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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein Statoren und insbesondere Verfahren zum Ausbilden einer Schweißfügestelle eines Stators.
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HINTERGRUND
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Elektromagnetische Maschinen, etwa Elektromotoren, Generatoren und Antriebsmotoren sind zum Umwandeln von Energie von einer Form in eine andere geeignet. Diese elektromagnetischen Maschinen enthalten allgemein einen Rotor, der um eine Rotationsachse herum drehbar ist, und einen Stator, der bezüglich der Rotationsachse stationär ist. Mit Hilfe einer Relativdrehung zwischen dem Rotor und dem Stator kann Energie umgewandelt werden.
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Sowohl Statoren als auch Rotoren können um die Rotationsachse herum eine ringförmige Ausgestaltung aufweisen und können in Abhängigkeit von der beabsichtigten Verwendung der elektromagnetischen Maschine gebildet werden, indem identische dünne Scheiben aus Elektroblech aneinander gestapelt werden, um einen Kernblechstapel zu bilden. Eine Art von Stator, ein Stator mit Stabwicklungen, kann außerdem mehrere magnetische Drähte enthalten, die in einem speziellen Muster um die Rotationsachse herum angeordnet sind. Wenn ein elektrischer Strom durch jeden der mehreren magnetischen Drähte hindurchfließt, werden entsprechende Sektionen des Stators magnetisiert, um dadurch eine Drehung des Rotors zu verursachen.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ein Verfahren zum Ausbilden einer Schweißfügestelle eines Stators umfasst, dass ein Abschnitt einer Isolierung von sowohl einem ersten Kern eines ersten magnetischen Drahts als auch einem zweiten Kern eines zweiten magnetischen Drahts entfernt wird, so dass der erste magnetische Draht eine erste wärmeempfindliche Zone und einen ersten Isolierungsabschnitt benachbart zu der ersten wärmeempfindlichen Zone aufweist und der zweite magnetische Draht eine zweite wärmeempfindliche Zone und einen zweiten Isolierungsabschnitt benachbart zu der zweiten wärmeempfindlichen Zone aufweist. Der erste Isolierungsabschnitt enthält eine am ersten Kern angeordnete Isolierung und der zweite Isolierungsabschnitt enthält eine am zweiten Kern angeordnete Isolierung. Außerdem weist die erste wärmeempfindliche Zone ein erstes distales Ende auf, das von dem ersten Isolierungsabschnitt beabstandet ist, und die zweite wärmeempfindliche Zone weist ein zweites distales Ende auf, das von dem zweiten Isolierungsabschnitt beabstandet ist. Das Verfahren umfasst auch, dass nur das erste distale Ende und das zweite distale Ende miteinander verschweißt werden, um dadurch die Schweißfügestelle auszubilden, wobei der Schweißvorgang nicht genügend Wärme an den ersten Isolierungsabschnitt und den zweiten Isolierungsabschnitt überträgt, um die Isolierung zu verbrennen.
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Bei einer Ausführungsform umfasst das Verfahren, dass nur das erste distale Ende und das zweite distale Ende miteinander verschweißt werden, um dadurch die Schweißfügestelle auszubilden, welche den ersten magnetischen Draht mit dem zweiten magnetischen Draht zusammenfügt. Der Schweißvorgang verbrennt die Isolierung nicht und umfasst, dass ein Schweißpulver auf die erste wärmeempfindliche Zone und die zweite wärmeempfindliche Zone am ersten distalen Ende bzw. am zweiten distalen Ende iterativ aufgetragen wird. Der Schweißvorgang umfasst außerdem, dass eine erste Wärmemenge von einem Diodenlaser für eine erste Zeitspanne von etwa 1 Sekunde bis etwa 5 Sekunden an das Schweißpulver übertragen wird und dass nach dem Übertragen der ersten Wärmemenge mindestens eine zweite Wärmemenge von dem Diodenlaser für eine zweite Zeitspanne von etwa 1 Sekunde bis etwa 5 Sekunden an das Schweißpulver übertragen wird. Der Schweißvorgang umfasst ferner, dass sowohl die erste Wärmemenge als auch die mindestens zweite Wärmemenge minimiert werden. Zudem umfasst das Verfahren auch, dass die Schweißfügestelle parallel zum Schweißvorgang in eine im Wesentlichen halbkugelförmige Ausgestaltung geformt wird.
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Ein Stator enthält einen ersten magnetischen Draht mit einem ersten Kern, einer ersten wärmeempfindlichen Zone und einem ersten Isolierungsabschnitt, der an die erste wärmeempfindliche Zone angrenzt und eine Isolierung enthält, die an dem ersten Kern angeordnet ist. Der Stator enthält auch einen zweiten magnetischen Draht mit einem zweiten Kern, einer zweiten wärmeempfindlichen Zone und einem zweiten Isolierungsabschnitt, der an die zweite wärmeempfindliche Zone angrenzt und eine an dem zweiten Kern angeordnete Isolierung enthält. Die erste wärmeempfindliche Zone weist ein erstes distales Ende auf, das von dem ersten Isolierungsabschnitt beabstandet ist, und die zweite wärmeempfindliche Zone weist ein zweites distales Ende auf, das von dem zweiten Isolierungsabschnitt beabstandet ist. Der Stator enthält ferner eine Schweißfügestelle, welche den ersten magnetischen Draht und den zweiten magnetischen Draht nur am ersten distalen Ende bzw. am zweiten distalen Ende so zusammenfügt, dass die Isolierung nicht verbrannt wird.
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Die genaue Beschreibung und die Zeichnungen oder Figuren unterstützen und beschreiben die Offenbarung, aber der Umfang der Offenbarung wird nur durch die Ansprüche definiert. Obwohl einige der besten Arten und andere Ausführungsformen zum Ausführen der Ansprüche im Detail beschrieben worden sind, existieren verschiedene alternative Entwürfe und Ausführungsformen, um die in den beigefügten Ansprüchen definierte Offenbarung in die Praxis umzusetzen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine schematische perspektivische Darstellung eines Stators, der eine Schweißfügestelle enthält;
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2 ist eine schematische perspektivische Teildarstellung der Schweißfügestelle von 1;
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3 ist eine schematische Teildarstellung einer Draufsicht auf die Schweißfügestelle von 2;
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4 ist ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zum Ausbilden der Schweißfügestelle von 1–3;
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5 ist eine schematische perspektivische Teildarstellung des Entfernens eines Abschnitts einer Isolierung von einem ersten magnetischen Draht und einem zweiten magnetischen Draht für das Verfahren von 4;
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6 ist eine schematische perspektivische Darstellung eines Regelsystems zum direkten Auftragen von Metall zur Verwendung mit einer Ausführungsform des Verfahrens von 4; und
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7 ist eine schematische Darstellung einer Beziehung zwischen einer übertragenen Wärmemenge und einer Zeitspanne der Wärmeübertragung während der Ausbildung der Schweißfügestelle von 1–3 für eine Ausführungsform des Verfahrens von 4.
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GENAUE BESCHREIBUNG
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Mit Bezug auf die Figuren, bei denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, ist in 1 ein Stator 10 allgemein gezeigt. Der Stator 10 kann für (nicht gezeigte) elektromagnetische Maschinen für Kraftfahrzeuganwendungen, die Wechselstrom-Induktionsmotoren umfassen, geeignet sein. Jedoch kann der Stator 10 auch für elektromagnetische Maschinen für Nicht-Kraftfahrzeuganwendungen geeignet sein, die Generatoren und Elektromotoren für Heim- und Industrieanwendungen umfassen.
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Als allgemeine Erklärung und mit Bezug auf 1 beschrieben, kann der Stator 10 einen (nicht gezeigten) Rotor aufnehmen, der bezüglich des Stators 10 um eine Rotationsachse 12 der elektromagnetischen Maschine herum drehbar ist. Das heißt, dass der Stator 10 mit Bezug auf die Rotationsachse 12 stationär sein kann und sich der (nicht gezeigte) Rotor bezüglich des Stators 10 drehen kann. Bei einer Ausführungsform kann der Stator 10 als ein Stator mit Stabwicklungen ausgestaltet sein. Das heißt, dass der Stator 10, obwohl er in 1 nur in Teilansicht gezeigt ist, allgemein ringförmig ausgestaltet sein kann und ausgebildet sein kann, indem (nicht gezeigte) dünne Scheiben oder Kernbleche aus Elektroblech aneinander gestapelt werden, um dadurch einen Kernblechstapel 14 auszubilden. Außerdem kann der Kernblechstapel 14 mehrere (nicht gezeigte) Nuten definieren, die um die Rotationsachse 12 herum angeordnet sind.
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Mit Bezug nun auf 2 enthält der Stator 10 einen ersten magnetischen Draht 16 und einen zweiten magnetischen Draht 18. Bei der Verwendung hierin bezeichnet die Begrifflichkeit ”magnetischer Draht” einen elektrisch leitfähigen Lackdraht, der aus einem leitfähigen, biegsamen, nicht eisenhaltigen Material wie etwa ohne Einschränkung Aluminium oder Kupfer ausgebildet ist, das mit einer Isolierung 20 beschichtet ist. Das heißt, dass der erste magnetische Draht 16 einen ersten Kern 22 aufweisen kann, der beispielsweise aus Kupfer ausgebildet ist, und dass der erste Kern 22 mit der Isolierung 20 entlang zumindest eines Abschnitts des ersten Kerns 22 beschichtet sein kann, wie nachstehend in größerem Detail offengelegt wird. Auf ähnliche Weise kann der zweite magnetische Draht 18 einen zweiten Kern 24 aufweisen, der beispielsweise aus Kupfer ausgebildet ist, und der zweite Kern 24 kann ebenfalls mit der Isolierung 20 entlang zumindest eines Abschnitts des zweiten Kerns 24 beschichtet sein, wie ebenfalls nachstehend in größerem Detail offengelegt wird. Sowohl der erste Kern 22 als auch der zweite Kern 24 können allgemein rechteckig sein. Beispielsweise können der erste Kern 22 und der zweite Kern 24 eine nahezu quadratische Form oder Konfiguration aufweisen und sie können eine Querschnittsfläche mit Abmessungen von etwa 3,3 mm bis etwa 3,7 mm mal etwa 3,6 mm bis etwa 4 mm aufweisen. Alternativ können der erste Kern 22 und der zweite Kern 24, obwohl es nicht gezeigt ist, wie ein Band ausgestaltet sein oder sie können einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Im Allgemeinen können der erste magnetische Draht 16 und der zweite magnetische Draht 18 eine ähnliche Ausgestaltung aufweisen und können aus den gleichen Materialien ausgebildet sein.
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Mit fortgesetzter Bezugnahme auf 2 kann die Isolierung 20 aus einem beliebigen geeigneten elektrisch isolierenden Material gewählt sein. Beispielsweise kann die Isolierung 20 aus einem Material ausgebildet sein, das aus der Gruppe gewählt ist, die Lack, Papier, Polymer, Glasfaser, Glimmer und Kombinationen daraus enthält. Bei einem speziellen Beispiel kann die Isolierung 20 ein Polyamidimid sein. Geeignete Beispiele für den ersten magnetischen Draht 16 und den zweiten magnetischen Draht 18 sind bei Hitatchi Cable America, Inc. aus White Plains, New York kommerziell verfügbar.
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Wieder mit Bezug auf 2 weist der erste magnetische Draht 16 eine erste wärmeempfindliche Zone 26 und einen ersten Isolierungsabschnitt 28 benachbart zu der ersten wärmeempfindlichen Zone 26 auf. Insbesondere enthält, wie in 2 am besten gezeigt ist, der erste Isolierungsabschnitt 28 die an dem ersten Kern 22 angeordnete Isolierung 20. Im Gegensatz dazu kann mit Bezug auf 5 ein Abschnitt 66 der Isolierung 20 von der ersten wärmeempfindlichen Zone 26 entfernt werden, sodass der erste Kern 22 freiliegt, wie nachstehend in größerem Detail offengelegt wird. Das heißt, dass die erste wärmeempfindliche Zone 26 die an dem ersten Kern 22 angeordnete Isolierung 20 nicht enthalten darf. Außerdem weist die erste wärmeempfindliche Zone 26 ein erstes distales Ende 30 auf, das von dem ersten Isolierungsabschnitt 28 beabstandet ist.
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Mit fortgesetzter Bezugnahme auf 2, wie nachstehend in größerem Detail offengelegt wird, darf dann, wenn Wärme (die in 6 allgemein durch 80, 84, 88 dargestellt ist) an den ersten magnetischen Draht 16 z. B. während eines Schweißvorgangs 32 (4) des ersten distalen Endes 30 überfragen wird, die Wärme 80, 84, 88 nur an die erste wärmeempfindliche Zone 26 übertragen werden. Anders ausgedrückt darf die Wärme 80, 84, 88, wenn sie an den ersten magnetischen Draht 16 überfragen wird, nicht an den ersten Isolierungsabschnitt 28 überfragen werden. Insbesondere darf die Wärme 80, 84, 88 nicht an die Isolierung 20 überfragen werden, die an dem ersten Kern 22 des ersten Isolierungsabschnitts 28 angeordnet ist.
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Mit fortgesetzter Bezugnahme auf 2 weist der zweite magnetische Draht 18 auf ähnliche Weise eine zweite wärmeempfindliche Zone 34 und einen zweiten Isolierungsabschnitt 36 benachbart zu der zweiten wärmeempfindlichen Zone 34 auf. Insbesondere enthält der zweite Isolierungsabschnitt 36 die am zweiten Kern 24 angeordnete Isolierung 20. Im Gegensatz dazu kann mit Bezug auf 5 der Abschnitt 66 der Isolierung 20 von der zweiten wärmeempfindlichen Zone 34 entfernt werden, sodass der zweite Kern 24 freiliegt. Das heißt, dass die zweite wärmeempfindliche Zone 34 die am zweiten Kern 24 angeordnete Isolierung 20 nicht enthalten darf. Außerdem weist die zweite wärmeempfindliche Zone 34 ein zweites distales Ende 38 auf, das von dem zweiten Isolierungsabschnitt 36 beabstandet ist.
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Mit fortgesetzter Bezugnahme auf 2, wie nachstehend in größerem Detail offengelegt wird, darf dann, wenn Wärme 80, 84, 88 (6) an den zweiten magnetischen Draht 18 übertragen wird, z. B. während eines Schweißvorgangs 32 (4) des zweiten distalen Endes 38, die Wärme 80, 84, 88 nur an die zweite wärmeempfindliche Zone 34 übertragen werden. Anders ausgedrückt darf die Wärme 80, 84, 88, wenn sie an den zweiten magnetischen Draht 18 übertragen wird, nicht an den zweiten Isolierungsabschnitt 36 übertragen werden. Insbesondere darf die Wärme 80, 84, 88 nicht auf die Isolierung 20 übertragen werden, die am zweiten Kern 24 des zweiten Isolierungsabschnitts 36 angeordnet ist.
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Mit Bezug auf 1 und 2 können folglich, da sowohl der erste Isolierungsabschnitt 28 als auch der zweite Isolierungsabschnitt 36 die Isolierung 20 enthält, der erste Isolierungsabschnitt 28 und der zweite Isolierungsabschnitt 36 voneinander elektrisch isoliert sein, wenn der erste Magnetdraht 16 benachbart zu dem zweiten Magnetdraht 18 angeordnet wird. Da die Isolierung 20 jedoch nicht an dem ersten Kern 22 der ersten wärmeempfindlichen Zone 26 bzw. dem zweiten Kern 24 der zweiten wärmeempfindlichen Zone 34 angeordnet ist, kann im Gegensatz dazu die erste wärmeempfindliche Zone 26 nicht von der zweiten wärmeempfindlichen Zone 34 elektrisch isoliert sein. Das heißt, dass nach dem elektrischen Verbinden des ersten Kerns 22 mit dem zweiten Kern 24, z. B. durch eine Schweißfügestelle 40, die das erste distale Ende 30 (2) und das zweite distale Ende 38 (2) überbrückt, ein elektrischer Strom zwischen der ersten wärmeempfindlichen Zone 26 und der zweiten wärmeempfindlichen Zone 34 geleitet werden kann.
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Wieder mit Bezug auf 2 können sowohl die erste wärmeempfindliche Zone 26 als auch die zweite wärmeempfindliche Zone 34 eine Länge 42 von etwa 2 mm bis etwa 7 mm aufweisen. Beispielsweise kann die Länge 42 sowohl der ersten wärmeempfindlichen Zone 26 als auch der zweiten wärmeempfindlichen Zone 34 kleiner als etwa 5 mm sein.
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Mit Bezug auf 1 ist festzustellen, dass der Stator 10 mehrere erste magnetische Drähte 16 und mehrere zweite magnetische Drähte 18 enthalten kann. Allgemein kann jeder der mehreren ersten magnetischen Drähte 16 zwischen zwei der mehreren zweiten magnetischen Drähte 18 angeordnet sein. Auf ähnliche Weise kann jeder der mehreren zweiten magnetischen Drähte 18 zwischen zwei der mehreren ersten magnetischen Drähte 16 angeordnet sein. Somit können beim Stator 10 der erste magnetische Draht 16 und der zweite magnetische Draht 18 benachbart zueinander in einer abwechselnden Anordnung in einer ringförmigen Ausgestaltung um die Rotationsachse 12 herum angeordnet sein.
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Wie in 1 am besten gezeigt ist, kann der Stator 10 ein Muster aus den ersten magnetischen Drähten 16 und den zweiten magnetischen Drähten 18 enthalten. Das heißt, dass der Stator 10 als Stator mit Stabstiften oder als Stator mit Stabwicklungen bezeichnet werden kann. Insbesondere können, wie vorstehend offengelegt wurde, der erste magnetische Draht 16 und der zweite magnetische Draht 18 einen rechteckigen Querschnitt aufweisen (nicht gezeigt), sie können aus Kupfer ausgebildet sein und sie können allgemein mit einer Haarnadelform konfiguriert sein, die einen gebogenen Abschnitt aufweist (in 1 allgemein mit 58 bezeichnet). Die ersten und zweiten magnetischen Drähte 16, 18 können in die vorstehend erwähnten mehreren Nuten (nicht gezeigt), die durch den Kernblechstapel 14 definiert sind, eingeführt werden. Nach dem Einführen kann das erste distale Ende 30 (2) und das zweite distale Ende 38 (2) aus dem Kernblechstapel 14 hervorstehen und gebogen werden, um ein Drahtendpaar 60 zu bilden. Insbesondere kann der erste Kern 22 an den jeweiligen benachbarten zweiten Kern 24 angrenzen oder diesen berühren. Das heißt, dass, obwohl es nicht gezeigt ist, der erste magnetische Draht 16 und der zweite magnetische Draht 18 jedes Drahtendpaars 60 einander am ersten Kern 22 und am zweiten Kern 24 kontaktieren können. Obwohl sie zu Darstellungszwecken in 2, 3 und 5 ein wenig voneinander getrennt gezeigt sind, können beispielsweise jeder erste magnetische Draht 16 und der jeweilige zweite magnetische Draht 18 zusammengedrängt sein. Das heißt, dass jeder erste magnetische Draht 16 des Drahtendpaars 60 benachbart und in Kontakt mit dem jeweiligen zweiten magnetischen Draht 18 des Drahtendpaars 60 ausgerichtet sein kann, sodass der erste Kern 22 den zweiten Kern 24 kontaktiert. Daher kann bei der Ausführungsform, die die mehreren ersten magnetischen Drähte 16 und die mehreren zweiten magnetischen Drähte 18 enthält, jeder der mehreren ersten magnetischen Drähte 16 und der entsprechenden benachbarten zweiten magnetischen Drähte 18 so gebogen werden, dass sie ein komplexes Gewebe bilden und dadurch mehrere benachbarte Drahtendpaare 60 erzeugen. Die Drahtendpaare 60 können durch die Schweißfügestelle 40 zusammengefügt werden, um die vorstehend erwähnte elektrische Verbindung zu bilden. Das resultierende Webmuster und eine Anzahl der mehreren Schweißfügestellen 40 können das Fließen von elektrischem Strom durch die elektromechanische Vorrichtung (nicht gezeigt) bestimmen und können damit eine Bewegungskraft des Rotors (nicht gezeigt) bereitstellen.
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Wie in 1 und 2 gezeigt ist, enthält der Stator 10 ferner die Schweißfügestelle 40, welche den ersten magnetischen Draht 16 und den zweiten magnetischen Draht 18 nur am ersten distalen Ende 30 (2) bzw. am zweiten distalen Ende 38 (2) zusammenfügt, sodass die Isolierung 20 nicht verbrannt wird. Das heißt, dass der erste magnetische Draht 16 und der zweite magnetische Draht 18 durch die Schweißfügestelle 40 so zusammengefügt oder verbunden werden können, dass die Isolierung 20 nicht verbrannt wird, wie nachstehend in größerem Detail offengelegt wird. Anders ausgedrückt kann die Schweißfügestelle 40 eine elektrisch leitfähige Brücke oder ein leitfähiger Deckel sein, die bzw. der nur das erste distale Ende 30 und das zweite distale Ende 38 verbindet oder aneinander fügt.
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Mit Bezug nun auf 3 kann die Schweißfügestelle 40 mehrere Schichten 44 enthalten, die aus einem Schweißpulver 46 (6) ausgebildet und aufeinander gestapelt und miteinander verschmolzen sind. Als ein Beispiel ohne Einschränkung kann das Schweißpulver 46 eine Legierung aus Nickel und Kupfer sein. Jedoch kann das Schweißpulver 46 eine beliebige geeignete Chemie aufweisen und es kann in Übereinstimmung mit dem Material des ersten Kerns 22 (2) und des zweiten Kerns 24 (2) und mit den gewünschten Betriebseigenschaften des Stators 10 (1) gewählt sein. Das Schweißpulver 46 kann mehrere Partikel 76 (6) enthalten, die jeweils eine größte Dimension 78 (6) von etwa 0,5 mm bis etwa 2 mm, beispielsweise etwa 1 mm aufweisen. Das heißt, dass das Schweißpulver 46 ein feinkörniges Pulver sein kann.
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Mit fortgesetzter Bezugnahme auf 3 kann die Schweißfügestelle 40 iterativ ausgebildet sein, sodass alle der mehreren Schichten 44 benachbart zu einander gestapelt sind. Jede der mehreren Schichten 44 kann eine Dicke 48 von etwa 0,1 mm bis etwa 0,5 mm aufweisen. Obwohl die Schweißfügestelle 40 eine beliebige Form oder Ausgestaltung aufweisen kann, kann die Schweißfügestelle 40 ferner bei einem Beispiel eine im Wesentlichen halbkugelförmige Ausgestaltung aufweisen (in 3 allgemein bei 50 gezeigt). Ohne sich durch die Theorie einschränken zu lassen, kann die im Wesentlichen halbkugelförmige Ausgestaltung 50 die elektrische Leitfähigkeit zwischen dem ersten magnetischen Draht 16 und dem zweiten magnetischen Draht 18 maximieren. Die Schweißfügestelle 40 kann auch eine Höhe 52 von etwa 1 mm bis etwa 1,5 mm, beispielsweise 1,3 mm aufweisen, gemessen bei einem Scheitel 56 der Schweißfügestelle 40. Die Höhe 52 der Schweißfügestelle 40 kann so gewählt sein, dass ein Wärmeaufbau aufgrund eines Widerstands gegen das Fließen von elektrischem Strom minimiert ist. Das heißt, dass dann, wenn die Höhe 52 zu groß ist, z. B. größer als 1,5 mm, ein erhöhter Widerstand den Betrag des elektrischen Stroms verringert, der durch die Schweißfügestelle 40 hindurch fließen kann, und zum Wärmeaufbau und zum anschließenden Verschmoren, zu elektrischen Kurzschlüssen und/oder Leistungsschwächen des Stators 10 und/oder der elektromagnetischen Maschine (nicht gezeigt) beitragen kann.
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Wie in 2 am besten gezeigt ist, fügt die Schweißfügestelle 40 nur das erste distale Ende 30 des ersten magnetischen Drahts 16 und das zweite distale Ende 38 des zweiten magnetischen Drahts 18 zusammen. Das heißt, dass die Schweißfügestelle 40 nur die erste wärmeempfindliche Zone 26 und die zweite wärmeempfindliche Zone 34 zusammenfügt. Anders ausgedrückt darf die Schweißfügestelle 40 den ersten Isolierungsabschnitt 28 und den zweiten Isolierungsabschnitt 36 des ersten magnetischen Drahts 16 bzw. des zweiten magnetischen Drahts 18 nicht zusammenfügen. Das heißt, dass die Schweißfügestelle 40 sowohl das erste distale Ende 30 als auch das zweite distale Ende 38 des ersten magnetischen Drahts 16 bzw. des zweiten magnetischen Drahts 18 kontaktieren darf. Obwohl es nicht gezeigt ist, kann die Schweißfügestelle 40 speziell eine Basisfundamentschicht enthalten, die das erste distale Ende 30 und das zweite distale Ende 38 verbindet.
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Ferner darf, wie mit allgemeiner Bezugnahme auf 2 beschrieben ist, Wärme 80, 84, 88 (6), die während der Ausbildung der Schweißfügestelle 40 übertragen wird, z. B. während des Schweißvorgangs 32 (4), nicht an die Isolierung 20 übertragen werden, die an dem ersten Kern 22 und dem zweiten Kern 24 des ersten magnetischen Drahts 16 bzw. des zweiten magnetischen Drahts 18 angeordnet ist. Daher wird die Isolierung 20 bei der Schweißfügestelle 40 nicht verbrannt. Bei der Verwendung hierin bezeichnet der Begriff ”verbrannt” eine Veränderung der Form, des Phasenzustands, der kristallographischen Struktur, der elektrischen Leitfähigkeit und/oder des Erscheinungsbildes der Isolierung 20. Beispielsweise kann, obwohl es nicht gezeigt ist, eine verbrannte Isolierung geschmolzen und/oder verkohlt erscheinen und/oder kann mehrere Blasen oder Bläschen definieren, die an einer Außenoberfläche der verbrannten Isolierung sichtbar sind. Ferner kann eine verbrannte Isolierung, ohne sich durch die Theorie beschränken zu lassen, zu einem elektrischen Kurzschluss zwischen dem ersten Isolierungsabschnitt 28 und dem zweiten Isolierungsabschnitt 36 beitragen, der das Betriebsverhalten und die Lebensdauer des Stators 10 und/oder der elektromagnetischen Maschine (nicht gezeigt) nachteilig beeinflussen kann. Das heißt, eine verbrannte Isolierung kann im Vergleich mit der Isolierung 20, die nicht verbrannt ist, elektrisch verschlechtert sein. Es ist von Vorteil, wenn der Stator 10 keine verbrannte Isolierung enthält.
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Mit fortgesetzter Bezugnahme auf 2 kann während eines Betriebs des Stators 10 ein elektrischer Strom vom ersten Isolierungsabschnitt 28 aus, d. h. durch den ersten Kern 22, zu der ersten wärmeempfindlichen Zone 26, durch die Schweißfügestelle 40, durch die zweite wärmeempfindliche Zone 34 und weiter zum zweiten Isolierungsabschnitt 36, d. h. zu dem zweiten Kern 24 fließen. Das heißt, dass ein elektrischer Strom im Betrieb zwischen dem ersten distalen Ende 30 und dem zweiten distalen Ende 38 und durch den ersten magnetischen Draht 16 und den zweiten magnetischen Draht 18 fließen kann, um dadurch Abschnitte des Stators 10 zu magnetisieren, eine Drehung des Rotors (nicht gezeigt) zu bewirken und dadurch elektrische Energie in mechanische Energie umzuwandeln.
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Mit Bezug nun auf 4 wird hier auch ein Verfahren 62 zum Ausbilden der Schweißfügestelle 40 (2) des Stators 10 (1) offenbart. Wie mit Bezug auf 5 am besten beschrieben werden kann, umfasst das Verfahren 62, dass bei 64 der Abschnitt 66 der Isolierung 20 von sowohl dem ersten Kern 22 des ersten magnetischen Drahts 16 als auch dem zweiten Kern 24 des zweiten magnetischen Drahts 18 entfernt wird, sodass der erste magnetische Draht 16 die erste wärmeempfindliche Zone 26 benachbart zum ersten Isolierungsabschnitt 28 aufweist und der zweite magnetische Draht 18 die zweite wärmeempfindliche Zone 34 benachbart zum zweiten Isolierungsabschnitt 36 aufweist. Das heißt, dass das Entfernen bei 64 das Trennen des Abschnitts 66 der Isolierung 20 vom ersten Kern 22 bzw. vom zweiten Kern 24 enthalten kann.
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Mit Bezug auf 5 kann der Abschnitt 66 der Isolierung 20 vom ersten Kern 22 und vom zweiten Kern 24 auf eine beliebige geeignete Weise entfernt werden. Bei einer Ausführungsform kann das Entfernen bei 64 umfassen, dass der Abschnitt 66 der Isolierung 20 von sowohl dem ersten Kern 22 als auch dem zweiten Kern 24 abgezogen wird, um dadurch die erste wärmeempfindliche Zone 26 bzw. die zweite wärmeempfindliche Zone 34 auszubilden. Beispielsweise können, obwohl es nicht gezeigt ist, der erste magnetische Draht 16 und der zweite magnetische Draht 18 durch eine Drahtabisolierungsvorrichtung (nicht gezeigt) hindurchgeführt werden, um dadurch die Isolierung 20 von sowohl dem ersten Kern 22 als auch dem zweiten Kern 24 zu entfernen. Das heißt, dass das Entfernen bei 64 umfassen kann, dass sowohl der erste Kern 22 als auch der zweite Kern 24 entlang der Länge 42 (2) freigelegt werden.
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Mit fortgesetzter Bezugnahme auf 5 kann das Entfernen bei 64 zudem ferner umfassen, dass die Länge 42 (2) minimiert wird. Das heißt, dass das Verfahren 62 (4) umfassen kann, dass bei 64 nur ein relativ kleiner Abschnitt 66 der Isolierung 20 vom ersten Kern 22 und vom zweiten Kern 24 entfernt wird. Umgekehrt kann das Verfahren 62 umfassen, dass eine Gesamtlänge (allgemein bei 68 gezeigt) des ersten Isolierungsabschnitts 28 bzw. des zweiten Isolierungsabschnitts 36 maximiert wird, um dadurch eine Gesamthöhe 54 (1) des Kernblechstapels 14 (1) zu maximieren. Diese maximierte Gesamthöhe 54 des Kernblechstapels 14 und die minimierte Länge 42 der ersten wärmeempfindlichen Zone 26 und der zweiten wärmeempfindlichen Zone 34 können zu einer verbesserten Leistung der elektromagnetischen Maschine (nicht gezeigt) beitragen. Das heißt, dass die minimierte Länge 42 der ersten wärmeempfindlichen Zone 26 und der zweiten wärmeempfindlichen Zone 34 das Stapeln von vergleichsweise mehr einzelnen dünnen Scheiben (nicht gezeigt) oder Kernblechen aus Elektroblech benachbart zueinander ermöglichen können, um den Kernblechstapel 14 auszubilden, welcher dadurch zu einer erhöhten Leistungsausgabe der elektromagnetischen Maschine (nicht gezeigt) beitragen kann.
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Wieder mit Bezug auf 4 umfasst das Verfahren 62 auch das Zusammenschweißen 32 nur des ersten distalen Endes 30 (2) und des zweiten distalen Endes 38 (2), um dadurch die Schweißfügestelle 40 (2) auszubilden. Wie vorstehend offengelegt und mit Bezug auf 2 beschrieben wurde, heißt dies, dass die Schweißfügestelle 40 den ersten magnetischen Draht 16 und den zweiten magnetischen Draht 18 zusammenfügt. Der Schweißvorgang 32 überträgt jedoch nicht genügend Wärme 80, 84, 88 (6) an den ersten Isolierungsabschnitt 28 und den zweiten Isolierungsabschnitt 36, um die Isolierung 20 zu verbrennen. Das heißt, dass der Schweißvorgang 32 Wärme 80, 84, 88 nur an die erste wärmeempfindliche Zone 26 und die zweite wärmeempfindliche Zone 34 übertragen darf. Obwohl während des Schweißvorgangs 32 eine minimale oder vernachlässigbare Wärme (nicht gezeigt) an den ersten Isolierungsabschnitt 28 und an den zweiten Isolierungsabschnitt 36 übertragen werden kann, z. B. bei einer winzigen Region (nicht gezeigt), die an die erste wärmeempfindliche Zone 26 und die zweite wärmeempfindliche Zone 34 angrenzt, ist festzustellen, dass nicht genügend Wärme 80, 84, 88 an den ersten Isolierungsabschnitt 28 und an den zweiten Isolierungsabschnitt 36 übertragen werden darf, um die Isolierung 20 zu verbrennen. Somit darf der Schweißvorgang 32 einen Phasenzustand der Isolierung 20 nicht verändern. Zum Beispiel darf der Schweißvorgang 32 die Isolierung 20 nicht von einem Festkörper zu einer Flüssigkeit verändern, d. h. er darf die Isolierung 20 nicht schmelzen. Außerdem darf der Schweißvorgang 32 die Isolierung 20 nicht von einem Festkörper oder einer Flüssigkeit zu einem Gas verändern. Das heißt, dass eine Außenoberfläche 70 (2) der Isolierung 20 nicht eine oder mehrere Blasen oder Bläschen darin definieren darf. Außerdem darf der Schweißvorgang 32 eine Gestalt der Isolierung 20 nicht verändern. Das heißt, dass der Schweißvorgang 32 eine Dimension der Isolierung 20 nicht zusammenschrumpfen oder ausdehnen darf. Zudem darf der Schweißvorgang 32 ein Erscheinungsbild der Isolierung 20 nicht verändern. Das heißt, dass der Schweißvorgang 32 die Isolierung 20 nicht verbrennen, verkohlen, ansengen, verdunkeln, aufhellen, elektrisch verschlechtern und/oder beschädigen darf.
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Mit Bezug nun auf 6 kann der Schweißvorgang 32 bei einer Ausführungsform umfassen, dass das erste distale Ende 30 (2) und das zweite distale Ende 38 (2) durch ein geregeltes direktes Auftragen von Metall miteinander verbunden werden. Bei der Verwendung hierin bezeichnet der Begriff ”geregeltes Auftragen von Metall” ein additives Fertigungsverfahren, das ein durch Laser unterstütztes Verschmelzen von pulverförmigem Metall umfasst, das optisch überwacht wird. Zum geregelten Auftragen von Metall kann das Schweißpulver 46 durch einen Diodenlaser 74 geschmolzen werden, um einen (nicht gezeigten) laserinduzierten Schmelzmaterialpool auszubilden. Dann kann zusätzliches Schweißpulver 46 iterativ und wiederholt zu dem Schmelzmaterialpool hinzugefügt werden, um die mehreren Schichten 44 (3) zu erzeugen, die alle die Dicke 48 (3) aufweisen. Das heißt, dass zusätzliches Schweißpulver 46 zusätzlich auf die vorstehend erwähnte Basisfundamentschicht (nicht gezeigt) aufgetragen werden kann, welche das erste distale Ende 30 mit dem zweiten distalen Ende 38 verbindet. Das heißt, dass der Schmelzmaterialpool aus Schweißpulver 46 kontinuierlich optisch überwacht, iterativ in genau dosierten Mengen vergrößert und iterativ geschmolzen werden kann, um eine metallurgische Verbindung auszubilden, d. h. die Schweißfügestelle 40 (2). Insbesondere kann ein geregeltes optisches Rückmeldungssystem (in 6 allgemein bei 72 gezeigt) eine Größe des Schmelzmaterialpools in Echtzeit kontinuierlich überwachen und es kann Verarbeitungsvariablen wie etwa die Fließgeschwindigkeit des Schweißpulvers 46 und die Leistung des Diodenlasers 74 verstellen, um dadurch die Schweißfügestelle 40 additiv herzustellen oder auszubilden. Folglich kann das Verfahren 62 (4) ein additives Schweißen umfassen, wie nachstehend in größerem Detail offengelegt wird.
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Im Speziellen kann der Schweißvorgang 32 (4) mit fortgesetzter Bezugnahme auf 2 und 6 ein iteratives Auftragen einer Menge von Schweißpulver 46 (6) auf sowohl die erste wärmeempfindliche Zone 26 (2) als auch die zweite wärmeempfindlich Zone 34 (2) am ersten distalen Ende 30 (2) bzw. am zweiten distalen Ende 38 (2) umfassen. Das heißt, dass das Schweißpulver 46 wiederholt additiv auf die erste wärmeempfindliche Zone 26 und die zweite wärmeempfindliche Zone 34 am ersten distalen Ende 30 bzw. am zweiten distalen Ende 38 aufgetragen werden kann, um dadurch die Schweißfügestelle 40 aufzubauen oder additiv herzustellen.
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Mit Bezug nun auf 6 und 7 kann der Schweißvorgang 32 (6) ferner umfassen, dass eine erste Wärmemenge 80 (7) für eine erste Zeitspanne 82 (7) von etwa 1 Sekunde bis etwa 5 Sekunden mit dem Diodenlaser 74 (6) an das Schweißpulver 46 (6) übertragen wird. Zudem kann der Schweißvorgang 32 nach dem Übertragen der ersten Wärmemenge 80 umfassen, dass mindestens eine zweite Wärmemenge 84 (7) für eine zweite Zeitspanne 86 (7) von etwa 1 Sekunde bis etwa 5 Sekunden mit dem Diodenlaser 74 an das Schweißpulver 46 überfragen wird. Es ist festzustellen, dass das Verfahren 62 (4) auch umfassen kann, dass eine oder mehrere zusätzliche Wärmemengen 88 (4) für eine oder mehrere jeweilige zusätzliche Zeitspannen 90 (7) iterativ an das Schweißpulver 46 übertragen wird bzw. werden. Außerdem kann jede der Wärmemengen 80, 84, 88 unterschiedliche Größen aufweisen, obwohl sie so gezeigt sind, dass sie gleiche Größen aufweisen. Das heißt, dass über eine Zeitspanne 82, 86, 90 hinweg im Vergleich mit einer beliebigen anderen Zeitspanne 82, 86, 90 mehr oder weniger Wärme 80, 84, 88 übertragen werden kann.
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Daher kann der Schweißvorgang 32 (6) umfassen, dass eine Gesamtwärmemenge 92 (7), die gleich einer Summe aus der ersten Wärmemenge 80 und der mindestens zweiten Wärmemenge 84 ist, an das Schweißpulver 46 (6) über eine Gesamtzeitspanne 94 (7) von etwa 2 Sekunden bis etwa 10 Sekunden hinweg übertragen wird. Obwohl es nicht gezeigt ist, ist festzustellen, dass die Gesamtzeitspanne 94 ferner die eine oder die mehreren zusätzlichen Zeitspannen 90 enthalten kann.
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Darüber hinaus kann mit fortgesetzter Bezugnahme auf 6 und 7 der Schweißvorgang 32 (6) ferner umfassen, dass sowohl die erste Wärmemenge 80 (7) als auch die mindestens zweite Wärmemenge 84 (7) minimiert werden. Das heißt, dass der Schweißvorgang 32 umfassen kann, dass die individuelle Wärmemenge 80, 84, 88 (7), welcher das Schweißpulver 46 (6) während einer Zeitspanne 82, 86, 90 (7) ausgesetzt wird, minimiert wird. Beispielsweise kann der Schweißvorgang 32 umfassen, dass die erste Wärmemenge 80 und die mindestens zweite Wärmemenge 84 an das Schweißpulver 46 über eine vergleichsweise längere Gesamtzeitspanne 94 (7) und vergleichsweise kürzere erste und mindestens zweite Zeitspannen 82, 86 hinweg wiederholt übertragen werden, statt einen längeren Wärmeimpuls (nicht gezeigt) an das Schweißpulver 46 oder den Schmelzmaterialpool (nicht gezeigt) über eine Gesamtschweißdauer (nicht gezeigt) für das hier offenbarte Verfahren 62 (4) zu übertragen. Das heißt, dass vergleichsweise kurze Stöße der ersten Wärmemenge 80 und der mindestens zweiten Wärmemenge 84 an das Schweißpulver 46 über getrennte vergleichsweise kürzere Zeitspannen 82, 86 hinweg übertragen werden können, um dadurch das Schweißpulver 46 zu schmelzen und den Schmelzmaterialpool auszubilden oder zu vergrößern.
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Obwohl die Gesamtzeitspanne 94 länger als eine Vergleichsgesamtzeitspanne von anderen Verfahren sein kann, minimiert das Verfahren 62 (4) mit fortgesetzter Bezugnahme auf 7 daher die erste Wärmemenge 80 und die mindestens zweite Wärmemenge 84, die sich immer an den ersten und zweiten distalen Enden 30, 38 (2) aufbaut.
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Wenn wieder mit Bezug auf 7 die erste Wärmemenge 80 und die mindestens zweite Wärmemenge 84 an den Schmelzmaterialpool (nicht gezeigt) übertragen und anschließend davon entfernt werden, z. B. durch wiederholtes abwechselndes Einschalten und Ausschalten des Diodenlasers 74 (6), kann der Schmelzmaterialpool iterativ auf eine Gesamtdicke anwachsen, d. h. die Höhe 52 (3) der Schweißfügestelle 40 (3), und dadurch die metallurgische Verbindung oder die Schweißfügestelle 40 ausbilden. Ferner kann sowohl die erste Wärmemenge 80 als auch die mindestens zweite Wärmemenge 84, die an das Schweißpulver 46 (6) übertragen werden, über die relativ kurzen ersten und mindestens zweiten Zeitspannen 82, 86 hinweg im Vergleich mit einem starken Wärmeimpuls (nicht gezeigt) über eine vergleichsweise kürzere Zeitspanne (nicht gezeigt) hinweg, d. h. etwa 0,2 Sekunden bis etwa 0,5 Sekunden, minimiert werden. Auch ohne den starken Wärmeimpuls (nicht gezeigt) bildet das Verfahren 62 (4) vorteilhafterweise eine Schweißfügestelle 40, die das erste distale Ende 30 (2) und das zweite distale Ende 38 (2) ausreichend zusammenfügt. Anders ausgedrückt kann der Schweißvorgang 32 (6) umfassen, dass nur vergleichsweise kleinere Wärmemengen 80, 84, 88 übertragen werden, um nur eine kleine, zusätzliche oder iterative Menge des Schweißpulvers 46 für jede jeweilige Zeitspanne 82, 86, 90 zu schmelzen, bis die gewünschte Höhe 52 (3) der Schweißfügestelle 40 erreicht wird, statt eine vergleichsweise große Wärmemenge (nicht gezeigt) zu übertragen, um eine große Menge (nicht gezeigt) des Schweißpulvers 46 angemessen zu schmelzen. Wie vorstehend offengelegt wurde, kann der Schweißvorgang 32 daher eine Schweißfügestelle 40 ausbilden, die mehrere Schichten 44 aufweist, die aufeinander gestapelt und miteinander verschweißt sind.
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Wieder mit Bezug auf 4 kann das Verfahren 62 ferner umfassen, dass parallel zum Schweißvorgang 32 die Schweißfügestelle 40 (2) zu der im Wesentlichen halbkugelförmigen Ausgestaltung (allgemein bei 50 in 3 gezeigt) geformt 96 wird. Das heißt, dass jede der vorstehend erwähnten mehreren Schichten 44 (3) iterativ hinzugefügt und benachbart zueinander angeordnet werden kann, um dadurch die im Wesentlichen halbkugelförmige Ausgestaltung 50 auszubilden. Speziell kann das geregelte optische Rückmeldungssystem 72 (6) Prozessvariablen wie etwa ohne Einschränkung die Dicke 48 (3) jeder der mehreren Schichten 44, eine Gestalt der Schweißfügestelle 40, eine Auftragsgeschwindigkeit des Schweißpulvers 46 (6), die erste und mindestens zweite Wärmemenge 80, 84, die an das Schweißpulver 46 überfragen werden, und dergleichen überwachen und verstellen, um dadurch die Schweißfügestelle 40 zu der im Wesentlichen halbkugelförmigen Ausgestaltung 50 zu formen.
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Mit fortgesetzter Bezugnahme auf 4 kann das Verfahren 62 ferner parallel zum Schweißvorgang 32 das Beseitigen 98 von überschüssigem Schweißpulver 46 von sowohl dem ersten distalen Ende 30 (2) als auch dem zweiten distalen Ende 38 (2) umfassen. Im Fall, dass das geregelte optische Rückmeldungssystem 72 (6) beispielsweise überschüssiges Schweißpulver 46 detektiert, das größer als ein Betrag des Schweißpulvers 46 ist, der notwendig zum Ausbilden einer nachfolgenden Schicht 44 (3) der Schweißfügestelle 40 (3) ist, kann das überschüssige Schweißpulver 46 durch Unterdruck von sowohl dem ersten distalen Ende 30 (2) als auch dem zweiten distalen Ende 38 (2) entfernt werden. Das heißt, das Beseitigen 98 kann das Absaugen von überschüssigem Schweißpulver 46 vom ersten und zweiten distalen Ende 30, 38 umfassen. Dieses Beseitigen 98 kann überschüssiges Schweißpulver 46 minimieren, das auf dem ersten und zweiten magnetischen Draht 16, 18 verbleibt, was wiederum zu einer vergleichsweise längeren Lebensdauer des Stators 10 beitragen kann.
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Das vorstehend erwähnte Verfahren 62 (4) und der Stator 10 (1) minimieren die erste und mindestens zweite Wärmemenge 80, 84, die über die erste und mindestens zweite Zeitspanne 82, 86 benötigt werden, um den ersten magnetischen Draht 16 und den zweiten magnetischen Draht 18 zusammenzufügen. Obwohl das Verfahren 62 die Gesamtzeitspanne 94 des Schweißvorgangs 32 (6) erhöhen kann, bedeutet dies, dass das Verfahren 62 auch die einzelnen iterativen Wärmemengen minimiert, z. B. die erste und mindestens zweite Wärmemenge 80, 84, die für jede iterative Zeitspanne benötigt werden, z. B. die erste und die mindestens zweite Zeitspanne 82, 86. Somit kann das Verfahren 62 als ein Verfahren 62 mit ”geringer Wärme” und/oder ein ”additives” Verfahren 62 zum Ausbilden der Schweißfügestelle 40 (2) beschrieben werden und kann im Gegensatz stehen zu Schweißverfahren mit ”großer Wärme” wie etwa Wolframschutzgas-Punktschweißen (TIG-Punktschweißen).
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Außerdem zeigt die Schweißfügestelle 40 (2), die durch das Verfahren 62 (4) ausgebildet wird, eine exzellente elektrische Leitfähigkeit und daher ist der Stator 10 (1) für Kraftfahrzeuganwendungen geeignet. Beispielsweise ist die elektromagnetische Vorrichtung (nicht gezeigt), die den Stator 10 enthält, nicht von unerwünschten Kurzschlüssen betroffen, da die Isolierung 20 (2) des ersten Isolierungsabschnitts 28 (2) und des zweiten Isolierungsabschnitts 36 (2) nicht von den ersten und den mindestens zweiten Wärmemengen 80, 84 (7), die während des Schweißvorgangs 32 (6) überfragen werden, beeinflusst werden. Da die Länge 42 (2) der ersten wärmeempfindlichen Zone 26 (2) und der zweiten wärmeempfindlichen Zone 34 (2) minimiert wird, erlaubt das Verfahren 62 zusätzlich eine erhöhte Anzahl von Stahlkernblechen im Kernblechstapel 14 (1), was außerdem zu einem erhöhten Wirkungsgrad der elektromagnetischen Vorrichtung beiträgt.
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Ferner ermöglicht das Verfahren 62 (4) das Formen 96 (4) der Schweißfügestelle 40 (2) in eine beliebige Gestalt, die eine elektrische Leitfähigkeit zwischen dem ersten magnetischen Draht 16 (2) und dem zweiten magnetischen Draht 18 (2) optimiert. Ferner minimiert das Verfahren 62 die Wahrscheinlichkeit, dass überschüssiges Schweißpulver 46 (6) an ungewünschten Stellen des ersten magnetischen Drahts 16 und des zweiten magnetischen Drahts 18 aufgetragen wird und es minimiert daher auch ein unerwünschtes Kurzschließen der elektromagnetischen Vorrichtung.
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Obwohl die besten Arten zum Ausführen der Offenbarung im Detail beschrieben wurden, wird der Fachmann auf dem Gebiet, das diese Erfindung betrifft, verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen erkennen, um die Offenbarung im Umfang der beigefügten Ansprüche in die Praxis umzusetzen.
