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Die Erfindung betrifft einen Elektromotor umfassend einen Stator mit einer Mehrzahl von verteilt angeordneten Wicklungen, einen drehbar in Bezug zu dem Stator gehaltenen Rotor, eine den Rotor tragende Welle und mindestens ein Lager zum Stützen der Welle, wobei zum elektrischen Kontaktieren der Wicklungen dem Stator eine Kontaktmittelgruppe mit einer Mehrzahl von gegeneinander isolierten Kontaktleitern aus einem elektrisch leitenden Werkstoff im Bereich einer Stirnseite des Rotors zugeordnet ist.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum elektrischen Kontaktieren eines Elektromotors, wobei ein mit einem Isolierlack ummantelter Aluminiumdraht durch das Einwirken eines elektrischen Plasmas jedenfalls in einem Verbindungsabschnitt desselben abisoliert wird, wobei der Aluminiumlackdraht in dem Verbindungsabschnitt mittels Ultraschall-Bonden mit einem Kontaktleiter des Elektromotors elektrisch verbunden wird und wobei eine zwischen dem Aluminiumlackdraht und dem Kontaktleiter gebildete Verbindungsstelle dann abgedeckt wird.
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Einen gattungsgemäßen Elektromotor beschreibt beispielsweise die
CN 102812623 A . Hierbei ist vorgesehen, die elektrische Kontaktierung im Bereich der Kontaktleiter schweißtechnisch herzustellen. Kontaktabschnitte der isolierten Kontaktleiter werden hierzu vor dem Herstellen der elektrischen Verbindung abisoliert. In ähnlicher Weise beschreibt die
DE 20 2009 003 756 U1 einen Elektromotor mit einer an dem Stator stirnseitig zum Rotor festgelegten Kontaktmittelgruppe. Die Kontaktmittelgruppe umfasst eine Mehrzahl elektrischer Kontaktleiter, wobei für die elektrische Kontaktierung eine Mehrzahl von Lötstiften vorgesehen ist, welche in entsprechende Bohrungen einer die Kontaktleiter aufweisenden Platine eingefügt und verlötet werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein besonders einfaches Verfahren zur elektrischen Kontaktierung eines Elektromotors anzugeben. Insbesondere soll das Kontaktierverfahren für Aluminiumdrähte im Allgemeinen und für Aluminiumlackdrähte im Speziellen anwendbar sein. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, eine mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kontaktierten Elektromotor bereitzustellen.
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Zur Lösung der Aufgabe ist die Erfindung in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktleiter aus einer jedenfalls abschnittsweise beschichteten Kupferlegierung, insbesondere aus Messing, hergestellt sind.
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Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch die Verwendung von Kontaktleitern aus einer jedenfalls abschnittsweise beschichteten Kupferlegierung eine elektrisch leitende Verbindung mit einem Aluminiumdraht, insbesondere einem mantelseitig mit Isolierlack versehenen Aluminiumdraht, hergestellt werden kann. Bevorzugt kann die Kontaktierung mittels Ultraschall-Bondens erfolgen. Die Beschichtung der Kontaktleiter aus der Kupferlegierung ist dabei so ausgeführt, dass ein für das Bonden notwendiger harter Untergrund an dem Kontaktleiter bereitgestellt wird. Bei einem Verzicht auf die Beschichtung ist die eher weiche Kupferlegierung ansonsten nicht oder nur stark eingeschränkt bondfähig. Beispielsweise kann Messing als Kupferlegierung verwendet werden.
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Die Schichtdicke der Beschichtung kann im Bereich von 1 µm bis 10 µm liegen, bevorzugt im Bereich von 5 µm ± 1 µm. Die Kontaktleiter aus Messing oder einer anderen Kupferlegierung weisen eine Dicke von 0,2 mm bis 10 mm, bevorzugt von 0,6 mm ± 0,2 mm auf. Vorzugsweise ist der Kontaktleiter aus Messing vollflächig beschichtet.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Kontaktleiter aus Messing mit einer Nickel-Phosphor-Beschichtung versehen. Bei den Untersuchungen der Anmelderin hat sich gezeigt, dass die Nickel-Phosphor-Beschichtung die für das Herstellen einer Bondverbindung notwendigen Eigenschaften bereitstellt. Zudem ergeben sich günstige elektrotechnische Eigenschaften. Ferner ergibt sich ein für die Massenherstellung von Elektromotoren günstiges Preis-Leistungsverhältnis.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kontaktleiter mit einem Kontaktabschnitt derselben über den Stator randseitig hinausragen. Vorteilhaft vereinfachen sich die Zugänglichkeit der Kontaktleiter und das Herstellen der Bondverbindung in dem Kontaktbereich derselben durch das Überragen des Stators in radialer Richtung. Es kann beispielsweise der Kontaktabschnitt des Kontaktleiters während des Bondens durch einen Stützkörper gegen Verformung gesichert werden.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind in den Kontaktabschnitten der Kontaktleiter Ausnehmungen vorgesehen zum Positionieren beziehungsweise Vorfixieren eines Drahts. Insbesondere wird der im Weiteren zu bondende Draht über die an dem Kontaktleiter vorgesehenen Ausnehmungen so festgelegt, dass er gegen ein unbeabsichtigtes Lösen geschützt ist. Beispielsweise sind die Ausnehmungen kerbenartig auf gegenüberliegenden Seiten des Kontaktleiters vorgesehen. Der Draht wird dann im Bereich der Kontaktabschnitte durch die Ausnehmungen geführt und um den Kontaktleiter gewickelt.
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Die Kontaktleiter sind beispielsweise nach Art von Blechteilen, bevorzugt als langgestreckte Blechstreifen mit einem konstanten und bevorzugt mit einem rechteckigen Querschnitt ausgebildet. Vorteilhaft kann die Herstellung der Kontaktleiter besonders kostengünstig erfolgen. Darüber hinaus ist die Handhabung der Kontaktleiter etwa im Rahmen einer automatisierten Montage einfach. Verschiedenartige Kontaktleiter können hierbei geometrisch individuell gestaltet werden.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist zur Aufnahme der Mehrzahl der Kontaktleiter als Teil des Stators eine Kontaktträgerplatte vorgesehen. An der Kontaktträgerplatte sind beispielsweise Ausnehmungen zur Aufnahme der gegeneinander isolierten Kontaktleiter ausgebildet. Eine Positionierung beziehungsweise Fixierung der Kontaktleiter an der Kontaktträgerplatte ergibt sich beispielsweise durch Stifte, welche in eine durch die Welle des Elektromotors definierte Axialrichtung abragen und in korrespondierend gestaltete Ausnehmungen der Kontaktleiter eingesetzt werden. Vorteilhaft ergibt sich durch das Vorsehen der Kontaktträgerplatte und die definierte Festlegung der Kontaktleiter an eben dieser die Möglichkeit zur automatisierten Montage und Herstellung der Bondverbindung. Die Stifte können insbesondere so vorgesehen sein, dass sie im ersten Schritt der Positionierung der Kontaktleiter an der Kontaktträgerplatte dienen und anschließend mittels Ultraschall-Schweißens eine Festlegung der Kontaktleiter im Bereich der Stifte an der Kontaktträgerplatte hergestellt wird.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist wenigstens ein Führungselement vorgesehen für den Draht. Das Führungselement ist beispielsweise nach Art einer Führungsnut ausgebildet. Eine Breite der Führungsnut ist wenigstens um den Faktor 2, bevorzugt um den Faktor 3 oder mehr und besonders bevorzugt um den Faktor 5 oder mehr größer als ein Durchmesser des Drahts. Insbesondere kann das Führungselement beziehungsweise die Führungsnut als Teil des Wicklungsträgers beziehungsweise Spulenkörpers vorgesehen sein. Vorteilhaft ermöglichen es die Führungselemente, den Draht am Stator definiert zu führen und festzulegen. Die erfindungsgemäße Gestaltung der Führungsnuten in Bezug auf ihre Breite ist insbesondere vor dem Hintergrund der Verbindungstechnik relevant. Die Breite ist so gewählt, dass der Draht in der Führungsnut während des Ultraschall-Verschweißens frei beweglich ist beziehungsweise keine unzulässig hohe Verformung oder Schädigung erfährt. Da aufgrund der Relativbewegung zwischen Draht und Kontaktleiter beim Ultraschall-Bonden der Draht relativ zum Stator bewegt wird, würde ein vollständiges Festlegen des Drahts zu einer Biege- beziehungsweise Scherbeanspruchung führen, welche in Bezug auf die Lebensdauer des Drahts und seine elektrischen Kontakteigenschaften nachteilig ist.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind im Bereich eines Nutgrunds der Führungsnut Übergangsradien vorgesehen. Vorteilhaft dienen auch die Übergangsradien der Schonung des Drahts, welcher in der Führungsnut geführt ist. Scharfe Konturübergänge, welche eine mechanische Schädigung des Drahts insbesondere beim Ultraschall-Bonden herbeiführen können, werden auf diese Weise vermieden.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind die Führungselemente, die Kontaktträgerplatte beziehungsweise die Stifte zum Positionieren der Kontaktleiter aus Polyamid hergestellt. Eine Verstärkung aus Glasfasern kann vorgesehen sein. Vorteilhaft verbessert sich durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Materialien der Brandschutz.
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Der Draht ist insbesondere als Aluminiumdraht, bevorzugt als mantelseitig von einem Isolierlack umgebener Aluminiumlackdraht ausgebildet. Vor dem Herstellen der elektrischen Verbindung wird der Aluminiumlackdraht wenigstens in einem Verbindungsabschnitt desselben abisoliert. Die Abisolation erfolgt bevorzugt mithilfe eines elektrischen Plasmas.
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Zur Lösung der Aufgabe ist die Erfindung in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 13 dadurch gekennzeichnet, dass beim Bonden der abisolierte Verbindungsabschnitt des Aluminiumlackdrahts auf einer ersten Flachseite eines als Kontaktleiter dienenden beschichteten Messingblechs festgelegt wird und dass auf einer gegenüberliegenden zweiten Flachseite des Messingblechs ein Stützkörper angelegt und derart positioniert wird, dass das Messingblech beim Ultraschall-Bonden nicht in unzulässiger Weise verformt und/oder beschädigt wird.
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Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass das erfindungsgemäße Verfahren bei Verwendung eines Messingblechs als Kontaktleiter zuverlässig und besonders wirtschaftlich durchgeführt werden kann. Während eine elektrische Verbindung zwischen dem Kontaktleiter und dem Draht auf einer ersten Flachseite des Messingblechs hergestellt wird, wird auf einer gegenüberliegenden zweiten Flachseite das Messingblech durch einen Stützkörper vor einer Verformung beziehungsweise Beschädigung geschützt. Der Stützkörper wird dazu an die zweite Flachseite angelegt und so positioniert, dass er die während der Herstellung der Bondverbindung auftretenden Kräfte aufnimmt.
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Aus den weiteren Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung sind weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung zu entnehmen. Dort erwähnte Merkmale können jeweils einzeln für sich oder auch in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Erfindungsgemäß beschriebene Merkmale und Details des Elektromotors gelten selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und umgekehrt. So kann auf die Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen werden. Die Zeichnungen dienen lediglich beispielhaft der Klarstellung der Erfindung und haben keinen einschränkenden Charakter.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine perspektivische Rückseitenansicht eines erfindungsgemäßen Elektromotors mit einer vier Kontaktleiter umfassenden Kontaktleitergruppe,
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2 eine perspektivische Vorderseitenansicht des Elektromotors nach 1 mit einem zusätzlich angebauten Kontaktelement,
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3 den Elektromotor nach 2 mit einem Motorgehäuse und mit einem Pumpengehäuse und
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4 eine perspektivische Rückseitenansicht eines erfindungsgemäßen Elektromotors nach einem zweiten Ausführungsbeispiel.
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Ein Elektromotor nach den 1 bis 3 umfasst als wesentliche Komponenten einen Stator 1 mit einem Statorpaket 2 bestehend aus geschichteten Blechen, mit mindestens einem Spulenkörper 22, auf dem eine Wicklung aufgebracht ist, und mit einer Kontaktträgerplatte 3, einen im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung nicht dargestellten Rotor, welcher drehbar in Bezug zu dem Stator 1 und koaxial zu demselben vorgesehen ist, sowie einen zwischen dem Stator 1 und dem Rotor erstreckten Spaltrohrtopf 4. Der Rotor ist beispielsweise nach Art eines Nassläuferrotors ausgeführt und von dem Spaltrohrtopf 4 mantelseitig und auf einer der Kontaktträgerplatte 3 zugewandten Seite umgeben. Der Elektromotor dient beispielsweise als Motor für eine Pumpenanordnung. Beispielsweise ist an einer Welle des Elektromotors ein Pumpenrad 5 festgelegt.
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Die Kontaktträgerplatte 3, welche dem Rotor stirnseitig zugeordnet ist, trägt vier gegeneinander isolierte Kontaktleiter 6, 7, 8, 9. Die Kontaktleiter 6, 7, 8, 9 sind als eine Kontaktmittelgruppe vorgesehen zur Kontaktierung von Statorwicklungen. Die Wicklung ist hierbei durch mantelseitig isolierte Aluminiumdrähte 10, insbesondere Aluminiumlackdrähte, gebildet. An der Kontaktträgerplatte 3 sind hierzu die Kontaktleiter 6, 7, 8, 9 aufnehmende Ausnehmungen gebildet.
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Die Kontaktleiter 6, 7, 8, 9 sind aus Messing gefertigt. Insbesondere sind die Kontaktleiter 6, 7, 8, 9 nach Art von Messingblechen gebildet. Sie werden in den Ausnehmungen der Kontaktträgerplatte 3 eingesetzt und über Stifte 11 der Kontaktträgerplatte 3 relativ zu derselben positioniert. Zum Festlegen der Kontaktleiter 6, 7, 8, 9 an der Kontaktträgerplatte 3 können die Kontaktleiter 6, 7, 8, 9 im Bereich der Stifte 11 insbesondere ultraschall-verschweißt werden.
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Insbesondere ist vorgesehen, den Aluminiumlackdraht 10 mittels Ultraschall-Bonden an den Kontaktleitern 6, 7, 8, 9 festzulegen. Die Kontaktleiter 6, 7, 8, 9 sind hierzu beschichtet. Insbesondere ist eine Nickel-Phosphor-Beschichtung an den Kontaktleitern 6, 7, 8, 9 vorgesehen. Die Beschichtung ist vorzugsweise vollflächig ausgebildet. Nach einer alternativen, nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung kann die Beschichtung lediglich abschnittsweise an den Kontaktleitern 6, 7, 8, 9 realisiert sein.
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Die Kontaktierung des Aluminiumlackdrahts 10 an den Kontaktleitern 6, 7, 8, 9 erfolgt im Bereich von Kontaktabschnitten 12. Die Kontaktabschnitte 12 der Kontaktleiter 6, 7, 8, 9 ragen stirnseitig über die als Teil des Stators 1 ausgeführte Kontaktträgerplatte 3 hinaus. Weiter sind an den Kontaktabschnitten 12 der Kontaktleiter 6, 7, 8, 9 gegenüberliegend kerbenförmige Ausnehmungen 13 vorgesehen, welche zur Aufnahme des Aluminiumlackdrahts 10 dienen. Insbesondere wird zum Positionieren und Vorfixieren des Aluminiumlackdrahts 10 an den Kontaktabschnitten 12 der Kontaktleiter 6, 7, 8, 9 der Aluminiumlackdraht 10 im Bereich der Ausnehmungen 13 um die Kontaktleiter 6, 7, 8, 9 gewickelt.
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Um eine sichere elektrische Kontaktierung des Aluminiumlackdrahts 10 an den Kontaktabschnitten 12 der Kontaktleiter 6, 7, 8, 9 zu gewährleisten, werden Verbindungsabschnitte des Aluminiumlackdrahts 10 vor dem Herstellen der elektrisch leitenden Verbindung zu den Kontaktleitern 6, 7, 8, 9 vor dem Ultraschall-Bonden mittels eines elektrischen Plasmas abisoliert. Die Abisolierung mittels elektrischem Plasma ist so schonend, dass der dünne Aluminiumlackdraht 10 mechanisch im Wesentlichen unbeschädigt verbleibt. Anschließend erfolgt die Kontaktierung des Aluminiumlackdrahts 10 in dem abisolierten Verbindungsbereich desselben mit den Kontaktleitern 6, 7, 8, 9 mittels Ultraschall-Bonden. Es wird hierzu ein nicht dargestelltes Bondwerkzeug im Bereich einer ersten Flachseite der Kontaktleiter 6, 7, 8, 9 an dem Kontaktabschnitt 12 angesetzt. Im Bereich einer gegenüberliegenden zweiten Flachseite wird ein Stützkörper (nicht dargestellt) positioniert, um den Kontaktleiter 6, 7, 8, 9 während des Herstellens der Bondverbindung gegen eine Verformung beziehungsweise unzulässig hohe mechanische Belastung zu schützen. Die über das Bondwerkzeug auf den Aluminiumlackdraht 10 aufgeprägten Kräfte werden hierbei jedenfalls teilweise von dem Stützkörper aufgenommen.
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Da während des Herstellens der Ultraschall-Verbindung der Aluminiumlackdraht 10 mit hoher Frequenz mechanisch bewegt wird, kommt der Führung des Aluminiumlackdrahts 10 ebenso wie dem Positionieren und Vorfixieren desselben eine hohe Bedeutung zu. Während die Ausnehmungen 13 an den Kontaktabschnitten 12 der Positionierung und Vorfixierung des Aluminiumlackdrahts 10 dienen, sind als Führungselemente Führungsnuten 14 zum Positionieren beziehungsweise Führen des Aluminiumlackdrahts 10 entfernt von den Kontaktabschnitten 12 an dem Spulenkörper 22 vorgesehen. Die Führungsnuten 14 sind nutförmig ausgebildet. Eine Breite der Führungsnuten 14 ist größer als ein Durchmesser des Aluminiumlackdrahts 10. Insbesondere ist eine Breite der Führungsnut 14 im Bereich von ca. 1,5 mm ± 0,5 mm realisiert, während der Aluminiumlackdraht 10 einen Durchmesser von beispielsweise 0,25 mm aufweist. Die Kontaktierung des Stators 1 insgesamt erfolgt über ein mechanisches Kontaktelement 15, welches insbesondere in den 2 und 3 dargestellt ist. Das Kontaktelement 15 ist nach Art eines Steckkontakts ausgebildet und zur Aufnahme eines nicht dargestellten Gegenkontaktelements vorgesehen. Es ist elektrisch leitend mit drei der vier Kontaktleiter 6, 7, 8 verbunden. Ein weiterer Kontaktleiter 9 dient der internen Verschaltung der Wicklungen, welche aus dem Aluminiumlackdraht 10 hergestellt sind.
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Im Betriebszustand ist der Elektromotor von einem Motorgehäuse 16 umgeben. Ferner ist das Pumpenrad 5 von einem Pumpengehäuse 17 umgeben. An dem Pumpengehäuse 17 sind ein Zulaufstutzen 18 und ein Ablaufstutzen 19 für eine über das Pumpenrad 5 geförderte Flüssigkeit ausgebildet.
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Nach einer alternativen Ausführungsform der Erfindung gemäß 4 ist an dem Stator 1 eine zusätzliche Abdeckung 20 realisiert, welche sich im Wesentlichen parallel zur Kontaktträgerplatte 3 erstreckt und die Kontaktleiter 6, 7, 8, 9 im Bereich der ersten Flachseite überdeckt. Zum Festlegen der Abdeckung 20 sind weitere Stifte 21 vorgesehen. Die weiteren Stifte 21 werden insbesondere mittels Ultraschall-Schweißens mit der Abdeckung 20 verbunden.
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Nach dem alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäß 4 sind die nutförmigen Führungselemente insgesamt so orientiert, dass sich die Führungsnut 14 für den Aluminiumlackdraht 10 senkrecht zu einer Erstreckungsebene der Kontaktleiter 6, 7, 8, 9 erstreckt.
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Gleiche Bauteile und Bauteilfunktionen sind durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- CN 102812623 A [0003]
- DE 202009003756 U1 [0003]
