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(11) | EP 3 342 008 B1 |
| (12) | EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
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| (54) |
VERFAHREN ZUM HERSTELLEN EINER STECKVERBINDUNG, VERFAHREN ZUM VERSTÄRKEN EINER STECKVERBINDUNG UND VORRICHTUNG METHOD FOR PRODUCING A PLUG CONNECTOR, METHOD FOR AMPLIFYING A PLUG CONNECTOR AND DEVICE PROCÉDÉ DE FABRICATION D'UNE CONNEXION ENFICHABLE, PROCÉDÉ DE RENFORCEMENT D'UNE CONNEXION ENFICHABLE ET DISPOSITIF ASSOCIÉ |
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| Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Steckverbindung, sowie eine damit hergestellte Vorrichtung. Steckverbindungen sind im Einsatz häufig Belastungen wie beispielsweise Vibrationen, Temperaturwechseln oder anderen Einflüssen ausgesetzt, bei welchen eine Verbindungszone zwischen zwei Anschlüssen geschädigt werden kann.
[0002] Bisherige Lösungen beruhen insbesondere auf herkömmlichen Steckverbindungen, welche nach ihrer Herstellung und Ummantelung typischerweise nicht mehr zugänglich sind. Zur Verbindung werden beispielsweise Splice-, Löt-, Schweiß- oder Klebeverbindungen in einem noch nicht verschlossenen Bereich eingesetzt. Bei der letzteren Variante wird insbesondere in einem separaten Schritt eine Verbindungsstelle durch einen Verschlussprozess geschützt, beispielsweise durch Vergießen.
[0003] Bei Vorgehensweisen gemäß dem Stand der Technik - siehe EP1278277 -, hat es sich gezeigt, dass die Belastbarkeit für zahlreiche Anwendungen zu niedrig ist. Außerdem erfordert ein alternativer Verbindungsprozess oder ein nachträglicher Schutz der Verbindungsstelle einen aufwändigen Prozessablauf.
[0004] Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen einer Steckverbindung, sowie eine damit hergestellte Vorrichtung vorzusehen, wobei eine alternative, insbesondere zuverlässigere und/oder einfacher herzustellende Verbindung ausgebildet wird. Dies wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Anspruch 1, sowie eine Vorrichtung nach Anspruch 13 erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen können beispielsweise den jeweiligen Unteransprüchen entnommen werden.
[0005] Der Inhalt der Ansprüche wird durch ausdrückliche Inbezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
[0006] Mittels dieses erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine Steckverbindung hergestellt werden, welche durch die Laserstrahlschweißung besonders zuverlässig und lange haltbar ist. Durch die Verwendung eines zumindest teilweise transparenten Kunststoffmaterials kann die Laserstrahlschweißung durchgeführt werden, wenn die Verbindungszone bereits ummantelt wurde. Separate Verfahrensschritte sind somit nicht nötig.
[0007] Durch die Laserstrahlschweißung kann insbesondere eine Schweißstelle ausgebildet werden, welche das erste Terminal mit dem zweiten Terminal verbindet. Diese Schweißstelle kann Kräfte, welche typischerweise auf die Steckverbindung wirken, aufnehmen und abfangen, so dass es nicht zu schädlichen Einflüssen kommt.
[0008] Durch die Laserstrahlschweißung kann insbesondere eine Mehrzahl von Schweißstellen gebildet werden, insbesondere können zwei Schweißstellen ausgebildet werden. Diese verbinden das erste Terminal mit dem zweiten Terminal.
[0009] Durch die Verwendung von mehreren Schweißstellen kann die Wirkung der Laserstrahlschweißung erhöht werden, da die Kräfte an mehreren Stellen eingeleitet bzw. übertragen werden.
[0010] Das erste Terminal kann insbesondere ein männliches Terminal sein. Das zweite Terminal kann insbesondere ein weibliches Terminal sein. Derartige männliche und weibliche Terminals passen typischerweise ineinander. Die Terminals können insbesondere komplementär zueinander ausgebildet sein.
[0011] Das erste Terminal und/oder das zweite Terminal können auch eine flachzungenartige Struktur aufweisen. Insbesondere in diesem Fall können das erste Terminal und/oder das zweite Terminal eine Aufgleithilfe aufweisen. Dies erleichtert das Zusammenfügen der beiden Terminals.
[0012] Das Verfahren kann gemäß einer Ausführung ferner folgenden Schritt aufweisen:
- Ermitteln eines optimalen Fokuspunkts, auf welchen der Laserstrahl dann fokussiert wird.
[0013] Damit kann vor der Laserstrahlschweißung ermittelt werden, an welcher Stelle die Laserstrahlschweißung vorteilhaft durchgeführt wird. Insbesondere kann ermittelt werden, an welcher Stelle sich in der Verbindungszone ein Hohlraum befindet. Der optimale Fokuspunkt liegt dann bevorzugt außerhalb dieses Hohlraums, da im Hohlraum typischerweise nur eine schlechtere Schweißung möglich wäre.
[0014] Das Verfahren kann ferner vorteilhaft einen Schritt des Überprüfens der Verbindungszone, insbesondere von ausgebildeten Schweißstellen, aufweisen. Damit können Schweißstellen überprüft werden, so dass etwaige Fehler bei deren Herstellung erkannt werden, bevor ein hergestelltes Bauteil ausgeliefert wird und eventuell erst im Einsatz ein Fehler auftritt.
[0015] Das Ermitteln und/oder das Überprüfen kann insbesondere mittels eines Röntgengeräts durchgeführt werden. Dies hat sich für typische Einsatzzwecke bewährt.
[0016] Der Laserstrahl kann aus umlaufenden Richtungen auf die Verbindungszone gestrahlt werden. Dies ermöglicht eine punktuelle Erhitzung eines sehr kleinen Bereichs in der Verbindungszone, wobei eine übermäßige Erhitzung von umliegendem Material vermieden wird. Der Laserstrahl kann auch aufgeteilt werden in eine Mehrzahl von Teilstrahlen, welche gleichzeitig aus unterschiedlichen Richtungen auf die Verbindungszone gestrahlt werden. Auch dies ermöglicht den gleichen Effekt, so dass nur an einem bestimmten Punkt eine relevante Wärmeentwicklung auftritt.
[0017] Der Laserstrahl kann insbesondere eine Wellenlänge zwischen 520 nm und 565 nm aufweisen. Dies entspricht einem grünen Bereich. Ein solcher Wellenlängenbereich hat sich für typische Anwendungen als vorteilhaft herausgestellt.
[0018] Das Kunststoffmaterial kann beispielsweise Polybutylenterephthalat (PBT) oder Polyamid (PA) sein. Diese Kunststoffe weisen vorteilhafte Eigenschaften zur Ummantelung einer Verbindungszone und außerdem zumindest in einigen Ausführungen die gewünschte Transparenz auf.
[0019] Das erste Terminal und/oder das zweite Terminal können aus Kupfer und/oder aus Bronze ausgebildet sein. Dies erlaubt eine gute elektrische Leitung und die Herstellung von guten und zuverlässigen Schweißstellen.
[0020] Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Vorrichtung nach Anspruch 13, welche eine Steckverbindung aufweist, welche mittels eines Verfahrens wie hierin beschrieben hergestellt wurde. Hinsichtlich des Verfahrens kann auf alle hierin beschriebenen Ausführungen und Varianten zurückgegriffen werden. Erläuterte Vorteile gelten entsprechend.
[0021] Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt hinsichtlich der Steckverbindung die Realisierung der mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren beschriebenen Vorteile.
[0022] Weitere Merkmale und Vorteile wird der Fachmann dem nachfolgend mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispiel entnehmen. Dabei zeigen:
Fig. 1a und 1b: eine Steckverbindung vor Durchführung einer Laserstrahlschweißung mit Gehäuse,
Fig. 2: die Steckverbindung von Fig. 1 ohne Gehäuse,
Fig. 3a, 3b, 3c: typische Kräfte auf die Steckverbindung von Fig. 2,
Fig. 4: die Steckverbindung von Fig. 1a und 1b nach Laserstrahlschweißung,
Fig. 5a, 5b, 5c: Wirkungen von Kräften auf die Steckverbindung von Fig. 4.
[0023] Die Fig. 1a und 1b zeigen eine Steckverbindung, welche aus einem ersten Terminal 10 und einem zweiten Terminal 20 gebildet ist. Fig. 1a zeigt dabei eine Seitenansicht, während Fig. 1b eine Draufsicht zeigt.
[0024] Die beiden Terminals 10, 20 überlappen sich in einer Verbindungszone 30. Damit sind sie elektrisch kontaktiert.
[0025] Umgeben ist die Verbindungszone 30 samt angrenzenden Teilen der Terminals 10, 20 von einem Gehäuse 40. Das Gehäuse 40 besteht aus einem Kunststoffmaterial, welches im grünen Wellenlängenbereich transparent ist.
[0026] Die beiden Terminals 10, 20 sind zwar an der Verbindungszone 30 mechanisch miteinander verbunden und auch durch das Gehäuse 40 geschützt, jedoch hat es sich gezeigt, dass bei längerer Beanspruchung in Situationen wie beispielsweise in Kraftfahrzeugen, in welchen starke Vibrationen auftreten können, aufgrund der damit verbundenen Kräfte Schäden an der Verbindungszone 30 auftreten können. Dies kann zu einem schlechteren oder auch verloren gehenden Kontakt zwischen den Terminals 10, 20 führen.
[0027] Fig. 2 zeigt die Terminals 10, 20 mit der dazwischen ausgebildeten Verbindungszone 30 der Fig. 1a, jedoch ohne das Gehäuse 40.
[0028] Die Fig. 3a, 3b und 3c zeigen unterschiedliche Kraftbeanspruchungen, welche typischerweise auf die Verbindungszone 30 wirken können. In Fig. 3a sind eine erste Kraft 50 und eine zweite Kraft 55 gezeigt, welche eine richtungsgleiche Belastung bei unterschiedlicher Intensität verursachen. In den Fig. 3b und 3c wirken die beiden Kräfte 50, 55 in entgegengesetzten Richtungen, wobei bei Fig. 3b die Kräfte 50, 55 aufeinander zu gerichtet sind, während sie bei Fig. 3c voneinander weg gerichtet sind.
[0029] Die Situationen, welche in den Fig. 3a, 3b und 3c dargestellt sind, sind typische Belastungssituationen, welche im Einsatz auf die Verbindungszone 30 wirken können und welche, insbesondere bei längerer Dauer, zu diversen Beschädigungen führen können.
[0030] Fig. 4 zeigt die Terminals 10, 20 nach Durchführung einer Laserstrahlschweißung. Durch die Laserstrahlschweißung wurden eine erste Schweißstelle 32 und eine zweite Schweißstelle 34 in der Verbindungszone 30 ausgebildet, welche das erste Terminal 10 mit dem zweiten Terminal 20 verbinden. Damit wird die Verbindung an der Verbindungszone 30 deutlich verstärkt und es wird eine wesentlich höhere Resistenz gegenüber Kräftebeanspruchungen erreicht. Insbesondere hat es sich gezeigt, dass durch eine solche Laserstrahlschweißung die Resistenz gegenüber Vibrationen und ähnlichen Beanspruchungen, welche in Kraftfahrzeugen typischerweise auftreten, deutlich erhöht wird.
[0031] Die Laserstrahlschweißung erfolgte dabei durch das Gehäuse 40, welches wie weiter oben bereits erwähnt im grünen Wellenlängenbereich transparent ist. Dementsprechend wurde für die Laserstrahlschweißung ein grüner Laser verwendet, welcher somit durch das Gehäuse 40 hindurchdringen kann.
[0032] Die Fig. 5a, 5b und 5c zeigen die bereits in den Fig. 3a, 3b und 3c gezeigten Belastungssituationen mit einer durch die Schweißstellen 32, 34 verstärkten Verbindungszone 30. Bezüglich der wirkenden Kräfte 50, 55 sei auf die obige Beschreibung der Fig. 3a, 3b und 3c verwiesen. Wie aus den Fig. 5a, 5b und 5c leicht ersichtlich ist, erhöhen die Schweißstellen 32, 34 die Resistenz der Verbindungszone 30 gegenüber derartigen Belastungen, was insgesamt zu einer wesentlich längeren Haltbarkeit führt.
[0033] Erwähnte Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens können in der angegebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einer seiner Ausführungen, beispielsweise mit einer bestimmten Zusammenstellung von Schritten, in der Weise ausgeführt werden dass keine weiteren Schritte ausgeführt werden. Es können jedoch grundsätzlich auch weitere Schritte ausgeführt werden, auch solche welche nicht erwähnt sind.
[0034] Die zur Anmeldung gehörigen Ansprüche stellen keinen Verzicht auf die Erzielung weitergehenden Schutzes dar.
[0035] Sofern sich im Laufe des Verfahrens herausstellt, dass ein Merkmal oder eine Gruppe von Merkmalen nicht zwingend nötig ist, so wird anmelderseitig bereits jetzt eine Formulierung zumindest eines unabhängigen Anspruchs angestrebt, welcher das Merkmal oder die Gruppe von Merkmalen nicht mehr aufweist. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Unterkombination eines am Anmeldetag vorliegenden Anspruchs oder um eine durch weitere Merkmale eingeschränkte Unterkombination eines am Anmeldetag vorliegenden Anspruchs handeln. Derartige neu zu formulierende Ansprüche oder Merkmalskombinationen sind als von der Offenbarung dieser Anmeldung mit abgedeckt zu verstehen.
[0036] Es sei ferner darauf hingewiesen, dass Ausgestaltungen, Merkmale und Varianten der Erfindung, welche in den verschiedenen Ausführungen oder Ausführungsbeispielen beschriebenen und/oder in den Figuren gezeigt sind, beliebig untereinander kombinierbar sind. Einzelne oder mehrere Merkmale sind beliebig gegeneinander austauschbar. Hieraus entstehende Merkmalskombinationen sind als von der Offenbarung dieser Anmeldung mit abgedeckt zu verstehen.
[0037] Rückbezüge in abhängigen Ansprüchen sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen. Diese Merkmale können auch beliebig mit anderen Merkmalen kombiniert werden.
[0038] Merkmale, die lediglich in der Beschreibung offenbart sind oder Merkmale, welche in der Beschreibung oder in einem Anspruch nur in Verbindung mit anderen Merkmalen offenbart sind, können grundsätzlich von eigenständiger erfindungswesentlicher Bedeutung sein. Sie können deshalb auch einzeln zur Abgrenzung vom Stand der Technik in Ansprüche aufgenommen werden.
- Zusammenführen des ersten Terminals (10) und des zweiten Terminals (20), so dass sie sich in einer dazwischen ausgebildeten Verbindungszone (30) überlappen, dann
- Ummanteln der Verbindungszone (30) mit einem Kunststoffmaterial, welches in zumindest einem Wellenlängenbereich transparent ist, und dann
- Bestrahlen der Verbindungszone (30) mit einem Laserstrahl, dessen Wellenlänge in dem Wellenlängenbereich liegt, zur Durchführung einer Laserstrahlschweißung.
- Ermitteln eines optimalen Fokuspunkts, auf welchen der Laserstrahl dann fokussiert wird.
- Überprüfen der Verbindungszone (30), insbesondere ausgebildete Schweißstellen (32, 34).
wobei das Ermitteln und/oder das Überprüfen mittels eines Röntgengeräts durchgeführt wird.
- wobei der Laserstrahl aus umlaufenden Richtungen auf die Verbindungszone (30) gestrahlt
wird,
und/oder
- wobei der Laserstrahl aufgeteilt wird in eine Mehrzahl von Teilstrahlen, welche gleichzeitig aus unterschiedlichen Richtungen auf die Verbindungszone (30) gestrahlt werden.
- wobei das erste Terminal (10) und/oder das zweite Terminal (20) aus Kupfer und/oder Bronze ausgebildet sind.
- das erste und zweite Terminal (10, 20), die sich in der Verbindungszone (30) überlappen, die durch die Laserstrahlverschweißung verbunden sind und die die Steckverbindung bilden;
- ein aus dem Kunstoffmaterial bestehende Gehäuse (40), welches in dem zumindest einem Wellenbereich transparent ist, wobei das Gehäuse die Steckverbindung ummantelt.
- bringing together the first terminal (10) and the second terminal (20), so that they overlap in a connecting zone (30) formed between them, then
- sheathing the connecting zone (30) with a plastic material which is transparent in at least one wavelength range, and then
- irradiating the connecting zone (30) with a laser beam, the wavelength of said laser beam lying in the wavelength range, for the purpose of carrying out laser beam welding.
wherein a welding point (32, 34) which connects the first terminal (10) to the second terminal (20) is formed by the laser beam welding.
wherein a plurality of welding points (32, 34), in particular two welding points (32, 34), which connect the first terminal (10) to the second terminal (20), are formed by the laser beam welding.
wherein the first terminal (10) is a male terminal.
wherein the second terminal (20) is a female terminal.
wherein the first terminal (10) and/or the second terminal (20) have/has a flat tongue-like structure.
wherein the first terminal (10) and/or the second terminal (20) have/has a slide-on aid.
- ascertaining an optimal focal point onto which the laser beam is then focused.
- checking the connecting zone (30), in particular welding points (32, 34) which are formed.
wherein the ascertaining process and/or the checking process are/is carried out by means of an x-ray device.
- wherein the laser beam is shone onto the connecting zone (30) from circumferential
directions,
and/or
- wherein the laser beam is split into a plurality of beam elements which are shone onto the connecting zone (30) from different directions at the same time.
- wherein the first terminal (10) and/or the second terminal (20) are/is formed from copper and/or bronze.
- the first and second terminal (10, 20), which overlap in the connecting zone (30), which are connected by the laser beam welding and which form the plug connection;
- a housing (40) consisting of the plastic material, which is transparent in the at least one wavelength range, wherein the housing sheathes the plug connection.
- jonction de la première borne (10) et de la deuxième borne (20), de sorte qu'elles se chevauchent dans une zone de liaison (30) formée entre celles-ci, puis
- enveloppement de la zone de liaison (30) avec une matière plastique qui est transparente dans au moins une plage de longueurs d'onde, et ensuite
- irradiation de la zone de liaison (30) avec un rayon laser dont la longueur d'onde se trouve dans la plage de longueurs d'onde en vue de réaliser un soudage au rayon laser.
- détermination d'un point de concentration optimal sur lequel est alors concentré le rayon laser.
- contrôle de la zone de liaison (30), notamment des points de soudage (32, 34) formés.
- le rayon laser étant émis sur la zone de liaison (30) depuis des directions circonférentielles,
et/ou
- le rayon laser étant divisé en une pluralité de rayons partiels qui sont émis simultanément sur la zone de liaison (30) depuis des directions différentes.
- la première et la deuxième borne (10, 20), qui se chevauchent dans la zone de liaison (30), qui sont reliées par le soudage au rayon laser et qui forment la liaison par enfichage ;
- un boîtier (40) composé de matière plastique, lequel est transparent dans au moins une plage de longueurs d'onde, le boîtier enveloppant la liaison par enfichage.
IN DER BESCHREIBUNG AUFGEFÜHRTE DOKUMENTE
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde ausschließlich zur Information des Lesers aufgenommen und ist nicht Bestandteil des europäischen Patentdokumentes. Sie wurde mit größter Sorgfalt zusammengestellt; das EPA übernimmt jedoch keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
In der Beschreibung aufgeführte Patentdokumente