WO2021151702A1 - Connection element, device, and method for producing a bonded connection - Google Patents

Connection element, device, and method for producing a bonded connection Download PDF

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WO2021151702A1
WO2021151702A1 PCT/EP2021/050915 EP2021050915W WO2021151702A1 WO 2021151702 A1 WO2021151702 A1 WO 2021151702A1 EP 2021050915 W EP2021050915 W EP 2021050915W WO 2021151702 A1 WO2021151702 A1 WO 2021151702A1
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WO
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connecting element
contact
joining partner
curvature
bearing surface
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PCT/EP2021/050915
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Inventor
Markus Leimser
Tobias GERHARDT
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • Connection element device and method for producing an integral connection
  • the invention relates to a connecting element comprising a contact element with a curved support surface.
  • the invention also relates to a device having the connecting element which is materially connected to a joining partner.
  • the invention also relates to the method for producing an integral connection with the provision of the connecting element with the curved bearing surface of the contact element.
  • the document DE 102011 085 467 A1 discloses an electrochemical device comprising at least one electrochemical cell with a first cell terminal, a second electrochemical cell with a second cell terminal and at least one cell connector for electrically conductive connection of the first cell terminal and the second cell terminal.
  • the as yet unpublished document with the file number DE 102018212 335.7 relates to an electrical connecting element, in particular for power electronics and / or a battery module.
  • the object of the present invention is to improve material connections or connection elements, in particular in the field of power electronics and / or battery technology.
  • the present invention relates to a connector.
  • the connecting element has at least one metallic material, in particular a copper alloy and / or an aluminum alloy.
  • the connecting element also preferably has a sheet-metal or plate-shaped extension and it comprises at least one contact element or one contact area.
  • a sheet-like or plate-shaped extension in the sense of this application is understood to mean a height or thickness of the connecting element that is relatively small compared to the longitudinal and vertical direction or the length and width of the connecting element, the length and width of the connecting element in particular preferably each by a factor of five to ten greater than the height or thickness of the connecting element.
  • the thickness is in particular an average thickness or an average height of the cross section in the contact area.
  • the thickness of the connecting element is preferably 0.1 to 5 millimeters.
  • the width of the connecting element and the length of the connecting element are each preferably 5 to 500 millimeters.
  • the thickness is 0.5 millimeters, the width 10 millimeters and the length 50 millimeters.
  • the contact element is set up by means of a curved contact surface to contact a joint partner, resulting in an electrically or thermally conductive contact in particular, with a tangential surface of the curvature of the contact surface on the side of the contact surface or the connecting element facing the joint partner at each point of the contact surface .
  • the curved support surface is advantageously set up to compensate for at least one height and / or angular offset between the contact element and a joining partner.
  • the contact element is set up by means of the curved support surface to be in a distance with an amount less than or equal to the thickness of the connecting element from the contact between the contact element and the joining partner to generate a joint gap with a joint gap height of at most one fifth of the thickness of the connecting element.
  • This configuration of the connecting element results in the advantage that the connecting element can be reliably contacted and welded to a joining partner, since on the one hand a height or position offset and / or a rotation can be compensated by means of the curvature of the support surface and on the other hand a small joint gap height or a thin joint gap results in a relatively large area of point or line contact between the connecting element and the joint partner.
  • the resulting thin joint gap can advantageously produce a reliable material connection or weld seam between the connecting element and the joint partner, for example by means of laser beam welding or ultrasonic welding, in the contacting area.
  • the curved contact surface of the contact element advantageously has, at least in part, a cylindrical, ellipsoidal, paraboloidal or spherical shape.
  • At least one of the main curvatures of the curvature of the support surface has a radius with an amount of at least the thickness of the connecting element in the area of the contact element.
  • at least one of the main curvatures of the curvature of the support surface has a radius with an amount at least five times greater than and particularly preferably at least one hundred times greater than the thickness of the connecting element in the area of the contact element.
  • one of the main curvatures has the value zero at each point on the bearing surface, so that the curvature of the bearing surface is straight in at least one direction of extension.
  • the curvature of the support surface has the shape or contour of a straight circular cylinder, at least in a partial area.
  • the two main curvatures coincide at each point at least for a sub-area of the bearing surface, so that for this sub-area the curvature of the bearing surface corresponds in particular to an area of a spherical surface.
  • the curvature of the support surface has, at least in a partial area, the shape or contour of a spherical surface, in particular a spherical half-shell.
  • the connecting element has a marking on the side of the contact element lying opposite the support surface.
  • the marking is set up to identify a positioning and / or a positioning area of a laser beam for reliable laser welding of the connecting element with a joining partner.
  • the contact element of the connecting element can have a plurality of curved bearing surfaces.
  • the support surfaces are in particular spatially separated or spaced from one another. This is particularly advantageous if no main curvature is zero, i.e. in the case of point-like contact between a connecting element and the joining partner, since several welds per contact element can thus be present or created, whereby a cross-section of a material connection between the connecting element and the joining partner is increased.
  • the connecting element comprises at least one further contact element, wherein the further contact element can have a flat or curved support surface and an intermediate element is arranged between the contact elements.
  • the contact element with the curved support surface also compensates for a height offset and / or a lateral offset and / or an angular offset and / or a rotation between the connecting element and the joining partner or the joining partner and the other joining partner, whereby both the contact element with the curved Support surface as well as on the flat contact element, a material connection or a weld seam can be reliably produced in the lap joint.
  • the intermediate element has in particular at least one spring area. Any mechanical stresses that may arise, for example due to bending, are advantageously absorbed by the optional spring area, so that mechanical stresses on the material connection or the weld seam are at least reduced.
  • the invention also relates to a device, for example a battery module, an inverter or a control device or a computing unit, in particular power electronics.
  • the device has, in particular, a high flow of current in the electrical connections.
  • the device comprises a joining partner, for example a battery cell.
  • the device further comprises the connecting element according to the invention, the joining partner and the connecting element being materially connected to one another on at least one curved bearing surface of a contact element of the connecting element.
  • a component for example a battery cell or a capacitor or a control device, advantageously has the connecting element according to the invention.
  • the joining partner comprises, for example, an electrically conductive aluminum or copper alloy, for example the joining partner is a connection element with planar electrical connection contacts, which are materially connected to one another with the curved contact surface of the contact element of the connection element.
  • the invention also relates to a method for producing a material compound.
  • the joining partner for example a battery cell
  • At least two joining partners are preferably provided, for example two battery cells, which in particular are electrically connected to one another in series in a battery module by means of the connecting element or should be connected in parallel.
  • the connecting element according to the invention is provided. Then, in a step of the method, the joining partner and the connecting element are contacted on the contact element by means of the at least one curved support surface, in particular directly and / or by means of an overlap joint.
  • the tangential surface of the curvature of the bearing surface lies on the side of the bearing surface directed towards the joining partner, so that at least one point-like and / or linear contacting between the joining partner and the connecting element results.
  • a material connection between the connecting element and the joining partner is then produced in the region of the at least one point and / or line contact, in particular by means of laser beam welding and / or ultrasonic welding.
  • the material connection between the connecting element and the joining partner is advantageously produced by means of a laser beam with a wavelength in the green spectral range or with a wavelength between approx. 500 nanometers to approx. 550 nanometers.
  • the method results in the advantage that reliable contacting also takes place in the event of a height offset and / or a lateral offset of the at least one joining partner, the resulting joining gap in the area of the point-like and / or linear contacting being sufficiently small to reliably generate a mechanically and thermally stable one integral connection to form a durable and vibration-stable electrical connection.
  • a laser beam for laser beam welding is positioned as a function of a marking on the side of the contact element opposite the contact surface; in particular, the marking is recognized in a camera image captured by a camera, the The camera image advantageously depicts the side of the connecting element with the marking that is opposite the support surface.
  • Figure 1 Representation of a joint gap with a straight connecting element and height offset between two joint partners.
  • Figure 2a joint gap with a straight connecting element
  • FIG. 2b Joint gap in the case of a connecting element with a curved support surface
  • FIG. 4 Flow diagram of the method as a block diagram
  • a straight connecting element 10 according to the prior art is shown without a curved support surface, the connecting element 10 contacting a first joining partner 20 in the first contact area 40 and a second joining partner 30 offset in height from the first joining partner in the second contact area 60. Due to the height offset 90 between the first joining partner 20 and the second joining partner 30, a first joining gap 50 results between the first joining partner 20 and the connecting element 10 with an increasing joining gap height 51 and 52 directed away from the contact 40 and a second joining gap 70 between the second joining partner 30 and the connecting element 10 with an increasing joint gap height 71 and 72 directed away from the contacting 60.
  • the joint gap heights 51, 52, 71 and 72 which are relatively large for creating a material connection, result even at a short distance from the respective contacting 40 and 60, since the connecting element 10 is only slightly or hardly bent due to its thickness 80 even when a contact force F is applied.
  • These relatively large joint gap heights 51, 52, 71 and 72 at a short distance from the respective contact 40 or 60 respectively make it more difficult to produce a material connection or a weld seam between the connecting element and the respective joint partner.
  • Due to the required conductor cross-section the thickness 80 cannot be sufficiently reduced in high-current applications in order to solve the described technical problem of a joint gap that is too small for welding. In the prior art, this results in the pure height offset 90 shown in FIG.
  • FIG 2a compared to Figure 1, the joint gap 50 of the prior art is shown enlarged.
  • a joint gap 50 results with a joint gap height 51 of 0.352 millimeters, for example, this joint gap height 51 at this distance 55 being not sufficiently small or the ratio of the distance to the joint gap height being too high for reliable generation a thermally and / or mechanically stable material connection is evaluated and / or whereby a resulting weld seam cross-section of a resulting material connection or a weld seam between the connecting element 10 and the joining partner 20 is not sufficiently large to conduct a high current with a sufficiently low ohmic resistance electrically .
  • FIG. 2b shows a connecting element 100 in contact with a joining partner 190, the connecting element 100 making mechanical contact with the joining partner 190 in the contact area 140 by means of a curved support surface 120 of a contact element 110.
  • the curvature is shaped or directed towards contacting 140.
  • the curvature of the bearing surface 120 of the connecting element 100 at each point of the bearing surface 120 of the contact element 110 has a tangential plane 130 on the side 101 of the connecting element 100 directed towards the joining partner 190.
  • At least one main curvature of the curvature of the support surface 120 has a first radius 121.
  • the connecting element is set up to provide at least one height and / or angular offset between the contact element 110 and the joining partner when making contact 140 190 balance.
  • the contact 140 between the contact element 110 and the joining partner 190 also results in a gap 155 with an amount less than or equal to the thickness 103 of the connecting element 100, a joint gap 170 with a joint gap height 171 of at most one fifth of the thickness 103 of the connecting element.
  • the connecting element 100 is set up by means of the contact element 110 with the curved support surface 120 to be welded to the joining partner 190.
  • An amount of the first radius 121 is preferably at least five times greater than the thickness 103 of the connecting element 100 in the area of the contact element 110; the first radius 121 is preferably essentially a hundred times greater than the thickness 103 of the connecting element 100 in the area of the contact element 110 a sheet-metal or plate-shaped cross section with a main direction of extent in the longitudinal direction 199.
  • the connecting element 100 has a width and a length which in each case exceed the amount of the thickness 103 of the connecting element 100 by a factor of five.
  • the contact element 110 is set up by means of the curved support surface 120 to compensate for a positioning offset or an angular offset, in particular in height, and / or a rotation between the contact element 110 and the joining partner 190, whereby in the area of the contact 140 through the curved support surface 120 des Contact element 110 results in a small joint gap height 171 of the joint gap 170.
  • an optional marking can be arranged which, for example, identifies a positioning or a positioning area for a laser beam for laser beam welding.
  • FIG. 3 shows a cross section of the connecting element 300 in contact with a first joining partner 390, the contacting 340 of the joining partner 390 taking place by means of a contact element 310 of the connecting element 300.
  • the contact element 310 has a curved bearing surface 320 and the contacting 340 takes place on or by means of this curved bearing surface 320.
  • the connecting element 300 also has contact with a second joining partner 391.
  • the contacting 341 of the second joining partner 391 takes place by means of a further contact element 311 of the connecting element 300, the contact element 311 having a curved bearing surface 321 and the contacting 341 taking place on this curved bearing surface 321.
  • Each curvature of the respective support surface 320, 321 can in principle have two main curvatures.
  • the cross section from FIG. 3 corresponds to an x-y plane.
  • the tangential plane of the curvature of the bearing surface 320 of the contact element 310 lies, for example, at a point of the curvature in the zx plane, see FIG
  • the normal vector of the tangential plane 330 now runs in the y direction and spans a cutting plane with each direction present in the tangential direction.
  • the main directions of curvature ie a minimum or maximum amount of a flat curvature in the respective cutting plane at the point of intersection, can preferably lie in the x-direction as well as in the z-direction, with a respective radius for the respective main curvature preferably at least five times greater than the thickness 303 of the connecting element 300 is in the area of the contact element 310, 311.
  • a respective radius for the respective main curvature preferably at least five times greater than the thickness 303 of the connecting element 300 is in the area of the contact element 310, 311.
  • the two main curvatures can coincide at each point, so that for this partial area the curvature of the support surface corresponds in particular to an area of a spherical surface.
  • the curvature can also have the amount zero at any point of the support surface 120, 320, 321 in the main direction of curvature, for example in the x direction or in the z direction, see FIG. 3, so that for example in the x direction or in the z direction there is no curvature or the curvature of the support surface is straight in the x direction or in the z extension direction. If there is a curvature with an amount equal to zero in one direction, contact is made linearly between the connecting element and the respective joining partner.
  • the contact between the connecting element and the respective joining partner is point-like.
  • the curved contact surface 320 or 321 of the contact element 310 or 311 of the connecting element 300 results in a joint gap 370 or 375 in the area of the contact 340 or 341 with a small joint gap height 371 or 376.
  • the contacts 340 and 341 on or by means of the curved contact surfaces 320 and 321 result in small joint gap heights 371 or 376, so that the connecting element 300 is set up to be reliably connected or welded to the first joint partner 390 and the second joint partner 391 despite a height offset 399 between a surface of the first and second joint partner 390, 391 .
  • the connecting element has a contact element with a plurality of curved contact surfaces, which are each set up to contact the same joining partner.
  • the connecting element has a plurality of contact elements each with at least one curved contact surface, at least two contact elements each being set up to contact the same joining partner.
  • the connecting element comprises at least one further planar contact element.
  • An intermediate element can be arranged between the contact element with the curved support surface and the planar contact element, the intermediate element comprising at least one spring area.
  • a sequence of the method for producing a material connection is shown schematically as a block diagram.
  • a joining partner 190, 390, 391 is provided in a step 410.
  • the connection element 100, 300 according to the invention is provided 420.
  • contacting 430 of the joining partner 190, 390, 391 and the connection element 100, 300 on the contact element 110, 310, 311 takes place by means of the at least one curved support surface 120, 320 , 321.
  • a laser beam for laser beam welding is positioned as a function of a marking arranged on the side of the contact element 110, 310, 311 lying opposite the support surface 120, 320, 321.
  • an integral connection between the connection element 100, 300 and the joining partner 190, 390, 391 is produced in the area of the at least one point and / or line contact 140, 340, 341.

Abstract

The invention relates to a connection element (100, 300) having at least one electrically conductive material, in particular a copper alloy and/or an aluminum alloy. The connection element (100, 300) comprises at least one contact element (110, 310, 311), and the contact element (110, 310, 311), by virtue of a curved contact surface (120, 320, 321), is designed to contact a joining partner (190, 390, 391) in an electrically conductive manner, wherein a tangential surface (130, 330) of the curvature on the connection element (100, 300) side facing the joining partner (190, 390, 391) lies on each point of the contact surface (120, 320, 321), and the contact element is also designed to form a joining gap (170, 370, 375) with a joining gap height (171, 371, 376) of maximally one fifth of the thickness (103, 303) of the connection element (100, 300) at a distance (155) from the contact point (140, 340, 341), said distance being less than or equal to the thickness (103, 303) of the connection element (100, 300).

Description

Beschreibung description
Titel title
Verbindungselement, Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung einer stoffschlüssigen Verbindung Connection element, device and method for producing an integral connection
Die Erfindung betrifft ein Verbindungselement, umfassend ein Kontaktelement mit einer gekrümmten Auflagefläche. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung, aufweisend das Verbindungselement, welches stoffschlüssig mit einem Fügepartner verbunden ist. Die Erfindung betrifft ferner das Verfahren zur Herstellung einer stoffschlüssigen Verbindung unter Bereitstellung des Verbindungselements mit der gekrümmten Auflagefläche des Kontaktelements. The invention relates to a connecting element comprising a contact element with a curved support surface. The invention also relates to a device having the connecting element which is materially connected to a joining partner. The invention also relates to the method for producing an integral connection with the provision of the connecting element with the curved bearing surface of the contact element.
Stand der Technik State of the art
Steigende Leiterquerschnitte, beispielsweise im Bereich der Leistungselektronik und der Batterietechnik für die Elektromobilität, erfordern beispielsweise beim Ultraschallschweißen oder beim Laserschweißen im Überlapp größere Nahtbreiten und/oder mehrere Nähte je Kontaktstelle. Beim Verbinden zweier Bauteile kommt es allerdings beispielsweise toleranzbedingt häufig zu einem Höhenversatz oder Winkelabweichungen zwischen den elektrisch zu verbindenden Bauteilen. Increasing conductor cross-sections, for example in the field of power electronics and battery technology for electromobility, require larger seam widths and / or several seams per contact point, for example in ultrasonic welding or laser welding in the overlap. When connecting two components, however, there is often a height offset or angular deviations between the components to be electrically connected, for example due to tolerances.
Die Schrift DE 102011 085 467 Al offenbart eine elektrochemische Vorrichtung, umfassend mindestens eine elektrochemische Zelle mit einem ersten Zellterminal, eine zweite elektrochemische Zelle mit einem zweiten Zellterminal und mindestens einen Zellverbinder zum elektrisch leitenden Verbinden des ersten Zellterminals und des zweiten Zellterminals. Die noch nicht veröffentlichte Schrift mit dem Aktenzeichen DE 102018212 335.7 betrifft ein elektrisches Verbindungselement, insbesondere für eine Leistungselektronik und/oder ein Batteriemodul. The document DE 102011 085 467 A1 discloses an electrochemical device comprising at least one electrochemical cell with a first cell terminal, a second electrochemical cell with a second cell terminal and at least one cell connector for electrically conductive connection of the first cell terminal and the second cell terminal. The as yet unpublished document with the file number DE 102018212 335.7 relates to an electrical connecting element, in particular for power electronics and / or a battery module.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, stoffschlüssige Verbindungen beziehungsweise Verbindungselemente, insbesondere im Bereich der Leistungselektronik und/oder der Batterietechnik zu verbessern. The object of the present invention is to improve material connections or connection elements, in particular in the field of power electronics and / or battery technology.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Die vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß gemäß den Merkmalen der Ansprüche 1, 8 und 9 gelöst. The above object is achieved according to the invention according to the features of claims 1, 8 and 9.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verbindungselement. Das Verbindungselement weist wenigstens ein metallisches Material auf, insbesondere eine Kupferlegierung und/oder eine Aluminiumlegierung. Das Verbindungselement weist ferner bevorzugt eine blech- oder plattenförmige Ausdehnung auf und es umfasst mindestens ein Kontaktelement beziehungsweise einen Kontaktbereich. Als blech- oder plattenförmige Ausdehnung im Sinne dieser Anmeldung wird eine im Vergleich zur Längs- und Vertikalrichtung beziehungsweise zur Länge und zur Breite des Verbindungselements relativ kleine Höhe beziehungsweise Dicke des Verbindungselements verstanden, wobei die Länge und Breite des Verbindungselements insbesondere jeweils vorzugsweise um einen Faktor fünf bis zehn größer als die Höhe beziehungsweise Dicke des Verbindungselements ist. Die Dicke ist insbesondere eine durchschnittliche Dicke beziehungsweise eine durchschnittliche Höhe des Querschnitts im Kontaktbereich. Die Dicke des Verbindungselements beträgt vorzugsweise 0,1 bis 5 Millimeter. Die Breite des Verbindungselements sowie die Länge des Verbindungselements betragen vorzugsweise jeweils 5 bis 500 Millimeter. Beispielsweise beträgt die Dicke 0,5 Millimeter, die Breite 10 Millimeter sowie die Länge 50 Millimeter. Das Kontaktelement ist mittels einer gekrümmten Auflagefläche dazu eingerichtet, einen Fügepartner zu kontaktieren, wobei insbesondere ein elektrisch oder thermisch leitfähiger Kontakt resultiert, wobei in jedem Punkt der Auflagefläche eine Tangentialfläche der Krümmung der Auflagefläche auf der zum Fügepartner hin gerichteten Seite der Auflagefläche beziehungsweise des Verbindungselements liegt. Dadurch ist die gekrümmte Auflagefläche vorteilhafterweise dazu eingerichtet, zumindest einen Höhen- und/oder Winkelversatz zwischen dem Kontaktelement und einem Fügepartner auszugleichen. Des Weiteren ist das Kontaktelement mittels der gekrümmten Auflagefläche dazu eingerichtet, in einem Abstand mit einem Betrag kleiner oder gleich der Dicke des Verbindungselements von der Kontaktierung zwischen dem Kontaktelement und dem Fügepartner einen Fügespalt mit einer Fügespalthöhe von höchstens einem Fünftel der Dicke des Verbindungselements zu erzeugen. Dadurch resultiert der Vorteil, dass das Verbindungselement mittels des Kontaktelements dazu eingerichtet ist, mit dem Fügepartner verschweißt zu werden. Durch diese Ausgestaltung des Verbindungselements resultiert der Vorteil, dass das Verbindungselement zuverlässig mit einem Fügepartner kontaktiert und verschweißt werden kann, da zum einen ein Höhen- beziehungsweise Positionsversatz und/oder eine Verdrehung mittels der Krümmung der Auflagefläche ausgeglichen werden kann und zum anderen eine kleine Fügespalthöhe beziehungsweise ein dünner Fügespalt in einem relativ großen Bereich einer punkt- oder linienförmigen Kontaktierung des Verbindungselements zum Fügepartner resultiert. Durch den resultierenden dünnen Fügespalt kann im Bereich der Kontaktierung wird vorteilhafterweise eine zuverlässige stoffschlüssige Verbindung beziehungsweise Schweißnaht zwischen dem Verbindungselement und dem Fügepartner, beispielsweise mittels Laserstrahlschweißen oder Ultraschallschweißen, erzeugt. The present invention relates to a connector. The connecting element has at least one metallic material, in particular a copper alloy and / or an aluminum alloy. The connecting element also preferably has a sheet-metal or plate-shaped extension and it comprises at least one contact element or one contact area. A sheet-like or plate-shaped extension in the sense of this application is understood to mean a height or thickness of the connecting element that is relatively small compared to the longitudinal and vertical direction or the length and width of the connecting element, the length and width of the connecting element in particular preferably each by a factor of five to ten greater than the height or thickness of the connecting element. The thickness is in particular an average thickness or an average height of the cross section in the contact area. The thickness of the connecting element is preferably 0.1 to 5 millimeters. The width of the connecting element and the length of the connecting element are each preferably 5 to 500 millimeters. For example, the thickness is 0.5 millimeters, the width 10 millimeters and the length 50 millimeters. The contact element is set up by means of a curved contact surface to contact a joint partner, resulting in an electrically or thermally conductive contact in particular, with a tangential surface of the curvature of the contact surface on the side of the contact surface or the connecting element facing the joint partner at each point of the contact surface . As a result, the curved support surface is advantageously set up to compensate for at least one height and / or angular offset between the contact element and a joining partner. Furthermore, the contact element is set up by means of the curved support surface to be in a distance with an amount less than or equal to the thickness of the connecting element from the contact between the contact element and the joining partner to generate a joint gap with a joint gap height of at most one fifth of the thickness of the connecting element. This results in the advantage that the connecting element is set up by means of the contact element to be welded to the joint partner. This configuration of the connecting element results in the advantage that the connecting element can be reliably contacted and welded to a joining partner, since on the one hand a height or position offset and / or a rotation can be compensated by means of the curvature of the support surface and on the other hand a small joint gap height or a thin joint gap results in a relatively large area of point or line contact between the connecting element and the joint partner. The resulting thin joint gap can advantageously produce a reliable material connection or weld seam between the connecting element and the joint partner, for example by means of laser beam welding or ultrasonic welding, in the contacting area.
In einer Weiterführung der Erfindung weist die gekrümmte Auflagefläche des Kontaktelements zumindest teilweise vorteilhafterweise eine zylindrische, ellipsoide, paraboloide oder kugelförmige Form auf. Dadurch wird vorteilhafterweise besonders einfach ein Höhen- beziehungsweise Positionsversatz und/oder eine Verdrehung mittels der Krümmung der Auflagefläche ausgeglichen. In a further development of the invention, the curved contact surface of the contact element advantageously has, at least in part, a cylindrical, ellipsoidal, paraboloidal or spherical shape. As a result, a height or position offset and / or a rotation is advantageously compensated for in a particularly simple manner by means of the curvature of the support surface.
In einer Weiterführung weist wenigstens eine der Hauptkrümmungen der Krümmung der Auflagefläche einen Radius mit einem Betrag wenigstens der Dicke des Verbindungselements im Bereich des Kontaktelements auf. Besonders bevorzugt weist wenigstens eine der Hauptkrümmungen der Krümmung der Auflagefläche einen Radius mit einem Betrag wenigstens fünfmal größer als und besonders bevorzugt wenigstens hundertmal größer als der Dicke des Verbindungselements im Bereich des Kontaktelements auf. Durch diese Ausgestaltung der Erfindung resultiert ein besonders kleine Fügespalthöhe im Bereich der Kontaktierung, so dass eine zuverlässige Schweißnaht erzeugt werden kann. In a further development, at least one of the main curvatures of the curvature of the support surface has a radius with an amount of at least the thickness of the connecting element in the area of the contact element. Particularly preferably, at least one of the main curvatures of the curvature of the support surface has a radius with an amount at least five times greater than and particularly preferably at least one hundred times greater than the thickness of the connecting element in the area of the contact element. This embodiment of the invention results in a particularly small joint gap height in the area of the contact, so that a reliable weld seam can be produced.
In einer Ausführung der Erfindung weist eine der Hauptkrümmungen in jedem Punkt der Auflagefläche den Wert Null auf, so dass die Krümmung der Auflagefläche insbesondere in zumindest einer Ausdehnungsrichtung gerade ist. Beispielsweise weist die Krümmung der Auflagefläche zumindest in einem Teilbereich eine Form beziehungsweise Kontur eines geraden Kreiszylinders auf. Durch diese Ausführung resultiert der Vorteil, dass ein Winkelversatz und/oder ein seitlicher Versatz und/oder ein Höhenversatz des Fügepartners zum Verbindungselements beziehungsweise umgekehrt zuverlässig ausgeglichen werden kann. In one embodiment of the invention, one of the main curvatures has the value zero at each point on the bearing surface, so that the curvature of the bearing surface is straight in at least one direction of extension. For example, the curvature of the support surface has the shape or contour of a straight circular cylinder, at least in a partial area. This design has the advantage that a Angular misalignment and / or a lateral misalignment and / or a vertical misalignment of the joining partner to the connecting element or vice versa can be reliably compensated.
In weiteren Ausführung des Verbindungselements stimmen zumindest für einen Teilbereich der Auflagefläche in jedem Punkt die beiden Hauptkrümmungen überein, so dass für diesen Teilbereich die Krümmung der Auflagefläche insbesondere einem Bereich einer Kugeloberfläche entspricht. Beispielsweise weist die Krümmung der Auflagefläche zumindest in einem Teilbereich eine Form beziehungsweise Kontur einer Kugeloberfläche, insbesondere einer kugelförmigen Halbschale, auf. Durch diese Ausführung resultiert der Vorteil, dass ein Winkelversatz und/oder ein seitlicher Versatz und/oder ein Höhenversatz des Fügepartners und/oder eine Verdrehung des Verbindungselements zum Fügepartner beziehungsweise umgekehrt zuverlässig ausgeglichen werden können. In a further embodiment of the connecting element, the two main curvatures coincide at each point at least for a sub-area of the bearing surface, so that for this sub-area the curvature of the bearing surface corresponds in particular to an area of a spherical surface. For example, the curvature of the support surface has, at least in a partial area, the shape or contour of a spherical surface, in particular a spherical half-shell. This embodiment has the advantage that an angular offset and / or a lateral offset and / or a height offset of the joining partner and / or a rotation of the connecting element to the joining partner or vice versa can be reliably compensated for.
Es kann in einer Weiterbildung vorgesehen sein, dass das Verbindungselement an der gegenüber der Auflagefläche liegenden Seite des Kontaktelements eine Markierung aufweist. Die Markierung ist dazu eingerichtet, eine Positionierung und/oder einen Positionierungsbereich eines Laserstrahls zum zuverlässigen Laserschweißen des Verbindungselements mit einem Fügepartner zu kennzeichnen. Durch diese Ausgestaltung kann ein Laserstrahl vorteilhafterweise an dem Verbindungselement ausgerichtet und das Verbindungselement zuverlässig mit einem Fügepartner verschweißt werden. In a further development, it can be provided that the connecting element has a marking on the side of the contact element lying opposite the support surface. The marking is set up to identify a positioning and / or a positioning area of a laser beam for reliable laser welding of the connecting element with a joining partner. With this configuration, a laser beam can advantageously be aligned on the connecting element and the connecting element can be reliably welded to a joint partner.
In einer Weiterführung kann das Kontaktelement des Verbindungselements mehrere gekrümmte Auflageflächen aufweisen. Die Auflageflächen sind insbesondere voneinander räumlich getrennt beziehungsweise beabstandet. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn keine Hauptkrümmung Null ist, das heißt im Falle einer punktförmigen Kontaktierung zwischen einem Verbindungselement und dem Fügepartner, da somit mehrere Schweißstellen pro Kontaktelement vorliegen beziehungsweise erzeugt werden können, wodurch ein Querschnitt einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem Verbindungselement und dem Fügepartner erhöht wird. In a further development, the contact element of the connecting element can have a plurality of curved bearing surfaces. The support surfaces are in particular spatially separated or spaced from one another. This is particularly advantageous if no main curvature is zero, i.e. in the case of point-like contact between a connecting element and the joining partner, since several welds per contact element can thus be present or created, whereby a cross-section of a material connection between the connecting element and the joining partner is increased.
In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst das Verbindungselement wenigstens ein weiteres Kontaktelement, wobei das weitere Kontaktelement eine ebene oder gekrümmte Auflagefläche aufweisen kann und zwischen den Kontaktelementen ein Zwischenelement angeordnet ist. Dadurch resultiert der Vorteil, dass das Verbindungselement zwei Fügepartner elektrisch miteinander verbinden kann, wobei an dem ebenen Kontaktelement das Verbindungselement gerade angelegt beziehungsweise mit dem weiteren Fügepartner gerade und flächig kontaktiert und im Überlappstoß verschweißt werden kann. Das Kontaktelement mit der gekrümmten Auflagefläche sorgt ferner für einen Ausgleich eines Höhenversatzes und/oder eines seitlichen Versatzes und/oder eines Winkelversatzes und/oder einer Verdrehung zwischen dem Verbindungselement und dem Fügepartner beziehungsweise dem Fügepartner und dem weiteren Fügepartner, wodurch sowohl am Kontaktelement mit der gekrümmten Auflagefläche als auch am ebenen Kontaktelement zuverlässig eine stoffschlüssige Verbindung beziehungsweise eine Schweißnaht im Überlappstoß erzeugt werden kann. Das Zwischenelement weist insbesondere wenigstens einen Federbereich auf. Gegebenenfalls auftretende mechanische Spannungen, beispielsweise durch Biegung, werden vorteilhafterweise durch den optionalen Federbereich aufgenommen, so dass mechanische Spannungen an der stofflichen Verbindung beziehungsweise der Schweißnaht zumindest reduziert werden. In a preferred embodiment, the connecting element comprises at least one further contact element, wherein the further contact element can have a flat or curved support surface and an intermediate element is arranged between the contact elements. This results in the advantage that the connecting element can electrically connect two joining partners to one another, with the planar contact element the connecting element can just be applied or contacted with the other joining partner straight and flat and welded in the lap joint. The contact element with the curved support surface also compensates for a height offset and / or a lateral offset and / or an angular offset and / or a rotation between the connecting element and the joining partner or the joining partner and the other joining partner, whereby both the contact element with the curved Support surface as well as on the flat contact element, a material connection or a weld seam can be reliably produced in the lap joint. The intermediate element has in particular at least one spring area. Any mechanical stresses that may arise, for example due to bending, are advantageously absorbed by the optional spring area, so that mechanical stresses on the material connection or the weld seam are at least reduced.
Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Vorrichtung, beispielsweise ein Batteriemodul, einen Inverter oder ein Steuergerät beziehungsweise eine Recheneinheit, insbesondere eine Leistungselektronik. Die Vorrichtung weist im Betrieb insbesondere einen hohen Stromfluss in den elektrischen Verbindungen auf. Die Vorrichtung umfasst einen Fügepartner, beispielsweise eine Batteriezelle. Die Vorrichtung umfasst ferner das erfindungsgemäße Verbindungselement, wobei der Fügepartner und das Verbindungselement an wenigstens einer gekrümmten Auflagefläche eines Kontaktelements des Verbindungselements stofflich miteinander verbunden sind. The invention also relates to a device, for example a battery module, an inverter or a control device or a computing unit, in particular power electronics. In operation, the device has, in particular, a high flow of current in the electrical connections. The device comprises a joining partner, for example a battery cell. The device further comprises the connecting element according to the invention, the joining partner and the connecting element being materially connected to one another on at least one curved bearing surface of a contact element of the connecting element.
In einer alternativen Ausgestaltung weist eine Komponente, beispielsweise eine Batteriezelle oder ein Kondensator oder ein Steuergerät, vorteilhafterweise das erfindungsgemäße Verbindungselement auf. Der Fügepartner umfasst in dieser Ausgestaltung beispielsweise eine elektrisch leitfähige Aluminium- oder Kupferlegierung, beispielsweise ist der Fügepartner ein Anschlusselement mit planen elektrischen Anschlusskontakten, welche mit der gekrümmten Auflagefläche des Kontaktelements des Verbindungselements stofflich miteinander verbunden sind. In an alternative embodiment, a component, for example a battery cell or a capacitor or a control device, advantageously has the connecting element according to the invention. In this embodiment, the joining partner comprises, for example, an electrically conductive aluminum or copper alloy, for example the joining partner is a connection element with planar electrical connection contacts, which are materially connected to one another with the curved contact surface of the contact element of the connection element.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung einer stofflichen Verbindung.The invention also relates to a method for producing a material compound.
In einem Schritt des Verfahrens wird eine Bereitstellung des Fügepartners durchgeführt, beispielsweise einer Batteriezelle. Bevorzugt werden mindestens zwei Fügepartner bereitgestellt, beispielsweise zwei Batteriezellen, welche insbesondere in einem Batteriemodul mittels des Verbindungselements elektrisch miteinander in Reihe verschaltet oder parallel verschaltet werden sollen. In einem weiteren Schritt wird das erfindungsgemäße Verbindungselement bereitgestellt. Anschließend werden in einem Schritt des Verfahrens der Fügepartner und das Verbindungselements an dem Kontaktelement mittels der wenigstens einen gekrümmten Auflagefläche kontaktiert, insbesondere unmittelbar und/oder durch Überlappstoß. Bei der Kontaktierung liegt die Tangentialfläche der Krümmung der Auflagefläche auf der zum Fügepartner hin gerichteten Seite der Auflagefläche, so dass zumindest eine punktförmige und/oder linienförmige Kontaktierung zwischen dem Fügepartner und dem Verbindungselement resultiert. Anschließend wird in einem weiteren Schritt des Verfahrens eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Verbindungselement und dem Fügepartner im Bereich der zumindest einen punktförmigen und/oder linienförmigen Kontaktierung erzeugt, insbesondere mittels Laserstrahlschweißen und/oder Ultraschallschweißen. Vorteilhafterweise wird die stoffliche Verbindung zwischen dem Verbindungselement und dem Fügepartner mittels eines Laserstrahls mit einer Wellenlänge im grünen Spektralbereich beziehungsweise mit einer Wellenlänge zwischen ca. 500 Nanometer bis ca. 550 Nanometer erzeugt. Durch das Verfahren resultiert der Vorteil, dass eine zuverlässige Kontaktierung auch bei einem Höhenversatz und/oder einem seitlichen Versatz des wenigstens einen Fügepartners erfolgt, wobei der resultierende Fügespalt im Bereich der punktförmigen und/oder linienförmigen Kontaktierung ausreichend klein zur zuverlässigen Erzeugung einer mechanisch und thermisch stabilen stoffschlüssigen Verbindung zur Bildung einer langlebigen und vibrationsstabilen elektrischen Verbindung ist. In one step of the method, the joining partner, for example a battery cell, is provided. At least two joining partners are preferably provided, for example two battery cells, which in particular are electrically connected to one another in series in a battery module by means of the connecting element or should be connected in parallel. In a further step, the connecting element according to the invention is provided. Then, in a step of the method, the joining partner and the connecting element are contacted on the contact element by means of the at least one curved support surface, in particular directly and / or by means of an overlap joint. When making contact, the tangential surface of the curvature of the bearing surface lies on the side of the bearing surface directed towards the joining partner, so that at least one point-like and / or linear contacting between the joining partner and the connecting element results. In a further step of the method, a material connection between the connecting element and the joining partner is then produced in the region of the at least one point and / or line contact, in particular by means of laser beam welding and / or ultrasonic welding. The material connection between the connecting element and the joining partner is advantageously produced by means of a laser beam with a wavelength in the green spectral range or with a wavelength between approx. 500 nanometers to approx. 550 nanometers. The method results in the advantage that reliable contacting also takes place in the event of a height offset and / or a lateral offset of the at least one joining partner, the resulting joining gap in the area of the point-like and / or linear contacting being sufficiently small to reliably generate a mechanically and thermally stable one integral connection to form a durable and vibration-stable electrical connection.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vor der Erzeugung der stoffschlüssigen Verbindung eine Positionierung eines Laserstrahls zum Laserstrahlschweißen in Abhängigkeit einer an der gegenüber der Auflagefläche liegenden Seite des Kontaktelements vorliegenden Markierung durchgeführt, insbesondere wird die Markierung in einem mittels einer Kamera erfassten Kamerabild erkannt, wobei das Kamerabild vorteilhafterweise die gegenüber der Auflagefläche liegende Seite des Verbindungselements mit der Markierung abbildet. Durch diese Ausgestaltung kann der Laserstrahl besonders gut positioniert und die resultierende Schweißnaht beziehungsweise der Energieeintrag zum Verschweißen verkleinert werden. Es resultiert vorteilhafterweise zuverlässig die thermisch und mechanisch stabile stoffliche Verbindung zwischen dem Fügepartner und dem Verbindungselement. In a further embodiment of the invention, before the material connection is produced, a laser beam for laser beam welding is positioned as a function of a marking on the side of the contact element opposite the contact surface; in particular, the marking is recognized in a camera image captured by a camera, the The camera image advantageously depicts the side of the connecting element with the marking that is opposite the support surface. With this configuration, the laser beam can be positioned particularly well and the resulting weld seam or the energy input for welding can be reduced. The thermally and mechanically stable material connection between the joining partner and the connecting element advantageously results reliably.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezug zu den Figuren. Figur 1: Darstellung eines Fügespalts bei geradem Verbindungselement und Höhenversatz zwischen zwei Fügepartnern. Further advantages emerge from the following description of exemplary embodiments with reference to the figures. Figure 1: Representation of a joint gap with a straight connecting element and height offset between two joint partners.
Figur 2a: Fügespalt bei geradem Verbindungselement Figure 2a: joint gap with a straight connecting element
Figur 2b: Fügespalts bei Verbindungselement mit gekrümmter Auflagefläche FIG. 2b: Joint gap in the case of a connecting element with a curved support surface
Figur 3: Verbindungselement mit zwei Kontaktelementen mit gekrümmter Auflagefläche bei Höhenversatz zwischen Fügepartnern Figure 3: Connection element with two contact elements with a curved support surface with a height offset between the joining partners
Figur 4: Ablaufdiagramm des Verfahrens als Blockschaltbild FIG. 4: Flow diagram of the method as a block diagram
Ausführungsbeispiele Embodiments
In Figur 1 ist ein gerades Verbindungselement 10 gemäß dem Stand der Technik ohne gekrümmte Auflagefläche dargestellt, wobei das Verbindungselement 10 einen ersten Fügepartner 20 im ersten Kontaktbereich 40 und einen zum ersten Fügepartner höhenversetzten zweiten Fügepartner 30 im zweiten Kontaktbereich 60 kontaktiert. Aufgrund des Höhenversatzes 90 zwischen dem ersten Fügepartner 20 und dem zweiten Fügepartner 30 resultiert ein erster Fügespalt 50 zwischen dem ersten Fügepartner 20 und dem Verbindungselement 10 mit einer von der Kontaktierung 40 weg gerichteten ansteigenden Fügespalthöhe 51 und 52 und ein zweiter Fügespalt 70 zwischen dem zweiten Fügepartner 30 und dem Verbindungselement 10 mit einer von der Kontaktierung 60 weg gerichteten ansteigenden Fügespalthöhe 71 und 72. Die zur Erzeugung einer stofflichen Verbindung relativ großen Fügespalthöhen 51, 52, 71 und 72 in bereits geringer Entfernung zur jeweiligen Kontaktierung 40 beziehungsweise 60 resultieren, da das Verbindungselement 10 aufgrund seiner Dicke 80 auch beim Anlegen einer Anpresskraft F nur gering oder kaum gebogen wird. Durch diese relativ großen Fügespalthöhen 51, 52, 71 und 72 in bereits geringer Entfernung zur jeweiligen Kontaktierung 40 beziehungsweise 60 wird eine Erzeugung einer stofflichen Verbindung beziehungsweise einer Schweißnaht zwischen dem Verbindungselement und dem jeweiligen Fügepartner erschwert. Die Dicke 80 lässt sich aufgrund des geforderten Leiterquerschnittes in Hochstromanwendungen nicht ausreichend reduzieren um das beschriebene technische Problem einer zum Verschweißen zu geringeren Höhe des Fügespalts zu lösen. Damit resultieren im Stand der Technik bei dem in Figur 1 dargestellten reinem Höhenversatz 90, dreidimensional betrachtet, für ein gerades Verbindungselement Auflagelinien beziehungsweise Kontaktierungen 40 beziehungsweise 60 mit angrenzenden großen Fügespalthöhen 51, 52 beziehungsweise 71, 72, welche sich kaum oder nicht zur zuverlässigen Erzeugung einer stofflichen Verbindung zwischen dem jeweiligen Fügepartner 20 oder 30 und dem Verbindungselement 10 eignen. Mit anderen Worten sind die resultierenden Fügespalthöhen 50, 51, 70 und 71 durch die erste Kontaktierung 40 und die zweite Kontaktierung 60 im Stand der Technik zu groß um einen für hohe Ströme ausreichend großen Querschnitt einer stofflichen Verbindung des ersten Fügepartners 20 beziehungsweise zweiten Fügepartners 30 zum Verbindungselement 10 zu erzeugen und/oder zuverlässig eine mechanisch und/oder thermisch stabile stoffliche Verbindung zwischen dem ersten beziehungsweise zweiten Fügepartner 20, 30 und dem Verbindungselement 10 zu erzeugen. In Figure 1, a straight connecting element 10 according to the prior art is shown without a curved support surface, the connecting element 10 contacting a first joining partner 20 in the first contact area 40 and a second joining partner 30 offset in height from the first joining partner in the second contact area 60. Due to the height offset 90 between the first joining partner 20 and the second joining partner 30, a first joining gap 50 results between the first joining partner 20 and the connecting element 10 with an increasing joining gap height 51 and 52 directed away from the contact 40 and a second joining gap 70 between the second joining partner 30 and the connecting element 10 with an increasing joint gap height 71 and 72 directed away from the contacting 60. The joint gap heights 51, 52, 71 and 72, which are relatively large for creating a material connection, result even at a short distance from the respective contacting 40 and 60, since the connecting element 10 is only slightly or hardly bent due to its thickness 80 even when a contact force F is applied. These relatively large joint gap heights 51, 52, 71 and 72 at a short distance from the respective contact 40 or 60 respectively make it more difficult to produce a material connection or a weld seam between the connecting element and the respective joint partner. Due to the required conductor cross-section, the thickness 80 cannot be sufficiently reduced in high-current applications in order to solve the described technical problem of a joint gap that is too small for welding. In the prior art, this results in the pure height offset 90 shown in FIG. 1, viewed three-dimensionally, for a straight connecting element support lines or contacts 40 or 60 with adjacent large joint gap heights 51, 52 or 71, 72, which are hardly or not suitable for reliably creating a material connection between the respective joining partner 20 or 30 and the connecting element 10. In other words, the resulting joint gap heights 50, 51, 70 and 71 due to the first contact 40 and the second contact 60 in the prior art are too large for a material connection of the first joint partner 20 or second joint partner 30 to have a sufficiently large cross section for high currents To generate connecting element 10 and / or to reliably generate a mechanically and / or thermally stable material connection between the first or second joining partner 20, 30 and the connecting element 10.
In Figur 2a ist gegenüber Figur 1 der Fügespalt 50 des Standes der Technik vergrößert dargestellt. In einem Abstand 55 von beispielsweise 2,681 Millimeter von der Kontaktierung 40 resultiert ein Fügespalt 50 mit beispielsweise einer Fügespalthöhe 51 von 0,352 Millimeter, wobei diese Fügespalthöhe 51 in diesem Abstand 55 als nicht ausreichend klein beziehungsweise das Verhältnis aus Abstand zu Fügespalthöhe als zu hoch zur zuverlässigen Erzeugung einer thermisch und/oder mechanisch stabilen stofflichen Verbindung bewertet wird und/oder wodurch ein resultierender Schweißnahtquerschnitt einer resultierenden stofflichen Verbindung beziehungsweise einer Schweißnaht zwischen dem Verbindungselement 10 und dem Fügepartner 20 nicht ausreichend groß ist, um einen hohen Strom mit ausreichend niedrigem ohmschen Widerstand elektrisch zu leiten. In Figure 2a, compared to Figure 1, the joint gap 50 of the prior art is shown enlarged. At a distance 55 of, for example, 2.681 millimeters from the contact 40, a joint gap 50 results with a joint gap height 51 of 0.352 millimeters, for example, this joint gap height 51 at this distance 55 being not sufficiently small or the ratio of the distance to the joint gap height being too high for reliable generation a thermally and / or mechanically stable material connection is evaluated and / or whereby a resulting weld seam cross-section of a resulting material connection or a weld seam between the connecting element 10 and the joining partner 20 is not sufficiently large to conduct a high current with a sufficiently low ohmic resistance electrically .
In Figur 2b ist ein Verbindungselement 100 in Kontakt mit einem Fügepartner 190 dargestellt, wobei das Verbindungselement 100 den Fügepartner 190 mittels einer gekrümmten Auflagefläche 120 eines Kontaktelements 110 mechanisch im Kontaktbereich 140 kontaktiert. Die Krümmung ist dabei zur Kontaktierung 140 hin geformt beziehungsweise gerichtet. Mit anderen Worten weist die Krümmung der Auflagefläche 120 des Verbindungselements 100 in jedem Punkt der Auflagefläche 120 des Kontaktelements 110 eine Tangentialebene 130 auf der zum Fügepartner 190 hin gerichteten Seite 101 des Verbindungselements 100 auf. Wenigstens eine Hauptkrümmung der Krümmung der Auflagefläche 120 weist einen ersten Radius 121 auf. Mittels der gekrümmten Auflagefläche ist das Verbindungselement dazu eingerichtet, bei einer Kontaktierung 140 zumindest einen Höhen- und/oder Winkelversatz zwischen dem Kontaktelement 110 und dem Fügepartner 190 auszugleichen. Durch die Kontaktierung 140 zwischen dem Kontaktelement 110 und dem Fügepartner 190 resultiert ferner in einem Abstand 155 mit einem Betrag kleiner oder gleich der Dicke 103 des Verbindungselements 100 ein Fügespalt 170 mit einer Fügespalthöhe 171 von höchstens einem Fünftel der Dicke 103 des Verbindungselements. Dadurch ist das Verbindungselement 100 mittels des Kontaktelements 110 mit der gekrümmten Auflagefläche 120 dazu eingerichtet ist, mit dem Fügepartner 190 verschweißt zu werden. Ein Betrag des ersten Radius 121 ist vorzugsweise wenigstens fünfmal größer als die Dicke 103 des Verbindungselements 100 im Bereich des Kontaktelements 110, bevorzugt ist der erste Radius 121 im Wesentlichen hundertmal größer als die Dicke 103 des Verbindungselements 100 im Bereich des Kontaktelements 110. Das Verbindungselement weist einen blech- bzw. plattenförmigen Querschnitt mit einer Hauptausdehnungsrichtung in Längsrichtung 199 auf. Mit anderen Worten weist das Verbindungselement 100 eine Breite und eine Länge auf, welche jeweils den Betrag der Dicke 103 des Verbindungselements 100 um den Faktor fünf übersteigen. Das Kontaktelement 110 ist mittels der gekrümmten Auflagefläche 120 dazu eingerichtet, einen Positionierungsversatz beziehungsweise einen Winkelversatz, insbesondere in der Höhe, und/oder eine Verdrehung zwischen dem Kontaktelement 110 und dem Fügepartner 190 auszugleichen, wobei im Bereich der Kontaktierung 140 durch die gekrümmte Auflagefläche 120 des Kontaktelements 110 eine geringe Fügespalthöhe 171 des Fügespalts 170 resultiert. Auf der zur Auflagefläche 120 gegenüberliegenden Seite 102 des Verbindungselements 120 kann eine optionale Markierung angeordnet sein, welche beispielsweise eine Positionierung oder einen Positionierungsbereich für einen Laserstrahl zum Laserstrahlschweißen kennzeichnet. FIG. 2b shows a connecting element 100 in contact with a joining partner 190, the connecting element 100 making mechanical contact with the joining partner 190 in the contact area 140 by means of a curved support surface 120 of a contact element 110. The curvature is shaped or directed towards contacting 140. In other words, the curvature of the bearing surface 120 of the connecting element 100 at each point of the bearing surface 120 of the contact element 110 has a tangential plane 130 on the side 101 of the connecting element 100 directed towards the joining partner 190. At least one main curvature of the curvature of the support surface 120 has a first radius 121. By means of the curved support surface, the connecting element is set up to provide at least one height and / or angular offset between the contact element 110 and the joining partner when making contact 140 190 balance. The contact 140 between the contact element 110 and the joining partner 190 also results in a gap 155 with an amount less than or equal to the thickness 103 of the connecting element 100, a joint gap 170 with a joint gap height 171 of at most one fifth of the thickness 103 of the connecting element. As a result, the connecting element 100 is set up by means of the contact element 110 with the curved support surface 120 to be welded to the joining partner 190. An amount of the first radius 121 is preferably at least five times greater than the thickness 103 of the connecting element 100 in the area of the contact element 110; the first radius 121 is preferably essentially a hundred times greater than the thickness 103 of the connecting element 100 in the area of the contact element 110 a sheet-metal or plate-shaped cross section with a main direction of extent in the longitudinal direction 199. In other words, the connecting element 100 has a width and a length which in each case exceed the amount of the thickness 103 of the connecting element 100 by a factor of five. The contact element 110 is set up by means of the curved support surface 120 to compensate for a positioning offset or an angular offset, in particular in height, and / or a rotation between the contact element 110 and the joining partner 190, whereby in the area of the contact 140 through the curved support surface 120 des Contact element 110 results in a small joint gap height 171 of the joint gap 170. On the side 102 of the connecting element 120 opposite to the support surface 120, an optional marking can be arranged which, for example, identifies a positioning or a positioning area for a laser beam for laser beam welding.
In Figur 3 ist ein Querschnitt des Verbindungselements 300 im Kontakt mit einem ersten Fügepartner 390 dargestellt, wobei die Kontaktierung 340 des Fügepartners 390 mittels eines Kontaktelements 310 des Verbindungselements 300 erfolgt. Das Kontaktelement 310 weist eine gekrümmte Auflagefläche 320 auf und die Kontaktierung 340 erfolgt an beziehungsweise mittels dieser gekrümmten Auflagefläche 320. Das Verbindungselement 300 weist ferner einen Kontakt mit einem zweiten Fügepartner 391 auf. Die Kontaktierung 341 des zweiten Fügepartners 391 erfolgt mittels eines weiteren Kontaktelements 311 des Verbindungselements 300, wobei das Kontaktelement 311 eine gekrümmter Auflagefläche 321 aufweist und die Kontaktierung 341 an dieser gekrümmten Auflagefläche 321 erfolgt. Jede Krümmung der jeweiligen Auflagefläche 320, 321 kann grundsätzlich zwei Hauptkrümmungen aufweisen. Beispielsweise entspricht der Querschnitt aus Figur 3 einer x- y-Ebene. Die Tangentialebene der Krümmung der Auflagefläche 320 des Kontaktelements 310 liegt beispielsweise an einem Punkt der Krümmung in der z-x-Ebene, siehe Figur 3. Der Normalenvektor der Tangentialebene 330 verläuft nun in y-Richtung und spannt mit jeder in der Tangentialrichtung vorliegenden Richtung eine Schnittebene auf. Die Hauptkrümmungsrichtungen, d.h. ein minimaler oder maximaler Betrag einer ebenen Krümmung in der jeweiligen Schnittebene am Schnittpunkt, können dabei bevorzugt in x- Richtung sowie in z-Richtung liegen, wobei ein jeweiliger Radius zur jeweiligen Hauptkrümmung bevorzugt mindestens fünfmal größer als die Dicke 303 des Verbindungselements 300 im Bereich des Kontaktelements 310, 311 ist. Mit anderen Worten ist, falls beide Hauptkrümmungen der Krümmung der jeweiligen Auflagefläche 320, 321 größer sind als Null, der Krümmungsradius beziehungsweise die Hauptkrümmung jeweils fünfmal größer als die Dicke 103, 303 des Verbindungselements 100, 300 im Bereich des Kontaktelements 110, 310, 311. Für zumindest einen Teilbereich der Auflagefläche 120 können in jedem Punkt die beiden Hauptkrümmungen übereinstimmen, so dass für diesen Teilbereich die Krümmung der Auflagefläche insbesondere einem Bereich einer Kugeloberfläche entspricht. Die Krümmung kann in jedem Punkt der Auflagefläche 120, 320, 321 in der Hauptkrümmungsrichtung, beispielsweise in x-Richtung oder in z-Richtung, siehe Figur 3, ferner den Betrag Null aufweisen, so dass beispielsweise in x-Richtung oder in z- Richtung keine Krümmung vorliegt beziehungsweise die Krümmung der Auflagefläche in x- Richtung oder in z-Ausdehnungsrichtung gerade ist. Liegt in einer Richtung eine Krümmung mit Betrag gleich Null vor, so erfolgt eine Kontaktierung zwischen dem Verbindungselement und dem jeweiligen Fügepartner linienförmig. Liegen zwei Hauptkrümmungen mit Betrag größer Null vor, erfolgt die Kontaktierung zwischen dem Verbindungselement und dem jeweiligen Fügepartner punktförmig. Durch die gekrümmte Auflagefläche 320 beziehungsweise 321 des Kontaktelements 310 beziehungsweise 311 des Verbindungselements 300 resultiert jeweils ein Fügespalt 370 beziehungsweise 375 im Bereich der Kontaktierung 340 oder 341 mit einer geringen Fügespalthöhe 371 beziehungsweise 376. Durch die Kontaktierungen 340 und 341 an beziehungsweise mittels der gekrümmten Auflageflächen 320 und 321 resultieren geringe Fügespalthöhen 371 beziehungsweise 376, so dass das Verbindungselement 300 dazu eingerichtet ist, trotz eines Höhenversatzes 399 zwischen einer Oberfläche des ersten und zweiten Fügepartners 390, 391 zuverlässig mit dem ersten Fügepartner 390 und dem zweiten Fügepartner 391 stoffschlüssig verbunden beziehungsweise verschweißt zu werden. Die an den Kontaktierungen 340 beziehungsweise 341 mittels Laserstrahlschweißen erzeugten stoffschlüssigen Verbindungen beziehungsweise Schweißnähte sind thermisch und mechanisch stabil. In einer Weiterbildung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass das Verbindungselement ein Kontaktelement mit mehreren gekrümmte Auflageflächen aufweist, welche jeweils dazu eingerichtet sind, den gleichen Fügepartner zu kontaktieren. Alternativ kann es vorgesehen sein, dass das Verbindungselement mehrere Kontaktelemente mit jeweils mindestens einer gekrümmten Auflagefläche aufweist, wobei mindestens zwei Kontaktelemente jeweils dazu eingerichtet sind, den gleichen Fügepartner zu kontaktieren. FIG. 3 shows a cross section of the connecting element 300 in contact with a first joining partner 390, the contacting 340 of the joining partner 390 taking place by means of a contact element 310 of the connecting element 300. The contact element 310 has a curved bearing surface 320 and the contacting 340 takes place on or by means of this curved bearing surface 320. The connecting element 300 also has contact with a second joining partner 391. The contacting 341 of the second joining partner 391 takes place by means of a further contact element 311 of the connecting element 300, the contact element 311 having a curved bearing surface 321 and the contacting 341 taking place on this curved bearing surface 321. Each curvature of the respective support surface 320, 321 can in principle have two main curvatures. For example, the cross section from FIG. 3 corresponds to an x-y plane. The tangential plane of the curvature of the bearing surface 320 of the contact element 310 lies, for example, at a point of the curvature in the zx plane, see FIG The normal vector of the tangential plane 330 now runs in the y direction and spans a cutting plane with each direction present in the tangential direction. The main directions of curvature, ie a minimum or maximum amount of a flat curvature in the respective cutting plane at the point of intersection, can preferably lie in the x-direction as well as in the z-direction, with a respective radius for the respective main curvature preferably at least five times greater than the thickness 303 of the connecting element 300 is in the area of the contact element 310, 311. In other words, if both main curvatures of the curvature of the respective bearing surface 320, 321 are greater than zero, the radius of curvature or the main curvature is five times greater than the thickness 103, 303 of the connecting element 100, 300 in the area of the contact element 110, 310, 311. For at least a partial area of the support surface 120, the two main curvatures can coincide at each point, so that for this partial area the curvature of the support surface corresponds in particular to an area of a spherical surface. The curvature can also have the amount zero at any point of the support surface 120, 320, 321 in the main direction of curvature, for example in the x direction or in the z direction, see FIG. 3, so that for example in the x direction or in the z direction there is no curvature or the curvature of the support surface is straight in the x direction or in the z extension direction. If there is a curvature with an amount equal to zero in one direction, contact is made linearly between the connecting element and the respective joining partner. If there are two main curvatures with a magnitude greater than zero, the contact between the connecting element and the respective joining partner is point-like. The curved contact surface 320 or 321 of the contact element 310 or 311 of the connecting element 300 results in a joint gap 370 or 375 in the area of the contact 340 or 341 with a small joint gap height 371 or 376. The contacts 340 and 341 on or by means of the curved contact surfaces 320 and 321 result in small joint gap heights 371 or 376, so that the connecting element 300 is set up to be reliably connected or welded to the first joint partner 390 and the second joint partner 391 despite a height offset 399 between a surface of the first and second joint partner 390, 391 . The cohesive connections or weld seams produced at the contacts 340 and 341 by means of laser beam welding are thermally and mechanically stable. In a further development of the invention, it can be provided that the connecting element has a contact element with a plurality of curved contact surfaces, which are each set up to contact the same joining partner. Alternatively, it can be provided that the connecting element has a plurality of contact elements each with at least one curved contact surface, at least two contact elements each being set up to contact the same joining partner.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass das Verbindungselement wenigstens ein weiteres ebenes Kontaktelement umfasst. Zwischen dem Kontaktelement mit der gekrümmten Auflagefläche und dem ebenen Kontaktelement kann ein Zwischenelement angeordnet sein, wobei das Zwischenelement wenigstens einen Federbereich umfasst. It can further be provided that the connecting element comprises at least one further planar contact element. An intermediate element can be arranged between the contact element with the curved support surface and the planar contact element, the intermediate element comprising at least one spring area.
In Figur 4 ist ein Ablauf des Verfahrens zur Herstellung einer stofflichen Verbindung als Blockdiagramm schematisch dargestellt. In einem Schritt 410 wird ein Fügepartner 190, 390, 391 bereitgestellt. In einem weiteren Schritt erfolgt eine Bereitstellung 420 des erfindungsgemäßen Verbindungselements 100, 300. Anschließend erfolgt eine Kontaktierung 430 des Fügepartners 190, 390, 391 und des Verbindungselements 100, 300 an dem Kontaktelement 110, 310, 311 mittels der wenigstens einen gekrümmten Auflagefläche 120, 320, 321. Dies erfolgt insbesondere durch Überlappstoß, wobei eine Tangentialfläche 130, 330 der Krümmung der Auflagefläche 120, 320, 321 auf der zum Fügepartner 190, 390, 391 hin gerichteten Seite der Auflagefläche 120, 320, 321 liegt. Dadurch wird zumindest eine punktförmige und/oder linienförmige Kontaktierung 140, 340, 341 zwischen dem Fügepartner 190, 390, 391 und dem Verbindungselement 100, 300 erzeugt. Vorzugsweise resultiert durch die Kontaktierung 140, 340, 341 ein Fügespalt 170, 370, 375 zwischen dem Fügepartner 190 und dem Verbindungselement 100, 300, welcher eine Fügespalthöhe 171, 371,In Figure 4, a sequence of the method for producing a material connection is shown schematically as a block diagram. In a step 410, a joining partner 190, 390, 391 is provided. In a further step, the connection element 100, 300 according to the invention is provided 420. Subsequently, contacting 430 of the joining partner 190, 390, 391 and the connection element 100, 300 on the contact element 110, 310, 311 takes place by means of the at least one curved support surface 120, 320 , 321. This takes place in particular by means of a lap joint, with a tangential surface 130, 330 of the curvature of the bearing surface 120, 320, 321 lying on the side of the bearing surface 120, 320, 321 directed towards the joining partner 190, 390, 391. As a result, at least one point-shaped and / or line-shaped contact 140, 340, 341 is produced between the joining partner 190, 390, 391 and the connecting element 100, 300. The contacting 140, 340, 341 preferably results in a joint gap 170, 370, 375 between the joint partner 190 and the connecting element 100, 300, which has a joint gap height 171, 371,
376 im Abstand von 1 Millimeter von der punktförmigen oder linienförmigen Kontaktierung 140, 340, 341 kleiner oder gleich 0,1 Millimeter aufweist. Im optionalen Schritt 440 wird eine Positionierung eines Laserstrahls zum Laserstrahlschweißen in Abhängigkeit einer an der gegenüber der Auflagefläche 120, 320, 321 liegenden Seite des Kontaktelements 110, 310, 311 angeordneten Markierung durchgeführt. Danach wird im Schritt 450 eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Verbindungs element 100, 300 und dem Fügepartner 190, 390, 391 im Bereich der zumindest einen punktförmigen und/oder linienförmigen Kontaktierung 140, 340, 341 erzeugt. 376 at a distance of 1 millimeter from the punctiform or linear contact 140, 340, 341 less than or equal to 0.1 millimeter. In optional step 440, a laser beam for laser beam welding is positioned as a function of a marking arranged on the side of the contact element 110, 310, 311 lying opposite the support surface 120, 320, 321. Thereafter, in step 450, an integral connection between the connection element 100, 300 and the joining partner 190, 390, 391 is produced in the area of the at least one point and / or line contact 140, 340, 341.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Verbindungselement (100, 300), aufweisend wenigstens ein metallisches Material, wobei das Verbindungselement (100, 300) mindestens ein Kontaktelement (110, 310, 311) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass 1. Connecting element (100, 300), comprising at least one metallic material, wherein the connecting element (100, 300) comprises at least one contact element (110, 310, 311), characterized in that
• das Kontaktelement (110, 310, 311) mittels einer gekrümmten Auflagefläche (120, 320, 321) dazu eingerichtet ist, i. einen Fügepartner (190, 390, 391) zu kontaktieren, wobei in jedem Punkt der Auflagefläche (120, 320, 321) eine Tangentialfläche (130, 330) der Krümmung auf der zum Fügepartner (190, 390, 391) hin gerichteten Seite des Verbindungselements (100, 300) liegt, und ii. in einem Abstand (155) von der Kontaktierung (140, 340, 341) mit einem Betrag kleiner oder gleich der Dicke (103, 303) des Verbindungselements (100, 300) einen Fügespalt (170, 370, 375) mit einer Fügespalthöhe (171,• the contact element (110, 310, 311) is set up by means of a curved support surface (120, 320, 321), i. to contact a joining partner (190, 390, 391), with a tangential surface (130, 330) of the curvature on the side of the connecting element directed towards the joining partner (190, 390, 391) at each point of the bearing surface (120, 320, 321) (100, 300), and ii. At a distance (155) from the contact (140, 340, 341) with an amount less than or equal to the thickness (103, 303) of the connecting element (100, 300), a joint gap (170, 370, 375) with a joint gap height (171 ,
371, 376) von höchstens einem Fünftel der Dicke (103,303) des Verbindungselements (100, 300) zu erzeugen. 371, 376) of at most one fifth of the thickness (103,303) of the connecting element (100, 300).
2. Verbindungselement (100, 300) nach Anspruch 1, wobei wenigstens eine der Hauptkrümmungen der Krümmung der Auflagefläche (120, 320, 321) einen Radius (121) mit einem Betrag wenigstens größer als der Dicke (103, 303) des Verbindungselements (100, 300) im Bereich des Kontaktelements (110, 310, 311) aufweist. 2. Connecting element (100, 300) according to claim 1, wherein at least one of the main curvatures of the curvature of the bearing surface (120, 320, 321) has a radius (121) with an amount at least greater than the thickness (103, 303) of the connecting element (100 , 300) in the area of the contact element (110, 310, 311).
3. Verbindungselement (100, 300) nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine der Hauptkrümmungen in jedem Punkt der Auflagefläche (120, 320, 321) den Betrag Null aufweist, so dass die Krümmung der Auflagefläche (120, 320, 321) insbesondere in zumindest einer Ausdehnungsrichtung gerade ist. 3. Connecting element (100, 300) according to claim 1 or 2, wherein one of the main curvatures in each point of the bearing surface (120, 320, 321) has the amount zero, so that the curvature of the bearing surface (120, 320, 321) in particular in at least one extension direction is straight.
4. Verbindungselement (100, 300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest für einen Teilbereich der Auflagefläche (120, 320, 321) in jedem Punkt die beiden Hauptkrümmungen übereinstimmen, so dass ein Teilbereich der Krümmung der Auflagefläche (120, 320, 321) insbesondere einem Bereich einer Kugeloberfläche entspricht. 4. Connecting element (100, 300) according to one of the preceding claims, wherein the two main curvatures coincide at each point for at least a portion of the bearing surface (120, 320, 321), so that a portion of the curvature of the bearing surface (120, 320, 321 ) corresponds in particular to an area of a spherical surface.
5. Verbindungselement (100, 300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verbindungselement (100, 300) an der gegenüber der Auflagefläche (120, 320, 321) liegenden Seite des Kontaktelements (110, 310, 311) eine Markierung aufweist, wobei die Markierung dazu eingerichtet ist, eine Positionierung und/oder einen Positionierungsbereich eines Laserstrahls zum zuverlässigen Laserschweißen des Verbindungselements (100, 300) mit einem Fügepartner (190, 390, 391) zu kennzeichnen. 5. Connecting element (100, 300) according to one of the preceding claims, wherein the connecting element (100, 300) has a marking on the side of the contact element (110, 310, 311) lying opposite the support surface (120, 320, 321), wherein the marking is set up to identify a positioning and / or a positioning area of a laser beam for reliable laser welding of the connecting element (100, 300) with a joining partner (190, 390, 391).
6. Verbindungselement (100, 300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kontaktelement (110, 310, 311) mehrere gekrümmte Auflageflächen (120, 320, 321) aufweist. 6. Connecting element (100, 300) according to one of the preceding claims, wherein the contact element (110, 310, 311) has a plurality of curved bearing surfaces (120, 320, 321).
7. Verbindungselement (100, 300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verbindungselement (100, 300) wenigstens ein weiteres Kontaktelement umfasst, wobei das weitere Kontaktelement eine ebene oder gekrümmte Auflagefläche aufweist und zwischen dem Kontaktelement (110, 310, 311) mit der gekrümmten Auflagefläche (120, 320, 321) und dem weiteren Kontaktelement ein Zwischenelement angeordnet ist, wobei das Zwischenelement insbesondere wenigstens einen Federbereich umfasst. 7. connecting element (100, 300) according to any one of the preceding claims, wherein the connecting element (100, 300) comprises at least one further contact element, wherein the further contact element has a flat or curved support surface and between the contact element (110, 310, 311) with an intermediate element is arranged on the curved support surface (120, 320, 321) and the further contact element, the intermediate element in particular comprising at least one spring area.
8. Vorrichtung, umfassend wenigstens 8. Device comprising at least
• einen Fügepartner (190, 390, 391), • a joining partner (190, 390, 391),
• ein Verbindungselement (100, 300) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, • a connecting element (100, 300) according to one of claims 1 to 7,
• wobei der Fügepartner (190, 390, 391) und das Verbindungselement (100, 300) an wenigstens einer gekrümmten Auflagefläche (120, 320, 321) eines Kontaktelements (110, 310, 311) des Verbindungselements (100, 300) stofflich miteinander verbunden sind. • wherein the joining partner (190, 390, 391) and the connecting element (100, 300) are materially connected to one another on at least one curved bearing surface (120, 320, 321) of a contact element (110, 310, 311) of the connecting element (100, 300) are.
9. Verfahren zur Herstellung einer stofflichen Verbindung, umfassend wenigstens folgende Schritte 9. A method for producing a material compound, comprising at least the following steps
• Bereitstellung (410) eines Fügepartners (190, 390, 391), • Provision (410) of a joining partner (190, 390, 391),
• Bereitstellung (420) eines Verbindungselements (100, 300) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, • provision (420) of a connecting element (100, 300) according to one of claims 1 to 7,
• Kontaktierung (430) des Fügepartners (190, 390, 391) und des Verbindungselements (100, 300) an dem Kontaktelement (110, 310, 311) mittels wenigstens einer gekrümmten Auflagefläche (120, 320, 321), insbesondere durch Überlappstoß, wobei eine Tangentialfläche (130, 330) der Krümmung der Auflagefläche (120, 320, 321) auf der zum Fügepartner (190, 390, 391) hin gerichteten Seite der Auflagefläche (120, 320, 321) liegt, so dass zumindest eine punktförmige und/oder linienförmige Kontaktierung (140, 340, 341) zwischen dem Fügepartner (190, 390, 391) und dem Verbindungselement (100, 300) resultiert, und • Contacting (430) of the joining partner (190, 390, 391) and the connecting element (100, 300) on the contact element (110, 310, 311) by means of at least one curved support surface (120, 320, 321), in particular through Overlap joint, with a tangential surface (130, 330) of the curvature of the bearing surface (120, 320, 321) on the side of the bearing surface (120, 320, 321) directed towards the joint partner (190, 390, 391) so that at least one punctiform and / or linear contacting (140, 340, 341) between the joining partner (190, 390, 391) and the connecting element (100, 300) results, and
• Erzeugung (450) einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem• Creation (450) of a material connection between the
Verbindungselement (100, 300) und dem Fügepartner (190, 390, 391) im Bereich der zumindest einen punktförmigen und/oder linienförmigen Kontaktierung (140, 340, 341). Connecting element (100, 300) and the joining partner (190, 390, 391) in the area of the at least one point-shaped and / or linear contact (140, 340, 341).
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei vor der Erzeugung (450) der stoffschlüssigen10. The method according to claim 9, wherein prior to the generation (450) of the cohesive
Verbindung eine Positionierung (440) eines Laserstrahls zum Laserstrahlschweißen in Abhängigkeit einer an der gegenüber der Auflagefläche (120, 320, 321) liegenden Seite des Kontaktelements (110, 310, 311) angeordneten Markierung erfolgt. Connection, positioning (440) of a laser beam for laser beam welding takes place as a function of a marking arranged on the side of the contact element (110, 310, 311) opposite the support surface (120, 320, 321).
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