EP2973892B1 - Verfahren zum herstellen einer modularen elektrischen steckerverbinderanordnung für ein steuergerät in einem kraftfahrzeug - Google Patents
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- EP2973892B1 EP2973892B1 EP14700285.1A EP14700285A EP2973892B1 EP 2973892 B1 EP2973892 B1 EP 2973892B1 EP 14700285 A EP14700285 A EP 14700285A EP 2973892 B1 EP2973892 B1 EP 2973892B1
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Definitions
- the present invention relates to a method of manufacturing a modular electrical plug connector assembly for a control device in a motor vehicle.
- the motor vehicles usually have various actuators and sensors.
- a control device in the motor vehicle serves, for example, to receive and process signals from the sensors and to output control signals to the actuators.
- the demands on a control device that controls these functions also increase.
- a number of required electrical lines, by means of which data and signals between the control unit and sensors or actuators can be replaced, also increases.
- today's control units already have up to 200 electrical data and signal lines. Frequently, multiple lines are combined to form a harness, for example, to exchange data between the controller and a function providing another device can.
- the lines are generally not firmly connected to the controller, but detachably attached to the controller via a plug connection.
- a multiplicity of contact elements for example in the form of plug pins or sockets, which are wired inside the control unit with corresponding signal and data lines to, for example, control components or data processing components of the control unit, are provided on the control unit.
- These contact elements can cooperate with complementary mating contact elements, which are provided in a plug connector, for example at the end of a wiring harness.
- the plug connector is thereby releasably inserted into suitable receptacles on the control unit to produce in this way an electrically conductive connection between the lines of the wiring harness and the associated contact elements of the control unit.
- US 5 110 307 A and US 5 298 683 A disclose methods of making modular electrical plug connector assemblies wherein two different materials would be bonded together by laser welding.
- Embodiments of the method proposed herein for making a modular electrical plug connector assembly may, among other things, enable a multi-plug module To make connector assembly with industrially manageable manufacturing technologies and thereby meet high demands on, for example, a manufacturing precision, a stability of the connector assembly and / or low cost.
- a method for producing a modular electrical plug connector assembly for a control unit in a motor vehicle, wherein the plug connector assembly has a module carrier and at least two plug modules.
- the two plug modules are side by side, i. within a common plane, arranged on the module carrier.
- Both plug modules each have a plug housing collar, which protrudes in a direction away from the module carrier and is designed to receive in each case an electrical plug connector.
- the two plug modules each have a plurality of contact elements, for example in the form of contact pins or sockets, which are arranged in a contact region within the respective plug housing collar and are shaped to cooperate with complementary mating contact elements of the respective electrical connector.
- the proposed manufacturing method is characterized by a combination of the following method steps: First, one of the plug modules is arranged in a recess in the module carrier and the plug module is positioned exactly relative to the module carrier. Subsequently, the plug module is pressed against the module carrier, and then laser welded to the module carrier in a mounting area.
- the contact elements should be provided on several separate smaller connector modules, which can then be attached to a common module carrier.
- the relatively small connector modules can be manufactured with high precision, for example by injection molding.
- the module carrier can be manufactured by injection molding.
- the plug modules can be introduced into recesses provided in the module carrier.
- the recesses may preferably have a slightly larger cross-sectional area than that of the plug modules, so that each plug module within the recess can still be slightly displaced and thus can be precisely adapted to a final position to be assumed.
- the plug modules with the module carrier by laser welding connect to.
- Laser welding processes have been found to be advantageously implementable for industrial production.
- properties of laser welding methods have been known to be advantageous in that individual plug modules can first be positioned precisely in relation to the module carrier, then pressed against the module carrier in this position and no further forces during subsequent laser welding to the module carrier the plug module or the module carrier are exercised, so that the previously set exact positioning during laser welding is not endangered.
- the module carrier and the plug modules are made of different materials and a laser is used for laser welding, the laser beam in the material of one of the two components, that is, either in the module carrier or in one of the plug modules, is absorbed much weaker than in the material of the other component.
- the laser beam may be directed in the attachment region through the less absorbent component to the more absorbent component.
- the materials for the module carrier and the connector module can accordingly be chosen so that the Laser welding radiated laser light does not need to impinge directly on a melted area, that is, without having to go through previously by other solid material.
- one of the materials used for the module carrier or the plug module can be selected to be transparent for the laser radiation used so that the laser radiation can be directed through the corresponding component onto the region to be fused.
- the module carrier and / or the plug modules in the attachment region has a projecting web.
- the web can be provided for example on the module carrier and protrude from this towards the plug module.
- the web can be provided on the plug module and protrude toward the module carrier.
- this web can serve as a mounting area, which is melted during welding and then connects the two components materially together after the subsequent solidification. Laterally next to the web can be provided between the module carrier and the respective plug module remaining clearance, can flow into the expelled material during laser welding.
- the fastening region is arranged laterally between the plug housing collar and the contact region in which the contact elements are arranged.
- a plug module is fastened to the module carrier in a fastening region which is located laterally within a contour formed by the plug housing collar, but laterally outside the contact region in which the, for example, pin-shaped contact elements are to be located.
- a free space is usually provided between the contact area and the plug housing collar, which in this way can advantageously be used to secure the two components to one another.
- no extra space needs to be provided outside the plug housing collar to connect the two components together.
- neighboring Plug modules are attached very close to each other on the module carrier, which can minimize the total space required by the connector assembly arrangement space.
- a laser beam used in laser welding may be directed laterally within the connector housing collar onto the mounting area.
- the material of the plug module is selected to be transparent to the laser beam, such a laser beam directed to an interior region within the plug housing collar can be transmitted through a bottom of the plug module and absorbed at an interface with the module carrier and melt material at that interface.
- the proposed laser welding method thus makes it possible to fasten the plug module and the module carrier together in a fastening region which can lie within a base area of the plug housing collar, that is to say within the base area to be provided anyway for receiving the plug connector. A space of the plug connector assembly can be minimized thereby.
- the module carrier is held during the laser welding in a holder and the plug module pressed by means of a movable hold-down against the plug module.
- the larger-sized module carrier can thus be held stationary in the holder during the entire manufacturing process and each of the plug modules to be connected to this module carrier can be pressed by a suitable displaceable hold-down to the module carrier and then fixed by laser welding to this. It can be used a uniform hold-down for various connector modules. Alternatively, for each of the plug modules to be fastened, a special hold-down with suitable geometry can be kept. The displacement of the blank holder and the pressure exerted by this pressure against the module carrier can be precisely controlled.
- the contact elements in the plug module can be used only after the laser welding.
- the plug module is first welded without the contact elements on the module carrier, it can be avoided that the contact elements for Example, during the laser welding partially shadow the laser beam used for this purpose or limit the way this laser beam can be performed restrict.
- FIG. 1 shows a perspective view of a modular electrical plug connector assembly 2, which has a module carrier 4 and a plurality of plug modules 6, 8, 10.
- the plug modules 6, 8, 10 are arranged side by side on the module carrier 4 in a longitudinal direction x and / or in a transverse direction y.
- Each of the plug modules 6, 8, 10 has a plug housing collar 12, 14, 16, which protrudes in a direction z away from the module carrier 4 and each surrounds an inner region 13, 15, 17 which is shaped to receive a correspondingly complementary electrical plug connector is.
- In the inner region 13, 15, 17 are each contact elements (in FIG.
- each of the contact elements may be connected to an electrical line 20, which is connected at its other end, for example, with a (not shown) on a circuit board provided circuit.
- FIG. 2 is a cross-sectional view of the module carrier 4 with two connector modules 6, 8 shown.
- a first plug-in module 6 is shown in a state attached to the module carrier 4.
- a second connector module 8 is shown in a state before it is fitted in the direction of arrow in a recess 5 in the module carrier 4 and then pressed against the module carrier 4 and secured thereto.
- FIG. 3 The plug housing collar 12 surrounds an inner region 13 of the plug module 6. In a partial region of this inner region 13, pin-like contact elements 18 are arranged, which extend from the plane of the module carrier 4 protrude to the outside. This subregion is referred to as contact region 19.
- the contact elements 18 extend through a base plate 24 of the connector module 6 therethrough.
- the base plate 24 and of this base plate 24 projecting outwardly plug housing collar 12 can be made as a one-piece injection molded component.
- the attachment region 22 is preferably located on the one hand laterally inside the plug housing collar 12 and on the other hand outside the contact region 19, as in FIG FIG. 3 clearly visible in the plan view.
- the attachment region 22 can enclose the contact region 19 in an annular manner.
- the base plate 24 of the plug module 6 in the attachment region 22 can be materially connected to the module carrier 4 by laser welding.
- FIG. 4 is a cross section through components of a connector assembly and by a device by means of which these components can be connected by laser welding technologies, shown.
- a module carrier 4 is received in a matching recess of a holder 46 and is supported at its edges by this from below.
- a plug-in module 6 is inserted on its underside into the complementary recess 5 formed inside the module carrier 4 and positioned exactly in relation to the module carrier 4. Subsequently, the connector module 6 is pressed by means of a hold-down 38 with a force F axially downwards to the module carrier 4. In this precisely positioned and compressed state, areas at an interface between the module carrier 4 and the plug module 6 are locally melted with the aid of a laser beam 40. By means of this laser welding process, the plug-in module 6 is firmly bonded to the module carrier 4.
- the plug module has 6 a different plastic material than the module carrier 4 and the properties of the laser beam 40 are chosen so that the material of the plug module 6 hardly absorbs the laser beam, but the material of the module carrier 4 acts strongly absorbing on the laser beam.
- the plug module 6 made of transparent polyamide and the module carrier 4 made of soot particles offset and thus optically absorbent polyamide.
- the laser beam 40 may, for example, have a wavelength of 980 nm, in which the polyamide of the plug module 6 is largely transparent, but strongly absorbs the polymaid of the module carrier 4.
- a web 36 in the fastening region 22 may be connected to one of the components to be connected, for example to the module carrier 4.
- This web 36 protrudes from the module carrier 4 upwards to the plug module 6.
- the bottom 24 of the plug-in module 6 rests mainly on this web 36.
- parts of the web 36 and of the base 24 pressed thereon are melted and, during the subsequent solidification, are further pressed together by means of the hold-down 38.
- an outwardly opening gap 44 may be provided, whose cross-section increases with increasing lateral distance from the web 36. Such a gap 44, which increasingly opens toward the outside, avoids the inevitable infiltration of moisture, for example during freezing, to generate a force between the module carrier 4 and the plug module 6, which could jeopardize the integrity of the welded connection between these two components.
- the laser beam 40 used for laser welding can be directed laterally from within within the connector housing collar 12 onto the attachment region 22. In such an irradiation direction from above, the laser beam 40 can reach the entire annular area around the recess 5 circumferential mounting portion 22 without the module carrier 4 and the connector module 6 would have to be moved. Instead, the laser beam 40, for example, as in a laser scanner with a suitable mirror optics can be successively displaced along the mounting area. There is therefore no risk that the plug-in module 6 is displaced relative to the carrier module 4 during the laser process, thereby losing the previously set exact positioning.
- the laser beam 40 can be dimensioned and directed such that it is radiated, for example, substantially parallel to the inner surfaces of the plug housing collar 12 and thus ideally no shading of the laser beam 40 by overlapping its beam path with the plug housing collar 12 and / or provided in the contact area 19 Contact elements 18 occurs.
- the plug module 6 may alternatively be laser-welded to the module carrier 4 before the contact elements 18 are introduced at the bottom 24 of the plug module 6.
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer modularen elektrischen Steckerverbinderanordnung für ein Steuergerät in einem Kraftfahrzeug.
- Heutige Kraftfahrzeuge bieten eine Vielzahl von Sicherheits-, Komfort- und Informationsfunktionen. Hierzu verfügen die Kraftfahrzeuge meist über diverse Aktuatoren und Sensoren. Ein Steuergerät in dem Kraftfahrzeug dient dazu, beispielsweise Signale von den Sensoren aufzunehmen und zu verarbeiten sowie Steuersignale an die Aktuatoren auszugeben. Mit einer Zunahme von Funktionen, die in einem Kraftfahrzeug angeboten werden sollen, steigen auch die Anforderungen an ein Steuergerät, das diese Funktionen kontrolliert. Insbesondere steigt auch eine Anzahl erforderlicher elektrischer Leitungen, mithilfe derer Daten und Signale zwischen dem Steuergerät und Sensoren beziehungsweise Aktuatoren ausgetauscht werden können. Heutige Steuergeräte weisen beispielsweise schon bis zu 200 elektrische Daten- und Signalleitungen auf. Häufig sind dabei mehrere Leitungen zu einem Kabelbaum zusammen gefasst, um beispielsweise Daten zwischen dem Steuergerät und einem eine Funktion bereit stellenden weiteren Gerät austauschen zu können.
- Um beispielsweise das Steuergerät warten oder reparieren zu können, sind die Leitungen im Allgemeinen nicht fest mit dem Steuergerät verbunden, sondern über eine Steckerverbindung lösbar an dem Steuergerät angebracht. An dem Steuergerät sind hierzu eine Vielzahl von Kontaktelementen, beispielsweise in Form von Steckerpins oder Buchsen vorgesehen, die im Inneren des Steuergeräts mit entsprechenden Signal- und Datenleitungen hin zu beispielsweise Steuerkomponenten oder Datenverarbeitungskomponenten des Steuergeräts verdrahtet sind. Diese Kontaktelemente können mit komplementären Gegenkontaktelementen zusammenwirken, die in einem Steckerverbinder beispielsweise am Ende eines Kabelbaums vorgesehen sind. Der Steckerverbinder wird dabei in geeignete Aufnahmen an dem Steuergerät lösbar eingesteckt, um auf diese Weise eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen den Leitungen des Kabelbaums und den zugehörigen Kontaktelementen des Steuergeräts herzustellen.
- Es wurde beobachtet, dass es bei Steuergeräten, die eine sehr große Anzahl von Kontaktelementen für beispielsweise bis zu 200 oder mehr elektrische Leitungen vorsehen, schwierig sein kann, die Kontaktelemente an dem Steuergerät mit einer ausreichenden Genauigkeit zu positionieren. Deswegen wurde beispielsweise in
DE 10 2011 006 195 A1 vorgeschlagen, ein Steuergerät mit einer modularen elektrischen Steckerverbinderanordnung vorzusehen, bei der mehrere Steckermodule nebeneinander in einem Modulträger angeordnet sind. Jedes der Steckermodule kann dabei separat und mit hoher Präzision gefertigt werden. Insbesondere können zur Fertigung der Steckermodule Spritzgusstechnologien eingesetzt werden, die bei kleinen Baueinheiten zwar eine ausreichend hohe Präzision zulassen, die bei sehr großen Einheiten für Steckerverbinder mit beispielsweise 200 Kontaktelementen jedoch häufig mit einem Verzug und daraus resultierend einer unzureichenden Positionierungspräzision behaftet sind. Beim Zusammenbau der Steckerverbinderanordnung können dabei die verschiedenen Steckermodule in Bezug auf den Modulträger geeignet präzise festgelegt werden und erst dann mit dem Modulträger mechanisch verbunden werden. -
US 5 110 307 A undUS 5 298 683 A offenbaren Verfahren zum Herstellen modularen elektrischen Steckerverbinderanordnungen, wobei zwei unterschiedliche Materialien mittels Laserschweißen miteinander verbunden würden. - Ausführungsformen des hier vorgeschlagenen Verfahrens zum Herstellen einer modularen elektrischen Steckerverbinderanordnung können unter anderem ermöglichen, eine mit mehreren Steckermodulen versehene Steckerverbinderanordnung mit großindustriell handhabbaren Fertigungstechnologien zu fertigen und dabei hohen Anforderungen an beispielsweise eine Fertigungspräzision, eine Stabilität der Steckerverbinderanordnung und/oder niedrige Kosten gerecht zu werden.
- Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer modularen elektrischen Steckerverbinderanordnung für ein Steuergerät in einem Kraftfahrzeug vorgeschlagen, bei dem die Steckerverbinderanordnung einen Modulträger und wenigstens zwei Steckermodule aufweist. Die beiden Steckermodule sind nebeneinander, d.h. innerhalb einer gemeinsamen Ebene, an dem Modulträger angeordnet. Beide Steckermodule weisen jeweils einen Steckergehäusekragen auf, der in einer Richtung weg von dem Modulträger abragt und zur Aufnahme jeweils eines elektrischen Steckerverbinders ausgeformt ist. Die beiden Steckermodule weisen jeweils mehrere Kontaktelemente, beispielsweise in Form von Kontaktstiften oder Buchsen, auf, die in einem Kontaktbereich innerhalb des jeweiligen Steckergehäusekragens angeordnet sind und dazu ausgeformt sind, mit komplementären Gegenkontaktelementen des jeweiligen elektrischen Steckverbinders zusammenzuwirken. Das vorgeschlagene Herstellungsverfahren zeichnet sich durch eine Kombination der nachfolgenden Verfahrensschritte aus: Zunächst wird jeweils eines der Steckermodule in einer Ausnehmung in dem Modulträger angeordnet und das Steckermodul genau relativ zu dem Modulträger positioniert. Anschließend wird das Steckermodul an den Modulträger angepresst, und dann mit dem Modulträger in einem Befestigungsbereich laserverschweißt.
- Mit anderen Worten können Ideen zu dem hierin vorgeschlagenen Verfahren zum Herstellen einer modularen Steckerverbinderanordnung unter anderem als auf den im Folgenden beschriebenen Gedanken und Erkenntnissen beruhend angesehen werden.
- Es wurde erkannt, dass in Steuergeräten, bei denen eine Vielzahl von Kontaktelementen vorzusehen ist, die jeweils von an das Steuergerät anzusteckenden Steckerverbindern kontaktiert werden sollen, eine erhöhte Präzision bei der Anordnung der Kontaktelemente dadurch erreicht werden kann, dass die Kontaktelemente nicht in einem einzigen Bauteil angeordnet werden, da es bei einem einzigen Bauteil, welches beispielsweise im Spritzgussverfahren hergestellt wird, schwierig sein kann, große Bauteile mit engen Fertigungstoleranzen herzustellen. Stattdessen sollen die Kontaktelemente an mehreren separaten kleineren Steckermodulen vorgesehen werden, die dann an einem gemeinsamen Modulträger befestigt werden können. Die verhältnismäßig kleinen Steckermodule können mit hoher Präzision, beispielsweise im Spritzgussverfahren, gefertigt werden. Auch der Modulträger kann im Spritzgussverfahren gefertigt werden. Um aus diesen beiden vorgefertigten Komponententypen schließlich die gesamte Steckerverbinderanordnung herzustellen, können die Steckermodule in Ausnehmungen, die in dem Modulträger vorgesehen sind, eingebracht werden. Die Ausnehmungen können dabei vorzugsweise eine geringfügig größere Querschnittsfläche aufweisen, als diejenige der Steckermodule, so dass jedes Steckermodul innerhalb der Ausnehmung noch geringfügig verlagert werden kann und somit einer letztendlich anzunehmenden Position präzise angepasst werden kann.
- Bei der Herstellung einer solchen Steckerverbinderanordnung muss jedoch gewährleistet werden können, dass diese im Wesentlichen den gleichen physikalischen Anforderungen hinsichtlich einer zu erreichenden Genauigkeit, Dichtigkeit und Festigkeit genügen muss, wie dies zum Beispiel bei herkömmlichen als kleines monolithisches Spritzgussteil bereitgestellten Steckerverbinderanordnungen der Fall war. Die Genauigkeitsanforderungen können dabei nötig sein, um eine einwandfreie Kontaktierung, beispielsweise einer Leiterplatte, gewährleisten zu können. Dichtigkeitsanforderungen gegenüber Feuchtigkeit können aufgrund des Einsatzes der Steckerverbinderanordnung in einem Steuergerät im Motorraum eines Kraftfahrzeuges hoch sein. Auch Festigkeitsanforderungen, beispielsweise zu Aufnahme von axialen Steckkräften sowie ausreichende Stabilität bei Schwingungsbelastungen, welche zum Beispiel aus der Masse eines Kabelbaumsteckers selbst sowie einer fortführenden Kabelschlaufe herrühren können, können ebenfalls hoch angesetzt sein. Außerdem sollte die modulare elektrische Steckerverbinderanordnung möglichst klein sein und wenig Bauraum erfordern.
- Um unter anderem diesen Anforderungen gerecht zu werden, wird vorgeschlagen, die Steckermodule mit dem Modulträger durch Laserschweißen zu verbinden. Laserschweißverfahren wurden als für eine industrielle Fertigung vorteilhaft implementierbar erkannt. Insbesondere bei der Herstellung von Steckerverbinderanordnungen wurden Eigenschaften von Laserschweißverfahren dahingehend als vorteilhaft bekannt, dass einzelne Steckermodule zunächst präzise in Relation zu dem Modulträger positioniert werden können, in dieser Position dann gegen den Modulträger angepresst werden können und beim anschließenden Laserverschweißen mit dem Modulträger keine weitere Kräfte auf das Steckermodul bzw. den Modulträger ausgeübt werden, so dass die zuvor eingestellte genaue Positionierung während des Laserverschweißens nicht gefährdet wird. Außerdem wurde festgestellt, dass, wenn das Laserschweißverfahren und das Anpressen des Steckermoduls an den Modulträger geeignet durchgeführt werden, kaum ein Risiko besteht, dass sich eine der beiden durch das Laserschweißen zu verbindenden Komponenten verzieht. Zudem werden keine Flitter oder sonstige Schmutzpartikel durch das Laserschweißen erzeugt, welche zu Beschädigungen des Steuergeräts führen können, wobei die Beschädigungen beispielsweise elektrischer Art sein können oder eine unzureichend feste oder dichte Verklebung der Steckerleiste zur Folge haben können. Insgesamt kann mit dem vorgeschlagenen Herstellungsverfahren eine sehr hohe Fertigungspräzision mit geringen Fertigungstoleranzen erreicht werden.
- Nach dem Herstellungsverfahren der Erfindung der Modulträger und die Steckermodule aus unterschiedlichen Materialien bestehen und zum Laserverschweißen ein Laser eingesetzt wird, dessen Laserstrahl in dem Material einer der beiden Komponenten, das heißt, entweder in dem Modulträger oder in einem der Steckermodule, wesentlich schwächer absorbiert wird als in dem Material der anderen Komponente. In diesem Fall kann der Laserstrahl in dem Befestigungsbereich durch die schwächer absorbierende Komponente hindurch auf die stärker absorbierende Komponente gerichtet werden.
- Mit anderen Worten kann vorteilhaft genutzt werden, dass unterschiedliche Materialien, insbesondere unterschiedliche Kunststoffmaterialien, unterschiedliche Absorptionseigenschaften hinsichtlich eingestrahlter Laserstrahlung aufweisen können. Die Materialien für den Modulträger und das Steckermodul können dementsprechend so gewählt werden, dass das zum Laserverschweißen eingestrahlte Laserlicht nicht direkt auf einen aufzuschmelzenden Bereich aufzutreffen braucht, das heißt, ohne zuvor durch anderes festes Material hindurchlaufen zu müssen. Stattdessen kann eines der für den Modulträger oder das Steckermodul verwendeten Materialien als für die eingesetzte Laserstrahlung transparent ausgewählt werden, so dass die Laserstrahlung durch die entsprechende Komponente hindurch auf den aufzuschmelzenden Bereich gerichtet werden kann. Dadurch können die Möglichkeiten, wie die zum Laserschweißen eingesetzte Laserstrahlung eingestrahlt werden kann, erheblich flexibler gestaltet werden.
- Gemäß einer Ausführungsform weist der Modulträger und/oder die Steckermodule im Befestigungsbereich einen abragenden Steg auf. Der Steg kann dabei beispielsweise an dem Modulträger vorgesehen sein und von diesem hin zu dem Steckermodul abragen. Alternativ oder ergänzend kann der Steg an dem Steckermodul vorgesehen sein und hin zu dem Modulträger abragen. Im Rahmen des Laserverschweißens des Steckermoduls mit dem Modulträger kann dieser Steg als Befestigungsbereich dienen, der während des Verschweißens aufgeschmolzen wird und nach dem anschließenden Erstarren dann die beiden Komponenten stoffschlüssig miteinander verbindet. Seitlich neben dem Steg kann zwischen dem Modulträger und dem jeweiligen Steckermodul ein verbleibender Freiraum vorgesehen sein, in den beim Laserverschweißen ausgetriebenes Material strömen kann.
- Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Befestigungsbereich lateral zwischen dem Steckergehäusekragen und dem Kontaktbereich, in dem die Kontaktelemente angeordnet sind, angeordnet. Mit anderen Worten wird ein Steckermodul an dem Modulträger in einem Befestigungsbereich befestigt, der sich lateral innerhalb einer durch den Steckergehäusekragen gebildeten Kontur befindet, allerdings lateral außerhalb des Kontaktbereichs, in dem sich die beispielsweise stiftförmigen Kontaktelemente befinden sollen. Beispielsweise aus Stabilitätsgründen ist meistens zwischen dem Kontaktbereich und dem Steckergehäusekragen ohnehin ein Freiraum vorgesehen, der auf diese Weise vorteilhaft zum Befestigen der beiden Komponenten aneinander genutzt werden kann. Es braucht somit kein zusätzlicher Raum außerhalb des Steckergehäusekragens vorgesehen werden, um die beiden Komponenten miteinander zu verbinden. Dementsprechend können benachbarte Steckermodule sehr eng beieinander an dem Modulträger befestigt werden, wodurch sich der gesamte, von der Steckerverbinderanordnung benötigte Bauraum minimieren lässt.
- Ein beim Laserschweißen eingesetzter Laserstrahl kann beispielsweise lateral innerhalb des Steckergehäusekragens auf den Befestigungsbereich gerichtet werden. Insbesondere, wenn zum Beispiel das Material des Steckermoduls als für den Laserstrahl transparent ausgewählt wird, kann ein solcher auf einen Innenbereich innerhalb des Steckergehäusekragens gerichteter Laserstrahl durch einen Boden des Steckermoduls hindurchstrahlen und an einer Grenzfläche zu dem Modulträger absorbiert werden und Material an dieser Grenzfläche aufschmelzen. Das vorgeschlagene Laserschweißverfahren ermöglicht es somit, das Steckermodul und den Modulträger in einem Befestigungsbereich aneinander zu befestigen, der innerhalb einer Grundfläche des Steckergehäusekragens, das heißt, innerhalb der ohnehin für die Aufnahme des Steckverbinders vorzusehenden Grundfläche, liegen kann. Ein Bauraum der Steckerverbinderanordnung kann hierdurch minimiert werden.
- In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Modulträger während des Laserschweißens in einer Halterung gehalten und das Steckermodul mittels eines verlagerbaren Niederhalters gegen das Steckermodul gepresst. Der baugrößere Modulträger kann somit während des gesamten Herstellungsverfahrens stationär in der Halterung gehalten werden und jedes der mit diesem Modulträger zu verbindenden Steckermodule kann durch einen geeigneten verlagerbaren Niederhalter an den Modulträger gepresst und dann durch Laserschweißen an diesem befestigt werden. Es kann dabei ein einheitlicher Niederhalter für verschiedene Steckermodule eingesetzt werden. Alternativ kann für jedes der zu befestigenden Steckermodule ein spezieller Niederhalter mit geeigneter Geometrie vorgehalten werden. Die Verlagerung des Niederhalters und der von diesem ausgeübte Anspressdruck gegen den Modulträger können präzise gesteuert werden.
- In einer vorteilhaften Ausgestaltung können die Kontaktelemente in das Steckermodul erst nach dem Laserverschweißen eingesetzt werden. Indem das Steckermodul zunächst ohne die Kontaktelemente an dem Modulträger angeschweißt wird, kann vermieden werden, dass die Kontaktelemente zum Beispiel während des Laserverschweißens den hierzu verwendeten Laserstrahl teilweise abschatten oder Möglichkeiten, wie dieser Laserstrahl geführt werden kann, einschränken. Allerdings ist es durchaus auch möglich, das Steckermodul an dem Modulträger zu verschweißen, nachdem bereits die Kontaktelemente eingesetzt wurden, sofern sichergestellt wird, dass die Kontaktelemente so ausgestaltet und angeordnet sind, dass sie den Prozess des Laserverschweißens nicht negativ beeinflussen.
- Es wird darauf hingewiesen, dass mögliche Merkmale und Vorteile der Erfindung hierin in Bezug auf verschiedene Ausführungsformen eines Verfahrens zum Herstellen einer Steckerverbinderanordnung beschrieben sind. Ein Fachmann wird erkennen, dass die Merkmale in geeigneter Weise miteinander kombiniert oder ausgetauscht werden können, um zu weiteren Ausführungsformen und gegebenenfalls Synergieeffekten gelangen zu können.
- Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei weder die Beschreibung noch die Zeichnungen als die Erfindung einschränkend ausgelegt werden sollen.
-
Figur 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer modularen elektrischen Steckerverbinderanordnung. -
Figur 2 zeigt eine teilweise weggeschnittene Querschnittsansicht einer erfindungsgemäß hergestellten modularen elektrischen Steckerverbinderanordnung. -
Figur 3 zeigt eine stark schematisierte Draufsicht auf ein Steckermodul für eine erfindungsgemäß hergestellte modulare elektrische Steckerverbinderanordnung. -
Figur 4 zeigt einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäß hergestellte Steckerverbinderanordnung zur Veranschaulichung einer Fertigungsmöglichkeit. -
Figur 5 zeigt einen Querschnitt eines Details eines Befestigungsbereichs einer erfindungsgemäß hergestellten Steckerverbinderanordnung. - Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen veranschaulichen in den verschiedenen Zeichnungen gleiche oder gleich wirkende Merkmale.
-
Figur 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer modularen elektrischen Steckerverbinderanordnung 2, die einen Modulträger 4 und mehrere Steckermodule 6, 8, 10 aufweist. Die Steckermodule 6, 8, 10 sind dabei in einer Längsrichtung x und/oder in einer Querrichtung y nebeneinander an dem Modulträger 4 angeordnet. Jedes der Steckermodule 6, 8, 10 weist einen Steckergehäusekragen 12, 14, 16 auf, welcher in einer Richtung z weg von dem Modulträger 4 abragt und jeweils einen Innenbereich 13, 15, 17 umgibt, der zur Aufnahme eines entsprechend komplementär ausgebildeten elektrischen Steckerverbinders ausgeformt ist. In dem Innenbereich 13, 15, 17 sind jeweils Kontaktelemente (inFigur 1 nicht zu sehen), beispielsweise in Form von Pins, angeordnet, die mit komplementären Gegenkontaktelementen des Steckerverbinders zusammenwirken können und auf diese Weise eine elektrische Verbindung zwischen den Kontaktelementen und den Gegenkontaktelementen erzeugen können. Jedes der Kontaktelemente kann dabei mit einer elektrischen Leitung 20 verbunden sein, die an ihrem anderen Ende beispielsweise mit einem auf einer Platine (nicht dargestellt) vorgesehenen Schaltkreis verbunden ist. - In
Figur 2 ist eine Querschnittsansicht des Modulträgers 4 mit zwei Steckermodulen 6, 8 dargestellt. Ein erstes Steckermodul 6 ist dabei in einem an dem Modulträger 4 befestigten Zustand dargestellt. Ein zweites Steckermodul 8 ist in einem Zustand dargestellt, bevor es in Pfeilrichtung in eine Ausnehmung 5 in dem Modulträger 4 eingepasst und dann an den Modulträger 4 angepresst und an diesem befestigt wird.Figur 3 zeigt stark schematisiert eine Draufsicht auf das Steckermodul 6. Der Steckergehäusekragen 12 umgibt einen Innenbereich 13 des Steckermoduls 6. In einem Teilbereich dieses Innenbereichs 13 sind stiftartige Kontaktelemente 18 angeordnet, die von der Ebene des Modulträgers 4 nach außen abragen. Dieser Teilbereich wird als Kontaktbereich 19 bezeichnet. Die Kontaktelemente 18 reichen dabei durch eine Grundplatte 24 des Steckermoduls 6 hindurch. Die Grundplatte 24 und der von dieser Grundplatte 24 nach außen abragende Steckergehäusekragen 12 können dabei als einstückiges Spritzgussbauteil gefertigt sein. - Um das Steckermodul 6 an dem Modulträger 4 anzubringen, wird dieses in einem Befestigungsbereich 22 an dem Modulträger 4 befestigt. Der Befestigungsbereich 22 befindet sich dabei vorzugsweise einerseits lateral innerhalb des Steckergehäusekragens 12 und andererseits aber außerhalb des Kontaktbereichs 19, wie in
Figur 3 in der Draufsicht gut zu erkennen. Der Befestigungsbereich 22 kann dabei den Kontaktbereich 19 ringförmig umschließen. Wie nachfolgend genauer beschrieben, kann die Grundplatte 24 des Steckermoduls 6 im Befestigungsbereich 22 durch Laserschweißen mit dem Modulträger 4 stoffschlüssig verbunden werden. - In
Fig. 4 ist ein Querschnitt durch Komponenten einer Steckverbinderanordnung sowie durch eine Vorrichtung, mit Hilfe derer diese Komponenten durch Laserschweißtechnologien miteinander verbunden werden können, gezeigt. Ein Modulträger 4 ist dabei in einer passenden Ausnehmung einer Halterung 46 aufgenommen und wird an seinen Rändern von dieser von unten abgestützt. Ein Steckermodul 6 wird an seiner Unterseite in die komplementär dazu ausgebildete Ausnehmung 5 innerhalb des Modulträgers 4 eingeführt und genau in Relation zu dem Modulträger 4 positioniert. Anschließend wird das Steckermodul 6 mit Hilfe eines Niederhalters 38 mit einer Kraft Faxial nach unten hin zu dem Modulträger 4 gepresst. In diesem genau positionierten und zusammengepressten Zustand werden mit Hilfe eines Laserstrahls 40 Bereiche an einer Grenzfläche zwischen dem Modulträger 4 und dem Steckermodul 6 lokal aufgeschmolzen. Durch diesen Laserschweißprozess wird das Steckermodul 6 an dem Modulträger 4 stoffschlüssig angebunden. - Damit der Laserstrahl 40, der von oben in dem von dem Steckergehäusekragen 4 umgebenen Innenbereich 13 des Steckermoduls 6 eingestrahlt wird, überwiegend an der Grenzfläche zwischen dem Modulträger 4 und dem Steckermodul 6 absorbiert wird und dort zu einem lokalen Aufschmelzen von Material führt, weist das Steckermodul 6 ein anderes Kunststoffmaterial auf als der Modulträger 4 und die Eigenschaften des Laserstrahls 40 werden so gewählt, dass das Material des Steckermoduls 6 den Laserstrahl kaum absorbiert, das Material des Modulträgers 4 jedoch stark absorbierend auf den Laserstrahl wirkt. Beispielsweise kann das Steckermodul 6 aus transparentem Polyamid und der Modulträger 4 aus mit Rußpartikeln versetztem und somit optisch absorbierendem Polyamid bestehen. Der Laserstrahl 40 kann beispielsweise eine Wellenlänge von 980 nm aufweisen, bei das Polyamid des Steckermoduls 6 weitgehend transparent ist, das Polymaid des Modulträgers 4 jedoch stark absorbiert.
- Prinzipiell ist auch vorstellbar, den Laserstrahl 40 nicht, wie in
Fig. 4 dargestellt, durch den Boden 24 des Steckermoduls 6 hindurch hin zu dem Modulträger 4 einzustrahlen, sondern in umgekehrter Richtung durch ein in diesem Fall transparent zu wählendes Material des Modulträgers 4 hin zu einem Steckermodul 6, das dann mit einem den Laserstrahl 40 absorbierenden Material ausgebildet sein sollte. - Um den Laserschweißvorgang zu unterstützen und die erzielte stoffschlüssige Verbindung noch stabiler auszugestalten, kann es vorteilhaft sein, an einer der zu verbindenden Komponenten, beispielsweise an dem Modulträger 4, einen Steg 36 im zu verbindenden Befestigungsbereich 22 vorzusehen. Dieser Steg 36 ragt von dem Modulträger 4 nach oben hin zu dem Steckermodul 6 ab. Wenn das Steckermodul 6 mittels des Niederhalters 38 hin zu dem Modulträger 4 gepresst wird, liegt der Boden 24 des Steckermoduls 6 hauptsächlich auf diesem Steg 36 auf. Beim anschließenden Laserverschweißen werden Teile des Steges 36 sowie des daran angepressten Bodens 24 aufgeschmolzen und während des anschließenden Erstarrens weiterhin mittels des Niederhalters 38 zusammengepresst. Hierdurch kann eine sehr zuverlässige stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Modulträger 4 und dem Steckermodul 6 im Bereich des in dem Befestigungsbereich 22 vorgesehenen Steges 36 ausgebildet werden. Da der Steg 36 beispielsweise ringartig um die Ausnehmung 5 in dem Modulträger 4 umlaufend ausgebildet sein kann, kann auf diese Weise auch eine fluiddichte Verbindung zwischen den beiden Komponenten 4, 6 erzeugt werden.
- Wie in
Fig. 5 dargestellt, können seitlich neben dem Steg 36 zwischen dem Modulträger 4 und dem Steckermodul 6 Freiräume 42 vorgesehen werden, in die während des Laserschweißens ausgetriebenes Material strömen kann. Ferner kann neben dem Steg 36 ein sich nach außen hin öffnender Spalt 44 vorgesehen sein, dessen Querschnitt mit zunehmendem seitlichem Abstand vom Steg 36 zunimmt. Durch einen solchen, sich nach außen hin zunehmend öffnenden Spalt 44 kann vermieden werden, dass unvermeidbar eingedrungene Feuchtigkeit, beispielsweise beim Einfrieren eine Kraft zwischen dem Modulträger 4 und dem Steckermodul 6 generieren kann, die die Integrität der Schweißverbindung zwischen diesen beiden Komponenten gefährden könnte. - Wie in
Fig. 4 dargestellt, kann der zum Laserschweißen eingesetzte Laserstrahl 40 von oben her lateral innerhalb des Steckergehäusekragens 12 auf den Befestigungsbereich 22 gerichtet werden. Bei einer solchen Einstrahlrichtung von oben kann der Laserstrahl 40 den gesamten ringförmig um die Ausnehmung 5 umlaufenden Befestigungsbereich 22 erreichen, ohne dass der Modulträger 4 und das Steckermodul 6 bewegt werden müssten. Stattdessen kann der Laserstrahl 40 beispielsweise wie bei einem Laserscanner mit einer geeigneten Spiegeloptik sukzessive entlang des Befestigungsbereichs verlagert werden. Es besteht daher kein Risiko, dass das Steckermodul 6 sich während des Laservorgangs relativ zum Trägermodul 4 verlagert und dabei die zuvor eingestellte genaue Positionierung verloren geht. - Der Laserstrahl 40 kann dabei derart dimensioniert und gerichtet sein, dass er beispielsweise im Wesentlichen parallel zu den Innenoberflächen des Steckergehäusekragens 12 eingestrahlt wird und somit im Idealfall keine Abschattung des Laserstrahls 40 durch Überschneidungen von dessen Strahlpfad mit dem Steckergehäusekragen 12 und/oder im Kontaktbereich 19 vorgesehenen Kontaktelementen 18 auftritt.
- Um das Risiko von Abschattungen, insbesondere durch Kontaktelemente 18 auszuschließen, kann alternativ das Steckermodul 6 mit dem Modulträger 4 laserverschweißt werden, bevor die Kontaktelemente 18 am Boden 24 des Steckermoduls 6 eingebracht werden.
Claims (10)
- Verfahren zum Herstellen einer modularen elektrischen Steckerverbinderanordnung (2) für ein Steuergerät in einem Kraftfahrzeug, wobei die Steckerverbinderanordnung (2) aufweist:einen Modulträger (4), undwenigstens ein erstes (6) und ein zweites Steckermodul (8),wobei das erste (6) und das zweite Steckermodul (8) nebeneinander an dem Modulträger (4) angeordnet sind,wobei sowohl das erste (6) als auch das zweite Steckermodul (8) jeweils einen Steckergehäusekragen (12, 14) aufweisen, welche in einer Richtung weg von dem Modulträger (4) abragen und zur Aufnahme jeweils eines elektrischen Steckerverbinders ausgeformt sind,wobei sowohl das erste (6) als auch das zweite Steckermodul (8) jeweils mehrere Kontaktelemente (18) aufweisen, die in einem Kontaktbereich (19) innerhalb des jeweiligen Steckergehäusekragen (12, 14) angeordnet sind und zum Zusammenwirken mit komplementären Gegenkontaktelementen des jeweiligen elektrischen Steckerverbinders ausgeformt sind,wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:Anordnen jeweils eines der Steckermodule (6, 8) in einer Ausnehmung (5) in dem Modulträger (4) und genaues Positionieren des Steckermoduls (6, 8) relativ zu dem Modulträger (4),Anpressen des Steckermoduls (6, 8) an den Modulträger (4),gekennzeichnet durch:Laserverschweißen des Steckermoduls (6, 8) mit dem Modulträger (4) in einem Befestigungsbereich (22),wobei der Modulträger (4) und die Steckermodule (6, 8) aus unterschiedlichen Kunststoffmaterialien bestehen, und wobei zum Laserverschweißen ein Laser eingesetzt wird, dessen Laserstrahl in dem Material einer der beiden Komponenten ausgewählt aus der Gruppe umfassend den Modulträger (4) und die Steckermodule (6, 8) wesentlich schwächer absorbiert wird als in dem Material der anderen Komponente und wobei der Laserstrahl in dem Befestigungsbereich durch die schwächer absorbierende Komponente hindurch auf die stärker absorbierende Komponente gerichtet wird.
- Verfahren nach Anspruch 1,
wobei das Steckermodul (6) aus transparentem Polyamid besteht, wobei der Modulträger (4) aus mit Rußpartikeln versetztem Polyamid besteht oder
wobei das Steckermodul (6) aus mit Rußpartikeln versetztem Polyamid besteht,
wobei der Modulträger (4) aus transparentem Polyamid besteht. - Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
wobei ein Laserstrahl (40) für das Laserverschweißen eine Wellenlänge von 980nm aufweist. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
wobei an dem Modulträger (4) ein Steg (36) im zu verbindenden Befestigungsbereich (22) vorgesehen ist,
wobei der Steg (36) von dem Modulträger (4) nach oben hin zu dem Steckermodul (6) abragt,
wobei das Steckermodul (6) beim Anpressen des Steckermoduls (6, 8) an den Modulträger (4) ein Boden (24) des Steckermoduls (6) hauptsächlich auf diesem Steg (36) aufliegt wobei beim anschließenden Laserverschweißen Teile des Steges (36) sowie des daran angepressten Bodens (24) aufgeschmolzen werden und während des anschließenden Erstarrens weiterhin mittels des Niederhalters (38) zusammengepresst werden, wodurch eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Modulträger (4) und dem Steckermodul (6) im Bereich des in dem Befestigungsbereich (22) vorgesehenen Steges (36) ausgebildet wird. - Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Steg (36) ringartig um die Ausnehmung (5) in dem Modulträger (4) umlaufend ausgebildet ist, wodurch sich insbesondere eine fluiddichte Verbindung zwischen dem Steckermodul (6, 8) und dem Modulträger (4) erzeugt werden kann.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Modulträger (4) und/oder die Steckermodule (6, 8) im Befestigungsbereich einen von dem Modulträger (4) bzw. dem jeweiligen Steckermodul (6, 8) hin zu dem jeweiligen Steckmodul (6, 8) bzw. zu dem Modulträger (4) abragenden Steg (36) aufweist und wobei seitlich neben dem Steg (36) zwischen dem Modulträger (4) und dem jeweiligen Steckermodul (6, 8) ein Freiraum (42) verbleibt, in den beim Laserverschweißen ausgetriebenes Material strömen kann.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Befestigungsbereich (22) zwischen dem Steckergehäusekragen (12, 14) und dem Kontaktbereich (19) angeordnet ist.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei ein beim Laserschweißen eingesetzter Laserstrahl lateral innerhalb des Steckergehäusekragens (12, 14) auf den Befestigungsbereich (22) gerichtet wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Modulträger (4) während des Laserschweißens in einer Halterung (46) gehalten wird und das Steckermodul (6, 8) mittels eines verlagerbaren Niederhalters (38) gegen den Modulträger (4) gepresst wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Kontaktelemente (18) in das Steckermodul (6, 8) erst nach dem Laserverschweißen eingesetzt werden.
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