DE102004060704A1 - Formteilwicklungsherstellung - Google Patents

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Herstellung einer Wicklung (1) einer elektrischen Maschine (29) aus Wicklungsformteilen (2), die eine isolierte Oberseite (6) und nicht isolierte Verbindungsflächen (5) zum Verlöten aufweisen, führt man folgendes durch: DOLLAR A Plazieren eines Formteils (2) auf eine bereits aufgebaute Lage (3) von bereits miteinander verlöteten Formteilen (2), derart, daß an einer zu verlöteten Verbindungsstelle (4) eine Verbindungsfläche (5) eines Formteils (2) der bereits aufgebauten Lage (3) und eine Verbindungsfläche (5) des betrachteten aufgelegten Formteils (2) mit dazwischen befindlichem Lot aufeinander zu liegen kommen; DOLLAR A Aufsetzen wenigstens zweier Lötelektroden (7) auf die isolierte Oberseite (6) des oberen der zu verbindenden Formteile (2'') im Bereich der zu verlötenden Verbindungsstelle (4) und Spannungsbeaufschlagen der Lötelektroden (7), wobei die Isolierschicht von den Lötelektroden (7) durchdrungen wird, so daß ein Lötstrom in dem oberen Formteil (2'') fließt und die damit einhergehende Widerstandserwärmung eine Verlötung der Formteile (2', 2'') an der Verbindungsstelle (4) bewirkt.

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf die Formteilwicklungsherstellung, und beispielsweise auf ein Verfahren zur Herstellung einer Wicklung einer elektrischen Maschine durch Verlöten durch die Isolierschicht von isolierten Formteilen.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Bei elektrischen Maschinen ist der Ständer und/oder Läufer im allgemeinen mit einer Wicklung ausgestattet. Bei einer Mehrphasen-Maschine (Asynchron- oder Synchronmaschine) erzeugt der durch die Ständerwicklung fließende Strom ein magnetisches Drehfeld, welches Drehmoment auf den Läufer ausübt. Herkömmlicherweise ist die Wicklung aus gewickelten Drahtspulen aufgebaut. Diese verlaufen im Bereich der sogenannten Spulenseiten in Nuten des Ständerkörpers. Wegen des in der Regel kreisrunden Querschnitts der Drähte beträgt der Füllfaktor in den im allgemeinen rechteckförmigen Nuten meist weniger als 50 %.
  • Zur Erhöhung des Füllfaktors ist es bekannt, die Wicklung nicht aus Drahtgebilden, sondern aus Formteilen mit Nutstäben mit an den Nutquerschnitt angepaßtem Querschnitt auszubilden. Aus der WO 01/95461 A1 ist es beispielsweise bekannt, eine solche Wicklung aus L-förmigen Formteilen zusammenzusetzen. Da die zu verschiedenen Strängen der Maschine (das heißt den verschiedenen Phasen) gehörenden Spulen überlappend angeordnet sind, erfolgt der Aufbau der Formteilwicklung so, daß die Formteile lagenweise (und nicht etwa spulenweise) in die Ständernuten eingesetzt und elektrisch miteinander verbunden werden. Hinsichtlich der Verbindung der einzelnen Formteile ist angegeben, daß diese durch Löten, Schweißen, Toxen oder Stanzpaketieren realisiert werden kann. Näher beschrieben ist die Laserverschweißung; hierfür wird jeweils die Hälfte der Formteile einer Wicklungslage eingesetzt, und anschließend werden die einzelnen Formteile mit den bereits eingesetzten Formteilen der darunterliegenden oder gleichen Lage an vorgesehenen Verbindungsstellen laserverschweißt.
  • Aus der WO 01/95462 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer ähnlichen Formteilwicklung bekannt, bei welchem zunächst sämtliche Formteile der Wicklung gefügt werden, und erst dann alle zu schaffenden elektrischen Verbindungen einer oder beider Wicklungsseiten in einem Arbeitsgang durch Schwalllöten oder Tauchlöten hergestellt werden.
  • Aus der DE 197 41 557 C1 ist bekannt, mit Hilfe des Widerstandslötverfahrens verschieden geformte, elektrisch leitende, elektrofeinmechanische Bauteile zu beloten, insbesondere zu verzinnen, und Lotmitteldepots auf eben genannte Werkstücke aufzubringen. Das Widerstandslöten geschieht durch Anbringen zweier Elektroden, eine von oben und eine von unten, an das zu verzinnende bzw. zu verlötende Werkstück. Das zu schmelzende Lot befindet sich entweder auf der unteren Elektrode und das Werkstück direkt darüber und auf dem Werkstück die zweite Elektrode, oder umgekehrt. Der Strom fließt demnach durch das Werkstück und das Lot, welches sich durch seinen elektrischen Widerstand erwärmt und schmilzt. Die Temperatur des Lots wird durch die Stromstärke und die Zeit des geflossenen Stroms geregelt, womit verschiedene Schmelzungsgrade des Lots erzielt werden können. Dies ermöglicht auch das Anheften kleiner Lötmitteldepots an das Werkstück.
  • Aus der DE 28 36 731 ist ein Verfahren zum großflächigen Auflöten von Bauteilen auf Bleche mit Hilfe des Widerstandslötens bekannt. Hierbei wird das aufzulötende Bauteil von einer Seite auf das Blech gedrückt (es ist anzunehmen, daß das Blech dabei zur Aufnahme der Reaktionskraft auf einer Unterlage liegt). Ein durch die Elektroden und das Blech fließender Strom erwärmt das Blech, so daß das auf der anderen Blechseite angeordnete Bauteil aufgelötet wird.
  • Aus der DD 256 470 A1 ist ein Widerstandslötverfahren bekannt, bei dem ein zu verbindendes Lötteilpaktet auf dessen gegenüberliegenden Seiten von je einer Lötelektrode kontaktiert wird. Der Lötstrom fließt somit über den Spalt zwischen den zu verlötenden Teilen.
  • Die FR 2 808 938 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer Formteilwicklung, bei der Formteile durch Verlötung zu einer Wicklung zusammengesetzt werden. Die offenen Enden der Formteile werden durch Aufsetzen zweier Elektroden, einer auf das eine Formteil, die andere auf ein anderes Formteil verlötet. Die beiden Elektroden drücken aus entgegengesetzten Richtungen auf zu verlötenden Formteile. Der Heizstrom fließt über die zu verlötende Grenzfläche zwischen den Formteilen.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Wicklung einer elektrischen Maschine aus Wicklungsformteilen, die eine isolierte Oberseite und nicht isolierte Verbindungsflächen zum Verlöten aufweisen. Das Verfahren umfaßt: Plazieren eines Formteils auf eine bereits aufgebaute Lage von bereits miteinander verlöteten Formteilen derart, daß an einer zu verlöteten Verbindungsstelle eine Verbindungsfläche eines Formteils der bereits aufgebauten Lage und eine Verbindungsfläche des betrachteten aufgelegten Formteils mit dazwischen befindlichem Lot aufeinander zu liegen kommen; Aufsetzen wenigstens zweier Lötelektroden auf die isolierte Oberseite des oberen der zu verbindenden Formteile im Bereich der zu verlötenden Verbindungsstelle und Spannungsbeaufschlagen der Lötelektroden, wobei die Isolierschicht von den Lötelektroden durchdrungen wird, so daß ein Lötstrom in dem oberen Formteil fließt und die damit einhergehende Widerstandserwärmung eine Verlötung der Formteile an der Verbindungsstelle bewirkt.
  • Ein weiterer Aspekt betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Maschine mit einem Ständer und einem Läufer, bei welchem man den Ständer gemäß dem obigen Verfahren mit einer Formteilwicklung ausrüstet, und den mit der Wicklung ausgerüsteten Ständer mit dem Läufer einer elektrischen Maschine zusammensetzt.
  • Weitere Merkmale sind in den offenbarten Vorrichtungen und Verfahren enthalten oder gehen für den fachmännischen Leser aus der folgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsformen und den angefügten Zeichnungen hervor.
  • BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • Ausführungsformen der Erfindung werden nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf die angefügten Zeichnungen beschrieben, in der:
  • 1 einen Lötvorgang durch eine Querschnittansicht von Wicklungslagen, mit auf ein Lötmaterial auf einem Formteil der obersten Wicklungslage aufgesetzten Lötelektroden, veranschaulicht;
  • 2 ein Ablaufdiagramm des Lötverfahrens ist;
  • 3 ein beispielhaftes Wicklungsschema einer mehrsträngigen Wicklung mit überlappenden Spulen zeigt;
  • 4 zwei verschiedene beispielhafte Formteiltypen in perspektivischer Ansicht und Querschnittansicht darstellt;
  • 5 eine perspektivische Ansicht einer im Aufbau befindlichen Wicklungslage ist;
  • 6 eine perspektivische Ansicht eines Ständerausschnitts einer elektrischen Maschine mit im Aufbau befindlicher Formteilwicklung zeigt;
  • 7 eine perspektivische Teilansicht eines fertig mit der Wicklung bestückten Ständers zeigt;
  • 8 schematisch einen Starter-Generator mit einer solchen Wicklung veranschaulicht.
  • 9 das Anheften und Herstellen einer bestimmten Menge Lötmaterials an ein Werkstück zeigt;
  • 10 ein Ablaufdiagramm des Vorverzinnungsverfahrens ist;
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • 1 veranschaulicht einen Lötvorgang durch eine Querschnittansicht von Wicklungslagen und auf ein Formteil der obersten Wicklungslage aufgesetzten Lötelektroden. Vor einer detaillierten Beschreibung der 1 folgen zunächst verschiedene Erläuterungen zu den Ausführungsformen.
  • Bei den Ausführungsformen werden die zu verbindenden Formteile miteinander verlötet, also durch Schmelzen eines in den Lötspalt eingebrachten Metalls miteinander verbunden. Wie unten näher ausgeführt wird, wird die das Schmelzen des Lots herbeiführende Wärme durch Widerstand serwärmung erzeugt. Die zu verlötenden Formteilen sind – abgesehen von den zu verlötenden Verbindungsstellen – isoliert, so daß die Einbringung des die Widerstandserwärmung besorgenden Stroms in das Formteil durch eine zunächst noch unverletzte Isolierschicht hindurch erfolgt. Die Arbeitstemperatur liegt bei einer solchen Verlötung typischerweise unterhalb 450°C, und entsprechend wird i.a. ein Lot (z.B. auf Sn- und/oder Pb-Basis) verwendet, das bei einer Temperatur unterhalb 450°C schmilzt. Bei diesen Temperaturen schmilzt oder/und verbrennt auch eine typische Isolierschicht, wie beispielsweise Isolierlack der auf Kunstharzbasis (Epoxydharzbasis) hergestellt wurde.
  • Bei dem – unten noch näher erläuterten – Auflegen einer neuen Lage von Formteilen auf eine bereits aufgebaute Lage von bereits miteinander verlöteten Formteilen kommen die zu verlötenden Verbindungsflächen aufeinander zu liegen. Die Verbindungsflächen der Formteile sind nicht isolierend ausgebildet, während die restliche Oberfläche des Formteils, also auch die der Verbindungsfläche gegenüberliegende Fläche auf die die Lötelektroden aufgesetzt werden, i.a. komplett mit einer Isolierschicht versehen ist. Das benötigte Lot befindet sich bereits vor dem eigentlichen Lötvorgang zwischen den Verbindungsflächen. Zum Beispiel ist in einigen Ausführungsformen eine oder beide der Verbindungsflächen mit einer definierten Menge Lötmaterial ("Lötpad") versehen. Dieses Lötpad wurde in diesen Ausführungsformen in einem Vorverabreitungsschritt an die Verbindungsflächen der Formteile angeheftet. Sodann werden bei den Ausführungsformen zwei Lötelektroden auf die freiliegende isolierte Oberseite des oberen der zu verbindenden Formteile im Bereich der zu verlötenden Verbindungsstelle aufgesetzt und spannungsbeaufschlagt. Sie durchdringen dabei die Isolierschicht, so daß ein Lötstrom durch das obere Formteil fließt und die damit einhergehende Widerstandserwärmung eine Verlötung der Formteile bewirkt.
  • Bei den Ausführungsformen kann die Isolierschicht von den Lötelektroden auf verschiedene Arten durchdrungen werden. Werden die Lötelektroden auf die je der Verbindungsfläche gegenüberliegende Isolierschicht aufgesetzt, so können die Lötelektroden beispielsweise bei geeigneter Andruckkraft (beispielsweise bei einer Andruckkraft F zwischen 0,1 kN bis 0,3 kN) die Isolierschicht mechanisch durchdringen. Bei anderen Ausführungsformen werden heiße Lötelektroden auf die Isolierschicht aufgesetzt, was zu einer thermischen Durchdringung der Isolierschicht führt. Die Lötelektroden sind in manchen Ausführungsformen durch den vorherigen Lötvorgang noch heiß. Das heißt, die nach dem vorherigen Lötvorgang vorhandene Restwärme der Lötelektroden wird ausgeneutzt. In anderen Ausführungsformen werden die Lötelektroden hingegen zusätzlich beheizt, beispielsweise durch eine Brückenschaltung. Bei der thermischen Durchdringung wird die Isolierschicht am Ort der Lötelektroden verbrannt oder weggeschmolzen. Die dabei entstehenden (Verbrennungs) Rückstände werden dann beispielsweise mit einem Tuch oder einer Polierscheibe entfernt. Bei einigen Ausführungsformen wird die Isolierschicht durch eine Kombination von thermischer und mechanischer Durchdringung durchstoßen. Zusätzlich umfaßt bei manchen Ausführungs formen die mechanische Einwirkung auf die Isolierschicht noch eine Relativbewegung der Lötelektroden oder des Formteils, um die Isolierschicht leichter zu durchdringen. Bei den eben genannten Ausführungsformen gibt es unabhängig von der Art der Durchdringung – also thermisch oder mechanisch oder einer Kombination von beiden – zwei Alternativen: (i) die Durchdringung ist ausreichend, daß der Lötstrom durch das Werkstück fließen kann, oder (ii) die durch Durchdringung der Isolierschicht erreichte Kontaktierung reicht nicht aus um den vollen Lötstrom durch das Werkstück fließen lassen zu können, sondern ist vielmehr nur eine (noch nicht die ganze Elektrodenaufsetz-Fläche umfassende) Initialkontaktierung, die nur einen (wegen des größeren Übergangswiderstands geringeren) Initialstrom durchläßt. Dieser Initialstrom führt zu einer lokalen Erwärmung an der Kontaktstelle, die erst (durch Schmelzen/Verbrennen der Isolierung an der ganzen Kontaktstelle) eine für den Fluß des gesamten Lötstrom ausreichende Kontaktierung schafft. In allen genannten Fällen, in denen ein Schmelzen bzw. Abbrennen der Isolierung stattfindet, handelt es sich um einen, auf die jeweilige Kontaktstelle (wegen der dortigen lokalen Erwärmung) begrenzten Vorgang; die Wärmeleitung innerhalb des Formteils führt nicht zu einer so starken Formteilerwärmung, daß es auch an anderen Stellen (z.B. stirnseitig oder seitlich neben der Kontaktfläche) zu einer Beschädigung der Formteilisolierung käme.
  • Durch die Durchdringung wird Stromfluß durch die Isolierschicht und somit das Verlöten der Formteile erzielt. Obwohl die Isolierschicht im Bereich der aufgesetzten Lötelektroden durch die mit der Spannungsbeaufschlagung einhergehenden Widerstandserwärmung verbrennen oder schmelzen kann, wird die Isolierschicht nur punktuell verletzt und es bleiben z.B. ca. 90% der Isolationsschicht erhalten. Nach dem Verlöten haben das Fehlen der Isolation an diesen Stellen auf der Oberseite der Formteile keine Funktion mehr. Theoretisch stellt die fehlende bzw. durch die Lötelektroden beschädigte Isolation auf den Formteil-Oberseiten eine Schwachstelle dar, da die nächste Formteillage auf diese Oberseiten aufgesetzt wird. Da beim Löten aber (anders als etwa bei einer Verschweißung) kein Aufschmelzen des Formteil-Materials stattfindet und sich daher keine Materialspitzen oder ähnliches an der Formteiloberseite bilden, ist dies tolerabel. Denn auf die mit der durchdrungen Isolierung kommt eine vollständige isolierende Oberflächenschicht auf der Unterseite des mit der nächsten Schicht darübergelegten Formteils zu liegen, die i.a. eine ausreichende Isolation bietet. Dies ist insbesondere der Fall, da ja nicht die gesamte betreffende Oberfläche unisoliert ist, sondern nur kleine (z. B. 10 % der Oberfläche betragende) Durchdringungsbereiche, die ungefähr der Größe der beim Verlöten aufgesetzten Lötelektroden entsprechen. Bei einigen Ausführungsformen können daher die genannten Durchdringungsstellen in der fertigen Wicklung isolationsfrei bleiben; es wird also nach dem Herstellen der Lötverbindung kein Isolierpapier oder ähnliches aufgelegt oder Isolierlack aufgetragen.
  • Das Aufsetzen und das Spannungsbeaufschlagen der Lötelektroden muß natürlich nicht in der oben genannten Abfolge erfolgen. Vielmehr kann die Spannungsbeaufschlagung zum Beispiel bereits im Augenblick des Aufsetzens erfolgen; im Prinzip ist es sogar möglich, bereits spannungsbeaufschlagte Lötelektroden auf das Formteil aufzusetzen.
  • Bei den Ausführungsformen werden sämtliche der Verlötung einer betrachtenden Verbindungsstelle dienende Lötelektroden (bei den gezeigten Ausführungsformen handelt es sich um zwei Lötelektroden, es können aber auch mehr als zwei sein) auf das obere der zu verbindenden Formteile im Bereich der Verbindungsstelle aufgesetzt. Dies bewirkt, daß der Lötstrom im wesentlichen nur in dem oberen Formteil fließt. Höchstens ein geringer Teil des Stromes wird einen Strompfad nehmen, der zweimal die zu verlötende Grenzfläche durchquert und einen Teil des Weges in dem unteren Formteil zurücklegt. Folglich wird sich praktisch nur das obere der Formteile direkt durch die Ohmschen Verluste erwärmen, das andere Formteil hingegen nur indirekt durch Wärmeleitung über die Grenzfläche.
  • Die Lötelektrodenkraft beim Aufdrücken von mehreren Lötelektroden an der Verbindungsstelle dient in manchen Ausführungsformen nicht nur der Kontaktvermittlung zwischen Elektrode und Formteil, sondern auch dem Zusammendrücken der Formteile und deren Verbindungsflächen. Beispielsweise beträgt bei einigen Ausführungsformen die gesamte Lötelektrodenkraft pro Lötstelle 0,1 kN bis 0,3 kN (bei zwei Lötelektroden also 0,05 kN bis 0,15 kN pro Lötelektrode). In diesen Ausführungsformen ist kein weiterer Mechanismus zum Zusammendrücken der Formteile an der Verbindungsstelle vorgesehen; das Zusammendrücken erfolgt also allein durch die Lötelektroden.
  • Bei einigen der Ausführungsformen wird der Andruck der Lötelektroden nach Beendigung der Spannungsbeaufschlagung noch wenigstens bis zum Erstarren des Lots aufrechterhalten.
  • Das die Lötverbindung bewirkende Lot befindet sich z.B. bereits vor der Widerstandserwärmung zwischen den Verbindungsflächen, wird also zusammen mit den zu verbindenden Formteilen erwärmt. Bei einigen der Ausführungsformen ist eines der Formteile oder beide Formteile an der Verbindungsfläche mit einer definierten Menge Lötmaterial ("Lötpad") plattiert (verzinnt), bevor die Formteile eingebaut und verlötet werden. Gegebenenfalls kann an den Verbindungsflächen auch ein Flußmittel aufgetragen sein. Bei anderen Ausführungsformen wird das Lot (gegebenenfalls mit Flußmittel) z.B. als Lötpulver oder Lötpaste beim oder vor dem Einbau und vor der Widerstandserwärmung auf die Verbindungsfläche der Formteile aufgetragen.
  • Im Zusammenhang mit den Ausführungsformen wird beispielhaft die Herstellung einer Formteilwicklung nach der in der WO 01/954621 A1 beschriebenen Art näher erläutert. Bei diesem Wicklungstyp sind zu verschiedenen Strängen gehörende Spulen überlappend angeordnet. Entsprechend erfolgt der Aufbau der Wicklung nicht in Form einzelner Spulen, die etwa nacheinander in dem mit der Wicklung auszurüstenden Ständer aufgebaut werden; vielmehr wird die gesamte Wicklung lagenweise aus einzelnen Formteilen aufgebaut. Die Verbindungsstellen der Formteile werden jeweils durch eine neue Lage oder Teillage von Formteilen verdeckt. Abgesehen von deren Stirnseiten sind die Formteile also nur von einer Seite zugänglich, solange die Formteile der nächsten Lage bzw. Teillage noch nicht aufgelegt sind. Beispielsweise bei Innenläufermaschinen sind die Nuten des Ständers zur Achse der Maschine hin offen, der lagenweise Aufbau der Wicklung erfolgt dann von außen nach innen, zur Achse hin, so daß die jeweils zugängliche Formteilseite die zur Achse weisende Seite ist (die zugängliche Seite wird in dieser Beschreibung auch die "obere Seite" genannt). Die Verlötung der einzelnen Formteile erfolgt jeweils dann, wenn die Verbindungsstellen noch an der Oberseite zugänglich sind; sie erfolgt also zum Beispiel ebenfalls lagenweise oder teillagenweise. Dabei ist es möglich, immer abwechselnd sämtliche Formteile einer neuen Lage oder Teillage auf eine bereits aufgebaute Lage zu setzen, und dann die zu dieser Lage gehörenden elektrischen Verbindungen herzustellen. Alternativ ist es auch möglich, jeweils nur Teile einer Lage bzw. Teillage (zum Beispiel jeweils nur ein einzelnes Formteil) auf die bereits aufgebaute Lage zu setzen und dann sogleich die zugehörige Verlötungen herzustellen.
  • Im allgemeinen hat jedes Formteil an seinen beiden Enden jeweils eine Verbindungsfläche. Bei einigen der Ausführungsformen sind die Formteile L-förmig, umfassen also einen, in eine Nut des Ständers einzulegenden Nutstab und, rechtwinklig zu diesem angeordnet, einer Verbindungsleiterabschnitt, welcher außerhalb des Ständers in Tangentialrichtung verläuft und der Verbindung zur anderen Spulenseite der betreffenden Spule dient. Jeweils zwei solcher L-förmigen Formteile bilden so eine Windung einer Spule; eine Spule wiederum wird durch wendelartige Übereinanderanordnung mehrerer solcher Windungen gebildet. Bei einigen der Ausführungsformen liegen die beiden Nutstäbe einer Windung auf gleicher Höhe, d.h. in gleichem Radialabstand zur Achse der Maschine. Entsprechend gibt es zwei verschiedene Arten von Verbindungen: Die erste Art verbindet das betreffende Formteil mit der darunter- oder darüberliegenden Windung, die zweite Art verbindet die beiden Formteile einer Windung. Die Gesamtheit aller Windungen auf gleicher Höhe bildet eine Wicklungslage (auch "Formteillage" genannt).
  • Bei anderen Ausführungsformen werden andere als L-förmige Formteile verwendet, beispielsweise gestreckte Formteile ("I-Formteile"), welche beispielsweise jeweils nur die Nutstäbe oder die Verbindungsleiter bilden. Entsprechend sind hier doppelt so viele elektrische Verbindungen herzustellen wie bei einer aus L-förmigen Formteilen hergestellten Wicklung. Zum Aufbau der Wicklung werden die Nutstäbe lagenweise in die Nuten des Ständers eingesetzt; dann wird an jeweils zwei eingesetzte Nutstäbe ein Verbindungsleiter gelötet. Möglich sind z.B. auch U-förmige Formteile, bei denen die Basis des "U" in die Ständernuten eingesetzt wird, und die Schenkel des "U" mit den U-Schenkeln anderer Formteile zur Bildung der Verbindungsleiter zusammengelötet werden. Im übrigen gelten die folgenden und vorstehenden Ausführungen zu L-Formteilwicklungen auch auf derartige I- und U-Formteilwicklungen zu, beispielsweise was den lagenweisen Aufbau der Wicklung und die Verdeckung der Verbindungsstellen durch darüberliegende Lagen betrifft.
  • Bei überlappender Spulenanordnung werden die Verbindungsleiter mehrerer Spulen außen am Ständer aneinander vorbei geführt. Obwohl es grundsätzlich möglich ist, die Verbindungsleiter der einzelnen Spulen zu bündeln und diese Vorbeiführung durch eine Ausweichung dieser Bündel (zum Beispiel in Axialrichtung) zu realisieren, sind bei einigen der Ausführungsformen die Verbindungsleiter verschiedener Spulen kammartig überlappend angeordnet. Hierzu sind die Formteile so aufgebaut, daß die Höhe des Formteils im Verbindungsleiterbereich geringer als im Nutstabbereich ist. Wenn sich beispielsweise die Verbindungsleiter von drei Spulen überlappen, beträgt die Höhe eines einzelnen Verbindungsleiters etwa ein Drittel der Höhe des Nutstabs, damit im Verbindungsleiterbereich dreimal so viele Leiter wie jeweils im Nutstab übereinander geschichtet werden können. Bei manchen der Ausführungsformen sind zur Vermeidung einer Querschnittsminderung die Verbindungsleiter entsprechend breiter ausgebildet, zum Beispiel dreimal so breit wie die Nutstäbe.
  • Damit die zwischen den einzelnen Formteilen herzustellenden Verbindungen nicht auftragen, haben die Formteile im Bereich der Verbindungsstellen verringerte Höhen. Beispielsweise weisen die Nutstäbe an ihren aus den Nuten überstehenden Enden abgeflachte Zungen auf; die flächigen Verbindungsleiter weisen jeweils eine Vertiefung auf, welche diese abgeflachte Nutstabzunge ohne Überstand aufnimmt.
  • Bei manchen Ausführungsformen weist der Verbindungsleiter also eine geringere Höhe als der Nutstab auf, ist dafür zum Ausgleich jedoch breiter als dieser ausgebildet; insgesamt ist der Verbindungsleiter also "flächiger" als der Nutstab. Bei einigen dieser Ausführungsformen wird die Wicklung so aufgebaut, daß das an der Verbindungsstelle flächigere Formteil jeweils unten und das weniger flächige oben liegt. Die Elektroden drücken somit das weniger flächige Formteil auf das flächigere, was eine günstigere Verteilung der Elektrodenkräfte auf die darunterliegende Lage und damit eine Verringerung der Gefahr einer Verletzung der elektrischen Isolierung zu dieser Lage bewirkt.
  • Bei dem bisher im Stand der Technik hauptsächlich eingesetzen Laserschweißverfahren wird das obere Formteil über der Verbindungsstelle durch den Laserstrahl aufgeschmolzen. Die Dicke des Formteils über der Verbindungsstelle beträgt bei dem Laserschweißverfahren zum Beispiel 0,4 mm. Mit dem vorliegend beschriebenen Lötverfahren können deutlich dickere Formteile miteinander verbunden werden, als mit dem genannten Laserschweißverfahren, welches das obere Formteil an der Verbindungsstelle aufschmilzt. Beispielsweise beträgt bei manchen Ausführungsformen die Dicke des oberen Formteils an der Verbindungsstelle wenigstens 0,65 mm, bei weiteren Ausführungsformen wenigstens 0,9 mm; bei noch weiteren Ausführungsformen sogar wenigstens 1,2 mm oder sogar wenigstens 1,5 mm. Die Dicke der oberen Formteils an der Verbindungsstelle hängt mit der Höhe des Nutstabs zusammen: Wie oben bereits erläutert wurde, kann bei überlappender Anordnung der einzelnen Spulen der Verbindungsleiter flacher als der Nutstab ausgebildet sein, um die Vorbeiführung der Verbindungsleiter der jeweils anderen Spulen zu ermöglichen. Wenn beispielsweise jeweils maximal drei Spulen überlappen, beträgt die Höhe der Verbindungsleiter ungefähr ein Drittel der Nutstabhöhe. Bei denjenigen Ausführungsformen, bei denen die Verbindungsstelle im Verbindungsleiterbereich angeordnet ist, steht den beiden zu verbindenden Formteilen an der Verbindungsstelle zusammen nur die Verbindungsleiterhöhe zur Verfügung; das heißt die beiden Formteile teilen sich die Verbindungsleiterhöhe auf. Teilen sie sich die Höhe beispielsweise zu gleichen Teilen auf, so ist der Nutstab z.B. um einen Faktor 6 höher als das obere Formteil an der Verbindungsstelle. Beträgt beispielsweise die Dicke des oberen Formteiles an der Verbindungsstelle nur 40 % der Verbindungsleiterhöhe, und diejenige des unteren Verbindungsteils 60% von dieser, so beträgt der genannte Faktor 7,5. Beträgt beispielsweise im Stand der Technik die Dicke des oberen Formteils an der Verbindungsstelle 0,5 mm, so beträgt die Nutstabhöhe (bei gleichmäßiger Aufteilung der Verbindungsleiterhöhe) 3 mm. Wenn beispielsweise die Nuten eine Gesamthöhe von 12 mm aufweisen, bedarf es dann vier Spulenwindungen, um die Nuten mit stromdurchflossenem Leiter auszufüllen. Bei der mit dem vorliegenden Lötverfahren möglichen Erhöhung der Dicke des oberen Formteils an der Verbindungsstelle auf beispielsweise 0,65 mm ergibt sich eine Höhe des Nutstabs von 3,9 mm, so daß zum Ausfüllen der beispielhaft genannten Nutspulen nun drei (statt vier) Wicklungen ausreichen. Die Anwendung des beschriebenen Lötverfahrens ermöglicht also Maschinenkonstruktionen, bei denen die Wicklung – bei sonst gleichen Abmessungen – weniger Spulenwindungen hat, und somit – wegen der hierdurch geringeren Anzahl von herzustellenden Verbindungen, mit weniger Aufwand herstellbar ist. Durch die Vergrößerung der Nutstabhöhe haben die Nutstäbe bei manchen Ausführungsformen eine quadratische Querschnittsform, bei einigen Ausführungsformen sogar eine rechteckige Querschnittsform, wobei sich die längere Rechtecksseite in der Tiefenrichtung der Nut (also im allgemeinen in der Radialrichtung der elektrischen Maschine) erstreckt.
  • Bei einigen der Ausführungsformen wird der Lötstrom während des Lötvorgangs gemessen, und es wird hieraus auf die Güte der Lötverbindung geschlossen. Beispielsweise kann ein im Einzelfall zu hoher Übergangswiderstand zwischen Lötelektrode und Formteil zur Folge haben, daß der fließende Lötstrom zu niedrig ist, um ein vollständiges Aufschmelzen und Verschmelzen des Lots der beiden Formteiloberflächen zu bewirken. Der Lötstrom kann beispielsweise durch Messung der Größe eines Spannungsabfalls in der Lötstromquelle oder durch Messung eines vom Lötstromfluß erzeugten Magnetfelds gemessen werden. Ein zu niedriger Lötstrom kann beispielsweise dadurch festgestellt werden, daß der über einen Lötvorgang integrierte Lötstrom einen vorbestimmten Schwellenwert nicht überschreitet, oder dadurch, daß der momentane Stromwert nicht wenigstens während einer vorbestimmten Mindestzeit über einem vorbestimmten Mindestwert lag.
  • Bei einigen der Ausführungsformen werden die zu verlötenden Formteilpaare, eines nach dem anderen, mit Hilfe einer Einzel-Lötvorrichtung verlötet. Beispielsweise kann die Lötvorrichtung stationär und der Ständer mit der herzustellenden Wicklung demgegenüber drehbar angeordnet sein. Durch Weiterdrehen, z.B. entsprechend jeweils einem doppelten Nutabstand, kann so Schritt für Schritt eine neu eingelegte Wicklungs-Teillage verlötet werden.
  • Bei anderen Ausführungsformen findet eine Mehrfach-Lötvorrichtung Verwendung, mit der simultan mehrere oder alle Verbindungsstellen einer Lage oder Teillage von Formteilen in der hier beschriebenen Art und Weise verlötet werden.
  • Bei einigen Ausführungsformen ist die hergestellte Wicklung für eine elektrische Maschine bestimmt, welche als Starter-Generator eines Kraftfahrzeugs ausgebildet ist. Bei manchen Ausführungsformen handelt es sich hierbei um einen sog. Kurbelwellen-Starter-Generator, also um eine elektrische Maschine, welche ohne eigenes Lager auf der Kurbelwelle oder einer Kurbelwellenverlängerung des Verbrennungsmotors sitzt. Bei einigen Ausführungsformen ist der Läufer der elektrischen Maschine drehfest mit der Kurbelwelle gekoppelt, d.h. er dreht permanent mit der gleichen Zahl wie der Verbrennungsmotor, bei anderen Ausführungsformen ist hingegen zwischen Kurbelwelle und dem Läufer der elektrischen Maschine eine Kupplung oder ein Über- oder Untersetzungsgetriebe (z.B. in Form eines Planetengetriebes) geschaltet. Ein derartiger Kurbelwellen-Starter-Generator ist im allgemeinen scheibenförmig, d.h. der Durchmesser des Läufers ist größer als dessen Axiallänge. Bei anderen Ausführungsformen ist der Starter-Generator mit einer eigenen Lagerung ausgerüstet und an geeigneter Stelle im Antriebsstrang oder einem mit dem Antriebsstrang koppelbaren Nebenantriebsstrang angeordnet. Auch die genannte elektrische Maschine mit Eigenlager kann die oben definierte Scheibenform haben.
  • Die Dauerleistung derartiger Starter-Generatoren liegt im allgemeinen im Bereich zwischen 4 kW und 50 kW. Neben der Funktion als Generator und Direktstarter (d.h. Starter, der den Verbrennungsmotor aus dem Stand, mit gleicher Drehzahl oder gleicher Relativdrehzahl wie dieser drehend, starten kann) dient die elektrische Maschine bei einigen Ausführungsformen auch als Booster, der den Verbrennungsmotor beim Antrieb des Fahrzeugs unterstützt, als alleiniger Antriebsmotor bei Fahrt ohne Verbrennungsmotor, und/oder als Rekuperationsbremse für das Fahrzeug, welche mechanische Bremsenergie in zu speichernde elektrische Energie umsetzt. Derartige elektrische Maschinen sind aufgrund der Unterschiedlichkeit der im Betrieb anfallenden Leistungsanforderungen und der harten Umgebungsbedingungen in besonderem Maße beansprucht, etwa verglichen mit üblichen stationären Antrieben.
  • Nun zurückkehrend zu 1, zeigt diese zur Veranschaulichung des Lötvorgangs von Formteilen eine Querschnittansicht eines Teils einer im Aufbau befindlichen Wicklung 1, die hier zur besseren Verständlichkeit eben dargestellt ist. Die Wicklung 1 wird aus einzelnen Formteilen 2 aufgebaut, was anhand einer beispielhaften Wicklung unten im Zusammenhang mit den 3 bis 7 noch näher erläutert wird. Wie ebenfalls noch unten näher erläutert wird, erfolgt der Aufbau der Wicklung 1 lagenweise; in der Darstellung gemäß 1 sind zwei solche Wicklungslagen 3.1, 3.2 bereits fertig zusammengesetzt und verlötet, während sich eine dritte Wicklungslage 3.3 gerade im Aufbau befindet. In dieser Lage 3.3 sind zwei Formteile 2' , 2'' so zusammengefügt, daß sie an einer Verbindungsstelle 4 mit jeweils einer Verbindungsfläche 5', 5'' aufeinander liegen. Bei dem gezeigten Beispiel ist eine der beide Verbindungsflächen 5', 5'' mit einem Lötpad 11 vorverzinnt (es können aber auch beide Verbindungsflächen vorverzinnt sein). Das an der Verbindungsstelle 4 obere der beiden Formteile, nämlich das Formteil 2'', ist im auch Bereich der Verbindungsstelle 4 an seiner Oberseite mit einer Isolierschicht 50 versehen auf die im Bereich 6 die Lötelektroden 7 aufgesetzt werden. Die gesamte übrige Oberfläche der Formteile 2, abgesehen von den entsprechenden Verbindungs- und Kontaktflächen an den anderen Enden (4), sind mit einem Isolierlack überzogen, der beispielsweise auf Epoxydharzbasis hergestellt wurde. In der dritten Wicklungslage 3.3 ist ein Formteil 2''' mit einer Verbindungsstelle 4 dargestellt.
  • Um nun die in der geschilderten Weise zusammengefügten Formteile zu verlöten, werden die beiden Lötelektroden 7 auf den Bereich 6 des an der Verbindungsstelle 4 oberen Formteils 2'' aufgedrückt, und zwar jeweils mit einer Kraft F. Die Einzel-Elektrodenkraft F beträgt 0,05 kN bis 0,2 kN pro Elektrode, beispielsweise 0,1 kN. Diese Kraft ist ausreichend um gängige Isolationen von Wicklungsformteilen mit Hilfe der Lötelektroden 7 zu durchdringen. Durch die Kraft wird das obere Formteil 2'' auf das untere Formteil 2' gedrückt (mit einer Gesamtkraft von 0,1 kN bis 0,4 kN, beispielsweise 0,2 kN), und dieses wird wiederum auf die darunterliegende, bereits aufgebaute Formteillagen 3.1 gedrückt. Die Druckkraft wird schließlich an der untersten Formteillage 3.1 zum Beispiel von dem Ständer aufgenommen, in den die Lagen 3 eingesetzt sind; alternativ ist es auch möglich, die unterste Formteillage 3.1 an ihren aus dem Ständer ragenden Teilen seitlich an einer Auflage abzustützen. Durch das Aufdrücken der Lötelektroden 7 und die von den bereits aufgebauten Formteillage 3.1 entgegengestellte Reaktionskraft werden die zu verbindenden Formteile 2', 2'' also an der Verbindungsstelle 4 zusammengedrückt. Bei sehr großen Druckkräften könnte beim Lötvorgang das Lot zwischen den zu verlötenden Formteilen herausgedrückt werden.
  • Dann werden die Lötelektroden 7 mit Hilfe eines Lötgenerators 8 mit einer geeigneten Lötspannung beaufschlagt, so daß ein elektrischer Strom im wesentlichen im oberen Formteil 2'' im Bereich der Verbindungsstelle 4 fließt. Hierbei handelt es sich beispielsweise um Gleichstrom, Wechselstrom oder Halbwellenstrom. Bei Verwendung von Wechselstrom oder Halbwellenstrom läßt sich die bei einem Lötvorgang fließende Strommenge (das heißt die transportierte Ladung) auf einfache Weise steuern, indem man bei festgelegter Spannungsamplitude die Zahl der Voll- oder Halbwellen pro Lötvorgang vorgibt. Der im oberen Formteil 2'' fließende Strom erwärmt dieses direkt. Durch Wärmeleitung über den Lötspalt erwärmt er indirekt auch das untere Formteil 2' im Bereich der Verbindungsstelle so, daß das durch die eben geschilderte Vorverzinnung aufgebrachte Lot auf den Verbindungsstellen schmilzt. Durch die Wärmeentwicklung wird auch die Isolierschicht 50 an den Stellen an denen die Lötelektroden 7 im Bereich 6 aufgesetzt werden verbrannt oder sie schmilzt – je nach Dauer und Stärke der Wärmeeinwirkung und Beschaffenheit der Isolierschicht 50. Isolierlacke die beispielsweise auf Epoxydharz basieren, halten Temperaturen um die 200 °C nur kurzzeitig stand. Die beim Verbrennen oder/und Schmelzen entstehenden Rußrückstände und auch andere Rückstände werden mit einem Tuch oder einer Polierscheibe entfernt. Nach einer sogenannten Haltezeit wird der Lötstrom abgeschaltet. Die Lötelektroden 7 werden weiterhin aufgedrückt, bis das Lot wieder erstarrt ist. Anschließend werden die Lötelektroden 7 abgehoben und auf die nächste zu verlötende Verbindungsstelle umgesetzt, wo sich der beschriebene Vorgang wiederholt. Nach dem Lötvorgang sind ca. 90 % der Isolierschicht 50 noch intakt. Die Restwärme der Lötelektroden 7 wird in manchen Ausführungsformen genutzt, um im nachfolgenden Lötvorgang die Isolierschicht 50 leichter zu durchdringen. Auch eine zusätzliche Relativbewegung, die eine bessere Durchdringung der Isolierschicht 50 bewirkt, ist in manchen Ausführungsformen verwirklicht. Neben dem Ausnutzen der vom vorherigen Lötvorgang noch vorhandenen Restwärme, ist fakultativ eine zusätzliche Brückenschaltung an die Lötelektroden 7 angebracht, um dieses zu heizen und mithilfe dieser zusätzlichen Erwärmung die Isolierschicht 50 zu durchdringen. Die Durchdringung der Isolierschicht 50 geschieht also durch eine Kombination von thermischer und mechanischer Einwirkung. In anderen Ausführungsformen kann auch nur eine Version verwirklicht sein. Beispielsweise kann die Isolationsschicht nur thermisch durchdrungen, also durchschmolzen oder/und durchbrannt werden, ohne die Lötelektroden 7 mit einer gesonderten Kraft auf die Formteile aufzudrücken. Das Durchdringen der Isolierschicht beim Aufsetzen der Lötelektroden 7 kann bei manchen Ausführungsformen nur teilweise geschehen. Beispielsweise wird die Isolierschicht 50 beim Aufsetzen der Lötelektroden 7 nur leicht verletzt, so daß der hergestellte Kontakt zwischen Lötelektroden 7 und Formteil 2 nicht ausreicht, um den Lötstrom durch das Formteil 2 fließen lassen zu, sondern vielmehr nur eine (noch nicht die ganze Elektrodenaufsetz-Fläche umfassende) Initialkontaktierung, die nur einen (wegen des größeren Übergangswiderstands geringeren) Initialstrom durchläßt, hergestellt wird. Dieser Initialstrom führt zu einer lokalen Erwärmung an der Kontaktstelle, die erst (durch Schmelzen/Verbrennen der Isolierung an der ganzen Kontaktstelle) eine für den Fluß des gesamten Lötstrom ausreichende Kontaktierung schafft.
  • Der Lötgenerator 8 ist mit einem Lötstromanalysator 9 ausgerüstet, welcher – wie oben erläutert – den beim Lötvorgang fließenden Strom mißt, den gemessenen Strom gegebenenfalls über den Lötvorgang aufsummiert, und hieraus auf die Qualität der Verlötung schließt. Bei manchen Ausführungsformen hat diese Lötstromanalyse nur eine Überwachungsfunktion, das heißt im Fall der Detektion eines nicht ordnungsgemäßen Stromflusses erfolgt beispielsweise ein entsprechender Hinweis an eine den Lötvorgang überwachende Bedienungsperson. Bei anderen Ausführungsformen ist der Lötstromanalysator 9 so mit einer Steuereinheit 10 des Lötgenerators 8 gekoppelt, daß noch im Verlauf des Lötvorgangs gegebenenfalls ein korrigierender Eingriff erfolgt. Wenn beispielsweise die Verlötung üblicherweise mit einer voreingestellten Zahl von n Halbwellen (zum Beispiel 6 Halbwellen) erfolgt, so kann im Fall einer Detektion eines nicht ausreichenden Stromflusses während dieser n Halbwellen der Lötvorgang um bis zu m weitere Halbwellen fortgesetzt werden (zum Beispiel um weitere 3 Halbwellen), in Abhängigkeit vom Ergebnis der Lötstromanalyse beim jeweiligen Lötvorgang.
  • Der oben beschriebene Verfahrensablauf ist in 2 in Form eines Flußdiagramms dargestellt. Zunächst wird ein Teil einer Formteillage auf einer bereits verlöteten Formteillagen aufgebaut (S1). Wie im Zusammenhang mit den folgenden 4 bis 7 noch näher erläutert wird, kann es sich bei diesem Teil beispielsweise um jedes zweite Formteil einer Lage handeln, zum Beispiel um diejenigen Formteile, die mit Formteilen der darunterliegenden, bereits verlöteten Lage zu verlöten sind. Dann werden die Lötelektroden von oben (das heißt von der zugänglichen Seite) auf die Isolierung des oberen Formteils eines zu verbindenden Formteilpaars gedrückt und durch den Druck die Isolierschicht durchdrungen (S2). Anschließend werden die Lötelektroden mit elektrischer Lötspannung beaufschlagt (S3). Der nun fließende Lötstrom bringt das Lot 11 zwischen den Verbindungsflächen der beiden Formteile zum Schmelzen und die Isolierschicht zum Verbrennen oder/und Schmelzen. Nach einer Haltezeit wird die Spannungsbeaufschlagung beendet (S4). Nach Erstarren des – die beiden Formteile nun verbindenden – Lots 11 werden die Lötelektroden abgehoben und zum nächsten zu verbindenden Formteilpaar versetzt (S5). Die Abfolge S2 bis S5 wird solange wiederholt, bis alle Formteile des genannten Teils der Formteillage entsprechend verlötet sind. Sodann wird ein weiterer Teil einer Formteillage aufgelegt (S1), beispielsweise die zur Komplettierung der vorliegenden Lage noch fehlende andere Hälfte von Formteilen, die nun mit den soeben eingebauten Formteilen verlötet werden. Es folgt wiederum die Abfolge S2 bis S5 für diese Formteile des zweiten Teils der Formteillage. Die Abfolge S2 bis S5 wird solange wiederholt, bis sämtliche Lagen der Wicklung fertiggestellt sind.
  • Die folgenden 37 zeigen in Einzelheiten den Aufbau einer beispielhaften Formteilwicklung unter Einsatz des oben beschriebenen Verfahrens.
  • 3 zeigt ein Wicklungsschema einer solchen beispielhaften Wicklung 1, die dreisträngig ausgeführt ist. Das Wicklungsschema wiederholt sich alle zwölf Nuten des Ständers (6). Die zu den verschiedenen Strängen U, V, W gehörenden Spulen 12u, 12v, 12w sind überlappend angeordnet. Jede Spule 12 weist in zwei Nuten gegenüberliegend verlaufende Leiterabschitte (sogenannte Spulenseiten) sowie diese verbindende, außen am Ständer verlaufende Verbindungsleiter 13 auf. Bei dem gezeigten Beispiel ist die Wicklung 1 so ausgebildet, daß die Verbindungsleiter 13 von maximal drei Spulen 12 aneinander vorbeigeführt werden, wobei zwischen den Spulenseiten einer Spule 12 z.B. jeweils vier Spulenseiten von Spulen 12 anderer Stränge liegen.
  • Grundsätzlich können sämtliche Spulen 12 eines Stranges parallel oder in Serie geschaltet sein; daneben sind auch Serien-Parallel-Schaltungen möglich. 4 zeigt beispielhaft eine derartige Serien-Parallel-Schaltung, bei der jeweils zwei benachbarte Spulen 12 eines Stranges in Serie geschaltet sind, und alle diese so gebildeten Spulenpaare eines Stranges wiederum parallel geschaltet sind. Zur Veranschaulichung ist eine solche Serienschaltung in 4 fett hervorgehoben, und zwar die Serienschaltung der Spulen 12v und 12v'. Wegen weiterer Einzelheiten des Wicklungsschemas wird auf die eingangs genannte WO 01/9546 A1 und die ähnliche DE 101 11 509 A1 verwiesen.
  • Eine Wicklung von der in 3 gezeigten Art wird aus einzelnen Formteilen hergestellt, die jeweils Teilabschnitte von Spulenwindungen darstellen. Durch das oben bereits näher beschriebene Verlöten dieser Teilabschnitte entsteht eine vollständige Wicklung mit wendelförmigen Spulen.
  • Bei einer beispielhaften Ausführungsform gemäß 4 erfolgt der Aufbau der Wicklung 1 aus L-förmigen Formteilen 2, die jeweils einen Nutstab 14 und einen rechtwinklig daran anschließenden Verbindungsleiter 13 aufweisen und mit einem Lötpad 11 auf einer Verbindungsstelle 5' (und/oder auch 5'') versehen sind. Mit zwei L-förmigen Verbindungsleitern 2 erhält man eine vollständige (d.h. über 360° umlaufende) Spulenwindung; jedes Formteil 2 ist also eine Halbwindung. Bei der im folgenden näher beschriebenen Ausführungsform läßt sich die Wicklung 1 im wesentlichen aus nur zwei verschiedenen Typen von Formteilen 2 aufbauen, von denen ein Typ (2a) in 4a und der andere (2b) in 4b gezeigt ist. Der erste Typ 2a ist eine Teilwindung mit Anschluß an die darunterliegende Windung der Spule; während der zweite Typ 2b eine Teilwindung ist, die die zur selben Windung wie die erste Teilwindung gehört.
  • Die Verbindungsleiter 13 sind flacher und breiter ausgebildet als die Nutstäbe 14, wie die Querschnittansichten gemäß 4c veranschaulichen. Und zwar weisen die Nutstäbe 14 eine Höhe H und eine Breite B auf, wobei letztere beispielsweise so gewählt ist, daß der Nutstab 14 in der Breite eine Nut ausfüllt. Die Höhe h des Verbindungsleiters 13 beträgt beispielsweise ein Drittel der Höhe H des Nutstabs 14, während umgekehrt die Breite b des Verbindungsleiters 13 etwa dreimal so groß ist wie die Breite B des Nutstabs 14. Der Leiterquerschnitt ist also in Nutstab 14 und Verbindungsleiter 13 ungefähr gleich. Die Unterseiten von Nutstab 14 und Verbindungsleiter 13 liegen auf einer Ebene, die Oberseite des Nutstabs 14 liegt jedoch entsprechend der Differenz H-h höher als die Oberseite des Verbindungsleiters 13. Wie oben erwähnt, werden bei manchen Ausführungsformen dickere Formteile als die bisher im Stand im Stand der Technik üblichen verwendet, so daß die Nutstäbe 15 beispielsweise einen Rechteckquerschnitt mit der längeren Rechteckseite in Nutrichtung (Radialrichtung) haben, wie in 4c durch gestrichelte Linien veranschaulicht ist.
  • Am freien Ende des Nutstabs 14 weisen die Formteile 2 jeweils eine abgeflachte Zunge 15 auf, deren Dicke zunächst in einem Ansatzbereich 16 ungefähr der Höhe h des Verbindungsleiters 13 und in einem daran anschließenden Verbindungsbereich 17'' nur noch einen Bruchteil der Höhe h beträgt, z.B. die Hälfte oder das 0,4-fache die Höhe h. Bei dem in 4a gezeigten ersten Formteiltyp 2a liegt der Ansatzbereich 16a der Zunge 15a auf gleicher Höhe wie der Verbindungsleiter 13, also an der unteren Seite des Nutstabs 14. Bei dem in 4b gezeigten zweiten Formteiltyp 2b liegt die Zunge 15b hingegen an der oberen Seite des Nutstabs 14. Bei beiden Formteiltypen erfolgt der Übergang zwischen den Bereichen 16 und 17'' durch eine Stufe, die bei beiden Formteiltypen an der Unterseite der Zunge 15 liegt. Der Verbindungsbereich 17'' läßt also auf der Unterseite gegenüber dem Ansatzbereich 16 jeweils einen Raum in Höhe ca. eines Sechstels der Nutstabdicke frei. Diese Unterseite bildet jeweils die Verbindungsfläche 5'' des an der Verbindungsstelle oberen Formteils 2'', die in der bei 1 und 2 erläuterten Weise mit der komplementären Verbindungsfläche 5' des unteren Formteils 2' derselben Wicklungslage 3 oder einer darunter- oder darüberliegenden Lage verlötet wird.
  • Am freien Ende weisen die Verbindungsleiter 13 jeweils einen Verbindungsbereich 17' auf, bei dem die Höhe des Verbindungsleiters 13 im Bereich der Oberseite beispielsweise auf die Hälfte bzw. das 0,6-fache der Höhe h des Verbindungsleiters 13 verringert ist. Die Oberseite dieses Verbindungsbereichs 17' oder ein Teil von ihr bildet die Verbindungsfläche 5'. Die Summe der Dicken des Verbindungsbereichs 17'' an der Zunge 15 des Nutstabs 14 und des Verbindungsbereichs 17' am Verbindungsleiter 13 ist also so gewählt, daß sie ungefähr der Verbindungsleiterhöhe h entspricht.
  • Die Formteile 2 weisen eine isolierende Oberfläche auf, gebildet z.B. durch eine Isolierlackschicht. Keine isolierende Oberfläche haben jedoch die Verbindungsflächen 5' und 5''. Der Bereich 6, der auf der Oberseite der Zunge 15 des Nutstabs 14 liegt und ungefähr deckungsgleich mit der Verbindungsfläche 5'' ist somit auch isoliert. Eine oder beide Verbindungsflächen 5', 5'' sind nach dem weiter unten beschriebenen Verfahren mit Lötpads 11 versehen.
  • 5 erläutert den lagenweisen Aufbau der beispielhaften Wicklung mit überlappenden Spulen aus den Formteilen gemäß 4 mit dem Lötverfahren gemäß 1 und 2. Die in 5 mit "I-I" gekennzeichnete Ansicht entspricht der Schnittansicht der obersten Formteillage 3.3 und der Lötelektroden 7 von 1. Die Formteile 2 sind hier – wie in 1 – der Einfachheit halber ohne Ständerkörper und auf einer ebenen Fläche liegend dargestellt; in einem Ständerkörper einer Radialfeldmaschine sind sie hingegen auf der Innenmantelfläche eines Zylinders angeordnet (6). Es sei angenommen, daß bereits wenigstens eine Wicklungslage aufgebaut ist, daß es sich also mit der gezeigten Wicklungslage um eine weitere (zum Beispiel die dritte Lage von 1) handelt (die erste Wicklungslage kann nämlich Besonderheiten hinsichtlich des Anschlusses der Formteile aufweisen, wie beispielsweise in der eingangs genannten WO 09/95461 A1 erläutert ist).
  • Zunächst wird in einem ersten Durchgang in jede zweite Nut ein Formteil des ersten Typs 2a eingesetzt. Wie 5 zeigt, überlappen sich die Verbindungsleiter 13a von jeweils drei Formteilen 2a schuppenartig. Die hier mit Lötpads 11 versehenen Verbindungsflächen 5' auf den Verbindungsleitern 13a bleiben bei dieser schuppenartigen Anordnung frei zugänglich. Mit der jeweils anderen Verbindungsfläche 5'' am Ende der Nutstabzungen 15 liegen diese zunächst eingesetzten Formteile 2a auf der anderen Stirnseite des Ständers auf Verbindungsflächen 5' der darunterliegenden Formteile auf (dies ist in 5 verdeckt durch ein bereits eingezeichnetes Formteil 2b vom zweiten Typ). Die aufeinanderliegenden Verbindungsflächen 5', 5'' werden durch die Lötelektroden nach dem bei 1 und 2 beschriebenen Lötverfahren miteinander verlötet; und zwar werden beide Elektroden 7 von oben auf die (in 6 verdeckte) Kontaktfläche auf den Zungen aufgedrückt (nicht gezeigt in 5). Dabei ist es wahlweise möglich, jeweils nach dem Einsetzen eines Formteils 2a sogleich die Lötverbindung zum jeweils darunterliegenden Formteil 2b herzustellen, oder zunächst mehrere oder sämtliche Formteile des ersten Typs 2a für eine Lage in der dargestellten Weise auf die vorhergehende Lage aufzusetzen, und erst dann (zum Beispiel in einem Durchgang) die Lötverbindungen mit den Formteilen 2b der darunterliegenden Lage vorzunehmen.
  • Nun wird in jede beim ersten Durchgang frei gebliebene Nut (das heißt wiederum in jede zweite Nut, jedoch gegenüber dem ersten Durchgang um eine Nut versetzt) ein Formteil des zweiten Typs 2b eingesetzt. Das Formteil 2b ist so orientiert, daß es gegenüber der Darstellung in 4b in der vom Formteil aufgespannten Ebene um 180 Grad gedreht ist. Das Einsetzen erfolgt wiederum so, daß sich die nun auf der anderen Stirnseite des Ständers liegenden Verbindungsleiter 13b schuppenartig überlappen. Die Überlappungsrichtung ist derjenigen der Überlappung der Formteile des ersten Typs 2a entgegengesetzt (beispielsweise schreitet die Überlappung der Formteile des ersten Typs 2a in 5 von links nach rechts und diejenige der Formteile des zweiten Typs 2b von rechts nach links fort. Die Zungen 15 der Formteile des zweiten Typs 2b kommen nun mit ihren Verbindungsflächen 5'' auf den frei zugänglich gebliebenen mit Lötpads 11 versehenen Verbindungsflächen 5' der zuvor eingesetzten Formteile des ersten Typs 2a zu liegen. In 5 ist dies beispielhaft für ein Formteil des zweiten Typs 2b gezeigt. Die aufeinanderliegenden Verbindungsflächen 5', 5'' werden wiederum durch die Lötelektroden 7 nach dem oben beschriebenen Lötverfahren miteinander verlötet, wie in 5 veranschaulicht ist. Wiederum ist es wahlweise möglich, sogleich nach dem Einsetzen eines Formteils 2b die Lötverbindung zu dem zugehörigen Formteil 2a herzustellen, oder zunächst mehrere oder sämtliche Formteile des zweiten Typs 2b für die betrachtete Lage einzusetzen und erst dann die Lötverbindungen mit den Formteilen 2a der betrachteten Lage vorzunehmen. Die Verbindungsflächen 5' auf den Verbindungsleitern 13b der Formteile des zweiten Typs 2b bleiben wiederum zugänglich. Sie bilden die Verbindungsflächen, an denen die Formteile des ersten Typs 2a der nächsten Lage, wiederum wie oben beschrieben, angelötet werden.
  • Die beiden so miteinander verbundenen Formteile 2a und 2b liegen übrigens deshalb trotz des in den 4a und 4b gezeigten Höhenversatzes der Zungen 15a, 15b relativ zu den Verbindungsleitern 13a, 13b auf einer Höhe in der Wicklung 1, da die Verbindungsleiter durch die schuppenartige Anordnung eine Schrägstellung aufweisen, welche durch den genannten Höhenversatz gerade ausgeglichen wird. Die beiden miteinander verbundenen Formteile 2a, 2b bilden also eine, in einer Ebenen liegende 360°-Windung einer Spule 12, die mit anderen Spulen 12 überlappt. Durch Aufsetzen und Verlöten weiterer Lagen von Formteilen erfolgt der weitere Aufbau der miteinander überlappender Spulen 12.
  • 6 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts des Ständers 19 einer elektrischen Maschine, bei welcher der Aufbau der beispielhaften Formteilwicklung gemäß 3-5 mit Hilfe einer Mehrfach-Lötvorrichtung 20 erfolgt. 6 zeigt einen Bearbeitungszustand, bei dem von der untersten Wicklungslage 3.1 alle Formteile vom ersten Typ 2a sowie drei Formteile vom zweiten Typ 2b in Nuten 21 des Ständers 19 eingesetzt sind (letztere sind zwecks besserer Erkennbarkeit mit schraffierter Oberfläche dargestellt). Anders als die 1, 4 und 5 zeigt 6 nicht mehr die Idealisierung einer ebenen Abwicklung, sondern einen gekrümmten Wicklungsaufbau, wie er beispielsweise bei einer Radialfeldmaschine in Innenläuferbauart vorliegt. Damit die eigentliche Wicklung besser sichtbar ist, sind nur die beiden Stirnseiten des Ständers 19 eingezeichnet. Der Ständer 19 ist jedoch im allgemeinen ein Paket aus in Axialrichtung übereinandergeschichteten Blechen; die dargestellten Stirnseiten des Ständers 19 entsprechen also jeweils etwa dem äußersten Blech des Blechpakets.
  • Mit der schematisch dargestellten Mehrfach-Lötvorrichtung 20 können mehrere Lötverbindungen gleichzeitig hergestellt werden. Die Lötvorrichtung 20 weist hierzu entsprechend mehrere Paare von Widerstandslötelektroden 7 auf, die in einem Abstand zueinander angeordnet sind, der dem Abstand der zu verlötenden Verbindungsstellen 4 entspricht, und deren Anordnung zudem gegebenenfalls der gekrümmten Anordnung der Verbindungsstellen 4 folgt. Bei dem in 6 gezeigten Beispiel weist die Mehrfach-Lötvorrichtung 20 drei entsprechend angeordnete Paare von Widerstandslötelektroden 7 auf. Entsprechend wird die Mehrfach-Lötvorrichtung 20 mit ihren Lötelektroden 7 simultan an drei Verbindungsstellen 4 auf die Kontaktflächen aufgesetzt; nach dem bei 1 und 2 geschilderten Verfahren werden somit in einem Arbeitsgang drei Lötverbindungen hergestellt. Bei anderen Ausführungsformen ist die Mehrfach-Lötvorrichung zum gleichzeitigen Verlöten einer größeren Anzahl von Formteilpaaren ausgebildet, beispielsweise zum Verlöten sämtlicher Formteilpaare auf einer Seite des Ständers 19. Die Lötelektroden sind dann beispielsweise ungefähr auf einer Kreislinie angeordnet, und sind in geeigneter Weise (vom Kreismittelpunkt gesehen) nach außen ausfahrbar, so daß die Lötvorrichtung 20 nach Art eines Ringes mit kleinerem Durchmesser als der Ständer 19 in den von den Verbindungsleitern 13 gebildeten Ring eingefahren wird, die Lötelektroden 7 sodann radial nach außen gegen die darauf befindlichen Kontaktflächen gefahren werden, und somit die Simultan-Verlötung erfolgt. Dies erlaubt beispielsweise die Verlötung einer Wicklung mit vier Wicklungslagen in nur acht derartigen Löt-Arbeitsgängen.
  • 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Teils eines Ständers 19 mit fertig aufgebauter Wicklung 1. Sichtbar sind Nutköpfe 22, welche zusammen die den Luftspalt der elektrischen Maschine begrenzende Ständerfläche bilden, und hinter denen sich die mit den Formteilen aufgefüllten Nuten 21 radial nach außen erstrecken. Die Verbindungsleiter 13 der miteinander verlöteten Formteile 2 bilden ein auf jeder Stirnseite des Ständers 19 ringförmig umlaufendes Verbindungsleiterpaket 24.
  • Bei der elektrischen Maschine, deren Wicklung mit dem beschriebenen Verfahren hergestellt wird, handelt es sich beispielsweise um einen kombinierten Starter-Generator eines Kraftfahrzeugs mit Verbrennungsmotor. Beispielsweise ist der Starter-Generator ein sogenannter Kurbelwellen-Starter-Generator, dessen Läufer direkt auf der Kurbelwelle oder einer Kurbelwellenverlängerung des Verbrennungsmotors sitzt und zum Beispiel permanent und ohne Zwischenübersetzung mit dieser mitdreht. 8 veranschaulicht ein Kraftfahrzeug-Antriebssystem mit einem, mit dem vorliegenden Lötverfahren hergestellten Kurbelwellen-Starter-Generator. Und zwar weist es einen Verbrennungsmotor 26 auf, der Drehmoment über eine Antriebswelle 27 (zum Beispiel die Kurbelwelle), eine Kupplung 28 und weitere drehmomentübertragende Teile eines Antriebsstrangs auf die Antriebsräder des Fahrzeugs abgibt. Auf der Antriebswelle 27 sitzt die als Starter und Generator arbeitende elektrische Maschine 29, beispielsweise eine Asynchron-Drehstrommaschine oder eine mit Permanentmagneten ausgerüstete Synchron-Drehstrommaschine. Sie weist einen direkt auf der Antriebswelle 27 sitzenden und drehfest mit ihr verbundenen Läufer 30 sowie den zum Beispiel am Gehäuse des Verbrennungsmotors 26 drehfest abgestützten Ständer 19 gemäß einem der obigen Ausführungsbeispiele auf. Die elektrische Maschine 29 und der Verbrennungsmotor 26 laufen permanent zusammen; das Starten des Verbrennungsmotors 26 erfolgt direkt ohne Übersetzung. Die Wicklung 1 des Ständers 19 wird beispielsweise durch einen Mehrphasen-Wechselrichter (bei einer zum Beispiel dreisträngigen Wicklung handelt es sich um einen Dreiphasenwechselrichter) mit elektrischen Strömen und Spannungen frei einstellbarer Amplitude, Phase und Frequenz gespeist.
  • Nun zurückkehrend zu den Wicklungsformteilen wird noch der Prozess des Vorverzinnens von Formteilen bzw. generell von isolierten Werkstücken beschrieben, die auf der der Verbindungsfläche gegenüberliegenden Fläche isoliert sind. 9 zeigt eine Vorrichtung zur Vorverzinnung eines Werkstückes 2 und zur Vereinfachung mehrere Ausführungsbeispiele in einer Darstellung.
  • Ziel ist es eine bestimmte Menge Lötmaterials 11 an die Verbindungsstelle 4 eines Werkstücks 2 mit einer Isolierung 50 anzuheften. Natürlich muß das Werkstück 2 nicht oben und unten isoliert sein, es kann auch vollständig entisoliert oder nur rückseitig isoliert sein. Verschiedenartig isolierte Werkstücke 2 findet man beispielsweise bei Formteilen, die zum Aufbau einer elektrischen Maschine dienen. Solche Formteile sind beispielsweise in den 1, 4 und 5 dargestellt. Die bestimmte Menge Lötmaterial ist beispielsweise ein Lötpad 11, welches schon vorgefertigt auf die Verbindungsfläche 4 aufgelegt wird. Die Lotaufbringungselektroden 100 werden nach Auflegen des Lötpads 11 auf das Lötmaterial aufgesetzt oder an das Lötpad 11 angesetzt. Die Kraft mit der die Lofaufbringungslektroden 100 aufgesetzt werden, hängt von der beabsichtigten Wirkung ab. Soll das Lötpad 11 nur angeschmolzen werden, dann ist es ausreichend die Lotaufbringungselektroden 100 mit geringer Kraft aufzusetzen. Sollen die Lotaufbringungselektroden 100 allerdings zusätzlich das Lötpad 11 an das Werkstück 2 festklemmen, so ist eine höhere Aufsetzkraft der Lotaufbringungselektroden 100 notwendig.
  • Nach Ansetzen, Aufsetzen oder Andrücken der Lotaufbringungselektroden 100 auf das Lötpad 11, werden diese mit einer geeigneten Lötspannung beaufschlagt. Der Heizstrom ist beispielsweise Gleich-, Halbwellen- oder Wechselstrom. Der Strom wird von einem Heizstromgenerator 101 geliefert, der einen Heizstromanalysator 102 und eine Steuereinheit 103 enthält. Der Heizstrom fließt nach dem Beaufschlagen der Spannung im oberen Teil des Lötpads 11. Dieses erwärmt sich durch die Ohmschen Widerstandsverluste. Zusätzlich erwärmen sich die Lotaufbringungselektroden 100 und geben diese Wärme an das Lötpad 11. Dadurch wird das Lötpad 11 weich und es wird sich je nach der geflossenen Strommenge in entsprechenden Phasen des Aufschmelzprozesses befinden. Bei manchen Ausführungsformen wird während des Aufschmelzens der Lötstrom mit dem Lötstromanalysator 102 analysiert und mit der Steuereinheit 103 so gesteuert, daß der gewünschte Effekt – also nur Anheften des Lötpads 11 an das Werkstück 2 oder komplettes Aufschmelzen oder alle dazwischenliegenden Formen des Aufschmelzens und Weichwerdens erzielt werden. Nach dem Anheften wird der Heizstrom abgeschaltet und die Lotaufbringungselektroden 100 werden gleich von dem Lötpad 11 entfernt, oder bis zum Erstarren des Lötpads 11 an der angesetzten Position gehalten.
  • In anderen Ausführungsbeispielen kommt das zur Vorverzinnung benötigte Lötmaterial beispielsweise in Strangform von einer Lötzinnspule 110. Dieser Lötstrang wird dann durch zwei Prägewalzen 112 flach gepreßt und man erhält einen entsprechenden Lötstreifen 115. Die Lötzinnspule 110 zusammen mit den Prägewalzen 112 wird beispielsweise so betrieben, daß es möglich ist den Lötstreifen 115 vor- und zurückzuführen. Das Flachwalzen des von der Lötzinnspule kommenden Lötstranges ist beispielsweise bei Lötmaterial in einer runden Ausführung erforderlich. In anderen Ausführungsbeispielen wird schon flachgewalztes Lötmaterial verwendet.
  • Das Ende des Lötstranges 115 wird auf die Verbindungsstelle 4 des Werkstückes 2 aufgelegt, so daß ein elektrische Kontakt zwischen dem Ende des Lötstranges 115 und dem Werkstück 2 an der Verbindungsstelle 4 hergestellt wird. Wenn das Ende des Lötstrangs 115 auf die Verbindungsstelle 4 aufgelegt ist, gibt es verschiedene Ausführungsformen, um das Lötpad 11 herzustellen und anzuheften. Beispielsweise wird eine gesonderte Abschneidevorrichtung 120 benutzt, die die gewünschte Menge Lötmaterials von dem Lötstrang 115 abtrennt und somit das Lötpad 11 herstellt. In einer anderen Ausführungsform wird das Lötpad 11 während des oben beschriebenen Anheftvorgangs mit Hilfe der Lotaufbringungselektroden 100 hergestellt.
  • Beispielsweise werden die Lotaufbringungselektroden 100 so gesteuert, daß sie das Ende des Lötstrangs 115 erweichen oder anschmelzen. Dann wird der Lötstrang 115 durch Änderung der Drehrichtung der Prägewalzen 112 und 110 zurückgezogen, wie durch den Pfeil in 1 angedeutet. Dies hat zur Folge, daß eine bestimmte Menge Lötmaterials von dem Lötstrang 115 abgetrennt wird und dadurch das Lötpad 11 entsteht und gleichzeitig an das Werkstück 2 angeheftet wird. Der kontrollierte Vor- und Rückschub der Lötzinnspule 110 und der Prägewalzen 112 gewährleistet auch die Kompensation eines Abbrandes der Lotaufbringungselektroden 100 der im Dauerbetrieb auftritt. Werden die Lotaufbringungselektroden 100 durch den Gebrauch abgebrannt, so ändert sich die erwärmte Menge an Lötmaterial und auch die Position der Lotaufbringungselektroden 100 auf dem Ende des Lötstrang 115, was eine Veränderung der Größe des entstehenden Lötpads 11 zur Folge hat. Diesem Effekt wird durch eine Veränderung des Vorschubs der Lötzinnspule 110 und/oder der Prägewalzen 112, also der Länge des aufgelegten Endes des Lötstrangs 115 auf die Verbindungsstelle 4, Rechnung getragen.
  • In anderen Ausführungsbeispielen wird das Lötpad 11 nur durch Abschmelzen von dem Lötstrang 115 hergestellt. Auch in diesem Fall gewährleistet die Steuerung des Vor- und Rückschubs der Lötzinnspule 110 und der Prägewalzen 112 eine Kompensation des Abbrandes der Lotaufbringungselektroden 100 und damit auch, daß immer die gleiche Menge an Lötmaterial, also die gleiche Größe des Lötpads an das Werkstück 2 angeheftet wird.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die Lotaufbringungselektroden 100 so ausgebildet, daß sie eine Schneidwirkung haben. Durch Erhöhung der Anpreßkraft der Widerstandselektron 100 wird eine bestimmte Menge Lötmaterials von dem Lötstrang 115 abgetrennt. Vereinfacht wird dieses Art des Abschneidens, wenn die Lotaufbringungselektroden 100 zusätzlich spannungsbeaufschlagt sind, da dies zusätzlich zum Erweichen des abzuschneidenden Lötmaterials führt. Auch Kombinationen von allen oben ausgeführten Ausführungsformen sind realisiert. Beispielsweise kann in der Ausführungsform in 1 das Abschneiden des Lötmaterials durch eine Kombination von Erwärmen der Lotaufbringungselektroden 100, Schneidwirkung der Lotaufbringungselektroden 100 und Rückschub des Lötstrangs 115 erzielt werden.
  • Das Ansetzen der Lotaufbringungselektroden 100 an das Lötmaterial 11 ist in allen Ausführungsformen als Relativbewegung aufzufassen, da bei manchen Ausführungsbeispielen das Werkstück 2 mit dem aufgelegten Lötmaterial an die Lotaufbringungselektroden 100 angesetzt wird.
  • Ebenso unterscheiden sich die Ausführungsformen hinsichtlich des Zeitpunkts des Spannungsbeaufschlagen der Lotaufbringungselektroden 100. Die Lotaufbringungselektroden 100 werden vor während oder nach dem Ansetzvorgang spannungsbeaufschlagt. Auch beim Abnehmen der Lotaufbringungselektroden 100 unterscheiden sich die Ausführungsformen hinsichtlich des Zeitpunkts vor während oder nach dem Abnehmen der Lotaufbringungselektroden 100 die Spannungsbeaufschlagung zu beenden.
  • Der Heizgenerator 101 ist mit einem Heizstromanalysator 102 ausgerüstet, welcher – wie oben erläutert – den beim Vorverzinnen fließenden Strom mißt, den gemessenen Strom gegebenenfalls über den Lötvorgang aufsummiert, und hieraus auf die Qualität der Verzinnung schließt. Bei manchen Ausführungsformen hat diese Heizstromanalyse nur eine Überwachungsfunktion, das heißt im Fall der Detektion eines nicht ordnungsgemäßen Stromflusses erfolgt beispielsweise ein entsprechender Hinweis an eine den Verzinnungsvorgang überwachende Bedienungsperson. Bei anderen Ausführungsformen ist der Heizstromanalysator 102 so mit einer Steuereinheit 103 des Lötgenerators 101 gekoppelt, daß noch im Verlauf des Verzinnungsvorgangs gegebenenfalls ein korrigierender Eingriff erfolgt. Wenn beispielsweise die Verzinnung üblicherweise mit einer voreingestellten Zahl von n Halbwellen (zum Beispiel 6 Halbwellen) erfolgt, so kann im Fall einer Detektion eines nicht ausreichenden Stromflusses während dieser n Halbwellen der Lötvorgang um bis zu m weitere Halbwellen fortgesetzt werden (zum Beispiel um weitere 3 Halbwellen), in Abhängigkeit vom Ergebnis der Heizstromanalyse beim jeweiligen Verzinnungs- bzw. Anheftvorgang.
  • Der oben beschriebene Verfahrensablauf ist in 10 in Form eines Flußdiagramms dargestellt. Zunächst wird ein Werkstück, welches vorverzinnt werden soll, bereitgestellt (S10). Anschließend wird das Lötmaterial auf einer Verbindungsstelle des Werkstücks positioniert (S11). Danach werden die Lotaufbringungselektroden an das Lötmaterial angesetzt (S12) und Spannungsbeaufschlagt (S13). Der nun fließende Lötstrom bringt das Lötmaterial zum Schmelzen, bzw. zum Erweichen. Nach einer Haltezeit wird die Spannungsbeaufschlagung beendet (S14). Nach oder während des Erstarrens des Lötmaterials werden die Lotaufbringungselektroden abgehoben (S15). Die Abfolge S11 bis S15 wird solange wiederholt, bis alle Verbindungsstellen des genannten Werkstücks entsprechend vorverzinnt sind. Sodann wird ein neues Werkstück bereitgestellt (S10) und das Verfahren beginnt von vorne und wird solange wiederholt bis alle Werkstücke entsprechen vorverzinnt sind. Die vorverzinnten Werkstücke können beispielsweise Formteile sein, die zum Aufbau einer elektrischen Maschine dienen.
  • Die beschriebenen Ausführungsformen erlauben eine einfache Herstellung von Formteilwicklungen und von mit solchen Wicklungen ausgerüsteten elektrischen Maschinen.

Claims (16)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Wicklung (1) einer elektrischen Maschine (29) aus Wicklungsformteilen (2), die eine isolierte Oberseite (6) und nicht isolierte Verbindungsflächen (5) zum Verlöten aufweisen, umfassend: Plazieren eines Formteils (2) auf eine bereits aufgebaute Lage (3) von bereits miteinander verlöteten Formteilen (2) derart, daß an einer zu verlöteten Verbindungsstelle (4) eine Verbindungsfläche (5) eines Formteils (2) der bereits aufgebauten Lage (3) und eine Verbindungsfläche (5) des betrachteten aufgelegten Formteils (2) mit dazwischen befindlichem Lot aufeinander zu liegen kommen; Aufsetzen wenigstens zweier Lötelektroden (7) auf die isolierte Oberseite (6) des oberen der zu verbindenden Formteile (2'') im Bereich der zu verlötenden Verbindungsstelle (4) und Spannungsbeaufschlagen der Lötelektroden (7), wobei die Isolierschicht von den Lötelektroden (7) durchdrungen wird, so daß ein Lötstrom in dem oberen Formteil (2'') fließt und die damit einhergehende Widerstandserwärmung eine Verlötung der Formteile (2', 2'') an der Verbindungsstelle (4) bewirkt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Isolierschicht (50) durch mechanische Einwirkung der Lötelektroden (7) durchdrungen wird.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Isolierschicht (50) durch thermische Einwirkung der Lötelektroden (7) durchdrungen wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Isolierschicht (50) durch eine Kombination von thermischer und mechanischer Einwirkung der Lötelektroden (7) durchdrungen wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Lötelektroden (7) zusätzlich beheizt werden.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Kraft, mit der die wenigstens zwei Lötelektroden (7) an einer Verbindungsstelle (4) auf die isolierte Oberseite (6) des oben liegenden Formteils (2'') aufgedrückt werden, zusammen 0,1 kN bis 0,3 kN beträgt.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die zu verbindenden Formteile (2) an der Verbindungsstelle (4) alleine durch die Widerstandslötelektroden (7) zusammengedrückt werden.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Lötelektroden (7) eine Relativbewegung zu dem Formteil (2) zur leichteren Durchdringung der Isolierschicht (50) ausführen.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, bei welchem die aufgrund der Durchdringung entstehende Verletzung der Isolierschicht (50) in der fertigen Wicklung verbleibt und im lagenweisen Aufbau an einer intakten Isolierung (50) eines Formteils (2) der anderen Schicht zu liegen kommt.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welchem die Verletzung der Isolierschicht (50) nach dem Verlöten isoliert wird.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem wenigstens eines der zu verbindenden Formteile (2) an der Verbindungsflächen (5', 5'') mit Lot vorbeschichtet ist.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem zunächst mehrere oder alle Formteile (2) einer Lage plaziert und erst dann mit den Formteilen (2) der darunterliegenden Lage (3) verlötet werden.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei welchem das auf die bereits aufgebaute Lage (3) plazierte Formteil (2) sogleich mit einem darunterliegenden Formteil (2) verlötet wird.
  14. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Maschine (29) mit einem Ständer (19) und einem Läufer (30), bei welchem man den Ständer (19) gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 mit einer Formteilwicklung (1) ausrüstet, und den mit der Wicklung (1) ausgerüsteten Ständer (19) mit dem Läufer (30) zur elektrischen Maschine (29) zusammensetzt.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die elektrische Maschine (29) ein Starter-Generator eines Kraftfahrzeugs ist.
  16. Formteilwicklung (1), hergestellt mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16.
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