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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer stromleitenden Kupferlitze-Kupferstreifen-Verbindung.
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Stand der Technik
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Es ist bekannt, das verpresste Ende einer Kupferlitze mit einem Kupferstreifen, der mit einer Zinkbeschichtung versehen ist, mithilfe des Widerstandsschweißverfahrens zu verbinden. Nachteilig hierbei ist es, dass zum Durchführen des Widerstandsschweißverfahrens Schweißflächen für den Elektrodenkontakt verwendet werden müssen, die jedoch Platz beanspruchen, welcher beispielsweise bei der Verbindung zwischen einer Statorwicklung eines Elektromotors und einer Anschlussplatte nicht oder nur in eingeschränktem Maße zur Verfügung steht. Die Zinkbeschichtung, die als Verbindungsmaterial dient, führt außerdem zu höheren Teilekosten.
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Offenbarung der Erfindung
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Mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine stromleitende Kupferlitze-Kupferstreifen-Verbindung hergestellt werden, die beispielsweise in Elektromotoren zum Einsatz kommt, z.B. bei der elektrischen Verbindung zwischen einer Statorwicklung und einer Anschlussplatte für den Stator, über den die Statorwicklungen bestromt werden.
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Bei dem Verfahren wird in den Kupferstreifen ein Fenster eingebracht und wird der Kupferstreifen zu einer U-Form gebogen. Die Kupferlitze, welche mit dem Kupferstreifen stromleitend verbunden werden soll, wird in die U-Form des Kupferstreifens eingesetzt. Anschließend erfolgt der Verschweißvorgang mittels Laserschweißens, indem ein Laserstrahl durch das Fenster in dem Kupferstreifen geführt wird, woraufhin das Kupfermaterial partiell anschmilzt und die gewünschte Schweißverbindung zwischen Kupferlitze und Kupferstreifen erfolgt.
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Diese Ausführung hat den Vorteil, dass das Verfahren platzsparend durchgeführt werden kann, so dass auch eine Anwendung des Verfahrens bei beengten Raumverhältnissen in Betracht kommt. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens liegt darin, dass bei dem Laserschweißvorgang grundsätzlich kein weiteres Material zur Durchführung des Schweißens erforderlich ist. Es ist insbesondere nicht erforderlich, dass der Kupferstreifen und/oder die Kupferlitze mit einer Beschichtung, beispielsweise einer Zinkbeschichtung versehen sind. In bevorzugter Ausführung sind der Kupferstreifen und die Kupferlitze ohne Beschichtung ausgeführt.
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Das Fenster in dem Kupferstreifen kann durch Stanzen oder Schneiden hergestellt werden. Vorteilhafterweise handelt es sich um ein umseitig geschlossen ausgeführtes Fenster mit umseitig begrenzenden Wandungen des Kupferstreifens. Das Fenster weist beispielsweise Rechteckform auf, z.B. Quaderform.
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Die U-Form des Kupferstreifens wird durch Biegen eines ebenen Kupferstreifenabschnittes hergestellt. Vorteilhafterweise befindet sich das Fenster am Boden der U-Form im Kupferstreifen. Alternativ ist es auch möglich, das Fenster in eine Seitenwand der U-Form einzubringen. Grundsätzlich genügt es, genau ein Fenster im Kupferstreifen vorzusehen, wenngleich auch Ausführungen möglich sind mit mehr als einem Fenster, beispielsweise zwei oder drei Fenstern im Boden und/oder in den Seitenwänden der U-Form.
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Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung wird die Kupferlitze nach dem Umformen des Kupferstreifens zur U-Form in diese hineingepresst. Hierbei kann es vorteilhaft sein, die Kupferlitze so weit in die U-Form hineinzupressen, dass die Kupferlitze sich verformt und teilweise in das Fenster hineinragt, welches in den Kupferstreifen eingebracht ist. Hierdurch wird in Längs- und in Umfangsrichtung der Kupferlitze bereits eine formschlüssige Verbindung zu dem Kupferstreifen hergestellt. Während des Laserschweißvorganges kann das Material im überstehenden Bereich der Kupferlitze und der angrenzenden Umrandung des Kupferstreifens angeschmolzen werden.
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Alternativ hierzu ist es auch möglich, dass die Kupferlitze nur so weit in die U-Form des Kupferstreifens hineinragt, bis der Grund der U-Form - die Innenseite des Bodens der U-Form - erreicht ist, so dass die Kupferlitze lediglich benachbart zu dem Fenster im Kupferstreifen liegt, ohne jedoch in das Fenster hineinzuragen. Beim Laserschweißvorgang wird das Kupfermaterial im Rand- bzw. Kontaktbereich zwischen Kupferlitze und dem das Fenster begrenzenden Rand des Kontaktstreifens verschmolzen.
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Es kann gegebenenfalls zweckmäßig sein, das Biegen des Kupferstreifens zur U-Form und das Einsetzen der Kupferlitze in einem gemeinsamen Arbeitsgang durchzuführen. Hierbei wird insbesondere der Kupferstreifen mit der unmittelbar anliegenden Kupferlitze in der Weise gebogen, dass die gewünschte U-Form des Kupferstreifens erreicht wird, wobei mit dem Erreichen der U-Form sich die Kupferlitze bereits am Grund der U-Form befindet.
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Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung sind an dem Kupferstreifen seitlich überstehende Anschlussabschnitte angeordnet, über die der Kupferstreifen mit einem stromleitenden Leiterstreifen verbunden werden kann. Die seitlich überstehenden Anschlussabschnitte befinden sich insbesondere an gegenüberliegenden Seiten des Fensters am Boden der U-Form. Im ebenen Ausgangszustand des Kupferstreifens werden die seitlich überstehenden Anschlussabschnitte beispielsweise durch Stanzen oder Schneiden hergestellt.
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Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung erstrecken sich die seitlich überstehenden Anschlussabschnitte nur über einen Teilbereich der Breite der U-Form und befinden sich insbesondere am Boden der U-Form. Es kann gegebenenfalls aber auch zweckmäßig sein, dass sich die Anschlussabschnitte mindestens über die gesamte Breite der U-Form erstrecken, was den Vorteil hat, dass eine entsprechend großflächige Verbindung zu dem sich anschließenden Leiterstreifen möglich ist.
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Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung wird ein Ende der Kupferlitze vor dem Einsetzen in die U-Form verpresst und weist dadurch eine ebene Oberfläche auf. Nach dem Einsetzen in die U-Form ist diese ebene Oberfläche dem Fenster zugewandt, welches in die U-Form des Kupferstreifens eingebracht ist. Die ebene Oberfläche des verpressten Abschnittes der Kupferlitze liegt hierbei parallel zur Fensterebene und somit vertikal ausgerichtet zum Laserstrahl, mit dem der Laserschweißvorgang durchgeführt wird.
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Es kann zweckmäßig sein, die Seitenwände der U-Form des Kupferstreifens mit einer Erstreckung auszuführen, die größer ist als das verpresste Ende der Kupferlitze, so dass das verpresste Ende vollständig von den Seitenwänden der U-Form eingerahmt wird. Dies hat den Vorteil, dass über eine verhältnismäßig große Fläche ein Kontakt zwischen Kupferlitze und Kupferstreifen mit einem entsprechend verbesserten Stromfluss gewährleistet ist. In alternativer Ausführung kann es aber ausreichend sein, dass die U-Form, insbesondere die Seitenwände der U-Form, eine Erstreckung aufweisen, die kürzer ist als das verpresste Ende der Kupferlitze, so dass entsprechend dieses verpresste Ende der Kupferlitze teilweise von der U-Form des Kupferstreifens eingerahmt wird.
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Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung wird der Laserstrahl zum Durchführen des Schweißvorgangs entlang des Fensterrandbereichs bewegt, so dass die aneinandergrenzenden Kontaktabschnitte von Kupferlitze und Kupferstreifen erwärmt und angeschmolzen werden. Hierbei kann es ausreichend sein, den Laserstrahl entlang des Fensterrandbereichs auf zwei gegenüberliegenden Randseiten des Fensters zu bewegen, so dass entsprechend auch nur an diesen Stellen eine Verschweißung zwischen Kupferlitze und Kupferstreifen stattfindet. Die weiteren Randseiten bleiben dagegen ohne Verschweißung. Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, dass für die Verschweißung ein geringerer Energieeintrag ausreichend ist.
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
- 1 eine Draufsicht auf eine Grundform eines Kupferstreifens, mit seitlich überstehenden Anschlussabschnitten,
- 2 der Kupferstreifen mit eingebrachtem Fenster,
- 3 der Kupferstreifen in umgebogener U-Form,
- 4 eine Kupferlitze-Kupferstreifen-Verbindung in einer Ansicht von oben,
- 5 die Kupferlitze-Kupferstreifen-Verbindung in einer Ansicht von unten,
- 6 einen Schnitt durch die Kupferlitze-Kupferstreifen-Verbindung mit eingezeichnetem Laserkegel zum Durchführen eines Laserschwei ßvorgangs,
- 7 in einer Ausführungsvariante eine Kupferlitze-Kupferstreifen-Verbindung in einer Ansicht von oben,
- 8 die Kupferlitze-Kupferstreifen-Verbindung gemäß 7 in einer Ansicht von unten,
- 9 die Kupferlitze-Kupferstreifen-Verbindung gemäß den 7 und 8 in einer Schnittdarstellung.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In den 1 bis 6 ist ein erstes Ausführungsbeispiel dargestellt, wobei die 1 bis 3 einen Kupferstreifen 1 und die 4 bis 6 die Verbindung zwischen dem Kupferstreifen 1 und einer Kupferlitze 5 zeigen.
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Die 1 und 2 zeigen den Kupferstreifen 1 in der ebenen, noch nicht umgebogenen Grundform, welche zumindest annähernd rechteckförmig ausgeführt ist und an den Längsseiten gegenüberliegend zwei überstehende Anschlussabschnitte 2 aufweist, über die die elektrische Verbindung mit Leiterstreifen 6 (4, 5) erfolgt.
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In 2 ist ein Fenster 3 in den Kupferstreifen 1 eingebracht, das entweder durch Stanzen oder durch Schneiden hergestellt wird. Das Fenster 3 ist von dem Material des Kupferstreifens 1 umlaufend umschlossen. Das Fenster 3 weist ebenfalls eine Rechteckform auf. Die beiden gegenüberliegenden Anschlussabschnitte 2 befinden sich in Höhe des Fensters 3.
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3 zeigt den Kupferstreifen 1 im umgebogenen Zustand, in welchem der Kupferstreifen 1 eine U-Form 4 mit zwei Seitenwänden 4a und 4b und einem Boden 4c einnimmt. Das Fenster 3 befindet sich im Boden 4c. Die beiden Seitenwände 4a und 4b definieren einen innenliegenden Aufnahmeraum, wobei die beiden Seitenwände 4a, 4b in der Weise zueinander ausgerichtet sind, dass der Aufnahmeraum sich zur offenen Seite der U-Form hin geringfügig erweitert. Der Aufnahmeraum in der U-Form 4 dient zur Aufnahme einer Kupferlitze 5.
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In den 4 bis 6 ist die Verbindung von Kupferstreifen 1 und Kupferlitze 5 dargestellt. Die Kupferlitze 5 weist ein verpresstes Ende 5a auf, das eine quadratische Querschnittsform besitzt. Mit dem verpressten Ende 5a wird die Kupferlitze 5 in den Aufnahmeraum der U-Form 4 hineingepresst, bis eine ebene Seiten- bzw. Oberfläche des verpressten Endes 5a am Boden 4c benachbart zum Fenster 3 anliegt. Wie der Schnittdarstellung gemäß 6 zu entnehmen, kann es gegebenenfalls zweckmäßig sein, das Ende 5a so weit in den Aufnahmeraum der U-Form 4 hineinzupressen, dass sich das Ende 5a plastisch verformt und geringfügig in das Fenster 3 hineinragt, was in 6 mit dem Überstand 8 gekennzeichnet ist.
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Der umgebogene Kupferstreifen 1 weist, wie den 4 und 5 zu entnehmen ist, eine geringere Länge auf als das verpresste Ende 5a der Kupferlitze 5. Das verpresste Ende 5a ragt somit durch die U-Form 4 des Kupferstreifens 1 hindurch.
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In der Schnittdarstellung gemäß 6 ist ein Laserstrahlkegel 7 eingezeichnet, welcher einen Laserstrahl kennzeichnet, mit dem ein Laserschweißvorgang zum Verschweißen von Kupferstreifen 1 und Kupferlitze 5 im Bereich des verpressten Endes 5a durchgeführt wird. Hierfür wird der Laserstrahl 7 im Randbereich des Fensters 3 bewegt, um den Kontaktbereich von Kupferstreifen 1 und verpresstem Ende 5a der Kupferlitze 5 anzuschmelzen und miteinander zu verbinden. Hierbei kann es ausreichend sein, dass der Laserstrahl nur auf zwei gegenüberliegenden Randseiten des Fensters 3 entlangbewegt wird, um an diesen Stellen eine Verschweißung zu bewirken. Dies reicht grundsätzlich aus, um eine feste und stromleitende Verbindung zwischen Kupferstreifen 1 und Kupferlitze 5 herzustellen. Der Laserstrahl 7 trifft senkrecht oder zumindest annähernd senkrecht auf die ebene Fläche des verpressten Endes 5a der Kupferlitze 5.
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In den 7 bis 9 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Verbindung einer Kupferlitze 5 mit einem Kupferstreifen 1 dargestellt. Der grundsätzliche Aufbau entspricht demjenigen des ersten Ausführungsbeispiels, wobei auch in den 7 bis 9 der Kupferstreifen 1 eine umgebogene U-Form 4 mit Seitenwänden 4a, 4b und einem Boden 4c bildet, in den ein Fenster 3 eingebracht ist, über das der Laserstrahlkegel 7 zum Verschweißen von Kupferstreifen 1 und verpresstem Ende 5a der Kupferlitze 5 einfällt.
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Beim Ausführungsbeispiel gemäß den 7 bis 9 weist der U-förmige Kupferstreifen 1 in Längserstreckung - bezogen auf die Längsachse der Kupferlitze 5 - eine größere Erstreckung als im ersten Ausführungsbeispiel auf. Dementsprechend sind die durch Umbiegung erzeugten Seitenwände 4a, 4b länger ausgeführt und besitzen eine Erstreckung, die größer ist als die Länge des verpressten Endes 5a der Kupferlitze 5. Hierdurch ist es möglich, dass das verpresste Ende 5a vollständig von den beiden Seitenwänden 4a, 4b eingerahmt wird, so dass eine entsprechend große Verbindungsfläche zwischen dem verpressten Ende 5a und den Innenseiten der Seitenwände 4a, 4b besteht. Der Boden 4c der U-Form 4 ist ebenfalls entsprechend lang ausgebildet und nimmt das verhältnismäßig kleinere Fenster 3 auf, über das der Laserstrahlkegel 7 ei nfällt.
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Die Seitenwände 4a, 4b und der Boden 4c gehen im gegenüberliegenden Seitenbereich jeweils in Anschlussabschnitte 2 über, über die der Anschluss an die Leiterstreifen 6 erfolgt.
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Es sei angemerkt, dass hinsichtlich der in den Figuren und in der Beschreibung gezeigten Ausführungsbeispiele vielfältige Kombinationsmöglichkeiten der einzelnen Merkmale untereinander möglich sind. So kann beispielsweise die konkrete Ausbildung und Anordnung des Kupferstreifens 1 und des Fensters 3 variiert werden. Ebenso kann anstelle des Kupfers der Kupferlitze und/oder des Kupferstreifens auch anderes elektrisch gut leitfähiges Metall als metallischer Leiterstreifen und metallische elektrische Litze verwendet werden, insbesondere auch unterschiedliche Kupferlegierungen. Die Erfindung eignet sich in besonderer Weise für die elektrische Kontaktierung von elektrischen Maschinen, insbesondere für den Drehantrieb von Komponenten oder die Verstellung von Teilen im Kraftfahrzeug, ist jedoch nicht auf diese Anwendung beschränkt.
