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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer stromleitenden Schneidklemmen-Draht-Verbindung, die beispielsweise zur elektrischen Kontaktierung einer Statorwicklung in einer elektrischen Maschine mit einer Anschlussplatte eingesetzt wird. Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine Vorrichtung zum Bilden einer derartigen Schneidklemmen-Draht-Verbindung.
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Stand der Technik
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Aus der
DE 10 2008 054 529 A1 ist ein Elektromotor bekannt, dessen Statorwicklungen über eine Anschlussplatte bestromt werden, welche an der Stirnseite des Stators angeordnet ist. Die Anschlussplatte umfasst mehrere Einzelringe, die jeweils Träger von axial umgebogenen, V-förmigen Schneidklemmen sind, die zur elektrischen Kontaktierung jeweils auf den Wicklungsdraht einer Statorwicklung aufgeschoben werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine stromleitende Schneidklemmen-Draht-Verbindung hergestellt werden, die insbesondere in Elektromotoren zum Einsatz kommt, beispielsweise bei der elektrischen Verbindung zwischen einer Statorwicklung und einer Anschlussplatte für den Stator, über den die Statorwicklungen bestromt werden. Bei dem Verfahren werden zwei Klemmteile aufeinander zubewegt, wobei an einem Klemmteil die Schneidklemme gehalten ist und mit dem Annähern der Klemmteile der Draht in eine Klemmenaufnahme, die als Klemmschlitz ausgebildet ist, der Schneidklemme gedrückt wird. Außerdem werden das erste Klemmteil und das zweite Klemmteil miteinander verschweißt. Der Verschweißungsvorgang zwischen den Klemmteilen erfolgt insbesondere zeitgleich zum Eindrücken des Drahts in die Klemmenaufnahme der Schneidklemme, so dass in einem einzigen, gemeinsamen Verfahrensschritt die elektrische Verbindung mit dem Draht in der Schneidklemme und der Verschweißung zwischen den Klemmteilen hergestellt werden kann.
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Gegebenenfalls erfolgt das Eindrücken des Drahts in die Klemmenaufnahme der Schneidklemme und das Verschweißen des ersten und zweiten Klemmteils zeitlich aufeinanderfolgend, insbesondere in der Weise, dass zunächst das Eindrücken des Drahts in die Schneidklemme und anschließend das Verschweißen zwischen den Klemmteilen erfolgt.
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Mit dem Verschweißen zwischen den Klemmteilen ist eine sichere, dauerhafte Verbindung zwischen den Klemmteilen sowie zwischen der Schneidklemme und dem Draht gegeben. Die Schneidklemme befindet sich nach Abschluss der Herstellung der Verbindung zwischen den beiden Klemmteilen und stützt sich im fertig montierten Zustand der Verbindung vorteilhafterweise unmittelbar an beiden Klemmteilen ab. Der Draht ist in der Klemmenaufnahme der Schneidklemme aufgenommen, wobei die freien Schenkel der Schneidklemme, zwischen denen die Klemmenaufnahme liegt, sich an einem der Klemmteile abstützen. Die zwischen den Klemmteilen wirkenden Kräfte verteilen sich auf die Schneidklemme sowie auf die durch Schweißen miteinander verbundenen Stellen zwischen den Klemmteilen. Die Schweißverbindung ist dauerhaft, so dass ein versehentliches Lösen der Klemmteile vermieden wird und der Draht in der Klemmenaufnahme der Schneidklemme dauerhaft und sicher fixiert ist.
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Die Klemmstücke sind vorteilhafterweise als Kunststoffbauteile ausgebildet, die bei der Herstellung der Schneidklemmen-Draht-Verbindung miteinander verschweißt werden. Beim Verschweißen werden die Kunststoffbauteile im Bereich der Schweißverbindung lokal angeschmolzen, wobei nach dem Aushärten des geschmolzenen Kunststoffmaterials die gewünschte Schweißverbindung hergestellt ist. Die Kunststoffbauteile werden hierbei insbesondere im Wege des Ultraschallschweißens miteinander verschweißt, wobei alternativ auch sonstige Schweißarten wie z.B. Reibschweißen in Betracht kommen.
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Das Verschweißen der Klemmteile erfolgt vorzugsweise über mindestens eine Klemmspitze, deren Stirnseite mit dem anderen Klemmteil verschweißt wird. Die Klemmspitze gelangt während der Verbindung in Kontakt mit dem anderen Klemmteil, wobei die Stirnseite aufgrund ihrer verhältnismäßig kleinen Oberfläche in kurzer Zeit angeschmolzen werden kann, um den Schweißvorgang durchzuführen. Vorteilhafterweise ragt die Klemmspitze in eine zugeordnete Aufnahmetasche hinein, die sich im anderen Klemmteil befindet. Des Weiteren ist es vorteilhaft, insgesamt zwei Klemmspitzen an gegenüberliegenden Seiten der Schneidklemme vorzusehen, wobei jede Klemmspitze mit dem anderen Klemmteil verschweißt wird.
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Insbesondere beim Ultraschallschweißen kann die Energie des Ultraschalls gezielt in die Klemmspitze geleitet werden, so dass die Klemmspitze durch die Ultraschallanregung in Schwingungen versetzt wird, wohingegen die sonstigen Abschnitte des Klemmteils, an dem sich die Klemmspitze befindet, eine deutlich geringere Schwingungsanregung erfährt. Hierdurch wird eine Konzentration der Ultraschallenergie in der Klemmspitze erreicht und außerdem vermieden, dass in anderen Abschnitten des Klemmteils unerwünscht hohe Schwingungen auftreten, beispielsweise im Bereich der Schneidklemme.
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Die Schweißverbindung im Wege des Ultraschallschweißens wird mithilfe einer Sonotrode durchgeführt, die während des Verbindungsprozesses benachbart zu einer Klemmspitze angeordnet wird. Die Ultraschallenergie der Sonotrode wird in Richtung der Klemmspitze geleitet, die an ihrer freien Stirnseite eine hohe Energiedichte aufweist, so dass mit dem Kontakt der Klemmspitze am gegenüberliegenden Klemmteil die Schweißverbindung in kurzer Zeit hergestellt werden kann.
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Indem zwei Klemmspitzen an gegenüberliegenden Seiten der Schneidklemme jeweils mit dem anderen Klemmteil verschweißt werden, wird außerdem eine symmetrische Kraftverteilung zwischen den Klemmteilen erreicht.
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Die Schneidklemme ist insbesondere in der Weise ausgeführt, dass mit dem Eindrücken des Drahts in die Klemmenaufnahme der Schneidklemme eine Isolierschicht, beispielsweise eine Lackisolierung, mit der der Draht bedeckt ist, verletzt wird, so dass eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Draht und der Schneidklemme hergestellt wird. Hierbei durchschneidet beispielsweise eine Schnittkante an der Innenseite der Schenkel, welche die Klemmenaufnahme begrenzen, die Isolierschicht und schneidet gegebenenfalls auch in den Kern des Drahts hinein.
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Es sind auch Ausführungen des Drahts ohne Isolierschicht in Form einer Lackisolierung oder einer anderweitigen Isolierung möglich. In diesem Fall kann auf eine Schnittkante an der Innenseite der Schenkel der Schneidklemme verzichtet werden.
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Der Draht kann gegebenenfalls aus einem gestanzten Kupfermaterial gefertigt und beispielsweise als Pin ausgebildet sein. Des Weiteren kommen Ausführungen des Drahts mit einer elektrisch leitfähigen Beschichtung wie Zinn, Silber oder Nickel oder Kombinationen hiervon in Betracht. Gegebenenfalls ist der Draht aber blank und ohne eine derartige, elektrisch leitfähige Beschichtung ausgeführt.
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Die Schneidklemme kann aus einem Kupferwerkstoff hergestellt sein, der insbesondere eine höhere Zugfestigkeit aufweist als der Draht.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Bilden einer Schneidklemmen-Draht-Verbindung gemäß dem vorbeschriebenen Verfahren. Hierbei werden zwei Klemmteile miteinander durch Schweißen verbunden, wobei beidseitig der Schneidklemme jeweils eine Klemmspitze angeordnet ist, die einteilig mit einem Klemmteil ausgebildet ist und mit dem anderen Klemmteil durch Schweißen verbunden wird. Die Vorrichtung umfasst die beiden Klemmteile und eine Schneidklemme, die insbesondere fest mit einem Klemmteil verbunden ist. Mit dem Annähern der Klemmteile gelangt der Draht in die Klemmenaufnahme der Schneidklemme und wird in die Klemmenaufnahme hineingedrückt.
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Es kann zweckmäßig sein, zur Begrenzung des Fügewegs - die Annäherung der Klemmteile aneinander - zusätzlich zu den Klemmspitzen mindestens einen Anschlag, vorzugsweise zwei Anschläge an einem oder an beiden Klemmteilen anzuordnen, wobei der Anschlag bzw. die Anschläge nach dem Fertigstellen der Verbindung zwischen den Klemmteilen auf Kontakt zum anderen Klemmteil liegen. Der Anschlag beschränkt den Fügeweg und stellt eine definierte Endlage der Klemmteile zueinander sicher. Gegebenenfalls kann auf einen derartigen Anschlag auch verzichtet werden.
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Mithilfe des vorbeschriebenen Verfahrens und der vorbeschriebenen Vorrichtung kann eine ausreichende Fügetiefe des Drahts in der Klemmenaufnahme der Schneidklemme sichergestellt werden, die eine hohe Zuverlässigkeit der Verbindung von Draht und Schneidklemme gewährleistet. Die Fügetiefe bezeichnet hierbei den Abstand zwischen dem Draht und dem Klemmengrund der Klemmenaufnahme zwischen den beiden Schenkeln der Schneidklemme.
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
- 1 eine Vorrichtung für eine Schneidklemmen-Draht-Verbindung,
- 2 eine Schneidklemme in detaillierter Darstellung.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die in 1 dargestellte Vorrichtung 1 bildet eine stromleitende Schneidklemmen-Draht-Verbindung, insbesondere in Elektromotoren, beispielsweise zur Herstellung der Verbindung zwischen dem Wicklungsdraht von Statorwicklungen und einer Anschlussplatte zur Stromversorgung der Statorwicklungen. Die Vorrichtung 1 umfasst eine Schneidklemme 2, die mit einem Draht 3 zu verbinden ist, sowie ein erstes Klemmteil 4 und ein zweites Klemmteil 5, welche Bestandteil der Verbindung zwischen Schneidklemme 2 und Draht 3 sind. Die beiden Klemmteile 4 und 5 bestehen aus einem Kunststoffmaterial und werden miteinander verschweißt. Das erste Klemmteil 4 ist Träger der Schneidklemme 2, der Draht 3 stützt sich an einer Stützfläche 6 am zweiten Klemmteil 5 ab. Wie mit dem Kraftpfeil 7 dargestellt, wird auf das erste Klemmteil 4 in einer nicht dargestellten Fügevorrichtung eine Kraft ausgeübt, mit der das erste Klemmteil 4 auf das zweite Klemmteil 5 zubewegt wird, welches in der Fügevorrichtung fest abgestützt ist. Während der Annäherungsbewegung des ersten Klemmteils 4 an das zweite Klemmteil 5 gelangt der Draht 3 in eine Klemmenaufnahme 8 der Schneidklemme 2.
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Die Klemmenaufnahme 8 ist U-förmig ausgebildet und kann sich ggf. zur freien Stirnseite der Klemmenaufnahme 8 hin erweitern. Die Schenkel der Klemmenaufnahme 8 sind so ausgebildet, dass mit dem Hineinwandern des Drahts 3 in die Klemmenaufnahme 8 eine Isolierschicht auf dem Draht 3 verletzt wird und zugleich der Draht 3 von den beiden Schenkeln der Schneidklemme 2 eine Radialkraft erfährt. Dies stellt sicher, dass eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Schneidklemme 2 und dem Draht 3 bzw. dem Kern des Drahts 3 hergestellt wird.
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Mit zunehmender Annäherung des ersten Klemmteils 4 an das zweite Klemmteil 5 wird der Draht 3 in die Klemmenaufnahme 8 hineingedrückt. Zugleich werden das erste Klemmteil 4 und das zweite Klemmteil 5 im Wege des Ultraschallschweißens miteinander verschweißt. Die Verschweißung zwischen den Klemmteilen 4 und 5 erfolgt über zwei Klemmspitzen 9 am ersten Klemmteil 4 und zugeordnete Aufnahmetaschen 10 am zweiten Klemmteil 5. Die an dem ersten Klemmteil 4 angeformten Klemmspitzen 9 gelangen in Eingriff mit den zugeordneten Aufnahmetaschen 10 und berühren mit ihrer Stirnseite den Grund der Aufnahmetasche.
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Für die Ultraschallverschweißung sind zwei Sonotroden 11 vorgesehen, die benachbart zum Klemmteil 4 auf der den Schneidspitzen 9 abgewandten Seite angeordnet und koaxial zu den Klemmspitzen 9 ausgerichtet sind. Hierdurch wird die Ultraschallenergie, welche in den Sonotroden 11 erzeugt wird, in die Klemmspitzen 9 geleitet, wobei die Stirnseite der Klemmspitzen 9 eine hohe Energiedichte aufweist und bei einem Kontakt der Stirnseite jeder Klemmspitze 9 mit dem Grund der Aufnahmetasche 10 im zweiten Klemmteil 5 das Kunststoffmaterial sowohl im Bereich der Stirnseite der Klemmspitze 9 als auch im Grund der Aufnahmetasche 10 angeschmolzen wird. Nach Beendigung des Aufbringens von Ultraschallenergie härtet das aufgeschmolzene Kunststoffmaterial aus, so dass eine feste Verbindung zwischen den Klemmteilen 4 und 5 vorliegt.
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Die Schwingungen, welche von den Sonotroden 11 im Ultraschallbereich erzeugt werden, wirken sich hauptsächlich in den Klemmspitzen 9 aus. In einem geringeren Maße pflanzen sich die Schwingungen im Ultraschallbereich auch auf die Schneidklemme 2 fort, wobei diese Schwingungen ein Eindrücken des Drahts 3 in die Klemmenaufnahme 8 in der Schneidklemme 2 begünstigen.
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Vorteilhafterweise werden die beiden Klemmteile 4 und 5 so weit angenähert, bis der Draht 3 vollständig in der Klemmenaufnahme 8 der Schneidklemme 2 aufgenommen ist. Die freien Stirnseiten der Schenkel der Schneidklemme 2 können sich hierbei an der Stützfläche 6 des zweiten Klemmteils 5 abstützen.
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Die beiden Klemmspitzen 9 befinden sich auf gegenüberliegenden Seiten der Schneidklemme 2. Nach Beendigung des Schweißvorgangs wird hierdurch eine gleichmäßige und symmetrische Kraftübertragung zwischen den Klemmteilen 4 und 5 erreicht.
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Benachbart zu den Aufnahmetaschen 10 sind an dem zweiten Klemmteil 5 Anschläge 12 angeformt, welche den Fügeweg bei der Annäherung der Klemmteile 4 und 5 zueinander begrenzen. Eine Annäherung der Klemmteile 4 und 5 ist nur so weit möglich, bis die Anschläge 12 am zweiten Klemmteil 5 auf Kontakt mit dem ersten Klemmteil 4 liegen.
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2 zeigt eine Schneidklemme 2 in detaillierter Ansicht. Die Klemmenaufnahme 8, die den Klemmschlitz zwischen den beiden Schenkeln 2a und 2b der Schneidklemme 2 bildet, weist benachbart zu ihrer außenliegenden Öffnung eine innenliegende Schabe- oder Schnittkante 13 auf, welche dazu dient, eine Isolierschicht, beispielsweise in Form einer Lackisolierung auf dem Draht beim Einfügen in die Klemmenaufnahme 8 anzuritzen und gegebenenfalls zumindest teilweise zu entfernen. An die Schabe- oder Schnittkante 13 schließt sich in Richtung des Klemmengrunds 16 eine Schabefläche 14 an, die einen geringfügig kleineren Innendurchmesser als im Bereich der Schabe- oder Schnittkante 13 aufweist. An der Schabefläche 14 kann die Lackisolierung des Drahtes beim weiteren Einfügen in Richtung des Klemmengrundes 16 durch Abschaben entfernt werden.
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An die Schabefläche 14 schließt sich eine Kontaktzone 15 an, die einen weiter reduzierten Innendurchmesser im Vergleich zu der Schabefläche 14 aufweist. In der Kontaktzone 15 befindet sich der Draht in seiner Endposition. Die Kontaktzone 15 liegt auf Abstand zum Klemmengrund 16 und definiert die Fügetiefe des Drahtes, bei der es sich um den Abstand zwischen der Mitte des Drahtes und dem Klemmengrund 16 handelt. Es ist nicht erforderlich, dass der Draht unmittelbar am Klemmengrund 16 anliegt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008054529 A1 [0002]
