Titel

Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Kontaktierung in einer elektrischen Maschine

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Kontaktierung eines Kontaktierelementes in einer elektrischen Maschine sowie eine elektrische Maschine mit einer elektrischen Kontaktierung.

Stand der Technik

Derzeit werden Kupferdrähte von Spulen von elektrischen Maschinen zur Bestromung häufig mit Kaltkontaktiertechniken wie Schneidklemmverbindung realisiert, es sind jedoch andere auch Kontaktierungsformen, wie beispielsweise Widerstandsschweißungen oder Lötverbindung bekannt. Schneidklemmverbindungen weisen den Nachteil auf, dass eine konstruktiv aufwändige Klemme mit entsprechendem Bauraumbedarf, sowie eine örtliche Zugänglichkeit für das Klemmwerkzeug benötigt wird.

Bei einer Verbindung mittels Widerstandsschweißen wird ebenfalls Bauraum und Zugänglichkeit für die Schweißelektroden und den Elektrodenhalter benötigt. Bei Durchbruchkontaktierungen (Pin in einer Bohrung), die mittels Selektivlöten verbunden werden, ist um die Lötstelle ein Freiraum für die Zugänglichkeit notwendig und als Sicherheitsabstand für benachbarte Bauteile erforderlich. Zudem ist die Prozessführung beim Selektivlöten sehr komplex.

Der Prozess des Selektivlötens wird als nicht robust eingestuft und erfordert immer eine nachgelagerte Prüfung der Verbindungsqualität - optisch direkt oder in Kombination mit einem Röntgensystem. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diesen Nachteil zu überwinden und Verfahren bereitzustellen, welche auch bei kleinem zur Verfügung stehendem Bauraum eingesetzt werden können. Offenbarung der Erfindung

Vorteile

Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer Kontaktierung eines Kontaktierelementes, insbesondere eines Kontaktierungsdrahtes und/oder eines Kontaktierungspins, in einer elektrischen Maschine auf einer Elektronikeinheit, insbesondere einer Leiterplatte und/ oder einem Zwischenelement, welches elektrisch kontaktierend zur Leiterplatte ausgebildet ist, aufweisend die folgenden Schritte: a) Bereitstellen eines Kopplungselementes für die Elektronikeinheit aufweisend einen Aufnahmeabschnitt, b) Anordnen des Kontaktierelementes am Aufnahmeabschnitt des Kopplungselementes, c) Aufschmelzen des Kontaktierelementes mit einem, grüne oder blaue Laserstrahlung emittierenden Laser bis eine elektrisch leitfähige, stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Kontaktierelement und dem Kopplungselement ausgebildet ist.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, eine Kontaktierung eines Kontaktierelementes in einer elektrischen Maschine bereitzustellen, die einen deutlich reduzierten Bauraum benötigt. Darüber hinaus kann die Prozesszeit für die Kontaktierung mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens vorteilhaft reduziert werden, sodass sich ein entsprechender Kostenvorteil erreichen lässt. Der benötigte Platzbedarf während des Fügens der Fügepartner kann deutlich reduziert werden. Aufgrund der gewählten Wellenlänge kann verhindert werden, dass, bei geringem vorhandenen Platzangebot in der elektrischen Maschine, benachbarte Strukturen beschädigt werden. Dies ist insbesondere durch die deutlich bessere Absorption der Strahlung beim Einkoppeln ins Grundmaterial gewährleistet.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann unter einem Kopplungselement insbesondere ein Element verstanden werden, welches einen Absorptionsgrad für „grüne“ oder „blaue“ Laserstrahlung aufweist, welcher zumindest größer als 20%, vorzugweise größer als 30%, besonders vorteilhafterweise größer als 40% ist.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist unter einem -grüne Laserstrahlung emittierenden Laser- ein Laser zur verstehen, welcher Laserlicht mit einer Wellenlänge von näherungsweise 512nm emittiert, wobei unter näherungsweise ein Toleranzrahmen von +/- 20nm zu verstehen ist. Entsprechend ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter einem -blaue Laserstrahlung emittierenden Laser- ein Laser zur verstehen, welcher Laserlicht mit einer Wellenlänge von näherungsweise 445nm emittiert, wobei unter näherungsweise ebenfalls ein Toleranzrahmen von +/- 20nm zu verstehen ist. Im Folgenden wird in diesem Zusammenhang von einem „grünen“ bzw. „blauen“ Laser die Rede sein.

Ein Zwischenelement der hier zur Rede stehenden Art kann beispielsweise eine Verschalteplatte für eine Elektronik sein. Bei einem Kontaktierelement kann es sich beispielsweise um einen Kontaktierungsdraht oder einen Kontaktierungspin handeln. Es ist denkbar, dass der Kontaktierungsdraht selbst Teil der Wicklung einer elektrischen Maschine ist. Zur elektrischen und/oder mechanischen Kontaktierung der Wicklung mit der Ansteuerelektronik sind auch Kontaktierungspins denkbar. Es ist denkbar, dass ein derartiger Kontaktierungspin mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens mit der Leiterplatte verschweißt ausgebildet ist, wobei der Kontaktierungspin motorseitig einen zusätzlichen Schneidklemmabschnitt zur Verbindung mit den Wicklungen aufweisen kann.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist unter einer stoffschlüssigen Verbindung insbesondere eine Kontaktierung zu verstehen, die derart dimensionierte stoffschlüssige Verbindungsabschnitte zwischen dem Kontaktierelement und dem Kopplungselement aufweist, dass eine den äußeren Belastungen und Anforderungen an die Leitfähigkeit in einer elektrischen Maschine der hier zur Rede stehenden Art genügende Leitstützstruktur bereitgestellt wird. Vorteilhafterweise weist der Laser eine kontinuierliche Laserleistung zwischen 1kW und 3kW auf. Vorteilhaft lassen sich insbesondere Kontaktierungsdrähte mit einem Durchmesser zwischen 0,2mm und 3mm, besonders vorteilhaft zwischen 0,3 und 2,6mm ganz besonders vorteilhaft zwischen 0,5mm und 2mm mittels Laserschweißen mit der Elektronikeinheit verbinden. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es denkbar, dass der Schweißprozess in einer Schutzgasatomsphäre stattfindet.

Die Herstellung einer elektrischen Kontaktierung mittels eines “grünen“ oder „blauen“ Lasers weist den Vorteil auf, dass das Kontaktierelement mit dem Kopplungselement besonders effizient hergestellt werden kann. Gleichzeitig kann die Spritzerbildung, welche insbesondere im Bereich der Elektronikeinheit kritisch sein kann besonders vorteilhaft reduziert werden. Aufgrund des hohen Absorptionsgrades für Aluminium und Kupfer in diesen Wellenlängenbereichen, kann die Beschädigungen benachbarter Strukturen besonders vorteilhaft reduziert werden. „Grüne“ und „blaue“ Laserstrahlung wird von Kupfer im Vergleich zum infraroten Wellenlängenbereich sehr gut absorbiert. Das erlaubt geringere die Verwendung eines Lasers mit geringerer Leistung und Intensitäten. Durch die Verwendung von „grünen oder „blauen“ Lasern kann somit im Vergleich zu Lasern im infraroten Wellenlängenbereich das Risiko benachbarte Bauteile oder Komponenten durch einen Reflex zu beschädigen, vorteilhaft minimiert werden.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen erfindungsgemäßen Verfahrens möglich.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist das Kopplungselement und alternativ hierzu oder zusätzlich auch das Kontaktierelement als zur Absorption der grünen und/ oder blauen Laserstrahlung ausgebildet. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann unter einem Absorptionselement insbesondere ein Element verstanden werden, welches einen Absorptionsgrad für „grüne“ oder „blaue“ Laserstrahlung aufweist, welcher zumindest größer als 20%, vorzugweise größer als 30%, besonders vorteilhaft größer als 40% ist. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weisen das Kontaktierelement und alternativ hierzu oder zusätzlich das Kopplungselement aus einem Buntmetall, insbesondere Kupfer oder Aluminium auf. Es ist auch denkbar, dass das Kopplungselement und alternativ hierzu oder zusätzlich auch das Kontaktierelement aus Kupfer besteht. Da Kupfer einen besonders hohen Absorptionsgrad für „grüne“ und „blaue“ Laserstrahlung aufweist kann die Einkopplung der Laserstrahlung ins Grundmaterial grundsätzlich verbessert werden und somit die Beschädigung umliegender Elektronikbauteile vorteilhaft verhindert werden.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Aufnahmeabschnitt eine Ausnehmung für das Kontaktierelement aufweist. Vorzugweise weist der Aufnahmeabschnitt eine Durchgangsöffnung, insbesondere eine Durchgangsbohrung aufweist, in welcher das Kontaktierelement angeordnet ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Durchmesser der Durchgangsbohrung größer als der Durchmesser des Kontaktierelementes. Eine besonders optimierte Kontaktierung kann dadurch bereitgestellt werden, dass das Kontaktierelement durch die Durchgangsöffnung soweit durchgesteckt wird, dass es einen Überhang, insbesondere einen freien Schmelzabschnitt zur Oberfläche des Kopplungselementes aufweist. Das Kontaktierelement durchgreift vorzugweise sowohl die Elektronikeinheit als auch das Kopplungselement vollständig. Vor dem Aufschmelzen des Kontaktierelementes weist dieses somit vorzugweise einen freien, über das Kopplungselement überstehenden Schmelzabschnitt auf. Die Höhe des freien Schmelzabschnittes korreliert vorzugweise wiefolgt mit dem Durchmesser des Kontaktierungsdrahtes und dem Durchmesser der Durchgangsbohrung:

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Elektronikeinheit eine Platte, insbesondere eine Leiterplatte oder eine Verschalteplatte. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist unter einer Platte insbesondere ein im Wesentlichen flaches, vorzugweise im Wesentlichen planes Element zu verstehen, dessen ebene Fläche im Verhältnis zu seiner Dicke sehr groß ist. Die Platte erstreckt sich dabei im Wesentlichen in einer Plattenebene. Das Kontaktierelement weist nach seiner Anordnung im Aufnahmeabschnitt eine Haupterstreckungsrichtung auf. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist unter der Haupterstreckungsrichtung vorzugweise die Symmetrieachse des Kontaktierungsdrahtes im Bereich des Aufnahmeabschnittes, insbesondere in der Durchführung durch die Durchgangsöffnung zu verstehen. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Haupterstreckungsrichtung des Kontaktierelementes im Wesentlichen senkrecht zur Elektronikeinheit angeordnet ist. Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Laserhaupterstreckungsrichtung mit der Haupterstreckungsrichtung des Kontaktierelementes einen Laseranstellwinkel zwischen 1° und 10°, vorzugweise zwischen 3° und 8°, besonders vorzugsweisezwischen 5° und 6° einschließt.

Unter einer Laserhaupterstreckungsrichtung ist in diesem Zusammenhang die Hauptausbreitungsrichtung der Laserstrahlung, insbesondere die Symmetrieachse der Hauptausbreitungsrichtung der Laserstrahlung zu verstehen. Der Laser ist somit leicht winklig zum Kontaktierelement ausgerichtet. Alternativ ist der Laser unter einem entsprechenden Winkel zur Oberflächennormalen der Ebene der Leiterplatte ausgerichtet.

Bei leichter Schrägstellung des Lasers gegenüber dem Fügepartner kann ein mögliches „Durchschießen“ des Lasers durch einen entsprechenden Spalt zwischen dem Kontaktierelement und dem Kopplungselement vorteilhaft verhindert werden. Durch die hohe Absorption der Laserstrahlung von „blauen“ und „grünen“ Lasern in Kupfer sind Mehrfachreflexionen in einem Spalt nicht zu erwarten. Dies kann bei Infrarotlasern der Fall sein, wobei Komponenten und Bauteile unterhalb der Elektronikeinheit beschädigt werden können.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Kopplungselement als Verbindungsplatte ausgebildet ist, welche auf der Elektronikeinheit angeordnet, insbesondere mittels einem Lot mit der Elektronikeinheit verbunden ausgebildet ist oder in die Elektronikeinheit eingelassen ausgebildet ist. Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung erstreckt sich das Kopplungselement im Wesentlichen parallel zur Elektronikeinheit. Die Verbindungsplatte kann insbesondere als ein im Wesentlichen flaches, vorzugweise im Wesentlichen planes Element verstanden werden, dessen ebene Fläche im Verhältnis zu seiner Dicke sehr groß ist. Die Verbindungsplatte ist vorzugsweise parallel zur Plattenebene der Leiterplatte ausgerichtet. Eine besonders bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Verbindungsplatte in der Plattenebene der Leiterplatte angeordnet ist.

Vorteilhafterweise ist die Verbindungsplatte fest mit dem Kopplungselement verbunden ausgebildet. Vorzugweise weist die Verbindungsplatte eine ähnliche Dicke zwischen und , vorzugweise zwischen und, besonders vorzugweise zwischen auf. Ist die Verbindungsplatte in die Leiterplatte eingelassen ausgebildet, so kann es von besonderem Vorteil für den Prozess sein, wenn diese bündig mit der Leiterplatte abschließt. Die Erstreckung der Verbindungsplatte in Plattenebene ist vorzugweise um ein Vielfaches kleiner als die Erstreckung der Leiterplatte in Plattenebene. Die Größe der Verbindungsplatte ist vorzugweise an die Größe des Laserspots angepasst. Das Volumen der Verbindungsplatte ist vorzugweise derart dimensioniert, dass eine ausreichend stabile stoffschlüssige, elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Kopplungselement und dem Kontaktierelement bereitgestellt werden kann. Es ist dabei von Vorteil, dass ein derartiges Kopplungselement in seiner Dimensionierung, d.h. in seinem Materialquerschnitt und seiner thermischen Absorption so auf den Draht abgestimmt werden kann, dass der Laser Kontaktierelement und Kopplungselement gleichmäßig erwärmt und so ideale Randbedingungen für eine besonders schnelle Prozessführung vorliegen.

Wie bereits erwähnt weist das Kopplungselement gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung eine Durchgangsöffnung auf, durch welche das Kontaktierelement durchgeführt beziehungsweise durchgesteckt wird. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind Kontaktier- und Kopplungselement derart dimensioniert, dass nach dem Durchführen des Kontaktierelementes durch die Durchgangsöffnung und vor dem Aufschmelzen des Kontaktierelementes mit dem Laser zwischen dem Kopplungselement und dem Kontaktierelement ein Spalt, vorzugweise ein umlaufender Spalt, besonders vorzugweise ein im Wesentlichen umlaufend konstant großer Spalt verbleibt.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Durchmesser des Kontaktierelementes im Bereich des Aufnahmeabschnittes zwischen 10% und 30%, insbesondere zwischen 15% und 25%, besonders vorzugweise im Wesentlichen 20% größer ist als die Breite des umlaufenden Spaltes. Bei einem derartigen korrelierenden Flächenverhältnis zwischen dem Kontaktierelement und dem zu überbrückenden Spalt ist zum einen der Prozess des Ein- oder Durchführens des Kontaktierelementes vorteilhaft optimiert und gleichzeitig wird sichergestellt, dass ausreichend Schmelzvolumen zur Überbrückung des Spaltes bereitgestellt wird, sodass eine stabile Kontaktierung zur Verfügung gestellt werden kann.

Um Mehrfachreflexionen im Spalt und damit einhergehende ungewünschte Beeinflussung von umliegenden Bauteilen zu verhindern, kann im Bereich des umlaufenden Spaltes ein Abdeckelement angeordnet sein. Vorzugweise ist dieses Abdeckelement ebenfalls aus Aluminium oder Kupfer ausgebildet, dass es entsprechend mit dem Kontaktierelement aufgeschmolzen werden kann und eine stabile Kontaktierung zur Verfügung gestellt werden kann. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Abdeckelement als Manschette ausgebildet. Vorzugweise ist das Abdeckelement einteilig mit dem Kopplungselement ausgebildet. Vorzugweise liegt das Abdeckelement nach dem Anordnen des Kontaktierelementes im Aufnahmeabschnitt umlaufend kontaktierend am Kontaktierelement an.

Vorzugweise ist das Abdeckelement flacher als das Kopplungselement ausgebildet.

Es ist auch denkbar, dass zur Vermeidung der Mehrfachreflexionen im Spalt der Aufnahmeabschnitt im Wesentlichen trichterförmig ausgebildet ist. Vorzugweise ist der Trichterhals des im Wesentlichen trichterförmigen Aufnahmeabschnittes dem Laser zugewandt angeordnet. Vorzugweise wird beim Einlegen des Kontaktierelementes, insbesondere des Wicklungsdrahtes das Kontaktierelement von der Trichteröffnungsseite durch den Trichterhals durchgeführt, sodass die Trichteröffnung im Sinne einer Einführhilfe für den Draht wirken kann. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Aufnahmeabschnitt im Wesentlichen tulpenförmig ausgebildet ist. Die Kontur wird dabei vorzugweise durch eine um eine Haupterstreckungsrichtung rotierende Parabel beschrieben. Es ist auch denkbar, dass der Aufnahmeabschnitt eine Abisolationskante aufweist, sodass der Dreht beim Einführen in den Aufnahmeabschnitt an einem freien Ende, welches den Schmelzabschnitt ausbilden kann, abisoliert wird.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Aufnahmeabschnitt an das Kontaktierelement anschmiegbar ausgebildet ist. So ist es beispielsweise denkbar, dass der Aufnahmeabschnitt derart elastisch verformbar ausgebildet ist, dass er sich beim Durchführen des Kontaktierelementes nachgeben und an dieses anlegen kann. Es ist denkbar, dass der Aufnahmeabschnitt zu diesem Zweck im ein Vielfaches dünnwandiger ausgebildet ist, als das den Aufnahmeabschnitt umgebende Kopplungselement

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens kann das Kopplungselement, insbesondere der Aufnahmeabschnitt mit einer eingebetten Lotpaste bestückt ausgebildet sein. Wird diese Stelle vom Laser ausreichend erwärmt entsteht eine Lötstelle. Es ist auch denkbar, dass das Lot auch als Röhrenlot seitlich zugeführt wird. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der zu überbrückende Spalt zwischen Kopplungselement und Kontaktierelement sehr groß ausgebildet ist. Durch das Anordnen einer Lotpaste oder eines Lotpasten- Preprags (gepresste Lotpaste, z.B. als Kreisringform, die über den Draht gelegt werden kann) am Spalt kann dieser besonders zuverlässig durch das Lot als Füllmaterial überbrückt werden. Das Lot kann sowohl vor, als auch nach dem Durchführen des Kontaktierelementes am Kopplungselement angeordnet werden.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine elektrische Maschine - insbesondere ein elektronisch kommutierter Elektromotor - mit einem Stator aufweisend elektrische Wicklungen mit zumindest einem die Wicklung bildenden Kontaktierelement oder zumindest einem Kontaktierelement zum Verschalten der Wicklungen, wobei zur Bestromung der Wicklungen eine Elektronikeinheit, aufweisend ein Kopplungselement mit einem Aufnahmeabschnitt, vorgesehen ist. Es wird vorgeschlagen, dass die elektrische Kontaktierung zwischen dem Kontaktierelement und dem Kopplungselement durch Aufschmelzen des Kontaktierelementes mit einem, grüne oder blaue Laserstrahlung emittierenden Laser bis eine elektrisch leitfähige, stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Kontaktierelement und dem Kopplungselement ausgebildet ist, hergestellt wird.

Zeichnungen

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele des Verfahrens zur Herstellung einer Kontaktierung eines Kontaktierelementes dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen In den verschiedenen Ausführungsvarianten erhalten gleiche Teile die gleichen Bezugszahlen.

Figur 1 eine schematische Darstellung des Verfahrens,

Figuren 2a-2c Schnittdarstellungen einer Elektronikeinheit mit einem Kontaktierungselement gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, Figur 3 eine schematische Schnittdarstellung einer Elektronikeinheit mit einem Kontaktierungselement gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, Figur 4 eine schematische Schnittdarstellung einer Elektronikeinheit mit einem Kontaktierungselement gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Figur 1 zeigt schematisch den Verfahrensablauf eines Verfahrens 100 zur Herstellung der Kontaktierung eines Kontaktierelementes 20. Ein derartiges Kontaktierungselement 20 kann beispielsweise ein Kontaktierungsdraht oder ein Kontaktierungspin sein. In einem ersten Verfahrensschritt 110 wird ein Kopplungselement 40 bereitgestellt. Das Kopplungselement 40 wird vorzugweise an einer Leiterplatte 44a oder einem Zwischenelement 44b, wie beispielsweise einer Verschalteplatte einer Elektronikeinheit 44 angeordnet. Das Kopplungselement 40 weit vorzugweise einen Aufnahmeabschnitt 15 auf. Der Aufnahmeabschnitt 15 kann beispielsweise eine Durchgangsöffnung im Kopplungselement 40 sein.

In einem zweiten Verfahrensschritt 120 wird das Kontaktierelement 20 am Aufnahmeabschnitt 15 angeordnet. Das Kontaktierelement 20 wird in diesem Verfahrensschritt 120 somit in einen Nahbereich des Kopplungselementes 40 gebracht. Vorzugweise wird während dem Verfahrensschritt 120 das Kontaktierelement 20 näher als 1mm Abstand an das Kopplungselement 40 herangeführt. In einem dritten Verfahrensschritt 130 wird das Kontaktierungselement 20 mit einem, grüne oder blaue Laserstrahlung 210a, 210b emittierenden Laser 64 aufgeschmolzen, bis eine elektrisch leitfähige, stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem Kontaktierelement 20 und dem Kopplungselement 40 ausgebildet ist.

In den Figuren 2a bis 2c ist das Verfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Gemäß der in Figur 2a dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist die Elektronikeinheit 44 als Leiterplatte 44a ausgebildet. Die Leiterplatte 44a erstreckt sich im Wesentlichen in einer Horizontalebene. Die Leiterplatte44a weist eine Durchgangsöffnung 90 auf. Im Bereich der Durchgangsöffnung 90 der Leiterplatte 44a ist vorteilhaft das Kopplungselement 40 angeordnet. Das Kopplungselement 40 ist vorzugweise mittels eines Kopplungsmittels 42, wie beispielsweise einem Lot mit der Leiterplatte 44a verbunden. Das Kopplungselement 40 erstreckt sich gemäß der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform der Erfindung vorteilhaft im Wesentlichen parallel zur Leiterplatte 44a.

Vorzugweise weist das Kopplungselement 40 einen Anbindungsabschnitt 15 auf. Der Anbindungsabschnitt 15 ist gemäß der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ebenfalls als Durchgangsöffnung 91 ausgebildet. Vorzugweise sind die beiden Durchgangsöffnungen 90, 91 von Kopplungselement 40 und Leiterplatte 44a im Wesentlichen kollinear, insbesondere achsparallel zueinander angeordnet. Vorzugweise sind die Durchgangsöffnungen 90, 91 derart übereinander angeordnet, dass sie eine gemeinsame Durchgangsöffnung für das Kontaktierelement 20 bereitgestellt wird.

Gemäß der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist das Kopplungselement 40 vorzugweise als Kupferplatte ausgebildet. Nach dem ersten Verfahrensschritt 110, dem Bereitstellen des Kopplungselements 40, insbesondere dem Anordnen oder Anlöten des Kopplungselementes 40 auf der Leiterplatte 44a, wird ein Kontaktierungselement 20, vorzugweise ein Kupferdraht oder Kupferpin durch den Aufnahmebereich 15 des Kopplungselementes 40 geführt. Gemäß der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform der Erfindung wird das Kontaktierungselement durch die gemeinsame Durchgangsöffnung von Kopplungselement 40 und Leiterplatte 44a geführt.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Kontaktierungselement 20 als Kupferdraht ausgebildet und weist einen gegebenenfalls einen isolierten Abschnitt 22 auf. Das abisolierte freie Ende 21 des Kupferdrahtes wird vorzugweise derart durch das Kopplungselement 40 durchgeführt, dass es zur über das Kopplungselement 40 steht. Das Kontaktierungselement 20 weist somit nach seiner Anordnung am Kopplungselement 40 (Verfahrensschritt 120) vorzugweise einen freien, über die Fläche des Kopplungselementes 40 überstehenden Schmelzabschnitt 54 auf. Das Kontaktierelement 42 weist vorzugweise eine Haupterstreckungsrichtung 62 auf. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Haupterstreckungsrichtung 62 vorzugweise im Wesentlichen senkrecht zur Erstreckungsebene der Leiterplatte 44a ausgerichtet.

Nach dem Durchführen 120 des Kontaktierungselementes 20 durch das Kopplungselement 40 wird der Schmelzabschnitt 54 mit einem, grüne oder blaue Laserstrahlung 210a, 210b emittierenden Laser 64 aufgeschmolzen, bis eine elektrisch leitfähige, stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem Kontaktierelement 20 und dem Kopplungselement 40 ausgebildet ist. Dabei ergibt sich eine sehr gut leitende stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Kontaktierelement 20 und dem Kopplungselement 40.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Kopplungselement in seiner Dimensionierung und der Materialauswahl (z.B. thermische Absorption) derart auf das Kontaktierelement 20 abgestimmt, dass der Laser 64 sowohl das Kopplungselement 40, als auch das Kontaktierungselement 20 im Wesentlichen gleichzeitig erwärmt, wodurch Taktzeit und Qualität des Prozesses signifikant verbessert werden können. Durch die Verwendung eines Lasers 64, welcher grüne oder blaue Laserstrahlung 210a, 210b emittiert, kann die Laserstrahlung 210a, 210b vom Kopplungselement 40 und Kontaktierelement 20 besonders gut (im Vergleich infraroten Wellenlängenbereich) absorbiert werden. Das erlaubt die Verwendung eines Lasers 64 von besonders geringer Leistung und Intensität. Zum anderen wird durch die Verwendung von grünen oder blauen Lasern das Risiko benachbarte Bauteile oder Komponenten in einem derartigen Elektromotor durch einen Reflex zu beschädigt, minimiert.

Figur 2a zeigt einen Ausschnitt einer elektrischen Maschine 24 vor dem Schritt des Aufschmelzens 130 und nach den Schritten 110, 120 des Anordnens des Kopplungselementes 40 und des Kontaktierelementes 20. Sowohl das Kopplungselement 40 als auch das Kontaktierelement 20 sind vorzugweise als Absorptionselemente zur Absorption der Laserstrahlung 210a, 210b ausgebildet. Sowohl das Kopplungselement 40 als auch das Kontaktierelement 20 weisen vorzugweise ein Buntmetall, insbesondere Kupfer oder Aluminium auf. Vorzugweise sind Sowohl das Kopplungselement 40 als auch das Kontaktierelement 20 aus Kupfer ausgebildet. Vorzugweise bestehen sowohl das Kopplungselement 40 als auch das Kontaktierelement 20 aus Kupfer.

Gemäß der in Figur 2a dargestellten Ausführungsform der Erfindung weist das Kopplungselement 40 vorzugweise eine Durchgangsöffnung 90 mit einem Öffnungsdurchmesser 50 auf, durch welche das Kontaktierelement 20 durchgeführt beziehungsweise durchgesteckt wird. Vorzugweise sind das Kontaktierelement 20 und die Durchgangsöffnung 90 des Kopplungselementes 40 derart dimensioniert, dass nach dem Durchführen des Kontaktierelementes 20 durch die Durchgangsöffnung 90 und vor dem Aufschmelzen 130 des Kontaktierelementes 40 mit dem Laser 64 zwischen dem Kopplungselement 40 und dem Kontaktierelement 20 ein Spalt 92 verbleibt. Vorzugweise ist der Spalt 92 umlaufend ausgebildet. Vorzugsweise ist der Abstand zwischen dem Kontaktierelement 20 und dem Kopplungselement umlaufend äquidistant ausgebildet.

Vorzugweise weist der Kontaktierungsdraht 20 einen Drahtdurchmesser zwischen 0,2 und 3mm, insbesondere zwischen 0,3mm und 2,6mm, besonders vorzugweise zwischen 0,5mm und 2mm auf. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Schmelzabschnitt 54 des Kontaktierungselementes eine Länge von einigen wenigen mm auf. Bevorzugt korreliert die optimale Länge des Schmelzabschnittes 54 mit dem Drahtdurchmesser des Kontaktierungsdrahtes 20 und dem Öffnungsquerschnitt 50 des Durchgangsöffnung 90. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der umlaufende Spalt zwischen 0,1mm und 0,4mm, besonders vorzugweise 0,2mm groß.

Vorzugweise ist der Laser 64 unter einem Laseranstellwinkel a angeordnet. Wie in Figur 2a zu erkennen ist, schließt die Laserhaupterstreckungsrichtung 60 mit der Haupterstreckungsrichtung 62 des Kontaktierelementes 20 einen Laseranstellwinkel a von näherungsweise 5° ein. Es sind jedoch auch andere Anstellwinkel denkbar, sofern diese geeignet sind eine entsprechende Mehrfachreflexion im Spalt 92 vorteilhaft zu reduzieren beziehungsweise zu verhindern.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Durchmesser des Kontaktierelementes im Bereich des Aufnahmeabschnittes zwischen 10% und 30%, insbesondere zwischen 15% und 25%, besonders vorzugweise im Wesentlichen 20% größer ist als die Breite des umlaufenden Spaltes. Bei einem derartigen korrelierenden Flächenverhältnis zwischen dem Kontaktierelement und dem zu überbrückenden Spalt ist zum einen der Prozess des Ein- oder Durchführens des Kontaktierelementes vorteilhaft optimiert und gleichzeitig wird sichergestellt, dass ausreichend Schmelzvolumen zur Überbrückung des Spaltes bereitgestellt wird, sodass eine stabile Kontaktierung zur Verfügung gestellt werden kann. Gemäß der in Figur 2a dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist der Laser 64 winklig ausgerichtet. Bei leichter Schrägstellung des Lasers 64 gegenüber dem Fügepartner wird das „Durchschießen“ der Laserstrahlung 210a, 210b durch den Spalt 92 vorteilhaft verhindert. Durch die hohe Absorption der blauen oder grünen Laserstrahlung 210a, 210b in Kupfer können Mehrfachreflexionen im Spalt 92 vorteilhaft verhindert werden.

Sollte der Spalt 92 zwischen dem Kopplungselement 40 und dem Kontaktierungselement 20 so groß sein, dass er beim Schweißen nicht sicher überbrückt werden kann, ist es möglich eine Lotpaste oder ein Lotpasten- Preprag (gepresste Lotpaste, z.B. als Kreisringform, die über den Draht gelegt werden kann) zu verwenden. Diese wird vor oder nach dem Durchführen des Kontaktierungselementes 20 aufgebracht und dient als Füllmaterial. In diesem Fall wird das Kontaktierungselement 20 mit dem Kopplungselement 40 verlötet.

Die Prozessführung ist dann so abgestimmt das die Bauteile ausreichend Wärme an das Zusatzmaterial übertragen. In den Figuren 2a und 2b ist der weitere Verfahrensverlauf dargestellt. In der nachfolgenden Beschreibung zu diesen Figuren wird lediglich auf die Veränderungen eingegangen, wobei bezüglich gleich bezeichneter Bauteile, insbesondere in Bezug auf Bauteile mit gleichen Bezugszeichen, grundsätzlich auch auf die Zeichnungen und/oder die Beschreibung der Figur 2a verwiesen werden kann.

Nach dem Durchstecken des Kontaktierungselementes 20 durch das Kopplungselement 40 wird dieses mit einem grüne oder blaue Laserstrahlung 210a, 210b emittierenden Laser 64 aufgeschmolzen. Mit einem Laser 64, welcher einen Laserspot 52 aufweist, welcher vorzugweise größer als der Durchmesser des Kontaktierungselementes 20 und besonders bevorzugt größer als der Öffnungsquerschnitt 92 des Kopplungselementes 40 ist, wird sowohl das Kontaktierungselement 20 als auch der Aufnahmebereich 15 des Kopplungselementes 40 aufgeschmolzen. Das Kontaktierungselement 20 formt dabei einen Schmelzkopf 26 mit einem Durchmesser 53 aus, welcher derart dimensioniert ist, dass das Schmelzvolumen ausreichend ist, den Spalt 92 zu überbrücken.

Kopplungselement 40 und Kontaktierungselement 20 werden nunmehr so lange aufgeschmolzen, bis eine elektrisch leitfähige, stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem Kontaktierelement 20 und dem Kopplungselement 40 ausgebildet 130 ist (siehe Figur 2c)

In der Figur 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Die nachfolgende Beschreibung und die Zeichnung beschränken sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen, wobei bezüglich gleich bezeichneter Bauteile, insbesondere in Bezug auf Bauteile mit gleichen Bezugszeichen, grundsätzlich auch auf die Zeichnungen und/oder die Beschreibung der anderen Ausführungsbeispiele, insbesondere der Figur 2a, verwiesen werden kann.

Gemäß der in Figur 3 dargestellten Ausführungsform der ist das Kopplungselement 40 im Bereich des Aufnahmeabschnittes 15 trichterförmig ausgebildet. Das Kopplungselement weist dabei einen umlaufenden Kragen 70 auf, welcher gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung am Kontaktierelement 20 anliegen kann. Es ist auch denkbar, dass das Kopplungselement 20 im Bereich des umlaufenden Kragens derart elastisch ausgebildet ist, dass es sich an das Kopplungselement 20 anschmiegen kann. Es ist auch denkbar, dass die trichterförmige Auskragung durch das Durchführen des Kontaktierelementes 20 durch das Kopplungselement 40 ausgeformt wird. Vorzugweise steht der tulpenförmige Kragen 70 über Erstreckungsebene des Kopplungselementes 40 hinaus.

Gemäß der in Figur 3 dargestellten Ausführungsform der Erfindung verjüngt sich der Öffnungsquerschnitt ausgehend von einem ersten Öffnungsquerschnitt 56 hin zu einem zweiten Öffnungsquerschnitt 55. Auf diese Weise kann das Einführen des Kontaktierungselementes 20 in das Kopplungselement 40 erleichtert werden. Der Trichterförmige Querschnitt des Kragens 70 weist dabei vorzugweise einen Öffnungswinkel ß auf, welcher zwischen 5° und 45° beträgt. Die trichterförmige Auskragung kann somit vorteilhaft als Einführschräge für das Kontaktierelement 20 wirken.

In der Figur 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Die nachfolgende Beschreibung und die Zeichnung beschränken sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen, wobei bezüglich gleich bezeichneter Bauteile, insbesondere in Bezug auf Bauteile mit gleichen Bezugszeichen, grundsätzlich auch auf die Zeichnungen und/oder die Beschreibung der anderen Ausführungsbeispiele, insbesondere der Figur 2a, verwiesen werden kann.

Gemäß der in Figur 4 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist im Bereich des Spaltes 92 ein Abdeckelement46 angeordnet. Vorzugweise ist dieses Abdeckelement 46 ebenfalls aus Aluminium oder Kupfer ausgebildet, sodass es entsprechend mit dem Kontaktierelement 20 aufgeschmolzen werden kann und eine stabile Kontaktierung zur Verfügung gestellt werden kann. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Abdeckelement 46 als Manschette ausgebildet. Vorzugweise ist das Abdeckelement 46 einteilig mit dem Kopplungselement 20 ausgebildet. Vorzugweise liegt das Abdeckelement 46 nach dem Anordnen des Kontaktierelementes 20 im Aufnahmeabschnitt 15 umlaufend kontaktierend am Kontaktierelement 20 an. Vorzugweise ist das Abdeckelement 46 flacher als das Kopplungselement 40 ausgebildet. Durch das Abdeckelement 46 können unterliegende Strukturen geschützt und der Spalt zwischen Kontaktierelement und dem Kopplungselement überbrückt werden.