DE102019216194A1

DE102019216194A1 - Method for welding square bars made of a copper material

Info

Publication number: DE102019216194A1
Application number: DE102019216194.4A
Authority: DE
Inventors: Jörg Peter; Patric Knorr
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2019-10-21
Filing date: 2019-10-21
Publication date: 2021-04-22

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verschweißen von Kantstäben (11, 12) aus einem Kupfermaterial mittels Laserschweißens, umfassend die Schritten- Positionieren zweier Kantstäbe (11, 12) mit derart aneinander anliegenden Endabschnitten je einer ihrer Seiten, dass ihre zugeordneten Stirnflächen (111, 121) bündig nebeneinander liegen und eine gemeinsame Schweißfläche (16) bilden, und- Beaufschlagen der Schweißfläche (16) mit dem bewegten Fokalfleck eines Schweißstrahls zum lokalen Aufschmelzen des Kupfermaterials zwecks Ausbildung einer beide Stirnflächen (111, 121) überlappenden Schweißstruktur,Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass in einem Hauptschritt der Fokalfleck in einer ebenen, an die Außenkontur der Schweißfläche (16) angepassten und bei jedem Umlauf die Grenzlinie (18) zwischen den Stirnflächen (111, 121) kreuzenden Spirale geführt wird.The invention relates to a method for welding square bars (11, 12) made of a copper material by means of laser welding, comprising the steps of positioning two square bars (11, 12) with one of their sides abutting end sections in such a way that their associated end faces (111 , 121) lie flush next to each other and form a common welding surface (16), and- applying the welding surface (16) with the moving focal spot of a welding beam for local melting of the copper material for the purpose of forming a welding structure that overlaps both end surfaces (111, 121), The invention is characterized is characterized in that, in a main step, the focal spot is guided in a flat spiral which is adapted to the outer contour of the welding surface (16) and which crosses the boundary line (18) between the end faces (111, 121) with each revolution.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verschweißen von Kantstäben, insbesondere Flachstäben, aus einem Kupfermaterial mittels Laserschweißens, umfassend die Schritten

- Positionieren zweier Kantstäbe mit derart aneinander anliegenden Endabschnitten je einer ihrer Seiten, insbesondere Flachseiten, dass ihre zugeordneten Stirnflächen bündig nebeneinander liegen und eine gemeinsame Schweißfläche bilden, und
- Beaufschlagen der Schweißfläche mit dem bewegten Fokalfleck eines Schweißstrahls zum lokalen Aufschmelzen des Kupfermaterials zwecks Ausbildung einer beide Stirnflächen überlappenden Schweißstruktur.

The invention relates to a method for welding edge bars, in particular flat bars, made of a copper material by means of laser welding, comprising the steps

- Positioning two square bars with end sections abutting one another in each case on one of their sides, in particular flat sides, that their associated end faces are flush with one another and form a common welding surface, and
- Applying the moving focal spot of a welding beam to the welding surface for local melting of the copper material for the purpose of forming a welding structure that overlaps both end surfaces.

Ein derartiges Verfahren ist der Anmelderin aus eigener Fertigung bekannt.Such a method is known to the applicant from its own production.

Ein wesentlicher Schritt bei der Fertigung von Elektromotoren, insbesondere von Statoren solcher Elektromotoren, ist die Ausbildung der sogenannten Wicklungen, d.h. der Leiterspulen, die um die einzelnen Arme des Statorankers gewunden sind. Bei leistungsstarken Traktionsmaschinen, in denen bei Betrieb hohe Ströme in den Wicklungen fließen, sind große Leiterquerschnitte erforderlich. In der Praxis werden im Wesentlichen steife Flachstäbe aus hochgradig leitfähigem Kupfermaterial verwendet, die an den axialen Enden des den Statoranker bildenden Blechpakets nicht umgebogen, sondern mit einem weiteren, zurückführenden Flachstab verschweißt werden. Hierzu werden jeweils zwei Flachstäbe in zugeordnete Nuten oder Kanäle des Blechpaketes eingeführt, sodass sie im Wesentlichen parallel zueinander und über den größten Teil ihrer Längserstreckung voneinander elektrisch isoliert positioniert sind. In ihren axialen Endbereichen, in denen sie durch Verschweißung miteinander mechanisch und elektrisch verbunden werden sollen, liegen sie sich mit ihren Flachseiten berührend aneinander an. Insbesondere erfolgt die Anlage der Flachstäbe zueinander so, dass ihre Stirnflächen bündig nebeneinander liegen und eine gemeinsame, von einer Grenzlinie zwischen den Stirnseiten durchzogene Schweißfläche bilden. Die Verschweißung erfolgt dann durch einen auf die Schweißfläche gerichteten Fokalfleck eines Schweißlasers.An essential step in the manufacture of electric motors, especially stators of such electric motors, is the formation of the so-called windings, i.e. the conductor coils that are wound around the individual arms of the stator armature. In the case of powerful traction machines in which high currents flow in the windings during operation, large conductor cross-sections are required. In practice, essentially rigid flat bars made of highly conductive copper material are used, which are not bent over at the axial ends of the laminated core forming the stator armature, but instead are welded to a further, returning flat bar. For this purpose, two flat bars are inserted into assigned grooves or channels of the laminated core so that they are positioned essentially parallel to one another and electrically insulated from one another over the greater part of their longitudinal extent. In their axial end regions, in which they are to be mechanically and electrically connected to one another by welding, they rest with their flat sides in contact with one another. In particular, the flat bars are in contact with one another in such a way that their end faces are flush with one another and form a common welding surface through which a boundary line between the end faces forms. The welding then takes place through a focal spot of a welding laser directed onto the welding surface.

Aus der DE 69 628 646 T2 ist es grundsätzlich bekannt, zur Verschweißung zweier seitlich aneinander liegender Bauteile den Fokalfleck des Schweißstrahls entlang der Naht zwischen beiden Bauteilen zu führen, um eine tief eindringende Schweißraupe auszubilden. In einem Ausführungsbeispiel offenbart die genannte Druckschrift eine zusätzliche, kreisende Bewegung des Fokalflecks entlang der Schweißnaht.From the DE 69 628 646 T2 It is known in principle to guide the focal spot of the welding beam along the seam between the two components in order to weld two components lying laterally against one another in order to form a deeply penetrating weld bead. In one embodiment, the cited document discloses an additional, circular movement of the focal spot along the weld seam.

Die EP 3 069 813 A1 offenbart einen ähnlichen Ansatz zur Fokalfleckführung.The EP 3 069 813 A1 discloses a similar approach to focal point guidance.

Aus der WO 2018/144524 A1 ist die grundsätzliche Eignung des Laserschweißens, insbesondere im sichtbaren Wellenlängenspektrum, zur Verbindung von Kupfer-Bauteilen bekannt.From the WO 2018/144524 A1 the fundamental suitability of laser welding, especially in the visible wavelength spectrum, for joining copper components is known.

In der Praxis stoßen die bekannten Techniken auf Probleme dahingehend, dass einerseits zur Ausbildung einer elektrisch sehr gut leitenden Verbindung ein tiefes Aufschmelzen der Stirnflächen der zu verbindenden Flachstäbe erforderlich ist, wobei andererseits ein solch tiefes Aufschmelzen zu einer erheblichen Spritzerbildung während des Schweißprozesses führt. Dies ist insbesondere beim Statorenbau ungünstig. Hier müssen auf engem Raum sehr viele Schweißverbindungen geschaffen werden und Kurzschlüsse, beispielsweise durch unglücklich positionierte Schmelzespritzer, sind unbedingt zu vermeiden.In practice, the known techniques encounter problems in that, on the one hand, a deep melting of the end faces of the flat rods to be connected is necessary in order to form a connection with excellent electrical conductivity, and on the other hand, such deep melting leads to considerable spatter formation during the welding process. This is particularly unfavorable in the case of stators. A lot of welded joints have to be created in a small space and short circuits, for example due to improperly positioned melt splatters, must be avoided at all costs.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gattungsgemäßes Verfahren derart weiterzubilden, dass bei gleicher oder verbesserter Verbindungsqualität, insbesondere der elektrisch leitenden Verbindung, ein schnelles und saubereres Arbeiten ermöglicht wird.It is the object of the present invention to develop a generic method in such a way that faster and cleaner work is made possible with the same or improved connection quality, in particular the electrically conductive connection.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass in einem Hauptschritt der Fokalfleck in einer ebenen, an die Außenkontur der Schweißfläche angepassten und bei jedem Umlauf die Grenzlinie zwischen den Stirnflächen kreuzenden Spirale geführt wird.This object is achieved in connection with the features of the preamble of claim 1 in that, in a main step, the focal spot is guided in a flat spiral which is adapted to the outer contour of the welding surface and which crosses the boundary line between the end faces with each revolution.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.Preferred embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Der Kern der Erfindung besteht in einer sehr speziellen Führung des Fokalflecks. Entgegen der üblichen Technik, den Fokalfleck im Wesentlichen linear entlang der Grenzlinie zwischen den zu verbindenden Bauteilen zu führen, wird ein spiralförmiges Kreisen auf der Schweißfläche vorgeschlagen, bei dem der Fokalfleck gerade nicht linear entlang der Grenzlinie, sondern vielmehr mehrfach im Wesentlichen senkrecht dazu geführt wird. Bei jedem Spiralumlauf läuft der Fokalfleck parallel zur Grenzlinie auf einer der beiden Stirnseiten, kreuzt sodann die Grenzlinie und läuft parallel zu ihr auf der anderen Stirnfläche zurück, um die Grenzlinie sodann erneut zu kreuzen. Hierdurch wird die gesamte Schweißfläche vergleichsweise tief aufgeschmolzen, sodass sich eine beide Stirnflächen überlappende Schweißperle anstelle einer auf die Grenzlinie konzentrierten, raupenartigen Schweißnaht ergibt. Die Schweißperle überwölbt die Schweißfläche kuppelartig und bildet zwischen den Kantstäben eine 180°-Krümmung mit weitgehend gleichbleibendem Querschnitt. Ein unerwünschter Widerstandssprung im Umlenkungsbereich wird dadurch zuverlässig vermieden. Das aufgrund der erfindungsgemäßen Spiralführung weitgehend gleichmäßige Aufschmelzen des Materials der Schweißfläche führt zur Bildung einer äußerst ruhigen und daher nicht spritzeranfälligen Schmelze. Durch die vielfache Passage des Fokalflecks an eng benachbarten Positionen auf der Schweißfläche kann die Verweildauer des Fokalflecks an jeder einzelnen Stelle minimiert werden. Mit anderen Worten kann ein sehr schneller Strahlvorschub, d.h. eine hohe Führungsgeschwindigkeit realisiert werden, sodass die jeweils zusätzlich aufgeschmolzene Materialtiefe nur gering ist, was ebenfalls zur Beruhigung der Schmelze im Vergleich zum eng lokalisierten, tiefen Aufschmelzen des Materials beiträgt.The essence of the invention consists in a very special guidance of the focal spot. Contrary to the usual technique of guiding the focal spot essentially linearly along the border line between the components to be connected, a spiral-shaped circling on the welding surface is proposed, in which the focal spot is not guided linearly along the border line, but rather multiple times essentially perpendicular to it . With each spiral revolution, the focal spot runs parallel to the boundary line on one of the two end faces, then crosses the boundary line and runs back parallel to it on the other end face, in order to then cross the boundary line again. As a result, the entire weld surface is melted comparatively deeply, so that a weld bead overlapping both end faces results instead of a bead-like weld seam concentrated on the boundary line. The welding bead arches over the welding surface like a dome and forms a 180 ° curve with a largely constant cross-section between the square bars. An undesirable jump in resistance in the deflection area is thereby reliably avoided. The largely uniform melting of the material of the welding surface due to the spiral guide according to the invention leads to the formation of an extremely calm and therefore not spatter-prone melt. The multiple passage of the focal spot at closely adjacent positions on the welding surface means that the dwell time of the focal spot at each individual point can be minimized. In other words, a very fast beam advance, ie a high guiding speed, can be achieved so that the additionally melted material depth is only small, which also contributes to calming the melt compared to the narrowly localized, deep melting of the material.

Die äußere Form der Spirale ist an die Außenkontur der Schweißfläche angepasst. Bildet, wie dies beim Anlegen zweier Flachstäbe aneinander regelmäßig der Fall ist, die Schweißfläche ein Rechteck, ist auch die Grundform der Spirale, in welcher der Fokalfleck geführt wird, rechteckig mit gleichen oder ähnlichen Relativproportionen, wobei die Ecken der Spirale insbesondere in deren radial äußerem Bereich deutlich abgerundet sein können. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass letztendlich im Wesentlichen die gesamte Schweißfläche bzw. zumindest ihr für elektrische Leitung wesentlicher Zentralbereich gleichmäßig mit der Laserstrahlung beaufschlagt und entsprechend gleichmäßig aufgeschmolzen wird.The outer shape of the spiral is adapted to the outer contour of the welding surface. If the welding surface forms a rectangle, as is regularly the case when two flat rods are placed against one another, the basic shape of the spiral in which the focal spot is guided is also rectangular with the same or similar relative proportions, the corners of the spiral especially in the radially outer part Area can be clearly rounded. In this way, it is ensured that ultimately essentially the entire welding surface or at least its central region, which is essential for electrical conduction, is evenly exposed to the laser radiation and correspondingly evenly melted.

Bevorzugt wird die Spirale von innen nach außen durchfahren. Im Innenbereich ergibt sich dabei aufgrund der größeren Nähe der Führungsbahnen bei aufeinanderfolgenden Umläufen eine größere Aufschmelztiefe und eine größere Wärmespeicherung, die ausreicht, um diesen Bereich hinreichend lange flüssig zu halten, bis auch die Außenbereiche der Schweißfläche verflüssigt sind und zu der gemeinsamen Schweißperle beitragen können.The spiral is preferably traversed from the inside to the outside. In the inner area, the closer proximity of the guideways results in a greater melting depth and greater heat storage during successive revolutions, which is sufficient to keep this area liquid for a long enough time until the outer areas of the welding surface are also liquefied and can contribute to the common weld bead.

Wie erwähnt, erlaubt die erfindungsgemäße Fokalfleckführung hohe Führungsgeschwindigkeiten. Bevorzugt liegen diese in der Größenordnung von 300-400 mm/s, bevorzugt bei 325 - 375 mm/s, besonders bevorzugt bei ca. 350 mm/s. Dies ist bei geeigneter Laserleistung und optischer Einstellung eine dahingehend optimale Geschwindigkeit, als eine hinreichende Schmelztiefe erreicht wird, ohne dass die Schmelze dadurch lokal aufgewühlt und Spritzer erzeugt würden. Als besonders günstige Einstellungen haben sich Laserleistungen von 2.000 - 2.500 Watt bei einem Fokusdurchmesser von ca. 0,1 - 0,2 mm erwiesen. Die Laserwellenlänge liegt bevorzugt im sichtbaren Frequenzspektrum, insbesondere im roten Frequenzbereich. Bevorzugt wird ein Dauerstrich-Laser verwendet, obgleich auch gepulste Schweißlaser grundsätzlich einsetzbar sind.As mentioned, the focal point guide according to the invention allows high guide speeds. These are preferably in the order of magnitude of 300-400 mm / s, preferably 325-375 mm / s, particularly preferably approx. 350 mm / s. With a suitable laser power and optical setting, this is an optimal speed in that a sufficient melt depth is achieved without the melt being locally churned and spatter being generated. Laser powers of 2,000-2,500 watts with a focus diameter of approx. 0.1-0.2 mm have proven to be particularly favorable settings. The laser wavelength is preferably in the visible frequency spectrum, in particular in the red frequency range. A continuous wave laser is preferably used, although pulsed welding lasers can in principle also be used.

Der erfindungsgemäße Ansatz, durch eine spiralartige Fokalfleckführung ein quasi flächiges Aufschmelzen der Schweißfläche zu erreichen, kann bei einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens noch verfeinert werden. So ist bei einer solchen Weiterbildung vorgesehen, dass in einem dem Hauptschritt vorangehenden, ersten Vorbereitungsschritt der Fokalfleck innerhalb der ersten der Stirnflächen in einer ebenen, an die Außenkontur der ersten Stirnfläche angepassten Spirale geführt wird. In diesem ersten Vorbereitungsschritt wird also die Grenzlinie zwischen den beiden Stirnflächen der Kantstäbe nicht gekreuzt. Bevorzugt wird sie nicht einmal touchiert, da bei der bevorzugten Ausführungsform besagte Spirale ausschließlich im Zentralbereich der ersten Stirnfläche und mit Abstand zu deren Rändern, insbesondere also auch mit Abstand zur Grenzlinie zwischen den beiden Stirnflächen durchfahren wird. Der Abstand kann beispielsweise im Bereich von 1/4 bis zu 1/3 der Gesamtbreite der ersten Stirnfläche liegen. Bei dieser Ausführungsform des Verfahrens wird also vor dem eigentlichen, grenzlinienüberschreitenden Hauptschritt der spiralartigen Fokalführung zunächst lediglich eine der beiden Stirnflächen separat und zumindest in ihrem Zentralbereich aufgeschmolzen.The approach according to the invention of achieving a quasi-flat melting of the welding surface by means of a spiral-like focal spot guide can be further refined in a further development of the method according to the invention. In such a development, it is provided that in a first preparation step preceding the main step, the focal spot is guided within the first of the end faces in a flat spiral adapted to the outer contour of the first end face. In this first preparatory step, the boundary line between the two end faces of the edge bars is not crossed. It is preferably not even touched, since in the preferred embodiment said spiral is traversed exclusively in the central area of the first end face and at a distance from its edges, in particular also at a distance from the boundary line between the two end faces. The distance can, for example, be in the range from 1/4 to 1/3 of the total width of the first end face. In this embodiment of the method, only one of the two end faces is melted separately and at least in its central area before the actual main step of the spiral-like focal guide, which crosses the boundary line.

Bevorzugt ist zusätzlich vorgesehen, dass in einem auf den ersten Vorbereitungsschritt folgenden und dem Hauptschritt vorangehenden, zweiten Vorbereitungsschritt der Fokalfleck innerhalb der zweiten der Stirnflächen in einer ebenen, an die Außenkontur der zweiten Stirnfläche angepassten Spirale geführt wird. Hinsichtlich der Details dieser Spiralführung gilt das gleiche wie oben für den ersten Vorbereitungsschritt gesagt. Mit anderen Worten wird also nach der ersten Stirnfläche zusätzlich die zweite Stirnfläche separat und zumindest in ihrem Zentralbereich aufgeschmolzen. Erst nach einem solchen vorbereitenden Aufschmelzen der beiden einzelnen Stirnflächen wird die stirnflächenübergreifende, d.h. die grenzlinienüberschreitende Spiralführung des Hauptschrittes durchgeführt. Die Idee dieses Ansatzes liegt in der Erkenntnis, dass der Grenzlinienbereich bei jedem Spiralumlauf doppelt gekreuzt, d.h. mit einer besonders hohen Laserenergie beaufschlagt wird. Die Zentralbereiche der beiden Stirnflächen werden demgegenüber im Rahmen des Hauptschrittes nur mit einer geringeren Gesamtenergie beaufschlagt. Um dennoch eine im Wesentlichen gleiche Aufschmelztiefe zu erzeugen, erfolgt das oben erläuterte Vor-Aufschmelzen der einzelnen Stirnflächen im Rahmen der genannten Vorbereitungsschritte.It is preferably additionally provided that in a second preparation step following the first preparation step and preceding the main step, the focal spot is guided within the second of the end faces in a flat spiral adapted to the outer contour of the second end face. With regard to the details of this spiral guide, the same applies as stated above for the first preparatory step. In other words, after the first end face, the second end face is additionally melted separately and at least in its central area. Only after such a preparatory melting of the two individual end faces is the cross-end face, i.e. the borderline-crossing spiral guidance of the main step carried out. The idea behind this approach is based on the knowledge that the boundary line area is crossed twice with each spiral revolution, i.e. is exposed to a particularly high laser energy. In contrast, the central areas of the two end faces are only subjected to a lower total energy during the main step. In order to nevertheless produce an essentially equal melting depth, the above-explained pre-melting of the individual end faces takes place within the framework of the aforementioned preparatory steps.

Natürlich erwärmt sich während des ersten Vorbereitungsschrittes, bei dem die erste Stirnfläche aufgeschmolzen wird, auch bereits die zweite Stirnfläche. Um zu verhindern, dass diese während des dann folgenden, zweiten Vorbereitungsschrittes tiefer aufgeschmolzen wird als die erste Stirnfläche, ist bei einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Laserintensität während des zweiten Vorbereitungsschritts geringer ist als während des ersten Vorbereitungsschritts. Insbesondere kann sie etwa 75%- 85%, bevorzugt etwa 80% der Laserintensität während des ersten Vorbereitungsschritts betragen. Hierdurch wird auch eine Abkühlung und teilweise Rückverfestigung der ersten Stirnfläche während des zweiten Vorbereitungsschrittes berücksichtigt. Insgesamt wird durch diese Weiterbildung der Erfindung sichergestellt, dass sich beide Stirnflächen zu Beginn des Hauptschrittes in einem gleichen oder zumindest hochgradig ähnlichen Aufschmelzzustand befinden. Der Hauptschritt kann dann mit einer eigenen, geeigneten Intensitätswahl durchgeführt werden. Als besonders zweckmäßig hat es sich erwiesen, wenn die Laserintensität während des ersten Vorbereitungsschritts und des Hauptschritts gleich groß ist.Of course, during the first preparatory step, in which the first end face is melted, the second also heats up Face. In order to prevent this from being melted more deeply than the first end face during the then following, second preparation step, it is provided in a further development of the invention that the laser intensity is lower during the second preparation step than during the first preparation step. In particular, it can be about 75% -85%, preferably about 80% of the laser intensity during the first preparation step. This also takes into account a cooling and partial consolidation of the first end face during the second preparation step. Overall, this development of the invention ensures that both end faces are in the same or at least highly similar melted state at the beginning of the main step. The main step can then be carried out with your own, suitable intensity selection. It has proven to be particularly useful if the laser intensity is the same during the first preparatory step and the main step.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden, speziellen Beschreibung und den Zeichnungen.Further details and advantages of the invention emerge from the following specific description and the drawings.

Es zeigen:

1 eine schematische Schnittdarstellung des Endbereichs zweier erfindungsgemäß verschweißter Flachstäbe,
2 eine Draufsicht auf die Schweißfläche bzw. die Stirnflächen der Flachstäbe von 1,
3 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Fokalfleckführung sowie
4 eine schematische Darstellung der Fokalfleckführung gemäß einer bevorzugten, mehrstufigen Ausführungsform der Erfindung.

Show it:

1 a schematic sectional view of the end area of two flat bars welded according to the invention,
2 a plan view of the welding surface or the end faces of the flat bars of 1 ,
3 a schematic representation of the focal spot guide according to the invention and
4th a schematic representation of the focal spot guide according to a preferred, multi-stage embodiment of the invention.

Gleiche Bezugszeichen in den Figuren stellen gleiche oder analoge Elemente dar.Identical reference symbols in the figures represent identical or analogous elements.

1 zeigt in stark schematisierter Darstellung einen Längsschnitt durch zwei erfindungsgemäß verschweißte Flachstäbe 11, 12, die insbesondere einen Teil der Wicklung eines nicht näher dargestellten Stators eines Elektromotors repräsentieren. Über den Großteil ihrer Längserstreckung sind die aus einem Kupfermaterial gefertigten Flachstäbe 11, 12 durch ein Trennelement 14 eines gegen sie elektrisch isolierten Blechpaketes getrennt. In ihrem endständigen Bereich liegen die Flachstäbe 11, 12 aneinander an, sodass ihre Stirnflächen 111, 121, auf die 2 eine Draufsicht im unverschweißten Zustand darstellt, bündig aneinander anliegen, sodass beide Stirnflächen 111, 121 gemeinsam die Schweißfläche 16 bilden. Die Schweißfläche 16 ist durch die Grenzlinie 18, die sich zwischen den Stirnflächen 111, 121 erstreckt, mittig geteilt. Durch das nachfolgend näher beschriebene, erfindungsgemäße Schweißverfahren wird Material der Schweißfläche 16 aufgeschmolzen und in eine Schweißperle 20 umgeformt. Diese ist materialschlüssig mit jedem der beiden Flachstäbe 111, 121 verbunden und stellt eine mechanisch feste und elektrisch leitende Verbindung geringen Widerstandes dar. 1 shows in a highly schematic representation a longitudinal section through two flat bars welded according to the invention 11 , 12th , which in particular represent part of the winding of a stator, not shown in detail, of an electric motor. Over the majority of their longitudinal extent, the flat bars made of a copper material are 11 , 12th by a separator 14th a laminated core that is electrically insulated from it. The flat bars are located in their terminal area 11 , 12th to each other so that their end faces 111 , 121 , on the 2 represents a plan view in the unwelded state, lie flush against one another, so that both end faces 111 , 121 jointly the welding surface 16 form. The welding area 16 is through the boundary line 18th that are located between the end faces 111 , 121 extends, divided in the middle. The welding method according to the invention, described in more detail below, becomes the material of the welding surface 16 melted and turned into a bead of sweat 20th reshaped. This is materially connected to each of the two flat bars 111 , 121 connected and represents a mechanically strong and electrically conductive connection with low resistance.

3 zeigt in stark schematisierter Darstellung die erfindungsgemäße Fokalfleckführung, gemäß der der Fokalfleck eines nicht dargestellten Schweißlasers, beispielsweise mittels einer programmierbaren Fokussieroptik, über die Schweißfläche 16 geführt wird, um durch Ausschmelzen des Oberflächenmaterials die Schweißperle 20 zu erzeugen. Erfindungsgemäß wir der Fokalfleck in Form einer im Wesentlichen an die Konturen der Schweißfläche 16 angepassten Spirale geführt, wobei die Führungslinie 22 bei jedem Spiralumlauf die Grenzlinie 18 zwischen den beiden Stirnflächen 111, 121 zweifach kreuzt. Der Fachmann wird verstehen, dass die Darstellung von 3 stark schematisiert zu verstehen ist. Insbesondere wird in der Praxis eine Abrundung der in 3 dargestellten, scharfen Ecken der Führungslinie 22 erfolgen. Eine solche Abrundung kann so weit gehen, dass eine im Wesentlichen ovale Spirale entsteht, deren genannte Anpassung an die Form der Schweißfläche 16 im Wesentlichen in einer ähnlichen Wahl der Proportionen von Breite und Länge entspricht. 3 shows in a highly schematic representation the focal spot guidance according to the invention, according to which the focal spot of a welding laser (not shown), for example by means of programmable focusing optics, over the welding surface 16 is led to the welding bead by melting out the surface material 20th to create. According to the invention, the focal spot is essentially in the form of a contour of the welding surface 16 adapted spiral guided, with the guide line 22nd the boundary line with each spiral revolution 18th between the two end faces 111 , 121 crosses twice. Those skilled in the art will understand that the illustration of 3 is to be understood in a highly schematic manner. In particular, the in 3 shown, sharp corners of the guide line 22nd respectively. Such a rounding can go so far that an essentially oval spiral is created, the said adaptation of which to the shape of the welding surface 16 essentially corresponds in a similar choice of proportions of width and length.

In Bezug auf die Wirkungen und Vorteile der erfindungsgemäßen Fokalfleckführung wird auf den allgemeinen Teil der Beschreibung verwiesen.With regard to the effects and advantages of the focal point guide according to the invention, reference is made to the general part of the description.

4 zeigt in ähnlicher Schematisierung wie 3 eine bevorzugte, dreischrittige Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schweißverfahrens. In einem ersten Vorbereitungsschritt, der in 4a dargestellt ist, wird zunächst lediglich die erste Stirnfläche 111 spiralartig entsprechend einer ersten Führungslinie 22a abgefahren und oberflächlich aufgeschmolzen. Sodann wird mit einer ähnlichen spiraligen Fokalfleckführung gemäß der Führungslinie 22b in 4b das Oberflächenmaterial der zweiten Stirnfläche 221 aufgeschmolzen. Der eigentliche Hauptschritt, der zur Verschweißung der beiden Flachstäbe 11, 12 führt, ist in 4c dargestellt, die die grenzlinienüberschreitende Fokalfleckführung gemäß der Führungslinie 22c illustriert. 4c entspricht im Wesentlichen einer verkleinerten Darstellung von 3, sodass auf die dortigen Ausführungen Bezug genommen werden kann. 4th shows in a similar schematic as 3 a preferred, three-step embodiment of the welding method according to the invention. In a first preparatory step, which takes place in 4a is shown, initially only the first end face 111 spirally corresponding to a first guide line 22a worn and superficially melted. Then, with a similar spiral focal spot guide according to the guide line 22b in 4b the surface material of the second end face 221 is melted. The actual main step, that of welding the two flat bars 11 , 12th leads is in 4c shown, the borderline-crossing focal point guidance according to the guide line 22c illustrated. 4c corresponds essentially to a reduced representation of 3 so that reference can be made to the statements made there.

Natürlich stellen die in der speziellen Beschreibung diskutierten und in den Figuren gezeigten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar. Dem Fachmann ist im Lichte der hiesigen Offenbarung ein breites Spektrum an Variationsmöglichkeiten an die Hand gegeben. Insbesondere kann der Fachmann die Wahl spezieller Verfahrensparameter, wie der Laserleistung, der Laserwellenlänge, der Vortriebsgeschwindigkeit, der Fokalgröße, der Anzahl von Spiralumläufen etc. von den Anforderungen des Einzelfalls, beispielsweise bedingt durch Material, Materialstärke, Temperatursensitivität der Umgebung etc., abhängig machen.Of course, the embodiments discussed in the specific description and shown in the figures are only illustrative embodiments of the present invention. In the light of the disclosure here, a person skilled in the art has a broad spectrum of possible variations on the Hand given. In particular, the person skilled in the art can make the choice of special process parameters, such as the laser power, the laser wavelength, the advance speed, the focal size, the number of spiral revolutions, etc., dependent on the requirements of the individual case, for example due to the material, material thickness, temperature sensitivity of the environment, etc.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1111: erster Kantstab/Flachstabfirst square bar / flat bar
111111: erste Stirnflächefirst face
1212th: zweiter Kantstab/Flachstabsecond square bar / flat bar
121121: zweite Stirnflächesecond face
1414th: TrennblechDivider
1616: SchweißflächeWelding surface
1818th: GrenzlinieBoundary line
2020th: SchweißperleBead of sweat
2222nd: FührungslinieLeader line
22a, b, c22a, b, c: FührungslinieLeader line

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 69628646 T2 [0004]
EP 3069813 A1 [0005]
WO 2018/144524 A1 [0006]

Claims

Method for welding edge bars (11, 12) made of a copper material by means of laser welding, comprising the steps of positioning two edge bars (11, 12) with one of their sides abutting one another in such a way that their associated end faces (111, 121) are flush with one another and form a common welding surface (16), and - subjecting the welding surface (16) to the moving focal spot of a welding beam for local melting of the copper material for the purpose of forming a weld structure overlapping both end surfaces (111, 121), characterized in that in a main step the focal spot is guided in a plane, adapted to the outer contour of the welding surface (16) and the boundary line (18) between the end faces (111, 121) intersecting with each revolution.

Procedure according to Claim 1 , characterized in that the spiral is traversed from the inside to the outside.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the speed of the focal spot guidance is 300 to 400 mm / s, preferably 325 to 375 mm / s, particularly preferably 350 mm / s.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that in a first preparation step preceding the main step, the focal spot is guided within the first of the end faces (111) in a flat spiral adapted to the outer contour of the first end face (111).

Procedure according to Claim 4 , characterized in that in a second preparation step following the first preparation step and preceding the main step, the focal spot within the second of the end faces (121) is guided in a flat spiral adapted to the outer contour of the second end face (121).

Procedure according to Claim 5 , characterized in that the laser intensity is lower during the second preparation step than during the first preparation step and the main step.

Procedure according to Claim 6 , characterized in that the laser intensity is the same during the first preparation step and the main step.

Procedure according to Claim 7 , characterized in that the laser intensity during the second preparation step is between 75% and 85% of the laser intensity during the first preparation step and the main step.