DE102008010052A1

DE102008010052A1 - Verfahren zum elektrischen Kontaktieren und Fixieren eines Wickelendes der Statorwicklung eines elektromotorischen Antriebs an einem Kontakt

Info

Publication number: DE102008010052A1
Application number: DE200810010052
Authority: DE
Inventors: Marcus Podack; Klaus Zaps
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2008-02-20
Filing date: 2008-02-20
Publication date: 2009-08-27
Also published as: WO2009103730A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrischen Kontaktieren und Fixieren eines Wickelendes der Statorwicklung eines elektromotorischen Antriebs an einem Kontakt, wobei das Wickelende in eine als Kontakt dienende Hülse eingeführt wird und die Hülse mittels einer magnetischen Umformung mit dem Wickelende fest verbunden wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrischen Kontaktieren und Fixieren eines Wickelendes der Statorwicklung eines elektromotorischen Antriebs an einem Kontakt.
Die Wickelenden der Statorwicklung eines elektromotorischen Antriebs weisen in der Regel Einzeldrähte oder Drahtbüschel auf und werden mit Kontakten kontaktiert.
Bisher bekannte Verfahren zu einer derartigen Kontaktierung sind beispielsweise Crimpen, Heißverstemmen, Ultraschallschweißen, Widerstandsschweißen und Schneid-Klemm-Verfahren.
Die bisher bekannten Verfahren weisen Nachteile auf. Dazu gehört es beispielsweise, dass auf den Wickelenden vorhandene Lackschichten vor dem Kontaktieren entfernt werden müssen. Des Weiteren bedarf es bei bekannten Verfahren einer exakten Positionierung der Wickelenden an den Kontakten und einer sorgfältigen Befestigung der Wickelenden an den Kontakten, um eine dauerhafte Kontaktierung sicherzustellen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein kostengünstig und einfach zu realisierendes Verfahren zum elektrischen Kontaktieren und Fixieren eines Wickelendes der Statorwicklung eines elektromotorischen Antriebs an einem Kontakt anzugeben, welches die vorstehend genannten Nachteile nicht aufweist.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen 2–7 angegeben. Die Ansprüche 8–11 betreffen einen Stator für einen elektromotorischen Antrieb.
Bei der vorliegenden Erfindung wird ein Wickelende der Statorwicklung in eine als Kontakt dienende Hülse eingeführt und dann diese Hülse mittels einer magnetischen Umformung mit dem Wickelende fest verbunden. Im Rahmen dieser magnetischen Umformung wird kurzzeitig ein sehr hohes magnetisches Feld erzeugt und vorzugsweise unter Verwendung eines Feldkonzentrators, der die Hülse umgibt, an die miteinander zu verbindenden Bauteile angelegt.
Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, dass das elektrische Kontaktieren und Fixieren, bei welchem gleichzeitig bei Bedarf auch ein Abisolieren des Wickelendes vorgenommen wird, in einer sehr kurzen Zeit erfolgt, die im Bereich von 100 ms liegt. Des Weiteren werden – sofern das Wickelende eine Vielzahl von Einzeldrähten aufweist bzw. sofern mehrere Kontakte zu kontaktieren sind – alle Einzeldrähte gleichzeitig elektrisch mit einem jeweils zugehörigen Kontakt kontaktiert und an diesem fixiert. Das elektrische Kontaktieren und Fixieren erfolgt im Sinne eines vereinfachten, aber doch flexiblen Prozessablaufs, bei welchem in einfacher Weise flexible Prozesswerkzeuge eingesetzt werden können. Ein Verfahren gemäß der Erfindung zeichnet sich des Weiteren durch eine hohe Automatisierbarkeit, eine hohe Zuverlässigkeit und eine hohe Wiederholgenauigkeit aus.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass zur Durchführung der magnetischen Umformung ein mechanischer Kontakt zwischen dem verwendeten Umformwerkzeug und den miteinander zu verbindenden Bauteilen, d. h. der Hülse und dem Wickelende, nicht zwingend notwendig ist. Es genügt, das Umformwerkzeug in der Nähe der miteinander zu verbindenden Bauteile zu positionieren und dann ein sehr hohes elektromagnetisches Feld zu erzeugen, durch welches die Bauteile miteinander verbunden werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren beispielhaft erläutert. Es zeigt
1 eine Skizze eines ersten Ausführungsbeispiels vor der magnetischen Umformung,
2 eine Skizze einer Draufsicht auf das in der 1 gezeigte erste Ausführungsbeispiel,
3 eine Skizze des ersten Ausführungsbeispiels nach der magnetischen Umformung und
4 eine Skizze eines zweiten Ausführungsbeispiels vor der magnetischen Umformung.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrischen Kontaktieren und Fixieren eines Wickelendes der Statorwicklung eines elektromotorischen Antriebs an einem Kontakt. Ein derartiger elektromotorischen Antrieb weist ein Statorblechpaket auf, dessen Zähne mit der Statorwicklung bewickelt sind. Diese Statorwicklung weist aus dem Statorblechpaket axial hinausragende Wickelköpfe auf, von welchen jeweils Wickelenden der Statorwicklung nach außen abstehen. Ein solches abstehendes Wickelende wird vorzugsweise im Rahmen des Zusammenbaus des Stators mit einem Kontakt elektrisch kontaktiert.
Die 1 zeigt eine Skizze eines ersten Ausführungsbeispiels. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist in vereinfachter Weise angenommen, dass das Wickelende 3 lediglich einen Einzeldraht 3a aufweist. Dieser Einzeldraht 3a steht aus dem Wickelkopf nach außen ab. Der Wickelkopf 2 ragt aus dem Statorblechpaket 1 nach außen hinaus.
Der Kontakt 4, mit welchem der Einzeldraht 3a elektrisch kontaktiert werden soll, ist gemäß der Erfindung als Hülse ausgeführt.
Zur Vorbereitung der Kontaktierung wird das Ende des Einzeldrahtes 3a in der 1 von unten in die Hülse 4 eingeführt. Dabei ist es nicht notwendig, dass das Ende des Einzeldrahtes 3a die Hülse 4 berührt.
Des Weiteren wird zur Vorbereitung der Kontaktierung ein Umformwerkzeug, bei dem es sich um einen Feldkonzentrator 5 handelt, in der Nähe der miteinander zu kontaktierenden Bauteile platziert. Bei diesem Feldkonzentrator 5 handelt es sich um eine Spule, die die Hülse 4 umgibt. Diese Spule ist – wie noch anhand der 2 veranschaulicht wird – mit einem Luftspalt versehen.
Unter Verwendung dieser Spule wird zum Zwecke der elektrischen Kontaktierung und Fixierung des Einzeldrahtes 3a an der Hülse 4 kurzzeitig ein sehr hohes elektromagnetisches Feld erzeugt. Durch dieses elektromagnetische Feld erfährt das Hülsenmaterial in dem eng begrenzten lokalen Bereich, der durch den Feldkonzentrator vorgegeben ist, eine Kraft, die in eine sprungartige Relativbewegung umgesetzt wird. Diese erfolgt unter hoher Geschwindigkeit, die beispielsweise im Bereich von 600 m/s liegt. Das Hülsenmaterial trifft mit dieser hohen Geschwindigkeit auf den Einzeldraht 3a und wird mit diesem elektrisch kontaktiert und fest verbunden. Eines vorherigen Abisolierens des Einzeldrahtes 3a bedarf es dabei nicht.
Der vorstehend beschriebene Umformvorgang beruht darauf, dass ein zeitlich veränderliches Magnetfeld in dem als Hülse ausgebildeten Kontakt einen Strom induziert. Dieser induzierte Strom bewirkt in dem Kontakt ein Gegenfeld, das dem von außen angelegten Feld entgegengerichtet ist. Da die Spule fest positioniert ist, wirkt die Kraft auf den Kontakt, der sich demzufolge mit hoher Geschwindigkeit auf das Wickelende zu bewegt und dieses fest umschließt.
Ein für den jeweiligen Umformvorgang geeignetes Magnetfeld kann unter Verwendung eines Kondensators erzeugt werden, welcher als Energiespeicher zunächst langsam aufgeladen wird und dann kurzzeitig über die Spule 5 entladen wird, wobei im Bereich der Spule um die Hülse 4 ein sehr hohes Magnetfeld aufgebaut wird.
Der durch dieses Magnetfeld in der Hülse fließende Strom ist gegenläufig zu dem durch die Spule fließenden Strom gerichtet. Dadurch versuchen die magnetischen Kräfte, die Spule zu expandieren und die Hülse zu komprimieren. Durch eine geeignete Wahl des Materials der Hülse, vorzugsweise Kupfer, Aluminium oder Messing kann gewährleistet werden, dass die gewünschte Kompression der Hülse erfolgt, so dass die ebenfalls gewünschte elektrische Kontaktierung des Wickelendes an der Hülse und die Fixierung des Wickelendes an der Hülse sicher erreicht werden.
Die 2 zeigt eine Skizze einer Draufsicht auf das in der 1 gezeigte erste Ausführungsbeispiel. Aus dieser Darstellung ist insbesondere ersichtlich, dass der Feldkonzentrator 5, mittels dessen die bei der magnetischen Umformung auftretenden Kräfte auf die gewünschten Bereiche der Hülse 4 konzentriert werden, mit einem Luftspalt versehen ist. Dadurch entsteht eine erste Polhälfte 5a und eine zweite Polhälfte 5b. Diese Ausbildung des Feldkonzentrators 5 bewirkt, dass auf seiner Innenwand ein Strom fließen kann. Diese Innenwand befindet sich in unmittelbarer Nähe der umzuformenden Hülse 4. Durch den auf der Innenwand des Feldkonzentrators 5 fließenden Strom wird eine besonders hohe magnetische Kraft erzeugt, durch welche die Hülse 4 zusammengepresst und dadurch mit dem Wickelende 3 elektrisch kontaktiert wird.
Dieser zusammengepresste Zustand der Hülse ist in der 3 veranschaulicht, welche eine Skizze des ersten Ausführungsbeispiels nach erfolgter magnetischer Umformung zeigt. Aus dieser Darstellung ist ersichtlich, dass der untere Randbereich der Hülse, in welchem die magnetische Umformung angewendet wurde, derart zusammengepresst ist, dass das Wickelende der Statorwicklung mit der zusammengepressten Hülse 4a elektrisch kontaktiert und an dieser fixiert ist.
Die 4 zeigt eine Skizze eines zweiten Ausführungsbeispiels vor der magnetischen Umformung. Bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel weist das Wickelende der Statorwicklung eine Vielzahl von Einzeldrähten 3a auf, die von jeweils einer Hülse 4 umgeben sind. Um die Hülsen 4 ist ein Feldkonzentrator 5 derart gelegt, dass er alle Hülsen umfasst. Der Feldkonzentrator 5 ist mit einem Luftspalt versehen, wodurch eine erste Polhälfte 5a und eine zweite Polhälfte 5b gebildet werden. Die Einzeldrähte 3a stehen aus dem Wickelkopf 2 nach außen heraus.
Die in der 4 gezeigte Anordnung erlaubt es, alle Hülsen 4 gleichzeitig einer magnetischen Umformung zu unterwerfen, so dass in einem einzigen Arbeitsschritt, der nur einen kurzen Zeitraum im Bereich von 100 ms benötigt, eine elektrische Kontaktierung aller Hülsen mit dem jeweiligen Einzeldraht 3a erfolgen kann.
Nach alledem erfolgt bei der vorliegenden Erfindung das elektrische Kontaktieren und Fixieren eines Wickelendes der Statorwicklung eines elektromotorischen Antriebs an einem Kontakt dadurch, dass das Wickelende in eine als Kontakt dienende Hülse eingeführt wird und dann die Hülse mittels einer magnetischen Umformung mit dem Wickelende fest verbunden wird. Das Wickelende kann aus einer Vielzahl von Einzeldrähten bestehen, die im Rahmen einer magnetischen Umformung gleichzeitig mit jeweils einer Hülse verbunden werden. Das Wickelende kann auch aus einem Drahtbüschel bestehen, welches in eine als Kontakt dienende Hülse eingeführt und durch eine magnetische Umformung mit dieser verbunden wird.

Claims

Verfahren zum elektrischen Kontaktieren und Fixieren eines Wickelendes der Statorwicklung eines elektromotorischen Antriebs an einem Kontakt, dadurch gekennzeichnet, dass das Wickelende (3) in eine als Kontakt dienende Hülse (4) eingeführt wird und die Hülse (4) mittels einer magnetischen Umformung mit dem Wickelende (3) fest verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wickelende eine Vielzahl von Einzeldrähten (3a) aufweist, diese Einzeldrähte in jeweils eine Hülse eingesetzt werden und die Hülsen mittels einer gleichzeitig erfolgenden magnetischen Umformung jeweils mit einem Einzeldraht fest verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wickelende aus einem Drahtbüschel besteht, dieses Drahtbüschel in eine Hülse eingesetzt wird und die Hülse mittels einer magnetischen Umformung mit dem Drahtbüschel fest verbunden wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl der Einzeldrähte oder das Drahtbüschel ohne vorheriges Abisolieren der Wicklungsenden der magnetischen Umformung unterworfen werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein sehr hohes elektromagnetisches Feld unter Verwendung eines Feldkonzentrators (5) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Feldkonzentrator (5) eine die Hülse oder die Hülsen umgebende Spule ist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Feldkonzentrator (5) eine mit einem Luftspalt versehene Spule ist.
Stator für einen elektromotorischen Antrieb, mit einem Statorblechpaket und einer im Statorblechpaket vorgesehenen Statorwicklung, welche einen aus dem Statorblechpaket hinausragenden Wickelkopf aufweist, von welchem das Wickelende der Statorwicklung nach außen absteht, dadurch gekennzeichnet, dass das Wickelende (3) mit einer als Kontakt dienenden Hülse (4) mittels einer magnetischen Umformung fest verbunden ist.
Stator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Wickelende eine Vielzahl von Einzeldrähten aufweist und diese Einzeldrähte jeweils mit einer als Kontakt dienenden Hülse fest verbunden sind.
Stator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Wickelende ein Drahtbüschel aufweist und dieses Drahtbüschel mit einer als Kontakt dienenden Hülse fest verbunden ist.
Stator nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse im Kontaktbereich mit dem Wickelende deformiert ist.