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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrischen Kontaktierung von Drähten nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Ein derartiges bekanntes Verfahren wird beispielsweise zur elektrischen Kontaktierung von Drahtenden bei Generatoren oder Elektromotoren bei deren Anker oder Statorwicklungen eingesetzt. Hierbei werden üblicherweise isolierte Drähte für die Ankerwicklungen verwendet, deren Drahtenden mit einer Schweiß- oder Lötverbindung miteinander verbunden werden, sodass die einzelnen Drähte miteinander elektrisch kontaktiert sind. Die Drähte weisen dabei als Isolation entweder eine Lackschicht oder einen aus Kunststoff bestehenden Überzug auf. Vor dem Verschweißen bzw. Verlöten der Drahtenden müssen diese von ihrer Isolierung befreit werden. Ein derartiges Verfahren bedingt einen relativ hohen Arbeitsaufwand und ist darüber hinaus prozesstechnisch relativ schwer zu überwachen.
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Weiterhin ist es aus der
DE 10 2004 004 742 A1 bekannt, beim Bonden von isolierten Drähten die Verbindung zwischen einem abisolierten Drahtabschnitt und der Verbindungsstelle durch Einbringen einer elektromagnetischen Energie herzustellen. Dabei wird die Lackschicht vorab durch mechanische Energieeinwirkung mittels eines Bondwerkzeugs durch Aufplatzen der Lackschicht lokal entfernt.
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Darüber hinaus ist es bekannt, mehrere, insbesondere aus Metall bestehende Teile mittels des sogenannten Magnetimpuls-Schweißverfahrens miteinander zu verbinden.
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Offenbarung der Erfindung
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Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur elektrischen Kontaktierung von Drähten nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass eine elektrisch leitende Verbindung auf relativ einfache und wirtschaftlich günstig herstellbare Weise erzielbar ist. Insbesondere soll damit ein Verfahren ermöglicht werden, das im Bereich von Elektromotoren bzw. Generatoren die Verbindung der Drahtenden der einzelnen Ankerwicklungen ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur elektrischen Kontaktierung von Drähten mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Der Erfindung liegt dabei die Idee zugrunde, durch ein elektrisch leitendes Kontaktelement eine Verbindung mit den Drähten zu ermöglichen, wobei die Verbindung in einem Verbindungsbereich durch einen elektromagnetischen Impuls erzeugt wird. Durch dieses mittels des elektromagnetischen Impulses hervorgerufene Magnetimpulsschweißen wird eine kraft- bzw. stoffschlüssige Verbindung zwischen wenigstens einem Draht und dem Kontaktelement dadurch erzeugt, dass die beiden zu fügenden Teile mit hoher Geschwindigkeit miteinander kollidieren.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur elektrischen Kontaktierung von Drähten sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in den Ansprüchen, der Beschreibung und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass wenigstens ein hülsenförmiges Kontaktelement verwendet wird und dass die Drähte im Verbindungsbereich innerhalb des wenigstens einen Kontaktelements angeordnet werden. Durch die Verwendung eines hülsenförmigen Kontaktelements wird hierbei insbesondere eine definierte und sichere Führung der Drahtenden erzielt.
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Besonders bevorzugt ist es weiterhin, wenn das wenigstens eine hülsenförmige Kontaktelement im Verbindungsbereich mit den Drähten auf der den Drähten zugewandten Seite eine strukturierte Oberfläche aufweist, von der Erhebungen ausgehen, die beim Ausbilden der Verbindung mit den Drähten zumindest eine kraftschlüssige und elektrisch leitfähige Verbindung mit den Drähten eingehen. Eine derartige Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht es, auch Drähte zu verwenden, die in dem Verbindungsbereich eine Isolationsschicht, beispielsweise eine Lackschicht oder eine aus Kunststoff bestehende Isolation, aufweisen, ohne dass hierzu die Lack- bzw. Isolationsschicht entfernt werden muss.
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In einer ganz besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist es dabei vorgesehen, dass die Erhebungen in Form von scharfkantigen Erhebungen, insbesondere in Form von Spitzen, Kanten oder dergleichen ausgebildet sind. Durch eine derartige Ausbildung wird eine sichere Kontaktierung der Drähte durch die Lack- bzw. Isolationsschicht ermöglicht und darüber hinaus eine besonders sichere kraftschlüssige Verbindung hergestellt.
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Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass mehrere hülsenförmige Kontaktelemente mit unterschiedlichen Durchmessern verwendet werden, die konzentrisch zueinander angeordnet sind und dass die Drähte jeweils im Zwischenraum zwischen zwei Kontaktelementen angeordnet werden. Eine derartige Ausbildung hat den Vorteil, dass eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten Wicklungslagen auf relativ engem Raum sicher kontaktiert werden können. Hierbei sollten jedoch Drähte verwendet werden, deren Drahtenden elektrisch vorab abisoliert worden sind.
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Um auch mehrere Reihen bzw. Lagen von Drähten elektrisch miteinander zu verbinden, welche jeweils eine Lack- bzw. Isolationsschicht aufweisen, ist es in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass mehrere hülsenförmige Kontaktelemente mit unterschiedlichen Durchmessern verwendet werden, die konzentrisch zueinander angeordnet sind, dass die Drähte jeweils im Zwischenraum zwischen zwei Kontaktelementen angeordnet werden und dass die hülsenförmigen Kontaktelemente auf den den Drähten zugewandten Seiten jeweils eine strukturierte Oberfläche aufweisen. Hierbei wird durch die strukturierte Oberfläche insbesondere ein Aufbrechen bzw. Zerstören der Lack- bzw. Isolationsschicht der Drahtenden bewirkt.
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Um zu gewährleisten, dass sowohl die Lack- bzw. Isolationsschicht bei der Verbindung sicher zerstört wird, als auch dass eine sichere kraftschlüssige Verbindung zwischen der strukturierten Oberfläche und dem eigentlichen Draht erzielt wird, ist es darüber hinaus von Vorteil, wenn das hülsenförmige Kontaktelement eine höhere mechanische Festigkeit aufweist als die Drähte. Daher werden üblicherweise für das Kontaktelement beispielsweise Aluminium bzw. Kupfer als Werkstoffe eingesetzt. Darüber hinaus kann es jedoch im Einzelfall auch sinnvoll sein, wenn die Hülse bzw. das Kontaktelement aus einem anderen Werkstoff hergestellt ist, beispielsweise aus Stahl. In diesem Fall wird eine besonders sichere kraft- bzw. formschlüssige Verbindung zwischen der strukturierten Oberfläche und dem Draht hergestellt.
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Um einen besonders einfachen Montageprozess der Drähte in dem Kontaktelement zu ermöglichen, ist es in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Drähte mit Spiel zu dem hülsenförmigen Element angeordnet werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
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Diese zeigt in:
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1 eine Anordnung zur Erzeugung einer elektrischen Verbindung an Drahtenden in einer vereinfachten Darstellung,
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2 einen Teilbereich eines mit einer strukturierten Oberfläche ausgestatteten hülsenförmigen Kontaktelements in einer teilweise geschnittenen Darstellung,
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3 ein gegenüber der 2 modifiziertes Ausführungsbeispiel, bei dem die strukturierte Oberfläche in Form von eingeprägten Rillen bzw. Kanten ausgebildet ist, ebenfalls in einer teilweise geschnittenen Darstellung,
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4 einen Schnitt durch einen Teilbereich des Kontaktelements gemäß 3, bei der dieses eine elektrische Kontaktierung mit einem Draht ausbildet,
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5 einen Querschnitt durch eine Anordnung aus mehreren, insbesondere hülsenförmigen Kontaktelementen, zwischen denen eine Vielzahl von Drähten angeordnet sind und
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6 einen Schnitt durch eine Anordnung bestehend aus einer Außenhülse und einem Innenteil, welche eine elektrische Kontaktierung zu zwei Drahtenden herstellen,
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7 einen Teillängsschnitt durch ein abgewandeltes Kontaktelement und
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8 eine Ansicht auf das mit Drähten versehene Kontaktelement gemäß der
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7, bei dem die Drähte im Endzustand mit dem Kontaktelement verbunden sind.
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Gleiche Bauteile bzw. Bauteile mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit denselben Bezugsziffern versehen.
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In der 1 ist eine Einrichtung 10 zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen Drähten 1 in einem Verbindungsbereich 2 dargestellt. Insbesondere wird dabei eine Verbindung zwischen mehreren Drähten 1 in dem Verbindungsbereich 2 hergestellt. Die Verbindung der Drähte 1 erfolgt dabei an deren Endbereichen. Bei den Drähten 1 handelt es sich insbesondere um isolierte Drähte, z. B. Lackdrähte bzw. Drähte 1 mit einer Isolationsschicht, wie diese in den 4 und 6 näher dargestellt sind. Insbesondere dient die Einrichtung 10 zum Verbinden von Drähten 1, wie diese bei Elektromotoren bzw. Generatoren bei der Bewicklung der Anker zur Ankerbewicklung eingesetzt werden.
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Die Einrichtung 10 umfasst unter anderem eine Anlage 11 zur Erzeugung wenigstens eines elektromagnetischen Impulses 3, der in der 1 lediglich symbolhaft dargestellt ist. Zum Herstellen der Verbindung wird vorzugsweise ein zumindest im Verbindungsbereich 2 hülsenförmiges Kontaktelement 15 eingesetzt. Das Kontaktelement 15 besteht hierbei aus einem elektrisch leitfähigen Material, insbesondere Metall. Als Materialien kommen dabei insbesondere Aluminium oder Kupfer, im Einzelfall jedoch auch beispielsweise Stahl, in Frage. Das Kontaktelement 15 umfasst neben dem hülsenförmigen Kontaktabschnitt 16 eine Anschlussfahne 17, die einstückig an dem hülsenförmigen Kontaktabschnitt 16 angeformt ist. Mittels des Kontaktabschnitts 16 lässt sich das Kontaktelement 15 elektrisch mit weiteren Elementen verbinden. Das Kontaktelement 15 ist vorzugsweise als gezogenes Rohr ausgebildet. Alternativ kann es auch als längsnahtgeschweißtes Rohr, Tiefziehteil, Stanz-/Biegeteil oder in sonstiger geeigneter Weise ausgebildet bzw. hergestellt sein.
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In einer ersten, nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das hülsenförmige Kontaktelement 15 eine glatte bzw. ebene Innenseite aufweist, wobei die Innenseite als elektrisch leitende Kontaktoberfläche für wenigstens einen Draht 1 oder aber meherere Drähte 1 dient. In diesem Fall ist es erforderlich, dass die Isolationsschicht an den Endbereichen der Drähte 1 entfernt wird. Ein derartiges Entfernen kann entweder auf mechanischem Weg oder auf sonstige geeignete Weise erfolgen. Zum Herstellen der Verbindung im Verbindungsbereich 2 werden dabei die einzelnen Drähte 1 in den hülsenförmigen Kontaktabschnitt 16 des Kontaktelements 15 eingeführt und innerhalb der Einrichtung 10 durch Erzeugen des elektromagnetischen Impulses 3 mit der Innenwand des hülsenförmigen Kontaktelements 15 verbunden. Je nach Auslegung bzw. nach den Parametern des elektromagnetischen Impulses 3 erfolgt hierbei zumindest eine kraftschlüssige Verbindung bzw. zusätzlich eine Schweißverbindung, d. h. eine stoffschlüssige Verbindung, bei der der Kontaktbereich zwischen den Drähten 1 und dem hülsenförmigen Kontaktelement 15 eine stoffschlüssige Verbindung eingeht.
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Besonders bevorzugt ist jedoch eine Ausführung der Erfindung entsprechend den 2 bis 4, bei denen das Kontaktelement 15a, 15b eine strukturierte Oberfläche 18 aufweist. Bei dem in der 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Oberfläche 18 an der Innenseite des Kontaktelements 15a dabei mit einer Vielzahl von nebeneinander und übereinander angeordneten Erhebungen 19, z. B. in Form von Pyramiden, Kegeln oder ähnlichem, ausgestattet. Diese Erhebungen 19 werden dabei insbesondere durch einen Prägeprozess an der vorgesehenen Kontaktfläche zu den Drähten 1 erzeugt, d. h. an der Innenseite des Kontaktelements 15a.
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In der 3 ist ein Kontaktelement 15b dargestellt, dessen strukturierte Oberfläche 18a in Form von an der Innenwand des Kontaktelements 15b umlaufenden Rillen 21 ausgebildet ist. Hierbei wirken die Rillen 21 bzw. deren umlaufende Kante 22 als Schneiden, die bei der Erzeugung des elektromagnetischen Impulses 3 die in der 4 dargestellte Lackschicht 5 des Drahtes 1 im Bereich der Kanten durchstoßen und sich in den eigentlichen Draht 1 eingraben. Selbstverständlich kann anstelle der Lackschicht 5 auch eine aus Kunststoff bestehende Isolationsschicht am Draht 1 vorgesehen sein.
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In den 5 und 6 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das zwei, konzentrisch zueinander angeordnete, jeweils hülsenförmige Kontaktelemente 15c, 15d umfasst. Hierbei weist das Kontaktelement 15c einen geringeren Durchmesser auf als das Kontaktelement 15d. Die einzelnen Drähte 1 sind in dem zwischen den beiden Kontaktelementen 15c und 15d ausgebildeten ringförmigen Innenraum 24 angeordnet. Insbesondere ist es vorgesehen, dass beide Kontaktelemente 15c, 15d auf der den Drähten 1 zugewandten Seite jeweils eine strukturierte Oberfläche 18 aufweisen. In der 6 ist der Fall dargestellt, bei der zwischen den beiden Kontaktelementen 15c und 15d zwei Lagen von Drähten 1 angeordnet sind. In diesem Fall wird der eine, radial innere Draht 1 mit dem inneren Kontaktelement 15c elektrisch kontaktiert, während der andere, radial äußere Draht 1 eine elektrische Verbindung mit dem äußeren Kontaktelement 15d eingeht.
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Ergänzend wird erwähnt, dass die in den 5 und 6 dargestellte Ausbildung bzw. Anordnung mit mehreren hülsenförmigen Kontaktelementen 15c, 15d nicht nur auf zwei hülsenförmige Kontaktelemente 15c, 15d beschränkt ist, sondern beispielsweise auch mehr als zwei Kontaktelemente 15c, 15d aufweisen kann.
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Darüber hinaus kann das innere Kontaktelement 15c auch aus Vollmaterial bzw. dornartig ausgebildet sein. Wesentlich ist lediglich, dass zwischen den einzelnen Kontaktelementen 15c, 15d jeweils ein ringförmiger Innenraum 24 zur Aufnahme von Drähten 1 ausgebildet wird.
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Darüber hinaus wird erwähnt, dass für den Fall, bei dem eine Vielzahl von Drähten 1 in mehreren Lagen nebeneinander angeordnet werden, welche mittels Kontaktelementen 15c, 15d elektrisch kontaktiert werden sollen, diese bevorzugt abisolierte Drahtenden aufweisen, um eine sichere elektrische Verbindung derjenigen Drähte 1 zu bewirken, die sich nicht im direkten Anlagekontakt mit einem der Kontaktelemente 15c, 15d befinden.
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Wie bereits erläutert, ist es möglich, die einzelnen Drähte 1 zum Ausbilden der Verbindung mit Spiel in den Kontaktelementen 15, 15a bis 15d anzuordnen. Das Spiel soll dabei insbesondere eine einfache Montage der Drähte 1 in dem jeweiligen Kontaktelement 15, 15a bis 15d ermöglichen und daher möglichst groß sein, auf der anderen Seite aber auch nicht die elektrische Anbindung der Drähte 1 negativ beeinflussen. Typischerweise liegt daher das Spiel zwischen einem Draht 1 und der zugewandten Kontaktoberfläche des Kontaktelements 15, 15a bis 15d zwischen etwa 0,1 mm und 1,0 mm. Werden eine Vielzahl von Drähten 1 mit dem Kontaktelement 15, 15a bis 15d verbunden, kann das Spiel auch bis zu einem Mehrfachen des Einzeldrahtdurchmessers betragen.
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In den 7 und 8 ist ein nochmals modifiziertes, hülsenförmiges Kontaktelement 15e dargestellt. Dieses besitzt einen Kontaktbereich 25 mit aus den 2 und 3 bekannten Erhebungen 19 bzw. einer strukturierten Oberfläche 18b, sowie einen davon in Längsrichtung, vorzugsweise auf der den Drähten 1 zugewandten Seite beabstandeten Klemmbereich 26.
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In der 8 ist der Zustand dargestellt, nachdem der elektromagnetische Impuls 3 die Verbindung zwischen den Drähten 1 und dem Kontaktelement 15e hergestellt hat. Man erkennt, dass der Klemmbereich 26 unter Einwirkung des elektromagnetischen Impulses 3 deformiert wurde, so dass die Drähte 1 im Klemmbereich 26 verklemmt bzw. reibschlüssig aufgenommen sind. Dadurch wird durch den Klemmbereich 26 eine Zugentlastung auf die Drähte 1 ermöglicht, so dass etwaige Zugkräfte über den Klemmbereich 26 aufgenommen werden und sich nicht auf den Kontaktbereich 25 übertragen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur elektrischen Kontaktierung von Drähten 1 kann in vielfältiger Art und Weise modifiziert bzw. abgewandelt werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. Dieser besteht in der Verwendung eines Kontaktelements 15, insbesondere eines hülsenförmigen Kontaktelements 15, 15a bis 15e das mittels eines elektromagnetischen Impulses 2 mit wenigstens einem Draht 1, bevorzugt mit mehrerer Drähten 1 bzw. deren Drahtenden verbunden wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004004742 A1 [0003]
