔과 표면 법선 사이에 45° 미만의 각도가 형성된다. 다시 말해서, 레이저 빔은 윈도우의 베이스 영역에 실질적으로 수직하도록 지향될 수 있다. 결과적으로, 생성될 접촉 요소의 복잡한 구조가 평탄한 조사를 방지하는 경우, 2개의 가공물들이 또한 서로 용접될 수 있다.
본 발명은 이하, 도면들을 참조하여 유리한 실시예들을 사용하여 예로서 더 상세히 설명될 것이다. 예로서 실시예들에서 예시된 특징 결합들은, 특정 적용분야에 요구되는 본 발명의 디바이스들의 특성들에 따른, 위의 설명들에 따른 추가의 특징들에 의해 보충될 수 있다.
개별적인 특징들은 또한, 이러한 특징의 효과가 특정 적용분야와 무관하다면, 위의 설명들에 따라 설명된 실시예들에서 생략될 수 있다. 도면들에서 동일한 참조 번호들은 동일한 기능 및/또는 동일한 구조를 갖는 요소들에 대해 항상 사용된다.
여기서,
도 1은 예로서 전기 접촉 요소의 개략적인 표현을 도시한다.
도 2는 전기 접촉 요소를 제조하기 위한 예시적인 반제품의 세부사항을 도시한다.
도 3은 윈도우의 구역의 반제품의 세부사항을 도시한다.
도 4는 도 3의 윈도우에 대한 평면도를 도시한다.
도 5는 용접된 포인트들이 도입된 도 3으로부터의 윈도우를 도시한다.
도 6은 윈도우의 제2 실시예를 도시한다.
도 7은 윈도우의 제3 실시예를 도시한다.
도 8은 도 7의 윈도우에 대한 평면도를 도시한다.
도 9는 반제품의 제3 실시예를 도시한다.
도 10은 반제품의 제2 실시예의 단면을 도시한다.
도 1은 단지 예로서 전기 접촉 요소(1)를 종단면도로 그리고 개략적으로 도시한다. 전기 접촉 요소는 2개의 부분들, 즉, 접촉 본체(3) 및 접촉 본체(3) 내에 배열된 접촉 부분(5)으로 구성된다. 접촉 부분(5)은 단지 예로서, 접촉 부분(5)에 대한 전기 전도성 연결을 설정하기 위해 (도 1에서, 파선들로 표시되는) 상보적이도록 구성된 정합 접촉 요소(11)의 접촉 부분(9)을 수용하는 역할을 할 수 있는 스프링(7)으로 도시된다. 이에 대한 대안으로서, 전기 접촉 요소(1)는 스프링(7) 대신에 핀(pin), 평탄한(flat) 접촉부, 또는 임의의 다른 적절한 구조를 포함할 수 있다.
접촉 본체(3)는 접촉 요소(1)를 전선에 연결하기 위한 크림핑 윙들(13)을 포함한다. 결과적으로, 접촉 본체(3)는 접촉 부분(5)을 수용하는 역할을 할 뿐만 아니라, 크림핑 윙들(13)에 수용된 전선과 접촉 부분(5) 사이의 전기 연결을 제공하는 역할도 한다.
부가적으로 영구적이고 부식의 위험이 없는, 접촉 부분(5)과 접촉 본체(3) 사이의 충분히 양호한 전기 연결을 생성하기 위해, 2개의 부분들은 적어도 하나의 용접 스폿(weld spot)에 의해 서로 결합된다. 이는 아래에서 상세히 논의될 것이다.
도 2는 반제품(15)의 세부사항을 종단면도로 도시한다. 도 2에 도시된 반제품(15)은, 도 1을 참조하여 설명된 접촉 요소(1)와 유사하게 구조화된 전기 접촉 요소(1)를 제조하는 데 사용될 수 있다.
반제품(15)은 제1 금속성 가공물(17) 및 제2 금속성 가공물(19)을 포함한다. 제1 금속성 가공물(17)은, 나중에 접촉 요소(1)를 위해 접촉 본체(3)를 형성할 수 있도록, 단지 예로서 도시된다. 제2 가공물(19)은, 또한 스프링(7)의 형태의 접촉 부분(5)을 형성할 수 있도록, 단지 예로서 도시된다.
반제품(15)은, 반제품이 접촉 요소(1)를 형성하도록 아직 완전히 제조되지 않았다는 것을 특징으로 한다. 2개의 가공물들(17 및 19)은 도 2에 도시된 상태에서 하나가 다른 하나의 내부에 이미 배치되어 있지만, 적어도 하나의 용접 스폿에 의해 아직 서로 결합되어 있지 않다.
부분들(17, 19)이 이미 대부분 사전-성형되어 있는, 도 2에 도시된 반제품(15)의 형상에 대한 대안으로서, 2개의 가공물들 중 하나, 특히 제1 가공물(17)은 위에서 설명된 예의 관점에서 접촉 본체(3)가 되도록 아직 형성되지 않은 판금 피스(21)(도 2에서 파선들로 표시됨)인 것으로 또한 상정될 수 있다. 예를 들어, 사전-성형된 부분, 특히 접촉 부분(5)은 용접식 연결에 의해 아직 결합되지 않은 판금 피스(21)와 제2 가공물(19)로서 결합될 수 있다. 이어서, 제1 가공물(17) 또는 판금 피스(21)는 금속 성형에 의해, 요구되는 형상, 예컨대 접촉 본체(3)를 취하도록 제조될 수 있다.
용접식 연결을 통해 2개의 가공물들(17 및 19)을 결합하기 위해, 제1 가공물(17)을 통해 제2 가공물(19)의 방향으로 그리고 가능하게는 제2 가공물(19) 내로 연장되는 윈도우(23)가 제공된다.
도 2로부터 A로 표시된 구역의 확대된 표현이 도 3에 도시된다. 윈도우(23)는 이하, 도 2 및 도 3을 참조하여 설명된다.
제1 가공물(17)은 전방 측(25), 및 전방 측(25)에 대향하여 배치된 후방 측(27)을 갖는다. 반제품(15)에서, 제1 가공물(17)의 후방 측(27)은 제2 가공물(19)에 더 근접하게 배열된다. 후방 측(27)은 특히 바람직하게는, 적어도 윈도우(23)를 둘러싸는 구역에서 제2 가공물(19)과 접촉한다.
본 설명의 맥락에서, "윈도우"(23)라는 용어는, 제1 가공물(17)의 전방 측(25)에서부터 시작하여 반제품(15)으로 연장되는 전체 공동을 지칭한다.
윈도우는 제1 가공물(17)을 통해 단대단(end-to-end)으로 연장된다. 도 3에 도시된 예에서, 윈도우(23)는 또한 제2 가공물(19) 내로 연장된다. 제2 가공물(19)의 표면(29)은 윈도우(23)를 통해 외부측에 노출된다. 표면(29)은 윈도우(23)를 통해 외부측으로부터 접근 가능하다. 표면(29)은 바람직하게는 오직 윈도우(23)를 통해서만 외부측으로부터 접근 가능하다. 표면(29)은 레이저 광에 대한 반사 표면(31)을 나타낸다.
윈도우(23)는 베이스 영역(33)을 갖는다. 베이스 영역(33)은 제2 가공물(19) 쪽으로 증가한다. 다시 말해서, 전방 측(25)에서의 윈도우(23)의 내부 치수(35)는 전방 측(25)으로부터 이격된 지점에서의 내부 치수(37)보다 더 크다.
윈도우(23)는 제2 가공물(19)에서 더 큰 내부 치수(37)를 갖는다. 예로서 도시된 실시예에서, 베이스 영역(33)의 확대는 제2 가공물(19)에 언더컷(undercut)(39)이 형성되도록 급격하게 발생한다.
다시 말해서, 윈도우(23)를 통해 접근 가능한 표면(29)과 전방 측(25) 상의 윈도우(23)를 둘러싸는 경계부(41) 사이에서 갭(43)이 연장된다. 갭(43)은 또한, 틈새(niche) 또는 오목부(recess)로 지칭될 수 있다.
갭(43)은 레이저 광을 트래핑하기 위한 광 트랩(45)으로서 기능할 수 있다. 광 트랩(45)은, 레이저 광이 표면(29)으로부터 제1 가공물(17)의 후방 측(27) 상으로 반사될 수 있는 공동을 제공한다. 특히, 레이저 광은 표면(29)과 후방 측(27) 사이에서 여러 번 반사될 수 있다. 레이저 광이 흡수되고, 가공물들(17 및 19) 둘 모두의 재료들이 용융되어 서로 결합된다. 이는 용접 스폿을 생성할 수 있다.
레이저 빔(47)은 본 발명에 따른 방법을 예시하기 위해 도 3에서 파선들로 도시된다. 레이저 빔은 반사 표면(31)으로서의 역할을 하는 표면(29)에서 제1 가공물(17)의 후방 측(27) 상으로 반사되고, 그로부터 다시 표면(29) 상으로 반사된다. 두 표면들 사이의 추가의 반사들이 뒤따를 수 있다.
방사되는 에너지의 대부분은 이러한 다수의 반사들에 의해 흡수된다. 결과적으로, 가공물들(17 및 19) 둘 모두의 재료들이 가열되고, 용접 연결부가 생성된다.
레이저 빔은 잇달아서(in succession) 또는 연속적으로(continuously) 표면(29)의 상이한 포지션들 상으로 지향될 수 있다. 또한, 여러 레이저 빔들이 동시에 표면(29)의 상이한 포지션들 상으로 지향되는 것이 가능하다. 그러나, 명확성을 위해, 하나의 레이저 빔(47)만이 도 3에 도시된다.
광 트랩(45)을 규정하는 표면들에서의 레이저 광(47)의 흡수를 증가시키기 위해, 표면(29) 및/또는 후방 측(27)은 적어도 광 트랩(45)의 구역에서 구조화될 수 있다.
미세구조(49)가 도 3에 표시된다. 미세구조(49)는 예컨대, 가공물들(17 및 19) 중 적어도 하나의 가공물의 표면의 거칠기를 증가시킬 수 있고, 이로써 레이저 광의 흡수를 개선할 수 있다. 미세구조(49)는 표면 구조(50)의 일 형태를 나타낸다.
레이저 빔(47)은 바람직하게, 광 트랩(45)에 의해 걸쳐 있는(spanned) 갭(43)에 수직으로 연장된다. 다시 말해서, 레이저 빔(47)은 바람직하게는 베이스 영역(33)의 표면 법선(51)에 실질적으로 평행하게 연장된다. 이러한 의미에서, 실질적으로 평행하다는 것은 45° 미만의 각도(53)를 의미하는 것이다.
도 4는 표면 법선(51)을 따라 보여지는 윈도우(23)의 구역에 대한 평면도를 도시한다.
윈도우(23)는 전체 직사각형 단면을 가질 수 있다. 그에 대한 대안으로서, 다른 단면들, 예컨대 다각형, 원형, 타원형, 삼각형, 슬릿-형상, 또는 다른 단면들이 또한 가능하다.
표면 법선(51)을 따라 볼 때, 광 트랩(45)은 제1 가공물(17)의 재료 뒤로 연장된다. 이는 도 4에서 점선으로 표시된다.
도 5는 레이저 용접 후의 도 3 및 도 4로부터의 윈도우를 도시한다.
이제, 광 트랩(45)이 이전에 위치되었던 구역에 배치된 적어도 하나의 용접 스폿(55)이 있다. 2개의 용접 스폿들(55)이 도 5에 표시된다. 하나 이상의 누점형(punctiform) 용접 스폿들(55)이 형성될 수 있다. 또한, 윈도우(23) 주위에서 오리지널 광 트랩(45)을 따라 전체적으로 또는 부분적으로 연장되는 단대단 용접 스폿들(55)이 형성되는 것이 가능하다.
용접 스폿들(55)은 2개의 가공물들(17 및 19)의 재료들이 용융되고 후속하여 냉각됨으로써 야기된다. 용접 스폿들(55)은 2개의 가공물들(17 및 19) 사이에 영구적인 전기 전도성 및 기계적 연결을 형성한다. 용접 스폿들(55)은 윈도우의 에지(57)에 배치된다.
도 6은 반제품(15)의 일부에 있는, 본 발명에 따른 윈도우(23)의 제2 실시예를 도시한다. 도 3 내지 도 5를 참조하여 위에서 설명된 실시예와의 차이들만이 이하에서 논의될 것이다.
표면 법선(51)을 가로지르는 방향에서 볼 때, 윈도우(23)는 이전의 실시예에서 설명된 윈도우(23)와 유사한 단면을 갖는다. 그러나, 윈도우(23)는 제1 가공물(17)에만 배치되고, 제2 가공물(19)의 표면(29)을 노출시킨다. 달리 말해서, 윈도우(23)는 제1 가공물(17)에 2-단차 보어(two-stage bore)로서 형성되며, 여기서, 내부 치수(35)에 대응하는 더 작은 직경을 갖는 제1 단차가 전방 측(25)으로부터 가공물(17) 내로 연장되고, 제2 단차는 제1 단차로부터 후방 측(27)으로부터 나오고, 여기서 제2 단차는 내부 치수(37)에 대응하는 더 큰 직경을 갖는다. 이 실시예에서, 제2 가공물(19)에 오목부를 형성하는 것이 생략될 수 있다.
반제품(15)을 위한 윈도우(23)의 추가적인 유리한 실시예가 도 7 및 도 8을 참조하여 이하 설명된다. 여기서도, 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명된 실시예와의 차이들만이 간결성을 위해 논의되었다.
윈도우(23)는 제1 실시예와 실질적으로 유사하게, 제1 가공물(17)을 통해 제2 가공물(19) 내로 연장된다. 제1 실시예와의 차이는, 제2 가공물(19)에 볼록한 만곡부(59)의 형태의 구조화된 표면(29)이 제공된다는 것이다. 볼록한 만곡부(59)는 표면 구조(50)의 추가적인 형태를 나타낸다. 볼록한 만곡부(59)는 도 3을 참조하여 설명되는 바와 같이, 미세구조(49)와 조합될 수 있다.
볼록한 만곡부(59)는 제1 가공물(17)의 전방 측(25)을 향해 돌출한다. 볼록한 만곡부(59)는 레이저 빔(47)을 광 트랩(45)으로 지향시키는 것을 가능하게 할 수 있다. 다수의 반사들을 갖는 레이저 빔(47)이 도 7에서 파선들로 표시된다.
반제품(15)의 추가 실시예가 도 9에 예시된다. 윈도우(23)는 도 7을 참조하여 설명한 실시예와 유사하다. 이는, 윈도우(23)가, 볼록한 만곡부(59)의 형태로 표면 구조(50)가 제공되는 제2 가공물(19)의 표면(29)을 노출시킨다는 것을 의미한다.
제2 가공물(19)에 표면 구조(50) 및 광 트랩(45) 및 확대된 내부 치수(37)가 제공되는, 도 7을 참조하여 설명된 실시예와 대조적으로, 도 9의 실시예의 가공물(17)에는 증가된 내부 치수(37)가 제공된다.
표면(29)의 볼록한 만곡부(59)는, 제2 가공물(19)의 재료가 적어도 윈도우(23)의 구역에서 제1 가공물(17)을 향해 구부러지거나 엠보싱된다는 점에서 달성될 수 있다. 다시 말해서, 제2 가공물(19)은 볼록한 만곡부(59)가 형성되는 엠보싱(60)을 갖는다. 그러한 엠보싱(60)은, 예컨대, 도 9에 개략적으로 도시된 펀치(62)에 의해 생성될 수 있다. 엠보싱(60)은 가공물들(17 및 19)이 서로에 대해 포지셔닝되기 전에 또는 후에 발생할 수 있다.
반제품(15)의 추가 실시예가 도 10에 단면도로 예시된다.
반제품(15)은, 접촉 본체(3)를 형성하는 제1 가공물(17), 및 스프링(7)으로서 형상화된 접촉 부분(5)을 형성하는 제2 가공물(19)을 포함한다. 스프링(7)은 여러 개의 슬랫들(slats)(61)을 갖는다.
접촉 부분(5)은, 평탄한 접촉부가 나중에 접촉 요소(1)에서 사용될 때, 슬랫들(61)에 의해 접촉되는 평탄한 접촉부에 대한 연결을 위해 사용될 수 있다. 윈도우(23)는 제1 가공물(17)을 통해 연장되고, 스프링(7)의 2개의 인접한 슬랫들(61)의 표면(29)을 노출시킨다.
각각의 슬랫(61)과 윈도우(23)의 경계부(41) 사이에 광 트랩(45)이 형성된다. 슬랫들(61) 둘 모두를 제1 가공물(17)에 동시에 용접하기 위해, 2개의 레이저 빔들(47)이 윈도우를 통해 광 트랩들(45) 내로 동시에 발사될(fired) 수 있다.
이에 대한 대안으로서, 레이저 빔들(47)이 또한 윈도우(23)를 통해 연속적으로 발사될 수 있다.
레이저 용접을 위해 2개의 레이저 빔들(47)을 동시에 생성하기 위해, 단일 레이저 빔이 이중 초점 렌즈를 통해 방출되어 분할될 수 있다.
1 : 전기 접촉 요소
3 : 접촉 본체
5 : 접촉 부분
7 : 스프링
9 : 접촉 부분
11 : 접촉 요소
13 : 크림핑 윙
15 : 반제품
17 : 제1 가공물
19 : 제2 가공물
21 : 판금 피스
23 : 윈도우
25 : 전방 측
27 : 후방 측
29 : 표면
31 : 반사 표면
33 : 베이스 영역
35 : 내부 치수
37 : 내부 치수
39 : 언더컷
41 : 경계부
43 : 갭
45 : 광 트랩
47 : 레이저 빔
49 : 미세구조
50 : 표면 구조
51 : 표면 법선
53 : 각도
55 : 용접 스폿
57 : 에지
59 : 볼록한 만곡부
60 : 엠보싱
61 : 슬랫
62 : 펀치

Claims (15)

  1. 전기 접촉 요소(1)를 제조하기 위한 반제품(15)으로서,
    상기 반제품(15)은 제1 금속성 가공물(17) 및 제2 금속성 가공물(19)을 포함하며,
    상기 제1 가공물(17)은 전방 측(25) 및 상기 전방 측(25)에 대향하여 배치된 후방 측(27)을 갖고, 상기 후방 측(27)은 상기 제2 가공물(19)에 더 근접하게 배열되며,
    상기 반제품(15)은 적어도 하나의 윈도우(window)(23)를 포함하며, 상기 윈도우는 적어도 상기 제1 가공물(17)을 통해 연장되고 그리고 상기 제2 가공물(19)의 표면(29)은 상기 적어도 하나의 윈도우를 통해, 상기 제1 가공물(17)로부터 접근 가능하고, 그리고
    상기 윈도우(23)는, 상기 제1 가공물(17)의 상기 전방 측(25)에서 시작하여 상기 제2 가공물(19) 쪽으로 증가하는 베이스 영역(33)을 더 포함하는,
    전기 접촉 요소를 제조하기 위한 반제품.
  2. 제1 항에 있어서,
    레이저 광(47)을 캡처하기 위한 적어도 하나의 광 트랩(45)은, 상기 제1 가공물(17)의 상기 전방 측(25) 상의 상기 윈도우(23) 및 상기 윈도우(23)를 통해 접근 가능한 상기 제2 가공물(19)의 상기 표면(29)을 둘러싸는 경계부(41) 사이에서 연장되는,
    전기 접촉 요소를 제조하기 위한 반제품.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광 트랩(45)은 상기 2개의 가공물들(17, 19) 사이에 갭(43)을 형성하는,
    전기 접촉 요소를 제조하기 위한 반제품.
  4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가공물들(17, 19) 중 하나는 판금 피스(21)이고, 상기 가공물(17, 19) 중 다른 하나는 상기 접촉 요소(1)를 위한 접촉 부분(5)인,
    전기 접촉 요소를 제조하기 위한 반제품.
  5. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 상기 윈도우(23)를 통해 접근 가능한 상기 제2 가공물(19)의 상기 표면(29)에는 표면 구조(50)가 제공되는,
    전기 접촉 요소를 제조하기 위한 반제품.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 윈도우(23)를 통해 접근 가능한 상기 표면(29)에는 적어도 하나의 볼록한 만곡부(convex curvature)(59)가 제공되는,
    전기 접촉 요소를 제조하기 위한 반제품.
  7. 제5 항 또는 제6 항에 있어서,
    적어도 상기 윈도우(23)를 통해 접근 가능한 상기 제2 가공물(19)의 상기 표면(29)에는 미세구조(49)가 제공되는,
    전기 접촉 요소를 제조하기 위한 반제품.
  8. 제5 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 트랩(45)을 규정하는 상기 제1 가공물(17)의 표면(29)에는 미세구조(49)가 제공되는,
    전기 접촉 요소를 제조하기 위한 반제품.
  9. 전기 접촉 요소(1)로서,
    제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 따른 반제품(15)으로 제조되는,
    전기 접촉 요소.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 2개의 가공물들(17, 19)은 적어도 하나의 용접 스폿(55)에 의해 상기 윈도우(23)의 에지(57)에서 포지티브 물질 끼워맞춤(positive substance-fit) 방식으로 서로 결합되는,
    전기 접촉 요소.
  11. 제9 항 또는 제10 항에 있어서,
    금속 성형(metal forming)에 의해 판금 피스(21)로부터 형성된 접촉 본체(3), 및 적어도 하나의 접촉 부분(5)을 포함하며, 상기 접촉 부분(5)은 상기 접촉 본체(3) 내에 적어도 부분적으로 배열되고, 적어도 하나의 용접 스폿(weld spot)(55)에 의해 포지티브 물질-끼워맞춤 방식으로 상기 접촉 본체(3)와 결합되는,
    전기 접촉 요소.
  12. 레이저 용접에 의해 제1 금속성 가공물(17)을 제2 금속성 가공물(19)과 결합하기 위한 방법으로서,
    적어도 상기 제1 금속성 가공물(17)은 전방 측(25) 및 상기 전방 측(25)에 대향하여 배치된 후방 측(27)을 가지며, 상기 후방 측(27)은 상기 전방 측(25)보다 상기 제2 가공물(19)에 더 근접하게 배열되고,
    적어도 하나의 레이저 빔(47)이 적어도 상기 제1 가공물(17)을 통해 상기 제2 가공물(19) 상으로 연장되는 윈도우(23)를 통해 지향되고, 상기 제2 가공물(19)로부터 상기 제1 가공물(17)의 상기 후방 측(27) 상으로 반사되는,
    레이저 용접에 의해 제1 금속성 가공물을 제2 금속성 가공물과 결합하기 위한 방법.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 가공물(17, 19) 중 하나는 판금 피스(21)이고, 상기 가공물(17, 19) 중 다른 하나는 전기 접촉 요소(1)를 위한 사전-성형된 접촉 부분(5)이고,
    상기 사전-성형된 접촉 부분(5)은 레이저 용접에 의해 적어도 하나의 용접 스폿(55)에서 상기 판금 피스(21)와 결합되고, 상기 판금 피스(21)는 상기 사전-성형된 접촉 부분(5) 주위에 형성화되는,
    레이저 용접에 의해 제1 금속성 가공물을 제2 금속성 가공물과 결합하기 위한 방법.
  14. 제12 항 또는 제13 항에 있어서,
    가공물(17, 19) 둘 모두는 사전-성형된 부분들(3, 5)이고, 부분들(3, 5) 둘 모두는 반제품(15)을 형성하기 위해 서로에 대해 또는 안으로 배치되고, 레이저 용접에 의해 적어도 하나의 용접 스폿(55)을 생성함으로써 후속적으로 서로 결합되는,
    레이저 용접에 의해 제1 금속성 가공물을 제2 금속성 가공물과 결합하기 위한 방법.
  15. 제12 항 내지 제14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 가공물(17)의 상기 전방 측(25) 상의 상기 윈도우(23)는 베이스 영역(33) 및 상기 베이스 영역(33)에 수직인 표면 법선(51)을 가지며,
    상기 레이저 빔(47)과 상기 표면 법선(51) 사이에 45°미만의 각도(53)가 형성되는,
    레이저 용접에 의해 제1 금속성 가공물을 제2 금속성 가공물과 결합하기 위한 방법.
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