DE102012215309B4

DE102012215309B4 - VERFAHREN ZUM AUSBILDEN VON FESTKÖRPERSCHWEIßVERBINDUNGEN ZWISCHEN OBERFLÄCHEN MEHRERER PAARE BENACHBARTER KUPFERLEITER

Info

Publication number: DE102012215309B4
Application number: DE102012215309.8A
Authority: DE
Inventors: Thomas A. Perry; James G. Schroth; David R. Sigler
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2011-09-07
Filing date: 2012-08-29
Publication date: 2022-12-08
Anticipated expiration: 2032-08-30
Also published as: DE102012215309A1

Abstract

Verfahren zum Ausbilden von Festkörperschweißverbindungen zwischen Oberflächen mehrerer Paare benachbarter Kupferleiter (14, 16; 18, 20), die an einem Statorkern (10) für einen Elektromotor montiert sind, wobei die Leiterpaare (14, 16; 18, 20) von benachbarten Leiterpaaren (14, 16; 18, 20) beabstandet sind, wobei ein Element (14, 16, 18, 20) jedes Kupferleiterpaars (14, 16; 18, 20) einen ersten Fügeoberflächenbereich (114) darbietet, der einem gleichartig geformten zweiten Fügeoberflächenbereich (116) des zweiten Kupferleiters zugewandt ist, und die Oberflächenausbildungsbereiche der montierten Kupferleiter (14, 16; 18, 20) an einer Oberfläche (15) des Statorkerns (10) zugänglich sind, wobei das Verfahren die folgenden Schritte in der angegebenen Reihenfolge umfasst, dass:ein reaktionsfähiges Metall (26) zwischen die Fügeoberflächenbereiche (114) mehrerer Paare benachbarter Kupferleiter (14, 16; 18, 20) eingeführt wird;einander gegenüberliegende Elektrodenwerkzeuge (28, 30) verwendet werden, um einen Druck auf jedes der Kupferleiterpaare (14, 16; 18, 20) aufzubringen, um die zueinander weisenden Fügeoberflächenbereiche (114, 116) jedes Paars der Kupferleiter (14, 16; 18, 20) entweder gleichzeitig oder nacheinander in Kontakt mit dem reaktionsfähigen Metall (26) zwischen ihnen zu bringen;ein elektrischer Strom durch die in Kontakt stehende Gruppierung aus Leiter (14, 16; 18, 20), reaktionsfähigem Metall (26) und Leiter (14, 16; 18, 20) geleitet wird, um das reaktionsfähige Metall (26) zur Reaktion mit den Kupferleiteroberflächen zu erwärmen und zu schmelzen, um Reaktionsnebenprodukte auszubilden;die Reaktionsnebenprodukte aus den zueinander weisenden sich kontaktierenden Fügeoberflächenbereichen (114, 116) jedes der Kupferleiterpaare (14, 16; 18, 20) ausgetrieben werden, um eine Festkörperschweißverbindung auszubilden; unddas Leiten des elektrischen Stroms gestoppt wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Erfindung betrifft Verfahren zum Ausbilden einer festen Schweißverbindung zwischen zueinander weisenden Oberflächen von Kupferwerkstücken bei einer relativ niedrigen Temperatur und insbesondere ein Verfahren zum Ausbilden von Festkörperschweißverbindungen zwischen Oberflächen mehrerer Paare benachbarter Kupferleiter zugänglich sind. Die Schweißverbindung wird mit einem Prozess zum Fügen durch eine metallurgische Reaktion ausgebildet, die eine Schweißverbindung von Kupfer zu Kupfer mit einem niedrigen elektrischen Widerstand zwischen den Werkstücken hinterlässt. Derartige resultierende geschweißte Fügestellen sind sehr wünschenswert, wenn sie zwischen Paaren von Kupferleitern in einem Elektromotor ausgebildet werden. Beim Schweißen derartiger Paare von Kupferleitern wird eine dünne Metalllegierungsfolie zwischen zueinander weisenden Oberflächen der Leiter platziert und die Leiter werden gegen die Folie gepresst, beispielsweise unter Verwendung von Widerstandsschweißelektroden, welche dann beim Ausbilden der Schweißverbindung einen Schweißstrom durch die Leiter und die Folie leiten. Anwendungen dieser Erfindung stellen Wege zum Anpassen von Formen und Gestalten der dünnen Metallfolie bereit, um reaktionsfähiges Material zwischen zueinander weisende Oberflächen der Leiter zu platzieren. Anwendungen werden auch bereitgestellt, um die Verwendung der Schweißelektroden zum Zusammenfügen vieler Paare von Leitern anzupassen, beispielsweise im Stator eines Elektromotors.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Obwohl es viele Schweißanwendungen gibt, die zum Zusammenfügen von Werkstücken aus vielen Metallverbindungen verwendet werden, gibt es weiterhin einen Bedarf für ein Verfahren zum Ausbilden einer stabilen geschweißten Fügestelle mit niedrigem Widerstand mit minimaler Verformung zwischen zwei Kupferwerkstücken. Es gibt einen speziellen Bedarf für ein derartiges Fügeverfahren zur Verwendung beim Ausbilden von Schweißverbindungen zwischen getrennten Paaren von Kupferleiterstäben bei einer Anordnung aus vielen derartigen Kupferleiterpaaren in einem Statorelement eines elektrischen Traktionsmotors für ein Fahrzeug. Es gibt einen zusätzlichen Bedarf für einen Drahtfügeprozess, der das Erzeugen minimaler Wärme so erfordert, dass eine polymere Drahtisolierung in der Nähe der Fügestelle nicht durch eine thermische Belastung verschlechtert wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Als weiterer Hintergrund verwendet diese Erfindung einen Prozess zum Fügen durch eine metallurgische Reaktion, um stabile, feste Schweißverbindungen mit niedrigem elektrischem Widerstand zwischen zueinander weisenden Oberflächen von zusammengebauten Kupferwerkstücken auszubilden. Bei einer Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung werden zwei Kupferleiterelemente in der Form von Drähten oder Stäben mit einem kleinen rechteckigen Querschnitt und gleichen zueinander weisenden Oberflächen platziert und zusammengepresst und an einer geschweißten Schnittstelle zusammengefügt. Folglich sind bei dieser Ausführungsform der Erfindung die Kupferwerkstücke ein im Wesentlichen reines Kupfermetall mit hoher elektrischer Leitfähigkeit. Bei dem Prozess mit einer metallurgischen Reaktion wird eine dünne Schicht eines reaktionsfähigen Metalls oder einer reaktionsfähigen Legierung zwischen den zueinander weisenden Oberflächen der Kupferwerkstücke platziert und verwendet, um die Oberflächen zu reinigen, um einen engen Kontakt über weite Bereiche und die Ausbildung einer festen Schweißverbindung zu ermöglichen.
Das reaktionsfähige Metall oder die reaktionsfähige Metalllegierung ist so gewählt, dass es bzw. sie wichtige Funktionen als Teil des Schweißvorgangs bereitstellt. Eine derartige metallurgisch reaktionsfähige Metallverbindung muss unter dem Einfluss aufgebrachter Wärme eine mobile flüssige Phase durch die Reaktion mit einer kleinen Materialmenge von jeder der zueinander weisenden Kupferwerkstückoberflächen ausbilden. Die flüssige Phase muss eine Solidus-Temperatur aufweisen, die niedriger als der Schmelzpunkt des Werkstückmetalls ist. Und die mobile Phase, die ausgebildet wird, muss zum Entfernen von Oxidfilmen in der Lage sein, die zu Beginn auf den Kupferwerkstückoberflächen, die zusammengefügt werden sollen, vorhanden sind. Die Entfernung von Oberflächenoxiden wird während des Reaktionsprozesses erreicht, d.h. eine Schicht auf jeder Werkstückoberfläche wird durch eine Kombination des Auflösens eines Teils der Kupferwerkstücke und des Austreibens des Reaktionsmetalls unter Druck beseitigt.
Bei bevorzugten Ausführungsformen dieser Erfindung ist ein dünner Metallstreifen einer Legierung aus etwa sieben Gewichtsprozenten Phosphor und dem Rest Kupfer ein geeignetes reaktionsfähiges Metall zum Zusammenfügen von Werkstücken, die im Wesentlichen aus reinem Kupfer bestehen. Kupfer weist einen Schmelzpunkt von 1084°C auf, während eine Legierung aus Kupfer und 7 Gewichtsprozent Phosphor eine Schmelztemperatur von 710°C aufweist. Und diese Kupfer-Phosphor-Legierung ist zum Auflösen oder Entschlacken der Oberflächenoxide in der Lage, die auf der Werkstückschnittstelle von Kupfer zu Kupfer oder der Stoßschnittstelle vorhanden sind, sowie zur Reaktion mit und zum Auflösen eines Teils der Kupferwerkstücke. Eine andere geeignete reaktionsfähige Metallverbindung zum Schweißen von Kupfer ist eine Kupferlegierung mit 6 Gewichtsprozent Phosphor, 6 Gewichtsprozent Zinn und 0,4 Gewichtsprozent Silizium. Der Prozess wird durchgeführt, indem ein dünnes Stück (zum Beispiel 50 bis 250 Mikron dick) des reaktionsfähigen Metalls zwischen zueinander weisende Oberflächen der Kupferwerkstücke platziert wird, die zusammengefügt werden sollen. Die geschichtete Fügestelle wird dann komprimiert und auf eine Temperatur erwärmt, die deutlich über der Solidus-Temperatur des Systems aus Metall/reaktionsfähiger Metalllegierung liegt, d.h. über 710°C, wenn die Legierung aus Kupfer und 7 Gewichtsprozent Phosphor verwendet wird, aber deutlich unter dem Schmelzpunkt von Kupfer, d.h. unter 1084°C. Es ist von Vorteil, dass diese verringerten Temperaturen das Minimieren einer Verschlechterung einer polymeren Drahtisolierung in der Nähe der Fügestelle bewirken.
Ein brauchbares Verfahren zum Zusammenpressen während einer Erwärmung besteht in der Verwendung eines resistiven Heizens, wie es durch das Kontaktieren von Außenoberflächen der zueinander weisenden Werkstücke durch einander gegenüberliegende Elektroden eines handelsüblichen Punktschweißgeräts bereitgestellt wird. In einigen Fällen können die Elektrodenstirnseiten Oberflächengeometrien mit lokalen Merkmalen aufweisen, die in die Außenoberflächen der Werkstücke eingreifen oder eindringen und dazu neigen, zu verhindern, dass diese während des Anlegens eines Schweißstroms seitlich, d.h. rechtwinklig zu der Klemmrichtung, verrutschen. Die Klemmkraft des Punktschweißgeräts stellt den benötigten Druck bereit, wenn ein Strom zum elektrischen Widerstandsheizen zwischen den Elektroden und durch die Schnittstelle der Werkstücke und den dünnen Streifen aus reaktionsfähigem Metall geleitet wird. Nach einem ausreichenden Aufheizen beginnt die metallurgische Reaktion und das reaktionsfähige Metall wird sich verflüssigen und alle naturgegebenen Oxide auf der Oberfläche des Kupferbasismetalls an der Stoßschnittstelle entfernen und außerdem mit Kupfer reagieren, um eine flüssigkeitshaltige Phase auszubilden. Ein erhöhter von den Elektroden aufgebrachter Druck wird die mobile Flüssigkeit außerdem aus der Fügestelle von Kupfer zu Kupfer herausdrücken. In einigen Fällen wird eine halbfeste Phase existieren, die eine ausreichend niedrige effektive Viskosität derart aufweist, dass sie aus der Fügestelle ausgetrieben werden kann, genau wie im Fall einer reinen Flüssigkeit. Dieses ausgetriebene Material führt alle Schlackenoxide oder andere vorherige Oberflächenverunreinigungen mit sich, um saubere Kupferoberflächen zurückzulassen. Durch diesen Prozess wird eine sehr saubere Schweißverbindung von Kupfer zu Kupfer ausgebildet. Die ausgebildete Fügestelle ist primär keine gelötete Fügestelle. Eine detaillierte mikroskopische Untersuchung von Schnitten durch eine derart ausgebildete Fügestelle verifiziert, dass nahezu das gesamte reaktionsfähige Metall aus der fertigen Schweißfügestelle von Kupferwerkstück zu Kupferwerkstück ausgetrieben ist. Das Verfahren ist ein Verfahren mit relativ niedriger Energie und ein Verfahren mit relativ niedriger Temperatur, das die Auswirkung des Fügeprozesses auf eine beliebige nahe gelegene Isolierung der Kupferwerkstücke oder auf andere nahe gelegene Objekte minimieren kann.
Der kleine benötigte Wärmebetrag entsteht aus zwei Gründen. Erstens ist die Temperatur, die zum Ausbilden der Flüssigkeit in der phosphorhaltigen Legierung benötigt wird, viel niedriger als der Schmelzpunkt des Kupferbasismetalls. Zweitens weist die phosphorhaltige Legierung einen sehr hohen elektrischen Widerstandswert auf, sodass das reaktionsfähige Material, wenn Strom durch das System geleitet wird, schnell erwärmt wird, während das umgebende Kupfer nur eine sehr geringe resistive Erwärmung erfährt. Somit kann eine Fügestelle geschaffen werden, ohne ein großes Volumen des Kupferdrahts zu erwärmen.
Das Verfahren dieser Erfindung kann beispielsweise beim Schweißen jedes von vielen Paaren von Kupferdraht- oder Kupferstabenden während des Zusammenbaus und der Herstellung eines Stators für einen Elektrotraktionsmotor zum Antreiben eines oder mehrerer Räder eines Kraftfahrzeugs verwendet werden. Die Kupferdrähte können beispielsweise eine dünne Oxidbeschichtung auf ihren Oberflächen aufweisen. Bei der Herstellung von Statoren für Traktionsmotoren werden von einer Spule abgeschnittene Leiterdrahtstücke zu einem „U“ oder einer offenen Schleife geformt (und manchmal als Haarnadeln bezeichnet), um sie in Nuten an Innenumfängen eines kreisringförmigen Stapels von beschichteten Statorkernscheiben aus einem eisenhaltigen Metall zu platzieren und zusammenzubauen. Die Drähte oder Stäbe können beispielsweise einen rechteckigen Querschnitt aufweisen und flache Seiten von etwa zwei bis etwa sechs Millimeter aufweisen, wobei ein Bereich von etwa zwei bis etwa vier Millimeter typischer ist. Die schleifenförmigen Drähte werden typischerweise mit ihren Schnittenden an der gleichen Seite der ausgebildeten Statorform in mit einer Isolierung ausgekleidete Nuten eingepasst, die sich an und vollständig um den Innenumfang des kreisringförmig geformten Stapels aus Statorlamellen herum befinden. Die meisten der Enden der Leiterformen, wenn nicht alle, sind am gleichen Ende des Statorkörpers angeordnet, um ein Schweißen zu ermöglichen. Jedes Ende eines Statorleiterdrahts muss mit einem eng beabstandeten bzw. sehr nahe gelegenen Ende eines weiteren Leiterdrahts verschweißt werden, um beispielsweise geschlossene elektrische Schaltungen zum Erzeugen eines elektromagnetischen Felds im ferromagnetischen Statorkern bereitzustellen, um ein Rotorelement anzutreiben, das im Betrieb eines Traktionsmotors innerhalb eines fertigen Stators angeordnet ist.
Aber unabhängig von der Anordnung, in der der Fügeprozess verwendet wird, werden zueinander weisende Oberflächen von Kupferwerkstücken gegen eine dünne Schicht eines reaktionsfähigen Metallmaterials gepresst, die beispielsweise bis zu etwa 250 Mikrometer dick ist und häufig die Stoßoberflächen vollständig bedeckt. Wie vorstehend beschrieben wurde, wird die Anordnung durch ein beliebiges geeignetes Mittel erwärmt, um das reaktionsfähige Material zwischen den zueinander weisenden Oberflächen, die zusammengefügt werden sollen, zu schmelzen. Das reaktionsfähige Materialfluid dient zur metallurgischen Reinigung der zueinander weisenden Kupferoberflächen. Wenn ein Druck auf die erwärmte Schnittstelle aufgebracht wird, werden das mobile verflüssige Reaktionsmaterial und Reaktionsprodukte, die auch einen kleinen Teil des bzw. der Kupferwerkstücke enthalten, der während der Reaktion aufgelöst wurde, im Wesentlichen vollständig zwischen den gereinigten Kupferoberflächen herausgedrückt. Und der Druck und die Wärme an der Schnittstelle erzeugen eine feste, saubere Schweißverbindung mit einem niedrigen elektrischen Widerstandswert zwischen den Kupferoberflächen.
Es werden nun Anwendungen bereitgestellt, um viele derartige Schweißverbindungen an Paaren von Kupferleiterdrähten auszubilden, die zurechtgebogen und in den ferromagnetischen Kern eines kreisringförmigen Stators für einen Elektrotraktionsmotor eingebaut wurden. Wie vorstehend angegeben wurde, sind diese Leiterdrähte in etwa U-förmig, um sie in Nuten zu platzieren, die (beispielsweise) axial entlang des Innenumfangs des Statorkerns ausgebildet sind und um dessen Umfang herum eng und regelmäßig beabstandet sind. Die gebogenen Abschnitte (Schleifenabschnitte) der mehreren Leiterdrähte sind typischerweise um ein Ende des kreisringförmigen Stators herum beabstandet und positioniert, während die Enden der Drähte paarweise angeordnet sind und am anderen Ende des kreisringförmigen Stators positioniert sind. Oft sind die Paare von Leiterenden, die zusammengefügt werden sollen, an einem Ende der Statoranordnung in konzentrischen kreisförmigen Bändern positioniert. Zum Vervollständigen der beabsichtigten elektrischen Schaltungen im Stator müssen viele Paare von benachbarten Leiterdrahtenden durch unseren Prozess zum Fügen durch eine metallurgische Reaktion (RMJ-Prozess, RMJ von Reaction Metallurgical Joining) verschweißt werden. Um das Ausbilden einer großen Anzahl derartiger Schweißverbindungen beim Zusammenbau eines Stators zu ermöglichen, haben wir Anwendungen zum Formen und Platzieren dünner Schichten eines reaktionsfähigen Metalls zwischen die vielen Paaren von Leitern entwickelt, und wir haben Anwendungen für das Formen und die Verwendung von Schweißelektroden beim Ausbilden der Schweißverbindungen entwickelt.
Bei verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung wird die Schicht aus einem reaktionsfähigen Metall als Rollen aus langen dünnen Folien oder Streifen vorbereitet, die regelmäßig beabstandete und abgemessene reaktionsfähige Metallabschnitte enthalten, um die dünne Schicht aus Schweißmaterial für jedes Paar von Leitern, die verschweißt werden sollen, zuzuführen und bereitzustellen. Die beabstandeten Abschnitte sind beispielsweise so abgemessen, dass sie eine gewünschte Schweißmaterialmenge bereitstellen, wenn sie zwischen zueinander weisende Oberflächen jeder Paarung von Leiterenden positioniert sind. Die abgemessenen reaktionsfähigen Metallabschnitte auf einem derartigen Zufuhrstreifen können durch Perforationen oder durch zu kleine Trennabschnitte getrennt sein, die entsorgt werden können, wenn die abgemessenen reaktionsfähigen Metallabschnitte auf geeignete Weise und nacheinander vom Streifen entfernt und für eine RMJ-Operation platziert werden. Die Platzierung des reaktionsfähigen Materials kann von einer automatisierten Maschine wie etwa einem Roboter erledigt werden. Eine derartige automatisierte Maschine kann in Kombination mit geeigneten Widerstandsschweißelektroden verwendet werden, um die Abschnitte des reaktionsfähigen Metalls, die bei jeder Schweißverbindung verwendet werden sollen, zu positionieren und zu trennen. Bei anderen Ausführungsformen der Erfindung können einzelne dünne Folienabschnitte aus reaktionsfähigem Material geformt werden, etwa durch Biegen (z.B. eine „C“-Form), um sie aus einem Vorratsbehälter zu holen und sie leicht mit einer Roboterhand auf jedem Paar von Leiterdrähten zu platzieren, das verschweißt werden soll. Die geformten und flexiblen Folienabschnitte können zur Unterstützung des Festhaltens der Folie zwischen eng beabstandeten Leitern dienen, bis die Leiter zum Schweißen gegen die Folie gepresst werden. Bei anderen Ausführungsformen kann das reaktionsfähige Metallmaterial als ein Folienring vorbereitet werden, um es zwischen viele Paare von Leiterenden zu platzieren, die in der Rotoranordnung in einer kreisförmigen Strecke liegen. Und bei noch weiteren Ausführungsformen der Erfindung können abgemessene und geformte Folienabschnitte in einem geeigneten entsorgbaren nicht metallischen Trägerstreifen beabstandet getragen werden, um sie zum Schweißen zu entfernen und zu platzieren.
Bei anderen Ausführungsformen der Erfindung können die Widerstandselektroden mit Führungen oder anderen komplementären, für gewöhnlich nicht leitfähigen Elementen an oder in der Nähe der einander gegenüberliegenden Elektrodenklauen geformt sein, um die Ausrichtung von zueinander weisenden Leiterstabpaaren auf das dazwischen angeordnete reaktionsfähige Material zu verbessern. Das bzw. die Widerstandsheizungswerkzeuge können geformt sein, um zwei oder mehr Paare von Leiterstäben auf einmal zu verschweißen; etwa durch Einführen eines leitfähigen Abstandshalterelements zwischen ausgerichtete Paare, die verschweißt werden sollen. Und bei anderen Ausführungsformen kann ein Rollenschweißwerkzeug verwendet werden, um fortlaufend Schweißverbindungen zwischen Leiterpaaren um den Umfang des Statorendes herum auszubilden.
Bei jeder dieser Ausführungsformen kann ein Stator auf geeignete Weise in einer Vorrichtung abgestützt sein, um reaktionsfähige Metallstreifen zu positionieren und deren Platzierung zu unterstützen und den Kontakt mit Widerstandsschweißwerkzeugen zu unterstützen.
Andere Ziele und Vorteile von Anwendungen der Erfindung werden aus den folgenden Beschreibungen von veranschaulichenden Ausführungsformen der Erfindung offenbar werden. Bei einigen dieser Beschreibungen wird auf Zeichnungsfiguren Bezug genommen, die in dem folgenden Abschnitt dieser Beschreibung beschrieben sind.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht eines Stators mit zusammengebauten, aber nicht verschweißten Leitern aus Leiterdrahtstücken mit offener Schleife.
2 zeigt einen Abschnitt des Stators von 1 in größerem Detail.
3 ist eine schematische Teildarstellung der Enden von zwei Kupferleitern, die so platziert sind, dass sich Seitenoberflächen in einer zueinander weisenden Position befinden, wobei zwischen diesen ein dünner Streifen einer geeigneten reaktionsfähigen Metalllegierung positioniert ist. Der Streifen aus reaktionsfähigem Metall ist so abgemessen und geformt, dass er mit den zueinander weisenden Oberflächen der Leiterdrähte, die gereinigt und verschweißt werden sollen, in Wechselwirkung steht.
4 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung (Zangenarme für ein elektrisches Widerstandsschweißen) zum Aufbringen von Druck auf die Kupferleiterdrähte von 3 und zum Erwärmen derselben, um zu bewirken, dass der dazwischen angeordnete reaktionsfähige Metallstreifen schmilzt, die zueinander weisenden Kupferoberflächen reinigt und aus der Schnittstelle herausgedrückt wird, um die Ausbildung einer Schweißverbindung zwischen den Kupferleitern zu ermöglichen.
5 ist eine vergrößerte schematische Darstellung der Enden der Kupferleiterdrahtstücke von 3 und 4. 5 veranschaulicht die geschweißte Schnittstelle von Kupfer zu Kupfer mit ausgetriebenem reaktionsfähigem Material und Nebenprodukten an den Rändern der Schweißverbindung.
6 veranschaulicht eine Ausführungsform eines diskreten Abschnitts einer RMJ-Legierung die zum automatisierten Ergreifen oder zum Ergreifen durch einen Roboter ausgelegt ist.
7 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform eines diskreten Abschnitts einer RMJ-Legierung, die zum automatisierten Aufnehmen oder zum Aufnehmen durch einen Roboter ausgelegt ist und flexible gebogene Merkmale enthält, um die RMJ nach einer Installation zwischen Leiterpaaren durch Reibung in der Position festzuhalten.
8 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform eines diskreten Abschnitts einer RMJ-Legierung, der zum automatisierten Aufnehmen oder zum Aufnehmen durch einen Roboter ausgelegt ist und wie eine Klammer mit Merkmalen zum Kontaktieren eines Leiters ausgebildet ist, um die RMJ nach einer Installation zwischen Leiterpaaren in der Position festzuhalten.
9 veranschaulicht einen Abschnitt eines perforierten Bands einer RMJ-Legierung zur wiederholten Verwendung beim Schweißen vieler Paare von Kupferleiterdrähten.
10 zeigt in einer perspektivischen Ansicht eine Anzahl zusammengebauter Leiterpaare wobei ein zusammenhängendes Stück einer RMJ-Legierung zwischen gleichen Paaren von Leitern platziert ist.
11 zeigt eine Reihe von diskreten Abschnitten aus RMJ, die auf einem mit Nuten versehenen Band oder Träger angeordnet sind.
12 zeigt in einer perspektivischen Ansicht eine schematische Darstellung der zusammengebauten Leiterpaare, wobei zusammenhängende Stücke der RMJ-Legierung zwischen ausgewählten Leiterpaaren positioniert sind, wie in 10, und sie veranschaulicht auf schematische Weise, wie ein Paar Rollenelektroden verwendet werden kann, um viele RMJ-Schweißverbindungen um einen Stator herum zu erzeugen.
13 zeigt in einer perspektivischen Ansicht ein Paar Schweißelektroden, die Merkmale enthalten, um die Ausrichtung von Leiterpaaren vor dem Schweißen zu erzwingen.
14 zeigt ein Paar Rollenschweißelektroden, die Merkmale enthalten, um die Ausrichtung der Leiterpaare vor dem Schweißen zu erzwingen.
15 zeigt eine schematische Schnittansicht einer ausfahrbaren spannfutterbasierten Schweißelektrode.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Anwendungen dieser Erfindung sind auf das Schweißen einer Vielzahl von Kupferleiterstäben mit hoher elektrischer Leitfähigkeit beim Zusammenbau und der Herstellung eines Statorelements für einen Hochleistungselektromotor anwendbar, der zum Antreiben oder Vorantreiben eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs verwendet werden kann. Die Erfindung kann aber auf das Schweißen anderer Kupferwerkstücke angepasst werden.
Derartige Traktions- oder Antriebsmotoren sind im Vergleich mit anderen Motoren, die in einem Fahrzeug verwendet werden, relativ groß und benötigen oft größere und kompliziertere Komponenten und Verfahren zur Herstellung. Zum Beispiel veranschaulicht 1 eine Gesamtansicht eines repräsentativen teilweise zusammengebauten Stators 10 für einen elektrischen Traktionsmotor. Details der Drahtleiter mit offener Schleife sind in der vergrößerten Teilansicht von 2 klarer gezeigt.
Der Stator 10 ist aus einem ringförmig geformten Stapel 12 aus ferromagnetischen Metalllamellen 13 ausgebildet (in 2 weiter angezeigt). In 1 ist die Anordnung so positioniert, dass eine Stirnoberfläche 15 des Stators 10 und eine Innenumfangsfläche 17 des Stapels sichtbar sind. Viele eng und regelmäßig beabstandete Nuten 22 sind so ausgebildet, dass sie sich von der Innenumfangsfläche 17 aus radial nach außen und teilweise durch das Blechpaket 12 hindurch erstrecken. Die Nuten 22 sind typischerweise vollständig um den Innenumfang des Stators 10 herum ausgebildet. Die Nuten 22 sind koaxial mit der Achse des Stators und mit der Rotationsachse eines in einem zusammengebauten Motor eingeschlossenen Rotors ausgerichtet. Die Nuten 22 sind oft mit einzelnen Filmen eines Isoliermaterials 24 ausgekleidet, wie in 2 am besten zu sehen ist. Bei dem in 1 und 2 dargestellten Beispiel ist jede Nut 22 mit vier handelsüblichen Kupferleitern gefüllt, etwa Drahtleitern 19 mit offener Schleife, aber ohne Einschränkung können mehr oder weniger Leiter verwendet werden (typischerweise paarweise). Wie in 2 gezeigt ist, weisen die Leiterstäbe 19 rechteckige Querschnitte auf und sie sind entlang ihrer Längen so geformt, dass sich die Endabschnitte der vier Leiterstäbe, wenn diese in Nuten 22 des Stators 10 positioniert sind, zum Beispiel die repräsentativen Endabschnitte 14, 16, 18 und 20, in einer gewählten Beziehung mit paarweiser Angrenzung derart befinden, dass der Endabschnitt 14 an den Endabschnitt 16 angrenzt und der Endabschnitt 18 an den Endabschnitt 20 angrenzt, während der Endabschnitt 16 von der Haarnadel 18 beabstandet ist.
Endabschnitte 14 und 16 sowie Endabschnitte 18 und 20 der Leiter eines jeden der vielen Leiterstäbe 19 müssen zusammengepresst und an ihren zueinander weisenden sich kontaktierenden Oberflächen verschweißt werden. Folglich werden viele Schweißverbindungen an benachbarten Drahtleiterenden mit offenen Schleifen um die gesamte Stirnoberfläche 15 des Stators 10 herum ausgebildet.
3, 4 und 5 veranschaulichen den RMJ-Schweißprozess und seine Anwendung auf das Verschweißen der Enden derartiger Drahtleiter mit offener Leiterschleife. 3 ist eine Teilansicht von Leiterendabschnitten 14 und 16. Bei diesem Beispiel weisen die eng beabstandeten Leiterendabschnitte 14 und 16, die in Stirnoberflächen 21, 23 enden, flache zueinander weisende Oberflächenabschnitte 114, 116 gleicher Form und Fläche auf und die Leiterendabschnitte sind so ausgerichtet und orientiert, dass sich die Oberflächenabschnitte 114 und 116 zusammen erstrecken würden, wenn sie in Kontakt gebracht werden. Ein dünnes Blattstück einer RMJ-Legierung 26 ist so platziert, dass es die zueinander weisenden Oberflächenabschnitte 114, 116 überlagert. Die Leiterendabschnitte 14 und 16 sind aus im Wesentlichen reinem Kupfer ausgebildet. Das Blattstück einer RMJ-Legierung 26 ist geeigneter Weise eine Legierung aus 93 Gewichtsprozent Kupfer und 7 Gewichtsprozent Phosphor und weist eine Dicke von etwa 100 Mikrometer auf. Das RMJ-Legierungsstück 26 weist eine Form auf, die den zueinander weisenden Oberflächen 114, 116 der Leiterendabschnitte 14, 16, welche verschweißt werden müssen, um eine elektrische Schaltungsstrecke zwischen diesen zu vervollständigen, auf geeignete Weise entspricht.
Wie in 4 dargestellt ist, wird ein Paar einander gegenüberliegender Schweißelektrodenklauen 28, 30 gegen einander gegenüberliegende Seiten der Leiterendabschnitte 14, 16 unter einer Last P, häufig zwischen 666 N und 1780 N (150 und 400 Pfund), gepresst, um ihre zueinander weisenden Oberflächen 114, 116 (3) und das dazwischen liegende reaktionsfähige Kupferlegierungsblatt 26 durch ein elektrisches Widerstandsheizen zu erwärmen. Bei der gezeigten Ausführungsform sind die Schweißelektrodenklauen 28, 30 vorzugsweise mit strukturierten Kupferoberflächen 32 versehen, um sowohl einen guten elektrischen Kontakt mit den Leitern 14, 16 als auch eine mechanische Stabilität für die gesamte Klemmanordnung bereitzustellen. In 4 wurden die Schweißelektrodenklauen 28, 30 auf eine Weise dargestellt, die zum klaren Zeigen der Fügestelle geeignet ist. Aber es können andere Elektrodenkonfigurationen und Konstruktionen verwendet werden. Viele alternative Elektrodenkonstruktionen, wie etwa diejenige, die in 13 bei 96 und 110 gezeigt ist, sind robuster und zum Aufbringen von Klemmlasten P besser geeignet. Ein geeigneter elektrischer DC- oder AC-Strom wird durch die Schweißelektrodenklauen 28, 30 geliefert und durch die Leiterendabschnitte 14, 16, ihre zueinander weisenden Oberflächen 114, 116 und die RMJ-Legierung 26 geleitet. Die durch das Durchleiten des Stroms erzeugte Wärme verflüssigt die RMJ-Legierung 26 und lässt sie reagieren (nicht unbedingt in dieser Reihenfolge), um Oxide und andere Nicht-Kupfer-Elemente an den zueinander weisenden Oberflächen 114, 116 von den Oberflächen des hauptsächlichen Kupfermaterials zu lösen und zu entschlacken. Wie in 5 dargestellt ist, treibt die andauernde Anwendung des Drucks P auf die erwärmten zueinander weisenden Oberflächen 114, 116 Reaktionsnebenprodukte aus der Schnittstelle aus, welche sich als Nebenproduktmassen 34 an den Rändern der nun fest verschweißten zueinander weisenden Oberflächen 114, 116 ansammeln. Die Nebenproduktmassen 34 erstarren, nachdem der Schweißstrom gestoppt wird und sich die geschweißten Leiterwerkstücke abkühlen.
Bei dem Zusammenbau eines Stators für einen Elektromotor, wie demjenigen von 1, werden viele derartige Schweißverbindungen, wie sie in 3, 4 und 5 gezeigt sind, zwischen benachbarten Paaren von gleichartig geformten Kupferleiterwerkstücken mit offener Schleife hergestellt und die maximal mögliche Produktionsrate von Statoren wird größtenteils durch die Geschwindigkeit vorgegeben, mit welcher diese Vielzahl von Schweißverbindungen hergestellt werden kann. Folglich besteht ein Interesse an Anwendungen und Techniken, die zumindest einige der Schritte automatisieren können, die zum Zusammenfügen dieser Werkstücke benötigt werden, um höhere Produktionsraten zu fördern.
Einige Ansätze und Ausführungsformen, die wirksam bei der Förderung verbesserter Produktionsraten sein können, sind nachstehend zusammengefasst und in nachfolgenden Abschnitten in größerem Detail beschrieben:

diskrete Volumina einer RMJ-Legierung zwischen den Stoßoberflächen der Leiterpaare platzieren und jedes RMJ-Volumen unter Verwendung einer modifizierten Widerstandsschweißprozedur erwärmen und individuell schmelzen, typischerweise unter Verwendung nur eines einzigen Schweißkopfes.
eine RMJ-Legierug von einer Spule, einem Band oder einem anderen großen Materialvolumen zuführen, die RMJ-Legierung zwischen den Stoßoberflächen der Leiterpaare platzieren und das benötigte Volumen von RMJ abbrechen oder abschmelzen. Das Erwärmen und Schmelzen wird unter Verwendung einer modifizierten Widerstandsschweißprozedur unter Verwendung entweder eines einzigen oder mehrerer Schweißköpfe bewerkstelligt.
eine RMJ-Legierung zwischen die Stoßoberflächen aller oder eines signifikanten Anteils aller Leiterpaare platzieren. Für die vorstehend beschriebene Konfiguration mit vier Leitern beispielsweise kann die RMJ-Legierung in der Form diskreter Volumina oder einer zusammenhängenden Länge der Legierung oder geeignet beabstandeter einzelner Legierungssegmente, die auf einem flexiblen Gerüst oder einem ähnlichen Träger gelagert sind, vorliegen. Das Erwärmen und Schmelzen wird unter Verwendung einer modifizierten Widerstandsschweißprozedur unter Verwendung entweder eines einziges Schweißkopfs oder mehrerer Schweißköpfe bewerkstelligt.
eine RMJ-Legierung zwischen die Stoßoberflächen aller oder eines signifikanten Anteils aller Leiterpaare platzieren. Im Fall des vorstehend beschriebenen Motors mit vier Leitern mit offenen Schleifen kann dies umfassen, dass die A-B-Leiterpaare und/oder die C-D-Leiterpaare verschweißt werden. Die RMJ-Legierung kann in der Form diskreter Volumina oder einer zusammenhängenden Länge der Legierung oder geeignet beabstandeter einzelner Legierungssegmente, die auf einem flexiblen Gerüst oder einem ähnlichen Träger abgestützt sind, vorliegen. Das Erwärmen und Schmelzen wird unter Verwendung einer modifizierten Widerstandsnahtschweißprozedur unter Verwendung von Rollenelektroden bewerkstelligt, die ausgelegt sind, um ein Schweißen nur bei diskreten Stellen zu ermöglichen und optional Führungsmerkmale enthalten, um eine Ausrichtung von Haarnadel zu Haarnadel sicherzustellen.

Die Implementierung der ersten Ausführungsform, das heißt das Platzieren diskreter Volumina einer RMJ-Legierung zwischen den Stoßoberflächen der Leiterpaare und das Erwärmen und individuelle Schmelzen jedes RMJ-Volumens unter Verwendung einer modifizierten Widerstandsschweißprozedur erfordert ein Platzieren und ein Festhalten der RMJ, bevor der Schweißvorgang eingeleitet wird. Ein einfacher Ansatz besteht darin, aus einer RMJ-Rolle oder einem RMJ-Blatt einen Schweißstreifen auszubilden, wie derjenige, der in 6 bei 40 gezeigt ist, mit zwei Abschnitten 36 und 38 mit ähnlicher Länge, die entlang einer Biegeachse 42 gebogen sind, sodass jeder der Abschnitte 36 und 38 mit Bezug auf den anderen geneigt ist. Eine derartige Konfiguration ermöglicht das Aufnehmen und Orientieren durch ein Robotergreiforgan oder einen ähnlichen Greiferautomaten und ermöglicht eine genaue Platzierung des Abschnitts 36 oder 38, der nicht ergriffen ist, zwischen den Oberflächen 114 und 116 (3). Derjenige Abschnitt 36 oder 38, der ergriffen ist, wird nicht im elektrischen Kreis durch die Werkstücke hindurch sein und wird fest bleiben, während das Schweißen fortschreitet, während der andere Abschnitt weggeschmolzen wird, während das Schweißen fortschreitet. Dies wird den ergriffenen Abschnitt freisetzen und den Greiferautomaten freigeben, wenn er während des Schweißens vor Ort bleibt, oder ermöglichen, dass der ergriffene Abschnitt vom Stator abfällt, wenn der Greiferautomat den Streifen 40 losgelassen hat, bevor der Schweißprozess eingeleitet wurde. Ein Luftstrom, der auf einen frei fallenden ergriffenen Abschnitt gerichtet ist, wird dazu beitragen, sicherzustellen, dass dieser während einer anschließenden Motormontage und Motorwartung nicht im Stator gefangen ist.
Bei einer Verfeinerung dieser Ausführungsform kann die RMJ-Legierung Merkmale enthalten, um es besser zu ermöglichen, dass die RMJ-Legierung an Ort und Stelle zwischen den Leitern bleibt, wenn der Greiferautomat entfernt wird, bevor die Werkstücke von einem Schweißgerät eingeklemmt werden. Es ist festzustellen, dass die Konfiguration der zueinander weisenden Oberflächen 114 und 116 der Leiterenden 14 und 16 (3) aufgrund einer normalen Fertigungsvarianz variieren kann. Zum Beispiel können die zueinander weisenden Oberflächen 114 und 116 nicht parallel sein und/oder sie können durch einen Spalt in einem Ausmaß getrennt sein, das größer als die Dicke des Streifens 40 (6) ist. Wenn dies auftritt, wird es schwierig sein, den Streifen 40 zuverlässig in Position zu halten, bis ein Schweißdruck aufgebracht wird, um den Streifen 40 an Ort und Stelle festzuhalten.
7 zeigt eine alternative Konstruktion für das RMJ-Legierungsvolumen. Bei dieser Variante ist der Körper des Volumens 44 gewellt oder weist ähnliche unebene Merkmale auf. Beim Einführen des Volumens wird es sich biegen, wenn es zwischen den Seiten 114 und 116 eingeführt wird, und wird im Bestreben, seine ursprüngliche Gestalt wiederherzustellen, eine Reibkraft zwischen den Seiten 114, 116 und dem Volumen 44 erzeugen, welche das Volumen 44 besser in Position festhalten wird. Wie gezeigt enthält der Körper 44 auch einen Greiferstreifen 46, aber dieser kann beseitigt werden, wenn der gewellte Charakter des Volumens selbst ein zuverlässiges Aufnehmen und Ergreifen des Volumens durch den Greiferautomaten fördert.
Eine dritte Konstruktion ist durch ein RMJ-Volumen 48 dargestellt, das in 8 gezeigt ist. Das RMJ-Volumen 48 ist zum Klemmen auf eines oder beide Haarnadelverbinderenden 14, 16 gedacht, wobei eine Innenseite 50 mit einer oder beiden der zueinander weisenden Oberflächen 114, 116 in Kontakt ist. Seitenwände 52 und 54 sind gebogen, um eine weite Öffnung 58 zu bilden, die sich zu einer schmäleren Breite 60 bei in etwa der Mitte der Seitenwände 52, 54 verjüngt, bevor sie sich bei der Innenseite 50 wieder öffnet. Die Breite 58 ist so dimensioniert, dass sie die Breite der Haarnadelleiterenden 14, 16 aufnimmt, sodass die Klammer 48 leicht eingeführt werden kann, während die Breite 60 so dimensioniert ist, dass sie kleiner als Breite der Haarnadelleiterenden 14, 16 ist. Die Klammer 48 kann über die Leiterenden 14, 16 positioniert werden und in die Richtung von Pfeil 62 bewegt werden, sodass nach dem Beginn des Einführens die Seiten der Leiterenden 14, 16 mit den Innenoberflächen der Seitenwände 52, 54 in Kontakt stehen werden, wobei sie diese nach außen biegen und eine Reibkraft zwischen den Leiterenden und der Klammer 48 erzeugen. Wieder enthält die Klammer 48 einen Streifen 56, um das Ergreifen der Klammer durch einen geeigneten Automaten zu ermöglichen.
Bei jedem der Aspekte und der Konstruktionen, die in dieser Ausführungsform enthalten sind, wird angenommen, dass der Druck durch Schweißelektrodenklauen 28, 30 (4) aufgebracht wird. Im Vergleich mit einem herkömmlichen Punktschweißprozess jedoch, speziell wenn er mit Aluminiumlegierungen durchgeführt wird, sind der Energiebedarf und die aufgebrachten Drücke des RMJ-Schweißprozesses bescheiden. Und da die Haarnadelleiterenden in regelmäßigen Intervallen beabstandet sind, ist es möglich, mehrere derartige Elektrodenklauen zu verwenden, die geeignet beabstandet sind und mechanisch parallel betrieben werden, um mehr als ein Leiterendpaar gleichzeitig einzuklemmen. Nach dem Einklemmen können bis zu vier RMJ-Schweißverbindungen gleichzeitig oder in schneller Folge hergestellt werden.
Eine alternative Ausführungsform zum Aufbringen der RMJ-Legierung besteht darin, die RMJ-Legierung von einer Spule, einem Band oder einem anderen größeren Materialvolumen zuzuführen, die RMJ-Legierung zwischen den Stoßoberflächen der Haarnadelpaare zu platzieren und das benötigte RMJ-Volumen abzubrechen oder abzuschmelzen. Das Erwärmen und Schmelzen kann wieder unter Verwendung einer modifizierten Widerstandsschweißprozedur bewerkstelligt werden, die entweder einen einzigen oder mehrere Schweißköpfe verwendet. 9 veranschaulicht ein Fragment eines langen Streifens 64 aus Stücken 66 einer RMJ-Legierung zur Verwendung beim Schweißen der Haarnadelleiter 14, 16, die in 3 und 4 dargestellt sind. Bei dem Beispiel von 9 sind die einzelnen reaktionsfähigen Metallstücke 66 durch geschwächte Linienregionen 68 getrennt, die perforiert oder von verringerter Dicke sein können oder andere geeignete Merkmale zum Fördern einer leichten Trennung von benachbarten RMJ-Stücken 66 aufweisen. Bei der Vorbereitung einer Anordnung aus Haarnadelleitern 14, 16 (3 und 4) kann der Streifen 64 von einer Spendevorrichtung (nicht gezeigt) mit einem Inkrement zugeführt werden, das in etwa gleich dem Abstand d zwischen den geschwächten Linienregionen 68 ist, um ein Stück 66 der RMJ-Legierung voranzubefördern. Das Stück der RMJ-Legierung kann dann zwischen den Haarnadelleiterenden 14, 16 platziert werden und ein Druck P kann aufgebracht werden (3 und 4). Die Spendervorrichtung (nicht gezeigt) kann dann auf geeignete Weise gedreht und/oder zurückgezogen werden, um das Stück 66 vom Streifen 64 bei den geschwächten Linienregionen 68 abzubrechen. Ein derartiger Ansatz vereinfacht den Prozess des Zuführens von Stücken 66, indem der Bedarf zum Aufnehmen, Handhaben und Platzieren diskreter Stücke beseitigt wird.
Ein weiterer Ansatz besteht darin, einen Folienstreifen zuzuführen. Ein fester Folienstreifen, der 68 ähnelt, ohne die Perforierungen, kann verwendet werden. Wenn er zwischen Oberflächen platziert wird, die zusammengefügt werden sollen, und erwärmt wird, wird der Abschnitt, der im Spalt liegt, geschmolzen werden, wobei der verbleibende feste Streifen zu diesem Zeitpunkt von der Fügestelle zurückgezogen werden kann zur späteren Platzierung zwischen dem nächsten Paar von Oberflächen, die zusammengefügt werden sollen.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann dieser Ansatz erweitert werden, um die RMJ-Legierung in mehreren Leiterpaaren zu platzieren. In 10 wurde eine zusammenhängende Länge der RMJ-Legierung 64' zwischen einer Reihe von Haarnadelleiterenden 14 und 16 angeordnet, sodass beim Schweißen eine A-B-Verbindung hergestellt wird. Bei dieser beispielhaften Darstellung ist ein zusammenhängendes Stück einer einheitlich dicken RMJ-Legierung gezeigt. Obwohl das zusammenhängende Band der RMJ-Legierung kostengünstig hergestellt werden kann, ist dessen Verwendung in dieser Form eine Verschwendung der Legierung, da sich, wenn die Legierung während des Schweißvorgangs schmilzt, dazwischen liegende Sektionen 70 abtrennen werden und aus dem Motor beseitigt werden müssen. Zur verbesserten Verwendung der RMJ-Legierung kann die Länge 64' der RMJ-Legierung mit Regionen 70 hergestellt werden, die viel dünner als Sektionen 72 sind, die zwischen den Haarnadelleitern angeordnet sind. Alternativ kann die RMJ-Legierung, wie in 11 gezeigt ist, als rechteckige „Knöpfe“ 78 hergestellt und beispielsweise unter Verwendung von Klebstoff an deren Rändern (nicht gezeigt) in voneinander beabstandeten Kerben 74, die durch den Abstand S zwischen aneinander grenzende Leiterpaare 14, 16 getrennt sind, in einem Band 76 mit Kerblöchern montiert sein, das aus Papier oder einem ähnlichen nicht leitenden kostengünstigen entsorgbaren Träger gefertigt ist. Ein weiterer derartiger kostengünstiger entsorgbarer Träger kann ein dünnes thermoplastisches Band sein, das zu einem frühen Zeitpunkt im Erwärmungsprozess leicht geschmolzen und aus der Fügestelle herausgedrückt werden kann. Eine derartige Konfiguration weist den Vorteil auf, dass der Träger zusammenhängend bleiben kann und somit beim Abschluss der Schweißoperation leichter ergriffen und aus dem Stator entfernt werden kann. Da der Träger nicht leitend ist, kann außerdem irgendein Trägerabschnitt, der unbeabsichtigt nicht entfernt wurde, nicht irgendeinen Kurzschluss im zusammengebauten Motor begünstigen. Das Kerblochband 76 weist den Vorteil auf, dass vom Trägerband nichts zwischen den Leitern 14, 16 eingeschlossen wird, aber wenn dies keine Überlegung ist, beispielsweise weil das Trägerband verbrannt werden kann oder weil das Band zu dünn ist, um den RMJ-Schweißvorgang zu stören, kann ein mit Fenstern versehenes Band mit RMJ-Knöpfen, die in jedem Fenster montiert sind, ebenfalls verwendet werden.
12 zeigt eine Ausführungsform, in der leitfähige in entgegengesetzte Richtung rotierende Rollenelektroden 80, 82 verwendet werden, um den Schweißstrom zu übertragen und einen Druck auf die Leiter 14, 16, 18 und 20 auszuüben. Wie gezeigt können Fügestellen zwischen sowohl den Leitern 14 und 16 als auch zwischen den Leitern 18 und 20 durch einen einzigen Durchlauf der Elektroden 80 und 82 hergestellt werden. Die Elektroden 80 und 82 können als kreisförmige Elektrodenräder oder als Rollenelektroden bezeichnet werden. Zwischen den Leitern 14 und 16 ist eine zusammenhängende Länge der RMJ-Legierung 64' positioniert, während ein zweiter zusammenhängender RMJ-Leiter 164 zwischen den Leitern 18 und 20 positioniert ist. Das Elektrodenrad 80, das sich in die Richtung des Pfeils 84 dreht, kontaktiert den Leiter 20 in der Reihe D, während das Elektrodenrad 82, das sich in die Richtung des Pfeils 86 dreht, mit dem Leiter 14 in Reihe A in Kontakt steht. Ein Strom wird zwischen den Radelektroden 80, 82 fließen, wobei er wiederum durch die Leiter 14, 16, 18, 20 und durch die RMJ-Legierungssegmente, die zwischen diesen positioniert sind, zum Beispiel bei 72, fließen wird. Ein Schweißvorgang wird jedoch nur zwischen den Leitern 14 und 16 und zwischen den Leitern 18 und 20 auftreten, da nur dort eine Niedertemperatur-Fügestelle, die durch die hinzugefügte RMJ-Legierung ermöglicht wird, erzeugt werden kann. Zwischen den Leitern 16 und 18 wird keine RMJ aufgebracht, sodass diese Leiter, die durch den Druck, der durch die Radelektroden 80 und 82 aufgebracht wird, in Kontakt gebracht werden, an ihren Stoßoberflächen einen Kontakt mit niedrigem Widerstand ausbilden werden. Dies wird ein Erwärmen der Stoßschnittstellen in ausreichendem Maß verringern, um die Temperatur niedriger als den Schmelzpunkt der Leiter zu halten, sodass zwischen den Leitern 16 und 18 keine Fügestelle ausgebildet wird, obwohl sie in (elektrischer) Reihe mit den eine Fügestelle ausbildenden Leiterpaaren 14 und 16 und 18 und 20 steht und somit den gleichen Strom führt. Am Ende des Prozesses kann eine bevorzugte Spalte zwischen den Leitern 16 und 18 (Reihe B und C) hergestellt werden, indem ein Keil zwischen die Reihen B und C mit einem vorgeschriebenen Betrag getrieben wird, der vom Keilwinkel abhängt. Eine Alternative kann darin bestehen, einen Ring aus einem dünnen nicht reaktionsfähigen oder leitfähigen Element zwischen den Leitern 16 und 18 (den Reihen B und C) aufzunehmen. Die Niedertemperatur des Reaktionsprozesses wird verhindern, dass der Ring mit einem der Leiter 16 und 18 verschweißt wird, und würde eine Trennung zwischen diesen während der Schweißoperation erzwingen. Nachdem das Schweißen abgeschlossen ist, würde ein Entfernen des Rings einen Spalt zwischen den Leitern 16 und 18 erzeugen, zum Schutz dagegen, dass sich zwischen diesen irgendein elektrischer Kurzschluss entwickelt. Nach dem Entfernen kann der Ring nach Bedarf entsorgt oder wieder verwendet werden.
Bei einer anderen Variante kann die Drehbewegung der Rollen- oder Radelektroden 80 und 82 mit der Stromsteuervorrichtung synchronisiert werden, sodass dann, wenn jedes Paar von Drähten mit den Elektroden 80, 82 korrekt ausgerichtet ist, die Elektroden 80, 82 das Drehen beenden und ein Schweißstrom aufgebracht wird. Bei diesem Ansatz braucht kein Kompromiss zwischen der Elektrodendrehgeschwindigkeit und der Zeit, die zum Ausbilden einer stabilen Schweißverbindung benötigt wird, vorhanden sein, da beide unabhängig gesteuert werden können.
Die kreisförmigen Elektrodenräder 80, 82 können einstückig hergestellt sein, wobei ein scheibenförmiger Deckel 90, 94 auf einem Schaft 88, 92 mit einem kleineren Durchmesser gelagert ist. Diese Konstruktion begrenzt das Ausmaß der maschinellen Bearbeitung, das benötigt wird, um die Elektroden zu erneuern, wenn bei der Verwendung an den Werkstückkontaktscheiben 90, 94 ein übermäßiger Verschleiß oder Wucherungen auftreten.
Die Elektrode 28, 30 (4) und die Leiter 80, 82 (12) dienen zum Leiten von Strom an und zum Aufbringen von Druck auf die Fügestelle. Derartige Konfigurationen sind für Fügestellen geeignet, bei denen sich die Seiten 114, 116 der Haarnadelverbinderenden 14, 16 (3) gemeinsam erstrecken. In der Praxis ist es jedoch möglich, dass die Seiten 114 und 116 fehlausgerichtet sind und sich nicht gemeinsam erstrecken. Die Seiten 114 und 116 können relativ zueinander verschoben sein oder mit Bezug zueinander verdreht sein oder sie können sowohl verschoben als auch rotatorisch fehlausgerichtet sein. Es ist festzustellen, dass in diesem Fall das volle Ausmaß der Seite 114 nicht mit dem vollen Ausmaß der Seite 116 verschweißt wird, was die Festigkeit der Schweißfügestelle verringert, während der Widerstand der Schweißfügestelle erhöht wird, was dazu führt, dass im Betrieb mehr Wärme erzeugt wird. Jegliche Fehlausrichtung kann durch Halterungen minimiert werden, aber selbst eine einfache Halterung wie etwa eine U-förmige oder V-förmige Vorrichtung, die dazu gedacht ist, die Verbinder in eine Ausrichtung zu drängen, fügt zusätzliche Schritte zu dem Prozess hinzu und füllt außerdem den Arbeitsraum.
Ein alternativer Ansatz, eine Elektrodenkonstruktion und -konfiguration zur Minimierung einer Fehlausrichtung, ist in 13 und 14 gezeigt. 13 zeigt eine modifizierte sich verjüngende Widerstandspunktschwei-ßelektrodenkappe, die zur Unterstützung der Ausrichtung von Haarnadelleiterenden wie etwa 14 und 16 geeignet ist. Die aus einer elektrisch und thermisch hoch leitfähigen Kupferlegierung hergestellte Kappe 96 weist eine interne Struktur auf, etwa einen weiblichen Konus (nicht gezeigt), sodass sie an einer Schweißzange lösbar angebracht werden kann und durch eine Zirkulation von Wasser in ihrem Innenraum gekühlt werden kann. Von einer Stirnseite 98 bis zu etwa dem Ende des sich verjüngenden Kappenabschnitts 108, der durch eine umlaufende Linie 106 markiert ist, ist die Kappe massiv. In die Kappe 96 ist eine Nut 100 maschinell eingearbeitet, die so dimensioniert ist, dass sie die Breite W (3) der Leiter 14, 16 mit minimalem Spiel aufnimmt. Die Nut 100 weitet sich, während sie sich der Kappenoberfläche 98 nähert und ist durch schräge Wände 102, 104 begrenzt. Die schrägen Wände 102, 104 können optional beschichtet oder behandelt sein, um die Verschleißfestigkeit zu erhöhen, zum Beispiel mit Chrom plattiert, oder um die Reibung zu verringern, zum Beispiel mit Teflon™ beschichtet. Die Kappe 96 und eine passend ausgerichtete Kappe 110, die direkt darüber positioniert ist (gestrichelt gezeigt) dienen dazu, beliebige fehlausgerichtete Leiterstäbe in Ausrichtung aufeinander zu bringen. Wenn die Leiterstäbe aufeinander und auf die Nut 100 ausgerichtet sind, dann werden die Leiterstäbe ausgerichtet bleiben, wenn sie in Kontakt mit der RMJ-Legierung und miteinander gebracht sind. Wenn beliebige der Elektroden oder Leiterstäbe jedoch fehlausgerichtet sind, werden die Leiterstäbe zunächst eine der schrägen Wände 102, 104 kontaktieren, welche, wenn die Elektroden 96, 110 fortfahren, sich aufeinander zuzubewegen, die Leiterstäbe in eine Ausrichtung auf die Nut 100 drücken und lenken werden, sodass sie vor dem Schweißen ausgerichtet sind. Die Elektrodenstrukturen können so dimensioniert und geformt sein, dass bei einem gegebenen Satz von Leiterstäben kein Kontakt von Elektrode zu Elektrode auftritt, wenn die Elektroden aufeinander zu bewegt sind, was sicherstellt, dass Strom nur durch den (nicht gezeigten) Leiter hindurch übertragen wird, welcher die Nut 100 der Elektrode 96 besetzt, und seinen zugehörigen Leiter, der in der Nut der Elektrode 110 angeordnet ist.
14 zeigt ein ähnliches Konzept, das auf die kreisförmigen Elektrodenräder 80, 82 (12) angewendet ist. Bei dieser Ausführungsform sind die Umfänge der Werkstückkontaktscheiben 90', 94' segmentiert und so angeordnet, dass die Vorsprünge 114 der Scheibe 90' in die Öffnungen oder Ausnehmungen 116 der Scheibe 94' eingreifen und sich teilweise in diese hineinerstrecken und sich Vorsprünge 118 der Scheibe 94' in Öffnungen oder Ausnehmungen 120 der Scheibe 90' teilweise hineinerstrecken. Werkstückkontaktoberflächen sind derart beabstandet, dass ein Paar von Leitern, zum Beispiel 14, 16 (3) gerade in dem Spalt untergebracht werden können, der zwischen Vorsprüngen und Ausnehmungen bei einem vollständigen Eingriff der Rollenelektroden ausgebildet wird. Jeder der Vorsprünge 114 der Scheibe 90' ist anfänglich durch zwei lineare sich nach außen erstreckende radiale Segmente 113 begrenzt, die etwa 70-80 % der Höhe h der Vorsprünge umfassen. Die verbleibenden 10-20 % der Höhe h bestehen aus entgegengesetzt geneigten Segmenten 112, die bei einer Oberfläche 115 enden, um eine kegelstumpfartige Keilform auszubilden. Die Ausnehmungen 120 der Radelektrode 90', die durch die radialen Segmente 113 von benachbarten Vorsprüngen ausgebildet sind, sind so ausgelegt, dass sie die Breite W (3) Der Leiter 14, 16 mit minimalem Spiel aufnehmen. Die Vorsprünge 118 der Radelektrode 94' sind Segmente mit flacher Oberseite, die durch radiale Segmente 119 begrenzt sind und geeignet beabstandet sind, um mit minimalem Spiel die Vorsprünge 114 der Elektrode 90' aufzunehmen.
Die Arbeitsweise dieses Radelektrodenpaars 90', 94' kann durch eine Betrachtung des Verhaltens der Leiter 14, 16, wenn sich die Leiter drehen, am besten verstanden werden. Ein Paar fehlausgerichteter und getrennter Leiter 14, 16 ist gezeigt, wobei der Leiter 14 in der Ausnehmung 220 des Leiters 90' sitzt und der Leiter 16 getrennt vom Leiter 14 in Kontakt mit den geneigten Segmenten 112 eines der Vorsprünge 114 steht, welche die Ausnehmung 220 begrenzen. Eine Drehung der Leiter 90', 94' in die Richtungen, die jeweils durch Pfeile 86', 84' gezeigt sind, wird die Stirnseite 224 des Vorsprungs 226 in Kontakt mit dem Leiter 16 bringen, wodurch dieser in die Ausnehmung 220 hinein und wegen des Drängens des geneigten Segments 112 in Ausrichtung mit dem Leiter 14 gedrückt wird. Bei der Beendigung des Prozesses werden die Leiter 214 und 216 in der Ausnehmung 222 ausgerichtet sein und durch die Aktion der Stirnseite 228 des Vorsprungs 230 und der Stirnseite 223 der Ausnehmung 222 in engen Kontakt miteinander gedrückt sein. Sobald diese Konfiguration erreicht ist, kann ein Schweißstrom durchgeleitet werden, um die RMJ-Legierung (in dieser Figur nicht gezeigt) zu schmelzen und den Schweißvorgang einzuleiten.
Um Nebenschlussströme zu vermeiden oder zu minimieren, die den Schweißstrom vermindern würden, kann das Feld aus Vorsprüngen 114 aus einem zumindest schlechten elektrischen Leiter, vorzugsweise einem Nichtleiter, hergestellt sein, sodass ein Strom von der Stirnseite 228 durch das Leiterpaar 214, 216 fließt und dann durch die Basisoberfläche 223 der Ausnehmung 222 an die Radelektrode 90' fließt. Bei einigen Geometrien kann 114 aus einem Material mit hoher Leitfähigkeit hergestellt sein und dennoch eine akzeptable Leistung erhalten, da der angelegte Strom natürlich der Strecke mit dem geringsten Widerstand folgen wird. Es kann bevorzugt sein, das Anlegen eines Spannungspotentials zwischen den Elektroden 90', 94' oder den Elektroden 90, 94 (12) mit einer Drehung der Elektroden zu synchronisieren, sodass ein Spannungspotential nur angelegt wird und ein Strom nur fließt, wenn die Leiter auf die Linie ausgerichtet sind, welche die Rotationsmittelpunkte der Elektroden verbindet. Auch ein derartiger Ansatz würde Nebenflussströme minimieren. Alternativ können die Abmessungen des Motors und der Elektroden ermöglichen, dass ein Potential zwischen den Elektroden zu jedem Zeitpunkt aufrecht erhalten wird und man sich auf die Systemgeometrie verlässt, um sicherzustellen, dass ein Strom nur zwischen den Leitern fließen wird, wenn sie sich in ihrer Schweißposition befinden. Bei einer anderen Variante kann die Drehbewegung der Elektroden 90' und 94' mit der Stromsteuervorrichtung derart synchronisiert sein, dass die Elektroden 90', 94' das Drehen beenden und ein Schweißstrom angelegt wird, wenn jedes Paar von Drähten 214, 216 auf die Elektroden 90', 94' korrekt ausgerichtet ist, wie in 14 gezeigt ist. Bei diesem Ansatz besteht kein Bedarf für einen Kompromiss zwischen der Elektrodendrehgeschwindigkeit und der Zeit, die zum Ausbilden einer stabilen Schweißverbindung benötigt wird, da beide unabhängig gesteuert werden können.
Eine einfache Vorrichtung zum Abstützen und Ausrichten eines Stators ist ein zylindrisches ausfahrbares Spannfutter, das so dimensioniert ist, dass es vor einer Aktivierung gleitend in die Innenumfangsoberfläche 17 des Stators 10 (1) passt. Derartige Spannfutter enthalten üblicherweise mehrere Längsnuten und eine Zugstange, die an einer Vorrichtung angebracht ist, um eine reversible radiale Ausdehnung des Spannfutters in Kraft zu setzen. Wenn die Zugstange betätigt wird, dehnt sich das Spannfutter aus, sodass sein Umfang mit der Innenumfangsoberfläche des Stators in Kontakt tritt, um den Stator zu zentrieren und zu befestigen. Eine entgegengesetzte Betätigung der Zugstange bewirkt, dass das Spannfutter zu seinem Anfangsdurchmesser zurückkehrt und dadurch den Stator freigibt. Derartige Vorrichtungen sind dem Fachmann gut bekannt und benötigen hier keine weitere Betrachtung.
Jedoch kann eine Variante dieses Konzepts verwendet werden, um eine Spannfutterelektrode zu entwickeln und das Schweißen mit nur einer einzigen sich bewegenden Elektrode zu ermöglichen. 15 zeigt eine derartige Spannfutterelektrode, die aus einem Spannfutter 260 mit dünnen Wänden 232 besteht, welche eine Vielzahl von Nuten 234 enthalten, die von einer Stirnseite 246 eine Teilstrecke entlang der Länge des Spannfutters verlaufen. Eine Zugstange 236 betätigt einen sich verjüngenden Stopfen 238, dessen Wände 240 mit einer Übermaßpassung in einen Hohlraum 244 passen, wodurch auf Hohlraumwände 242 ein radial nach außen gerichteter Druck aufgebracht wird und der Spannfutterdurchmesser erweitert wird. Am Ende 246 weist das Spannfutter 260 eine Hülse 245 aus einem geeigneten Elektrodenmaterial auf, zum Beispiel einem hochleitfähigen Kupfer, das auf ähnliche Weise mit Nuten versehen ist und so zusammen mit dem Spannfutterkörper ausdehnbar ist. Jedes der Elektrodenmaterialsegmente wird eine elektrische Hochstromverbindung aufweisen, um den Schweißstrom zu führen und die elektrische Schaltung abzuschließen. Zur Klarheit ist bei 248 nur eine einzige derartige Verbindung angezeigt. Der Spannfutterkörper 260 ist aus einem geeigneten Material hergestellt, sodass die Ausdehnung des Spannfutters beim Entfernen des Stopfens 238 aus dem Hohlraum 244 vollständig reversibel ist. Folglich kann der Außendurchmesser des Elektrodenmaterials im Aktionsbereich des Spannfutters durch Vorwärts- und Rückwärtsbewegen der Zugstange 236 nach Wunsch justiert werden.
Indem der entspannte Durchmesser des Elektrodematerials, das heißt der Durchmesser, bei dem sich die Zugstange in der in 15 gezeigten Position befindet, so dimensioniert wird, dass er ein wenig kleiner als der Durchmesser der innersten oder A-Leiter ist, kann die Spannfutterelektrode 260 in das zylindrische Volumen eingeführt werden, das durch die nach oben gedrückten Leiterenden definiert wird. Dann wird ein Ausdehnen des Spannfutters dieses an den Leitern zentrieren und es gleichzeitig in Kontakt mit allen Elektroden bringen. Effektiv wird die Spannfutterelektrode gleichzeitig auf alle Leiter der Reihe A einwirken (siehe 12) wie die Elektrode 28 von 4. Folglich wird nur eine einzige bewegliche Elektrode, zum Beispiel 30 in 4 oder 80 in 12, benötigt. Wenn mehrere Schweißverbindungen gleichzeitig hergestellt werden sollen, kann es vorteilhaft sein, über Paare beweglicher Elektroden zu verfügen, die entgegengesetzt zueinander angeordnet sind, um die Reaktionslast zu begrenzen, welche die Spannfutterelektrode aushalten muss. Es ist festzustellen, dass die Nuten in der Spannfutterelektrode 260 asymmetrisch hergestellt sein können und/oder dass der Stator so positioniert sein kann, dass sichergestellt ist, dass keine Leiterpaare auf die Nuten im Spannfutter ausgerichtet sind.
Wie in Verbindung mit der Erörterung von 12 beschrieben wurde, werden die speziellen Leiterpaare, die während dieses Prozesses zusammengefügt werden sollen, von der Platzierung der RMJ-Legierung abhängen, da beliebige aneinander grenzende Leiterpaare ohne eine RMJ-Legierung zwischen diesen nicht verschweißt werden.

Claims

Verfahren zum Ausbilden von Festkörperschweißverbindungen zwischen Oberflächen mehrerer Paare benachbarter Kupferleiter (14, 16; 18, 20), die an einem Statorkern (10) für einen Elektromotor montiert sind, wobei die Leiterpaare (14, 16; 18, 20) von benachbarten Leiterpaaren (14, 16; 18, 20) beabstandet sind, wobei ein Element (14, 16, 18, 20) jedes Kupferleiterpaars (14, 16; 18, 20) einen ersten Fügeoberflächenbereich (114) darbietet, der einem gleichartig geformten zweiten Fügeoberflächenbereich (116) des zweiten Kupferleiters zugewandt ist, und die Oberflächenausbildungsbereiche der montierten Kupferleiter (14, 16; 18, 20) an einer Oberfläche (15) des Statorkerns (10) zugänglich sind, wobei das Verfahren die folgenden Schritte in der angegebenen Reihenfolge umfasst, dass: ein reaktionsfähiges Metall (26) zwischen die Fügeoberflächenbereiche (114) mehrerer Paare benachbarter Kupferleiter (14, 16; 18, 20) eingeführt wird; einander gegenüberliegende Elektrodenwerkzeuge (28, 30) verwendet werden, um einen Druck auf jedes der Kupferleiterpaare (14, 16; 18, 20) aufzubringen, um die zueinander weisenden Fügeoberflächenbereiche (114, 116) jedes Paars der Kupferleiter (14, 16; 18, 20) entweder gleichzeitig oder nacheinander in Kontakt mit dem reaktionsfähigen Metall (26) zwischen ihnen zu bringen; ein elektrischer Strom durch die in Kontakt stehende Gruppierung aus Leiter (14, 16; 18, 20), reaktionsfähigem Metall (26) und Leiter (14, 16; 18, 20) geleitet wird, um das reaktionsfähige Metall (26) zur Reaktion mit den Kupferleiteroberflächen zu erwärmen und zu schmelzen, um Reaktionsnebenprodukte auszubilden; die Reaktionsnebenprodukte aus den zueinander weisenden sich kontaktierenden Fügeoberflächenbereichen (114, 116) jedes der Kupferleiterpaare (14, 16; 18, 20) ausgetrieben werden, um eine Festkörperschweißverbindung auszubilden; und das Leiten des elektrischen Stroms gestoppt wird.
Verfahren zum Ausbilden von Festkörperschweißverbindungen nach Anspruch 1, bei dem als reaktionsfähiges Metall (26) eine Länge einer reaktionsfähigen Metallfolie zwischen mehrere Paare von Kupferleitern (14, 16; 18, 20), die in einem kreisförmigen Band am Statorkern (10) montiert sind, eingeführt wird.
Verfahren zum Ausbilden von Festkörperschweißverbindungen nach Anspruch 1, bei dem als reaktionsfähiges Metall (26) eine Vielzahl von voneinander beabstandeten reaktionsfähigen Metallsegmenten (72) mit einem Abstand, der gleich dem Leiterpaarabstand ist, auf einen elektrisch nicht leitenden Trägerstreifen montiert ist, wobei der Streifen zwischen einer Anzahl von Leiterpaaren eingeführt wird, die gleich der Anzahl reaktionsfähiger Metallsegmente ist, und die reaktionsfähigen Metallsegmente (72) so positioniert werden, dass jedes Segment (72) zwischen den Fügeoberflächen (114, 116) der benachbarten Kupferleiter (14, 16; 18, 20) angeordnet ist.
Verfahren zum Ausbilden von Festkörperschweißverbindungen nach Anspruch 1, bei dem einzelne Abschnitte aus einem reaktionsfähigen Metall (26) zwischen jedem des mehr als einen Paars von Kupferleitern (14, 16; 18, 20) platziert werden.
Verfahren zum Ausbilden von Festkörperschweißverbindungen nach Anspruch 4, bei dem die einzelnen Abschnitte aus einem reaktionsfähigen Metall (26) sukzessiv von einem vorgeformten Stück aus reaktionsfähigem Metall (26) entfernt werden, welches Merkmale umfasst, um die Entfernung von Abschnitten aus einem reaktionsfähigen Metall (26) von konsistenter Form und Größe zu ermöglichen.
Verfahren zum Ausbilden von Festkörperschweißverbindungen nach Anspruch 4, bei dem die einzelnen Abschnitte aus einem reaktionsfähigen Metall (26) von einem Stück eines nicht metallischen Trägermaterials fortschreitend entfernt werden, an dem die Abschnitte aus einem reaktionsfähigen Metall (26) entfernbar angebracht sind.
Verfahren zum Ausbilden von Festkörperschweißverbindungen nach Anspruch 4, bei dem eine haftende Beschichtung aus reaktionsfähigem Metall an den zueinander weisenden Fügeoberflächenbereichen (114, 116) abgelagert wird.
Verfahren zum Ausbilden von Festkörperschweißverbindungen nach Anspruch 1, bei dem die einander gegenüberliegenden Elektrodenwerkzeuge (28, 30) für eine elektrische resistive Erwärmung Führungsoberflächen aufweisen, um benachbarte Kupferleiter (14, 16; 18, 20) zu kontaktieren und sie auf das reaktionsfähige Metall (26) auszurichten.
Verfahren zum Ausbilden von Festkörperschweißverbindungen nach Anspruch 1, bei dem die einander gegenüberliegende Elektrodenwerkzeuge (28, 30) für eine elektrische resistive Erwärmung äußere nicht benachbarte Leiter von zwei ausgerichteten Paaren von Kupferleitern (14, 16; 18, 20) kontaktieren, wobei Folienabschnitte eines reaktionsfähigen Metalls (26) nur zwischen Fügeoberflächen von Leitern (14, 16; 18, 20) platziert sind, die verschweißt werden sollen, um die gleichzeitige aber getrennte Verschweißung der zwei Leiterpaare (14, 16; 18, 20) zu ermöglichen, und das ferner umfasst, dass ein nicht reaktionsfähiger elektrisch leitender Körper zwischen den zwei Leiterpaaren (14, 16; 18, 20) platziert wird, um eine Trennung der zwei Leiterpaare (14, 16; 18, 20) zu erzwingen, und dass der nicht reaktionsfähige Körper entfernt wird, nachdem der Schweißvorgang abgeschlossen ist, um eine elektrische Isolierung der zwei Leiterpaare (14, 16; 18, 20) sicherzustellen.