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Title:
CONNECTION ELEMENT, DEVICE, AND METHOD FOR PRODUCING A BONDED CONNECTION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2021/151702
Kind Code:
A1
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).

Inventors:
LEIMSER MARKUS (DE)
GERHARDT TOBIAS (DE)
Application Number:
PCT/EP2021/050915
Publication Date:
August 05, 2021
Filing Date:
January 18, 2021
Export Citation:
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Assignee:
BOSCH GMBH ROBERT (DE)
International Classes:
H01R4/02; H01R43/02
Foreign References:
EP2843731A22015-03-04
DE102011085467A12013-05-02
DE102018212335A12020-01-30
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Claims:
Ansprüche

1. Verbindungselement (100, 300), aufweisend wenigstens ein metallisches Material, wobei das Verbindungselement (100, 300) mindestens ein Kontaktelement (110, 310, 311) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass

• 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,

371, 376) von höchstens einem Fünftel der Dicke (103,303) des Verbindungselements (100, 300) zu erzeugen.

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.

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.

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. 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.

6. Verbindungselement (100, 300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kontaktelement (110, 310, 311) mehrere gekrümmte Auflageflächen (120, 320, 321) aufweist.

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.

8. Vorrichtung, umfassend wenigstens

• einen Fügepartner (190, 390, 391),

• ein Verbindungselement (100, 300) nach einem der Ansprüche 1 bis 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.

9. Verfahren zur Herstellung einer stofflichen Verbindung, umfassend wenigstens folgende Schritte

• Bereitstellung (410) eines Fügepartners (190, 390, 391),

• Bereitstellung (420) eines Verbindungselements (100, 300) nach einem der Ansprüche 1 bis 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

• Erzeugung (450) einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem

Verbindungselement (100, 300) und dem Fügepartner (190, 390, 391) im Bereich der zumindest einen punktförmigen und/oder linienförmigen Kontaktierung (140, 340, 341).

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei vor der Erzeugung (450) der stoffschlüssigen

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.

Description:
Beschreibung

Titel

Verbindungselement, Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung einer stoffschlüssigen Verbindung

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.

Stand der Technik

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.

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.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, stoffschlüssige Verbindungen beziehungsweise Verbindungselemente, insbesondere im Bereich der Leistungselektronik und/oder der Batterietechnik zu verbessern.

Offenbarung der Erfindung

Die vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß gemäß den Merkmalen der Ansprüche 1, 8 und 9 gelöst.

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.

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 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 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 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.

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 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 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.

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.

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.

Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung einer stofflichen Verbindung.

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 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.

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.

Figur 2a: Fügespalt bei geradem Verbindungselement

Figur 2b: Fügespalts bei Verbindungselement mit gekrümmter Auflagefläche

Figur 3: Verbindungselement mit zwei Kontaktelementen mit gekrümmter Auflagefläche bei Höhenversatz zwischen Fügepartnern

Figur 4: Ablaufdiagramm des Verfahrens als Blockschaltbild

Ausführungsbeispiele

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 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 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.

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.

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.

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,

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.