DE102021130698A1

DE102021130698A1 - Laserkantenschweissen von kupfersubstraten

Info

Publication number: DE102021130698A1
Application number: DE102021130698.1A
Authority: DE
Inventors: Emily Ann Ryan; Elizabeth Therese Hetrick; Arnon Wexler
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2020-11-24
Filing date: 2021-11-23
Publication date: 2022-05-25
Also published as: US11945046B2; CN114535797A; US20220161361A1

Abstract

Ein Verfahren zum Zusammenfügen elektrischer Verbindungen beinhaltet das Bewerten mindestens eines Schweißstoßes zwischen mindestens zwei Substraten, das Bestimmen einer Nichtübereinstimmung zwischen den mindestens zwei Substraten und das Zusammenschweißen der mindestens zwei Substrate mit einem mehrstufigen Schweißprozess. Der mehrstufige Schweißprozess beinhaltet das Kompensieren einer Nichtübereinstimmung durch Schweißen, aber nicht Überlappen, einer Stoßlinie an beiden Seiten zwischen den mindestens zwei Substraten mit einem ersten Schweißschritt und das Erhöhen des Schmelzvolumens und der Penetrationstiefe einer Schweißnaht zwischen den mindestens zwei Substraten mit einem zweiten Schweißschritt.

Description

GEBIET DER TECHNIK
Die vorliegende Offenbarung betrifft das Schweißen und insbesondere das Laserschweißen von Hairpin-Drähten und Flachsteckern an Statoren für Elektromotoren.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Die Aussagen in diesem Abschnitt stellen lediglich Hintergrundinformationen in Bezug auf die vorliegende Offenbarung bereit und stellen möglicherweise nicht den Stand der Technik dar.
Hochleistungselektromotoren weisen eine erhöhte Leiterpackungsdichte und eine gleichmäßige Verteilung von Kupferwicklungen auf, um Verluste während des Betriebs zu reduzieren, NVH zu verbessern und den Bauraum im Vergleich zu herkömmlichen zufällig gewickelten Runddrahtwicklungen zu verbessern. Außerdem werden gleichmäßig verteilte rechteckige Wicklungen verwendet, um Statorwicklungen mit einer solchen Erhöhung der Leiterpackungsdichte zu bilden.
Rechteckige Wicklungen können aus einzelnen Drahtsegmenten gebildet werden, die zusammengefügt werden, um einen durchgehenden elektrischen Pfad zu erzeugen. Zum Beispiel wird gespulter Kupferdraht, der mit einer schützenden Polymerschicht beschichtet ist, geglättet, in Segmente geschnitten und die Segmente in U-förmige Abschnitte gebogen, die häufig als „Hairpin“-Abschnitte oder Hairpin-Drähte bezeichnet werden. Die Beschichtung der Hairpins wird an Zusammenfügestellen (z. B. Enden der Hairpins) entfernt, bevor sie durch Schlitze in einem Stahlstatorkern geführt werden und dann zusammengefügt werden, um den durchgehenden elektrischen Pfad, d. h. die Statorwicklung, zu bilden, sodass eine gewünschte Statorwicklung bereitgestellt wird.
Die vorliegende Offenbarung befasst sich mit Problemen, die sich auf das Zusammenfügen von Hairpin-Drähten sowie anderen Problemen im Zusammenhang mit der Herstellung von Statoren für Elektromotoren beziehen.
KURZDARSTELLUNG
Dieser Abschnitt stellt eine allgemeine Kurzdarstellung der Offenbarung bereit und ist keine umfassende Offenbarung ihres vollständigen Schutzumfangs oder all ihrer Merkmale.
In einer Form der vorliegenden Offenbarung beinhaltet ein Verfahren zum Zusammenfügen elektrischer Verbindungen das Bewerten mindestens eines Schweißstoßes zwischen mindestens zwei Substraten, das Bestimmen jeder Nichtübereinstimmung zwischen den mindestens zwei Substraten und das Zusammenschweißen der mindestens zwei Substrate mit einem mehrstufigen Schweißprozess. Der mehrstufige Schweißprozess beinhaltet das Kompensieren jeder Nichtübereinstimmung durch Schweißen, aber nicht Überlappen, einer Stoßlinie an beiden Seiten zwischen den mindestens zwei Substraten mit einem ersten Schweißschritt und das Erhöhen des Schmelzvolumens und der Penetrationstiefe einer Schweißnaht zwischen den mindestens zwei Substraten mit einem zweiten Schweißschritt.
In einigen Variationen der vorliegenden Offenbarung beinhaltet das Bewerten des mindestens einen Schweißstoßes das Identifizieren von Kanten und Mittelpunkten der mindestens zwei Substrate und mindestens eines von einer Winkelfehlausrichtung zwischen den mindestens zwei Substraten, einem Spalt zwischen den mindestens zwei Substraten, einem vertikalen Versatz zwischen den mindestens zwei Substraten, einem seitlichen Versatz zwischen den mindestens zwei Substraten, einem Unterschied in der Reflektivität zwischen den mindestens zwei Substraten, einem Unterschied in der geometrischen Form zwischen den mindestens zwei Substraten, einem Unterschied in der Chemie zwischen den mindestens zwei Substraten.
In mindestens einer Variation beinhaltet der erste Schweißschritt das Schweißen von linearen Schweißsegmenten zwischen den mindestens zwei Substraten, die in Richtung der Stoßlinie vorgespannt sind, diese aber nicht überlappen, und beinhaltet der zweite Schweißschritt das kreisförmige oder elliptische Schweißen über der Stoßlinie zwischen den mindestens zwei Substraten.
In einigen Variationen beinhalten die mindestens zwei Substrate zwei aneinanderstoßende rechteckige Drähte, während in anderen Variationen die mindestens zwei Substrate drei aneinanderstoßende rechteckige Drähte beinhalten. In mindestens einer Variation beinhalten die mindestens zwei Substrate einen Hairpin-Draht, der an einem Flachstecker stößt, und in einigen Variationen beinhalten die mindestens zwei Substrate einen Flachstecker, der zwischen zwei Hairpin-Drähten anstößt, oder zwei Hairpin-Drähte, die an einem Flachstecker stoßen. Nicht einschränkende Beispiele für einen Flachstecker beinhalten unter anderem einen Nullleiterstecker, einen Anschlussstecker und einen Brückenstecker.
In einigen Variationen sind die mindestens zwei Substrate vertikal zueinander fehlausgerichtet und der erste Schweißschritt reduziert die vertikale Nichtübereinstimmung vor dem zweiten Schweißschritt.
In mindestens einer Variation beinhalten die mindestens zwei Substrate eine Vielzahl von Hairpin-Drahtverbindungen und das Zusammenschweißen der mindestens zwei Substrate beinhaltet das Zusammenschweißen der Vielzahl von Hairpin-Drahtverbindungen durch Ausführen des ersten Schweißschritts und des zweiten Schweißschritts an jeder der Vielzahl von Hairpin-Drahtverbindungen. In derartigen Variationen kann das Verfahren ferner das Montieren eines Stators für einen Elektromotor durch Zusammenschweißen der Vielzahl von Hairpin-Drahtverbindungen beinhalten und die Vielzahl von Hairpin-Drahtverbindungen kann mit einer Schweißbewegungsgeschwindigkeit zwischen 100 mm/s und 500 mm/s lasergeschweißt werden.
In mindestens einer Variation wird der mindestens eine Schweißstoß zwischen den mindestens zwei Substraten mit einem elektronischen Visualisierungssystem bewertet. In derartigen Variationen identifiziert das elektronische Visualisierungssystem mindestens eine von einer Position jeder der Vielzahl von Hairpin-Drahtverbindungen, einer Größe jedes Hairpin-Drahtes, der jede der Vielzahl von Hairpin-Drahtverbindungen bildet, einer oder mehreren Kanten jedes Hairpin-Drahtes, der jede der Vielzahl von Hairpin-Drahtverbindungen bildet, einer Winkelfehlausrichtung zwischen jedem Hairpin-Draht, der jede der Vielzahl von Hairpin-Drahtverbindungen bildet, einem Spalt zwischen jedem Hairpin-Draht, der jede der Vielzahl von Hairpin-Drahtverbindungen bildet, einem vertikalen Versatz zwischen jedem Hairpin-Draht, der jede der Vielzahl von Hairpin-Drahtverbindungen bildet, einem seitlichen Versatz zwischen jedem Hairpin-Draht, der jede der Vielzahl von Hairpin-Drahtverbindungen bildet, einem Unterschied in der Reflektivität zwischen jedem Hairpin-Draht, der jede der Vielzahl von Hairpin-Drahtverbindungen bildet, einem Unterschied in der geometrischen Form zwischen jedem Hairpin-Draht, der jede der Vielzahl von Hairpin-Drahtverbindungen bildet, und einen Unterschied in der Chemie zwischen jedem Hairpin-Draht, der jede der Vielzahl von Hairpin-Drahtverbindungen bildet. Außerdem kann das elektronische Visualisierungssystem koaxial zu einem Laserstrahl sein, der die mindestens zwei Substrate zusammenschweißt.
In einer anderen Form der vorliegenden Offenbarung beinhaltet ein Verfahren zum Zusammenfügen von elektrischer Verdrahtung das Bewerten eines Schweißstoßes zwischen mindestens zwei Hairpin-Drähten, das Bestimmen jeder Nichtübereinstimmung zwischen den mindestens zwei Hairpin-Drähten, das Schweißen von mindestens zwei Schweißsegmenten, die in Richtung einer Stoßlinie vorgespannt sind, diese aber nicht überlappen, zwischen den mindestens zwei Hairpin-Drähten in einem ersten Schweißschritt und das kreisförmige oder elliptische Schweißen über der Stoßlinie zwischen den mindestens zwei Hairpin-Drähten während eines zweiten Schweißschritts.
In einigen Variationen der vorliegenden Offenbarung wird der Schweißstoß mit einem elektronischen Visualisierungssystem bewertet und das Bewerten beinhaltet das Identifizieren von Kanten und Mittelpunkten der mindestens zwei Hairpin-Drähte und mindestens eines von einer Winkelfehlausrichtung zwischen den mindestens zwei Hairpin-Drähten, einem Spalt zwischen den mindestens zwei Hairpin-Drähten, einem vertikalen Versatz zwischen den mindestens zwei Hairpin-Drähten, einem seitlichen Versatz zwischen den mindestens zwei Hairpin-Drähten, einem Unterschied in der Reflektivität zwischen den mindestens zwei Hairpin-Drähten, einem Unterschied in der geometrischen Form zwischen den mindestens zwei Hairpin-Drähten und einem Unterschied in der Chemie zwischen den mindestens zwei Hairpin-Drähten.
In mindestens einer Variation beinhaltet das Verfahren ferner das Montieren eines Elektromotorstators durch Zusammenschweißen der Enden einer Vielzahl von Hairpin-Drähten mit dem ersten Schweißschritt und dem zweiten Schweißschritt.
In noch einer anderen Form der vorliegenden Offenbarung beinhaltet ein Verfahren zum Zusammenfügen von Elektromotorstatorverdrahtung das Bewerten von Schweißstößen zwischen Hairpin-Drahtverbindungen einer Statorwicklung mit einem elektronischen Visualisierungssystem, das Bestimmen einer Nichtübereinstimmung zwischen jeder der Hairpin-Drahtverbindungen mit dem elektronischen Visualisierungssystem und das Übertragen mindestens eines Nichtübereinstimmungsparameters an ein Laserschweißsystem für jede der Hairpin-Drahtverbindungen, das Laserschweißen von linearen Schweißsegmenten, die in Richtung einer Stoßlinie vorgespannt sind, diese aber nicht überlappen, zwischen jeder der Hairpin-Drahtverbindungen während eines ersten Schweißschritts und das Bilden einer Schweißnaht über der Stoßlinie in Abhängigkeit von mindestens einem Nichtübereinstimmungsparameter und das Oszillationsschweißen über der Stoßlinie zwischen jeder der Hairpin-Drahtverbindungen. Und in einigen Variationen beinhaltet das Verfahren ferner das Montieren eines Elektromotorstators durch Zusammenschweißen der jeder der Hairpin-Drahtverbindungen mit dem ersten Schweißschritt und dem zweiten Schweißschritt.
Weitere Anwendungsbereiche werden aus der in dieser Schrift bereitgestellten Beschreibung ersichtlich. Es versteht sich, dass die Beschreibung und konkrete Beispiele lediglich der Veranschaulichung dienen und den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken sollen.
Figurenliste
Für ein umfassendes Verständnis der Offenbarung werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen verschiedene beispielhafte Formen davon beschrieben, wobei Folgendes gilt:

1 zeigt einen elektrischen Draht in Form eines Hairpin-Drahtsegments, das für die Herstellung von Statorwicklungen eines Elektromotors gemäß den Lehren der vorliegenden Offenbarung verwendet wird;
2 ist eine perspektivische Ansicht einer Vielzahl von Hairpin-Drahtsegmenten vor dem Zusammenschweißen unter Bildung einer Statorwicklung gemäß den Lehren der vorliegenden Offenbarung;
3A ist eine perspektivische Ansicht einer Hairpin-Drahtverbindung gemäß einer Variation der vorliegenden Offenbarung;
3B ist eine perspektivische Ansicht einer Hairpin-Drahtverbindung gemäß einer anderen Variation der vorliegenden Offenbarung;
3C ist eine perspektivische Ansicht einer Hairpin-Draht-Flachstecker-Verbindung gemäß einer Variation der vorliegenden Offenbarung;
3D ist eine perspektivische Ansicht einer Hairpin-Draht-Flachstecker-Verbindung gemäß einer anderen Variation der vorliegenden Offenbarung;
3E ist eine perspektivische Ansicht einer Hairpin-Draht-Flachstecker-Verbindung gemäß noch einer anderen Variation der vorliegenden Offenbarung;
4A ist eine perspektivische Ansicht einer Art von Nichtübereinstimmung zwischen Hairpin-Drähten;
4B ist eine perspektivische Ansicht einer anderen Art von Nichtübereinstimmung zwischen Hairpin-Drähten;
4C ist eine perspektivische Ansicht einer Art von Nichtübereinstimmung zwischen einem Hairpin-Draht und einem Flachstecker;
4D ist eine perspektivische Ansicht noch einer anderen Art von Nichtübereinstimmung zwischen Hairpin-Drähten;
4E ist eine perspektivische Ansicht einer weiteren anderen Art von Nichtübereinstimmung zwischen Hairpin-Drähten;
4F ist eine perspektivische Ansicht noch einer weiteren anderen Art von Nichtübereinstimmung zwischen Hairpin-Drähten;
4G ist eine perspektivische Ansicht einer anderen Art von Nichtübereinstimmung zwischen Hairpin-Drähten;
5 ist eine Seitenansicht einer Montagelinie mit einem Laserschweißsystem gemäß den Lehren der vorliegenden Offenbarung;
6A ist eine Draufsicht auf eine Hairpin-Drahtverbindung, die mit einem ersten Schweißschritt gemäß einer Variation der vorliegenden Offenbarung zusammengefügt wird;
6B ist eine Draufsicht auf eine Hairpin-Drahtverbindung, die mit einem ersten Schweißschritt gemäß einer anderen Variation der vorliegenden Offenbarung zusammengefügt wird;
6C ist eine Draufsicht auf eine Hairpin-Draht-Flachstecker-Verbindung, die mit einem ersten Schweißschritt gemäß noch einer anderen Variation der vorliegenden Offenbarung zusammengefügt wird;
7 ist eine Seitenansicht einer Schweißnaht, die durch den ersten Schweißschritt in 6A gebildet wird;
8A ist eine Draufsicht auf die Hairpin-Drahtverbindung aus 6A, die während eines zweiten Schweißschritts gemäß den Lehren der vorliegenden Offenbarung geschweißt wird;
8B ist eine Draufsicht auf die Hairpin-Draht-Flachstecker-Verbindung aus 6C, die während eines zweiten Schweißschritts gemäß den Lehren der vorliegenden Offenbarung geschweißt wird;
9 ist eine Seitenansicht einer Schweißnaht, die durch den zweiten Schweißschritt aus 8A gebildet wird; und
10 ist ein Ablaufdiagramm für ein Verfahren gemäß den Lehren der vorliegenden Offenbarung.

Die in dieser Schrift beschriebenen Zeichnungen dienen lediglich Veranschaulichungszwecken und sollen den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und soll die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder die Verwendungen nicht einschränken. Es versteht sich, dass über alle Zeichnungen hinweg entsprechende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale angeben.
Unter Bezugnahme auf 1 und 2 ist ein Hairpin-Drahtsegment 100 (in dieser Schrift einfach als „Hairpin-Draht“ oder „Hairpin-Drähte“ bezeichnet) in 1 gezeigt und ist ein Elektromotorstator 10 (in dieser Schrift einfach als „Stator 10“ bezeichnet) in 2 gezeigt. Der Stator 10 beinhaltet eine Statorwicklung 120 und einen Statorkern 170. Die Statorwicklung 120 ist aus einer Vielzahl von Hairpin-Drähten 100 gebildet, die elektrisch miteinander verbunden (z. B. verschweißt) (in 2 ohne Schweißnähte gezeigt) und mit Flachsteckern 125 (siehe z. B. FIG: 3C) verbunden sind. Die Hairpin-Drähte 100 und die Flachstecker 125 bestehen aus Kupfer oder Kupferlegierungen und der Statorkern 170 besteht aus einem Metall oder einer Legierung, wie Stahl. Jeder der Hairpin-Drähte 100 wird nach dem Einführen in und durch den Statorkern 170 in eine gewünschte Form gebogen oder gebracht und weist eine schützende Emailbeschichtung 103 (z. B. eine mehrschichtige PI-, Polyester-, PAI- oder PEEK-Beschichtung) auf, um die Hairpin-Drähte 100 voneinander und gegenüber dem Statorkern 170 zu isolieren. Außerdem wird die schützende Emailbeschichtung 103 von den Enden 102 der Hairpin-Drähte 100 entfernt oder ist an diesen nicht vorhanden und es werden Hairpin-Drahtverbindungen 130 oder Hairpin-Draht-Flachstecker-Verbindungen (nicht gezeigt) gebildet, um eine erwünschte Statorwicklung 120 für einen Elektromotor bereitzustellen. Wenngleich die in 1 gezeigten Hairpin-Drähte 100 rechteckige Hairpin-Drähte 100 sind (d. h., einen rechteckigen Querschnitt z. B. in der xy-Ebene in 1 aufweisen), versteht es sich, dass Hairpin-Drähte mit anderen Querschnittsformen in den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung fallen.
Unter Bezugnahme auf 3A-3E sind in 3A-3B Beispiele für Hairpin-Drahtverbindungen 130a-130b (in dieser Schrift gemeinsam als „Hairpin-Drahtverbindungen 130“ bezeichnet) vor dem Zusammenschweißen gezeigt und in 3C-3E Beispiele für Hairpin-Draht-Flachstecker-Verbindungen 131c-131e (in dieser Schrift gemeinsam als „Hairpin-Draht-Flachstecker-Verbindungen 131“ bezeichnet) vor dem Zusammenschweißen gezeigt. Die Hairpin-Drahtverbindungen 130a-130b weisen jeweils Schweißstöße 140a-140b zwischen den Hairpin-Drähten 100 auf und bilden diese und die Hairpin-Draht-Flachstecker-Verbindungen 131c-131e weisen jeweils Schweißstöße 140c-140e zwischen den Hairpin-Drähten 100 und den Flachsteckern 125 auf oder bilden diese.
In Bezug auf die Hairpin-Drahtverbindungen 130 zeigt 3A die Hairpin-Drahtverbindung 130a mit einem Paar von Hairpin-Drähten 100, die derart aneinanderstoßen, dass ein Schweißstoß 140a, der eine einzelne Stoßlinie 141a aufweist, zwischen dem Paar von Hairpin-Drähten 100 gebildet wird. Während die Stoßlinie 141a in 3A als lineare Stoßlinie gezeigt ist, kann die Stoßlinie 141a in einigen Variationen nicht linear sein. Es versteht sich zudem, dass eine Schweißnaht, die das Paar von Hairpin-Drähten 100 elektrisch verbindet, im Allgemeinen entlang oder über der Stoßlinie 141a und anderen in dieser Schrift erörterten Stoßlinien ausgebildet ist. 3B zeigt die Hairpin-Drahtverbindung 130b, die drei Hairpin-Drähte 100 beinhaltet, die derart aneinanderstoßen, dass ein Schweißstoß 140b, der eine erste Stoßlinie 141b und eine zweite Stoßlinie 142b aufweist, zwischen den drei Hairpin-Drähten 100 gebildet wird.
In Bezug auf die Hairpin-Draht-Flachsteckerverbindung-Verbindungen 131 zeigt 3C die Hairpin-Draht-Flachstecker-Verbindung 131c mit einem Hairpin-Draht 100 und einem Flachstecker 125, die derart aneinanderstoßen, dass ein Schweißstoß 140c mit einer einzelnen Stoßlinie 141c zwischen dem Hairpin-Draht 100 und dem Flachstecker 125 gebildet wird. 3D zeigt die Hairpin-Draht-Flachstecker-Verbindung 131d mit einem Flachstecker 125 zwischen einem Paar von Hairpin-Drähten 100, sodass ein Schweißstoß 140d mit einer ersten Stoßlinie 141d und einer zweiten Stoßlinie 142d zwischen dem von Paar Hairpin-Drähten 100 und dem Flachstecker 125 gebildet wird. Und 3E zeigt die Hairpin-Draht-Flachstecker-Verbindung 131e mit einem Paar von Hairpin-Drähten 100, die derart mit einem Flachstecker aneinanderstoßen, dass ein Schweißstoß 140e mit einer ersten Stoßlinie 141e zwischen dem Paar von Hairpin-Drähten 100 und dem Flachstecker 125 und einer zweiten Stoßlinie 142e zwischen dem Paar von Hairpin-Drähten 100 gebildet wird.
Unter Bezugnahme auf 4A-4G sind in 4A-4B und 4D-4G Beispiele für eine Nichtübereinstimmung zwischen Hairpin-Drähten 100 gezeigt, die Hairpin-Drahtverbindungen 130 bilden, und in 4C ist ein Beispiel für eine Nichtübereinstimmung zwischen einem Hairpin-Draht 100 und einem Flachstecker 125, der eine Hairpin-Draht-Flachstecker-Verbindung 131 bildet, gezeigt. Es versteht sich, dass die nachstehend unter Bezugnahme auf 4A-4B und 4D-4G beschriebenen Beispiele für Nichtübereinstimmung bei Hairpin-Draht-Flachstecker-Verbindungen 131 auftreten und für diese gelten und das nachstehend unter Bezugnahme auf 4C beschriebene Beispiel für Nichtübereinstimmung bei Hairpin-Drahtverbindungen 130 auftreten und für dieses gelten kann.
Wie in dieser Schrift verwendet, bezieht sich der Begriff „Nichtübereinstimmung“ auf einen physischen, geometrischen oder chemischen Unterschied zwischen einer Stoßfläche oder - kante eines Hairpin-Drahtes 100 und einer Stoßfläche oder -kante eines anderen Hairpin-Drahtes 100, die eine Hairpin-Drahtverbindung 130 bilden, oder einer Stoßfläche oder -kante eines Hairpin-Drahtes 100 und einer Stoßfläche oder -kante eines Flachsteckers 125, die eine Hairpin-Draht-Flachstecker-Verbindung 131 bilden.
4A zeigt eine Hairpin-Drahtverbindung 130a mit einer physischen Nichtübereinstimmung, die sich aus einem Unterschied in dem Reflexionsvermögen zwischen oberen Flächen 111 (+z-Richtung) der Hairpin-Drähte 100 ergibt, die aneinanderstoßen und die Hairpin-Drahtverbindung 130a bilden. 4B zeigt eine andere Hairpin-Drahtverbindung 130a mit einer geometrischen Nichtübereinstimmung, die sich aus einer unebenen (z-Richtung) oberen Fläche 111 an einem der Hairpin-Drähte 100 ergibt, und 4C zeigt eine chemische Nichtübereinstimmung, die sich aus einer Beschichtung 127 (z. B. einer dünnen Metallbeschichtung) auf einem Flachstecker 125 einer Hairpin-Draht-Flachstecker-Verbindung 131c ergibt. 4D zeigt eine geometrische Nichtübereinstimmung, die sich aus einer vertikalen Differenz „Az“ zwischen oberen Flächen 111 der Hairpin-Drähte 100 ergibt, die eine weitere andere Hairpin-Drahtverbindung 130a bilden, 4E zeigt eine geometrische Nichtübereinstimmung, die sich aus einer seitlichen Verschiebung _„Δy“ zwischen oberen Flächen 111 der Hairpin-Drähte 100 ergibt, die noch eine weitere andere Hairpin-Drahtverbindung 130a bilden, und 4F zeigt eine andere geometrische Nichtübereinstimmung, die sich aus einem Spalt „Δx“ zwischen oberen Flächen 111 der Hairpin-Drähte 100 ergibt, die eine andere Hairpin-Drahtverbindung 130a bilden. Und 4G zeigt noch eine andere geometrische Nichtübereinstimmung, die sich aus einer Winkelfehlausrichtung „Δθ“ zwischen einem von Paar Hairpin-Drähten 100 ergibt. Dementsprechend können unterschiedliche Arten von Nichtübereinstimmungen zwischen Hairpin-Drähten 100, die Hairpin-Drahtverbindungen 130 bilden, und zwischen Hairpin-Drähten 100 und Flachsteckern 125, die Hairpin-Draht-Flachstecker-Verbindungen 131 bilden, vorhanden sein. Andere nicht einschränkende Beispiele für Nichtübereinstimmung beinhalten unter anderem eine geometrische Variation der Komponenten von Hairpin-Draht 100 und/oder Flachstecker 125, eine Oberflächenverunreinigung durch Kohlenwasserstoff- oder Oberflächenoxidationsquellen und eine Variation beim Entfernen der Emailbeschichtung 103 von den Enden 102 der Hairpin-Drähte 100.
Angesichts der verschiedenen Arten von Schweißstößen und Nichtübereinstimmungen, die zwischen Hairpin-Drahtverbindungen 130 und Hairpin-Draht-Flachstecker-Verbindungen 131 vorhanden sind, versteht es sich, dass das Schweißen von Hairpin-Drahtverbindungen 130 und Hairpin-Draht-Flachstecker-Verbindungen 131 auf kosten- und zeiteffiziente Weise ein komplexer Herstellungsprozess ist. Dementsprechend und unter Bezugnahme auf 5 ist ein Laserschweißsystem 22 gezeigt, das dazu konfiguriert ist, die verschiedenen Arten von Schweißstößen zu berücksichtigen und die vorstehend erwähnten Nichtübereinstimmungen und andere zu kompensieren. In einigen Variationen beinhaltet eine Montagelinie 20 ein Fließband „C“, das Statoren 10 mit einer Vielzahl von Hairpin-Drahtverbindungen 130 und/oder einer oder mehreren Hairpin-Draht-Flachstecker-Verbindungen 131 (die noch nicht zusammengeschweißt sind) durch eine Laserschweißstation „S“ transportiert, an der sich das Laserschweißsystem 22 befindet.
Das Laserschweißsystem 22 beinhaltet eine Laserquelle 210 mit einer Ringfaser 212 und ein elektronisches Visualisierungssystem 220. Ein nicht einschränkendes Beispiel der Laserquelle 210 ist ein 6 kW Trumpf TruDisk Laser (1035 nm) mit einer Trumpf PFO-33 Optik und ein nicht einschränkendes Beispiel für die Faser 212 ist eine Trumpf Brightline 50/200 µm Kernringfaser. Nicht einschränkende Beispiele für das elektronische Visualisierungssystem 220 beinhalten eine Digitalkamera, ein optisches Kohärenztomographie-Abtastsystem und ein Laserabtastsystem. In einigen Variationen beinhaltet das elektronische Visualisierungssystem 220 eine Steuerung 222 zur Analyse von aufgenommenen Bildern. Alternativ oder zusätzlich verwendet das elektronische Visualisierungssystem 220 eine externe Steuerung (nicht gezeigt) zur Analyse von aufgenommenen Bildern.
Das Laserschweißsystem 22 schweißt Hairpin-Drahtverbindungen 130 und Hairpin-Draht-Flachstecker-Verbindungen 131 zusammen, um einen Stator 10a mit einem durchgehenden elektrischen Pfad durch die Statorwicklung 120 zu bilden. In mindestens einer Variation werden die Hairpin-Drahtverbindungen 130 und die Hairpin-Draht-Flachstecker-Verbindungen 131 vor dem Schweißen miteinander verklammert. Und in einigen Variationen der vorliegenden Offenbarung führt das Laserschweißsystem 22 spezifische Schweißwegformen aus, die durch einen mehrstufigen Schweißprozess umgesetzt werden, um einen beständigen Stoß zwischen zwei oder mehr Substraten zu erzeugen, während die Erzeugung von Schweißspritzern und Wärmeschäden an der Emailbeschichtung, der Statorbaugruppe oder Werkzeug verhindert sowie Herstellungsgeräuschquellen verringert werden, wie nachstehend beschrieben. In einigen Variationen ist der mehrstufige Prozess zum Beispiel ein zweistufiger Prozess, wohingegen der mehrstufige Prozess in anderen Variationen mehr als zwei Schritte beinhaltet.
Unter Bezugnahme auf 6A-6C sind Bewertungen vor dem Schweißen und erste Schweißschritte zum Zusammenfügen einer Hairpin-Drahtverbindung 130a mit einer Nichtübereinstimmung in Form eines seitlichen Versatzes (6A), einer Hairpin-Drahtverbindung 130a mit einer Nichtübereinstimmung in Form eines Spalts (6B) und einer Hairpin-Draht-Flachstecker-Verbindung 131e (6C) gezeigt. Insbesondere und unter Bezugnahme auf 6A erfasst das elektronische Visualisierungssystem 220 ein Bild des Schweißstoßes 140a und/oder der Hairpin-Drähte 100 und die Steuerung 222 analysiert das Bild und bestimmt mindestens eines von Kanten 112 der Hairpin-Drähte 100, einem Mittelpunkt 113 jeder Kante 112 und der Nichtübereinstimmung Δy zwischen den Hairpin-Drähten 100. Unter Bezugnahme auf 6B erfasst das elektronische Visualisierungssystem 220 ein Bild des Schweißstoßes 140a und/oder der Hairpin-Drähte 100 und die Steuerung 222 analysiert das Bild und bestimmt mindestens eines von Kanten 112 der Hairpin-Drähte 100, einem Mittelpunkt 113 jeder Kante 112 und der Nichtübereinstimmung Δx zwischen den Hairpin-Drähten 100. Und unter Bezugnahme auf 6C erfasst das elektronische Visualisierungssystem 220 ein Bild des Schweißstoßes 140e und/oder der Hairpin-Drähte 100 und des Flachsteckers 125 und die Steuerung 222 analysiert das Bild und bestimmt mindestens eines von Kanten 112, 126, Mittelpunkten 113, 123 jeder jeweiligen Kante 112, 126 und jeder Nichtübereinstimmung (nicht gezeigt) zwischen den Hairpin-Drähten 100 und/oder zwischen den Hairpin-Drähten 100 und dem Flachstecker 125. Dementsprechend identifizieren das elektronische Visualisierungssystem 220 und die Steuerung 222 vor dem Schweißen einer Hairpin-Drahtverbindung 130 oder einer Hairpin-Draht-Flachstecker-Verbindung 131 die Position, die Größe, die Teil-zu-Teil-Platzierung der Hairpin-Drähte 100 in Bezug zueinander und/oder in Bezug zu einem Flachstecker 125 und jede Nichtübereinstimmung zwischen den Hairpin-Drähten 100 und/oder dem Flachstecker 125.
Nachdem das Bild des Schweißstoßes 140a und/oder des Schweißstoßes 140e analysiert wurde, bestimmt (z. B. berechnet) die Steuerung 222 einen Schweißweg, eine Schweißstoßlänge, mindestens einen Nichtübereinstimmungsparameter und/oder einen oder mehrere Startpunkte des Schweißabschnitts und (einen) Drehwert(e) (in dieser Schrift gemeinsam als „Schweißeingabeparameter“ bezeichnet) des Schweißstoßes 140a und/oder des Schweißstoßes 140e. Es versteht sich, dass der Schweißweg beinhalten kann, welche Kanten 112 eines Hairpin-Draht-Stecker-Paares 130 zusammengeschweißt werden sollen. In einigen Variationen beinhaltet der Schweißweg das Zusammenschweißen eines einzelnen Paars von Kanten 112 (z. B. 6A-6B), während der Schweißweg in anderen Variationen das Zusammenschweißen von zwei Paaren von Kanten 112, 126 (6C) beinhaltet und der Schweißweg in mindestens einer Variation das Zusammenschweißen von mehr als zwei Paaren von Kanten (nicht gezeigt) beinhaltet. Außerdem beinhalten nicht einschränkende Beispiele des mindestens einen Nichtübereinstimmungsparameters unter anderem einen Reflektivitätsdifferenzwert zwischen einer oberen Fläche der Hairpin-Drähte 100 und/oder Flachstecker 125, einen Metallbeschichtungserkennungswert, mindestens einen geometrischen Wert Δx, Δy und/oder Δz, einen geometrischen Wert Δθ und eine Größennichtübereinstimmung des Hairpin-Drahtes. Außerdem versteht es sich, dass der Nichtübereinstimmungsparameter „null“ sein kann, wenn keine Nichtübereinstimmung erkannt wird (z. B. 6C).
Die Schweißeingabeparameter werden an das Laserschweißsystem 22 übertragen, und als Reaktion darauf führt das Laserschweißsystem 22 die Faser 212 (und einen Laserstrahl B) entlang eines Lasermusters, das Laserschweißsegmente mit mehreren Formen umfasst. Zum Beispiel und unter Bezugnahme auf 6A-6B führt das Laserschweißsystem 22 einen ersten Schweißschritt auf Grundlage der Schweißeingabeparameter aus, der das Schweißen, aber nicht das Überlappen, der Stoßlinien 141a auf beiden Seiten (Richtung +x und Richtung -x) der Schweißstöße 140a beinhaltet. In einigen Variationen überlappt der Laserstrahl B die Stoßlinien 141a der Schweißstöße 140a nicht und überlappt auch nicht die Kanten 112 der Hairpin-Drähte 100 und kreuzt diese auch nicht, während er ein Schweißsegment an einem bestimmten Hairpin-Draht 100 bildet. Und in mindestens einer Variation der vorliegenden Offenbarung führt das Laserschweißsystem 22 ein erstes Schweißsegment 214, aber kein Überlappen, auf einer Seite (Richtung +x) der Stoßlinien 141a und ein zweites Schweißsegment 215, aber kein Überlappen, auf einer gegenüberliegenden Seite (Richtung - x) der Stoßlinien 141a aus.
Unter besonderer Bezugnahme auf 6C führt das Laserschweißsystem 22 einen ersten Schweißschritt basierend auf den Schweißeingabeparametern aus, der ein Schweißen, aber kein Überlappen, auf beiden Seiten (Richtung +y und Richtung -y) einer Stoßlinie 141e des Schweißstoßes 140e, und ein Schweißen, aber kein Überlappen, auf beiden Seiten (Richtung +x und Richtung -x) einer Stoßlinie 142e des Schweißstoßes 140e, beinhaltet. In mindestens einer Variation der vorliegenden Offenbarung führt das Laserschweißsystem 22 ein erstes Schweißsegment 214, aber kein Überlappen, auf einer Seite (Richtung +x) der Stoßlinie 142e und ein Paar von zweiten Schweißsegmenten 215, aber kein Überlappen, auf einer gegenüberliegenden Seite der Stoßlinie 141e und der Stoßlinie 142e aus.
Es versteht sich, dass die gestrichelten Ellipsen in 6A-6C einen Rand eines Laserstrahls B (5) darstellen, der sich von der Faser 212 zu den Hairpin-Drähten 100 ausbreitet, und die durchgezogenen Pfeile, die für das erste und zweite Schweißsegment 214, 215 gezeigt sein, einen Weg darstellen, der von einem Mittelpunkt des Laserstrahls B durchquert wird.
In einigen Variationen führt das Laserschweißsystem 22 einen einzelnen Durchgang (d. h. einen einzelnen Laserstrahldurchgang) aus, um das erste Schweißsegment 214 und/oder das zweite Schweißsegment 215 zu bilden, während das Laserschweißsystem 22 in anderen Variationen mehr als einen Durchgang ausführt (z. B. schnelle Wiederholung), um das erste Schweißsegment 214 und/oder das zweite Schweißsegment 215 zu bilden. Das heißt, in Abhängigkeit von der Art und dem Grad (Ausmaß) der Nichtübereinstimmung zwischen den Hairpin-Drähten 100 und/oder dem Flachstecker 125 können mehrere Laserstrahldurchläufe ausgeführt werden, um den Grad der Nichtübereinstimmung zu reduzieren. Zum Beispiel kann das Laserschweißsystem 22 zwei Durchläufe zum Bilden des ersten Schweißsegments 214 und zwei Durchläufe zum Bilden des zweiten Schweißsegments 215 für den in 6A gezeigten Schweißstoß 140a ausführen, während der in FIG: 6B gezeigte Spalt Δx zwischen den Hairpin-Drähten 100 dazu führen kann, dass vier Durchläufe zum Bilden des ersten Schweißsegments 214 und vier Durchläufe zum Bilden des zweiten Schweißsegments 215 für den in 6B gezeigten Schweißstoß 140a ausgeführt werden. Zusätzlich können eine Länge „A1“ des ersten Schweißsegments 214, eine Länge „A2“ des zweiten Schweißsegments 215 und Längen anderer in dieser Schrift erörterter Schweißsegmente für eine bestimmte Art von Hairpin-Draht-Stecker vordefiniert sein und/oder in Abhängigkeit von unter anderem den Schweißeingabeparametern, Prozessparametern und Ausrüstungstoleranzen, der Größe eines gegebenen/bestimmten Hairpin-Drahtes, der geschweißt wird, bestimmt werden.
Obwohl das erste Schweißsegment 214 und das zweite Schweißsegment 215 in Richtung der Stoßlinien 141a, 141e, 142e zwischen den Hairpin-Drähten 100 und/oder dem Flachstecker 125 vorgespannt sind, diese jedoch nicht überlappen, überlappt in einigen Variationen der vorliegenden Offenbarung geschmolzenes Material von einer oder beiden Seiten der Stoßlinien 141a, 141e, 142e (d. h. von den Hairpin-Drähten 100 und/oder dem Flachstecker 125) die Stoßlinien 141a, 141e, 142e und bildet eine erste Schweißnaht 216, wie in 7 für den Schweißstoß 140a gezeigt. Daher versteht es sich, dass ein Schweißsegment ein geschmolzenes Becken aufweisen kann, das größer als der Durchmesser des Laserstrahls ist, der das Schweißsegment bildet. Dementsprechend bildet der erste Schweißschritt eine Schweißnaht entlang der Schweißstöße 140a, 140e, ohne dass sich der Laserstrahl B zwischen den Hairpin-Drähten 100 und zwischen den Hairpin-Drähten 100 und dem Flachstecker 125 ausbreitet. In einigen Variationen führt das Laserschweißsystem 22 außerdem einen einzelnen Durchgang (d. h. einen einzelnen Laserstrahldurchgang) aus, um die erste Schweißnaht 216 zu bilden, während das Laserschweißsystem 22 in anderen Variationen mehr als einen Durchgang ausführt (z. B. schnelle Wiederholung), um die erste Schweißnaht 216 zu bilden.
Es versteht sich, dass das Bilden der Schweißnaht 216 unter Verwendung des ersten Schweißschritts thermische Schäden, unerwünschte Verbrennungen an der Emailbeschichtung 103 (1), Schweißspritzer und/oder Schweißnahtverunreinigung reduziert. Zusätzlich erzeugt der erste Schweißschritt eine glatte einheitliche Fläche, auf die während eines nachstehend beschriebenen zweiten Schweißschritts geschweißt werden soll, erzeugt jedoch kein signifikantes Schweißvolumen. Es versteht sich auch, dass die durch die linearen Segmente 214, 215 erzeugte Schmelze Abweichungen aufgrund von inkonsistenter Oberflächenreflektivität, dem Oberflächenprofil oder einer Oberflächenverunreinigung entfernt oder reduziert und dünne Beschichtungen (z. B. eine Zinnbeschichtung) und/oder Verunreinigungen, wie unter anderem Kohlenwasserstoffablagerungen und Oberflächenoxidation, die auf den Hairpin-Drähten 100 und/oder Flachsteckern 125 vorhanden sein können, abschmilzt oder entfernt.
Unter Bezugnahme auf 8A-8B führt das Laserschweißsystem 22 einen zweiten Schweißschritt über der in 6A gezeigten Stoßlinie 141a und den in 6C gezeigten Stoßlinien 141e, 142e aus, sodass eine Erhöhung des Schmelzvolumens und der Penetrationstiefe der ersten Schweißnaht 216 zu einer endgültigen Schweißnaht 218 (9) zwischen den Hairpin-Drähten 100 (8A) und zwischen den Hairpin-Drähten 100 und dem Flachstecker 125 (8B) führt. Insbesondere führt das Laserschweißsystem 22 ein zweites Schweißsegment 217 über der Stoßlinie 141a (8A) und über den Stoßlinien 141e, 142e (8B) aus. In mindestens einer Variation führt das Laserschweißsystem 22 ein kreisförmiges oder elliptisches Schweißsegment 217 über der Stoßlinie 141a aus, wie in 8A dargestellt, und über den Stoßlinien 141e, 142e, wie in 8B dargestellt. In einigen Variationen sind die Energiezufuhr, das Strahlprofil, die Schweißgeschwindigkeit, die Form des kreisförmigen/elliptischen Musters, die Platzierung und/oder die Anzahl von Wiederholungen von der Konfiguration des Schweißstoßes 140a, 140e und/oder des mindestens einen Nichtübereinstimmungsparameters abhängig, der von dem Visualisierungssystem 220 bestimmt wird. Zum Beispiel können die Längen „A3“, „A4“ und der Radius „r1“ des zweiten Schweißsegments 217 in 8A und den Längen „A5“, „A6“ und der Radius „r2“ des zweiten Schweißnahtsegments 217 in 8B für eine bestimmte Art von Schweißstoß, mindestens einen Nichtübereinstimmungsparameter und/oder in Abhängigkeit von unter anderem Schweißeingabeparametern, Prozessparametern und Ausrüstungstoleranzen vordefiniert sein.
In einigen Variationen sind die in 6A-6C und 8A-8B gezeigten Segmentlängen A1-A6 und Radien r1, r2 von einer gemessenen Abmessung (WD) des Hairpin-Drahtes oder Flachsteckers, eines Laserstrahldurchmessers (BD) und einer Visualisierungstoleranz (VT) des elektronischen Visualisierungssystems 220 abhängig sein. Zum Beispiel und unter der Annahme, dass der Hairpin-Drahtverbindung 130a in FIG: 8A 100 eine Abmessung in x-Richtung von 3,6 Millimetern (mm) und eine Abmessung in y-Richtung von 3,0 mm aufweist, der Durchmesser des Laserstrahls B 680 Mikrometer (µm) beträgt und die Visualisierungstoleranz des elektronischen Visualisierungssystems 220 50 µm beträgt, kann eine Segmentlänge A3 mit WD-BD-2VT=3,0 mm-680 µm-100 µm=2,22 mm berechnet werden. Und eine Segmentlänge A4 kann als 3,6 mm-680 µm-100 µm=2,82 mm berechnet werden. Außerdem kann der Krümmungsradius r1 konstant gehalten werden, z. B. r1=0,25 mm.
Zusätzlich kann die Anzahl der Durchgänge des ersten Schweißsegments und/oder des zweiten Schweißsegments von dem Schweißbereich einer Hairpin-Drahtverbindung 130 oder einer Hairpin-Draht-Flachstecker-Verbindung 131 bedingt oder abhängig sein. Zum Beispiel können für eine ursprüngliche Querschnittsfläche (xy-Ebene) des Hairpin-Drahtes 100 von 6 mm² und eine gewünschte Schweißnaht-Querschnittsfläche von 6 mm² (z. B. yz-Ebene in 8A) fünf Schweißdurchgänge verwendet werden, um eine Schweißnaht mit einer Querschnittsfläche von mindestens 6 mm² zu erzeugen. In der Alternative können für einen Hairpin-Draht 100 mit einer Schweißnahtfläche von 3 mm² zwei Schweißnahtdurchgänge verwendet werden, um eine Schweißnaht mit einer Querschnittsfläche von mindestens 3 mm² zu erzeugen. Es versteht sich, dass eine Schweißnaht-Querschnittsfläche entlang einer oder mehrerer Ebenen zwischen Hairpin-Drähten 100 und/oder zwischen Hairpin-Draht 100 und Flachstecker 125 gemessen wird.
Es versteht sich, dass ein Bereich von Schweißbewegungsgeschwindigkeiten verwendet werden kann, um die ersten Schweißsegmente und die zweiten Schweißsegmente zu bilden. In einigen Variationen liegt die Schweißbewegungsgeschwindigkeit unter anderem zwischen 100 mm/s und 500 mm/s, zum Beispiel zwischen 150 mm/s und 450 mm/s, zwischen 200 mm/s und 400 mm/s. Außerdem können das Leistungsniveau des Laserstrahls B, die Bewegungsgeschwindigkeit und das Strahlprofil während des Schweißens variiert werden, um die Strahlkopplung zu verbessern, die Erzeugung von Schweißspritzern zu verringern, die Wachstumsrate der Schweißnaht zu steuern und die Zykluszeit zu optimieren.
Unter Bezugnahme auf 10 ist ein Verfahren 30 zum Zusammenfügen elektrischer Verbindungen gezeigt. Das Verfahren 30 beinhaltet das Beurteilen eines Schweißstoßes zwischen zwei Substraten bei 300, das Bestimmen jeder Nichtübereinstimmung zwischen den zwei Substraten bei 310 und das Schweißen von ersten Schweißsegmenten, die in Richtung einer Stoßlinie zwischen den beiden Substraten vorgespannt sind, diese aber nicht überlappen, mit einem ersten Schweißschritt bei 320. Das Verfahren beinhaltet auch das Schweißen eines zweiten Schweißsegments über der Stoßlinie zwischen den zwei Substraten mit einem zweiten Schweißschritt bei 330. Auf diese Weise wird ein durchgehender elektrischer Pfad durch die Statorwicklung 120 bereitgestellt, wobei jedes Paar von Hairpin-Drähten mit einer Schweißnaht verbunden ist, die einen niedrigen elektrischen Widerstand, eine gewünschte statische Festigkeit, Beständigkeit gegenüber Ermüdungsbeanspruchungen (sowohl Schwingung als auch Wärme) und konsistente metallurgische Eigenschaften mit geringer Diskontinuität aufweist. Zusätzlich hemmt oder verhindert das Zusammenfügen der Hairpin-Drahtverbindungen 130 und der Hairpin-Draht-Flachstecker-Verbindungen 131 gemäß den Lehren der vorliegenden Offenbarung Email- und Werkzeugschäden durch Laserlicht, das während des Schweißprozesses durch die Stoßlinie verläuft, Schweißspritzer und vereinzelte Kupferablagerungen und erzeugt eine einheitliche Schweißnahtform, die keine anderen elektrischen Verbindungen berührt oder einen Ort bereitstellt, an dem Elektrizität einen Lichtbogen zwischen isolierten Wicklungen bilden kann.
Es versteht sich, dass die Verwendung eines kontinuierlichen kreisförmigen oder elliptischen Laserstrahldurchgangs, der die Stoßlinien verfolgt, zur Beibehaltung der Schlüssellochstabilität führt, während das Ausgasen von absorbierten Gasen, Leerräumen oder Porosität aus dem geschmolzenen Becken verbessert wird. Und eine schnelle Aufwachsphase der Schweißung reduziert den Zykluszeitbetrag im Vergleich zu der Zykluszeit, die für das gleiche Schweißvolumen unter Verwendung von nur linearen Segmenten benötigt wird. Aufgrund der Instabilität des Schweißens von Kupfer ermöglicht die oszillierende Form des Wegs das Erreichen einer angemessenen Strahlgeschwindigkeit, das Beibehalten der Stabilität beim Tiefschweißen und das schnelle Aufwachsen des Schweißbeckens minimiert den Gesamtenergieeintrag und die daraus resultierende thermische Auswirkung auf einen Hairpin-Draht und einen Flachstecker. In einigen Variationen wird der zweite Schweißschritt unmittelbar nach dem ersten Schweißen umgesetzt, während der zweite Schweißschritt in anderen Variationen nach einem längeren Zeitraum umgesetzt wird. Es versteht sich, dass die Anzahl der Durchgänge während des zweiten Schweißschritts in Abhängigkeit davon, wann der zweite Schritt umgesetzt wird, variieren kann. Zusätzlich wird in einigen Variationen ein dritter Schweißschritt umgesetzt, um die Schweißqualität sicherzustellen.
Weitere Anwendungsbereiche werden aus der in dieser Schrift bereitgestellten Beschreibung ersichtlich. Es versteht sich, dass die Beschreibung und konkrete Beispiele lediglich der Veranschaulichung dienen und den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken sollen.
Räumlich bezugnehmende Ausdrücke, wie „innen“, „außen“, „unter“, „unterhalb“, „untere/r/s“, „obere/r/s“ und dergleichen, können in dieser Schrift für eine leichtere Beschreibung eines Verhältnisses eines Elements oder eines Merkmals zu einem anderen Element oder Merkmal bzw. anderen Elementen oder Merkmalen verwendet werden, wie es in den Figuren veranschaulicht ist. Räumlich bezugnehmende Ausdrücke können dazu gedacht sein, zusätzlich zu der in den Figuren dargestellten Ausrichtung unterschiedliche Ausrichtungen der Vorrichtung im Gebrauch oder Betrieb einzuschließen. Zum Beispiel wären, wenn eine Vorrichtung in den Figuren umgedreht wird, Elemente, die als „unterhalb“ oder „unter“ (einem) anderen Elemente/n oder Merkmale/n beschrieben sind, dann „oberhalb“ oder „über“ den anderen Elementen oder Merkmalen ausgerichtet. Somit kann der beispielhafte Begriff „unterhalb“ sowohl eine Ausrichtung von oberhalb als auch von unterhalb umfassen.
In dieser Anmeldung können sich die Ausdrücke „Modul“, „Steuersystem“ und/oder „Steuerung“ auf Folgendes beziehen, Teil von Folgendem sein oder Folgendes beinhalten: eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (Application Specific Integrated Circuit - ASIC); eine digitale, analoge oder gemischte analoge/digitale diskrete Schaltung; eine digitale, analoge oder gemischte analoge/digitale integrierte Schaltung; eine kombinierbare Logikschaltung; ein feldprogrammierbares Gate-Array (Field Programmable Gate Array - FPGA); eine Prozessorschaltung (geteilt, dediziert oder Gruppe), die Code ausführt; eine Speicherschaltung (geteilt, dediziert oder Gruppe), die Code speichert, der durch die Prozessorschaltung ausgeführt wird; andere geeignete Hardware-Komponenten, welche die beschriebene Funktionalität, wie unter anderem eine Bewegung von Treibern und Systemen, Sendeempfängern, Routern, Hardware für Eingabe/Ausgabeschnittstellen usw. bereitstellen; oder eine Kombination aus einigen oder allen des Vorangehenden, wie in einem System-on-Chip.
Der Ausdruck Speicher ist eine Untergruppe des Ausdrucks computerlesbares Medium. Der Ausdruck computerlesbares Medium schließt im in dieser Schrift verwendeten Sinne keine transitorischen elektrischen oder elektromagnetischen Signale ein, die sich durch ein Medium (wie über eine Trägerwelle) ausbreiten; der Ausdruck computerlesbares Medium kann daher als greifbar und nichttransitorisch betrachtet werden. Nicht einschränkende Beispiele für ein nichttransitorisches, greifbares computerlesbares Medium sind nichtflüchtige Speicherschaltungen (wie eine Flash-Speicher-Schaltung, eine Schaltung eines löschbaren programmierbaren Festwertspeichers oder eine Schaltung eines Masken-Festwertspeichers), flüchtige Speicherschaltungen (wie eine Schaltung eines statischen Direktzugriffsspeichers oder eine Schaltung eines dynamischen Direktzugriffsspeichers), magnetische Speichermedien (wie ein analoges oder digitales Magnetband oder ein Festplattenlaufwerk) und optische Speichermedien (wie eine CD, eine DVD oder eine Blu-ray Disc).
Die in dieser Anmeldung beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren können teilweise oder vollständig durch einen Spezialcomputer implementiert werden, der durch Konfigurieren eines Allzweckcomputers zum Ausführen einer oder mehrerer bestimmter Funktionen, die in Computerprogrammen ausgebildet sind, erstellt wird. Die vorstehend beschriebenen Funktionsblöcke, Ablaufdiagrammkomponenten und anderen Elemente dienen als Softwarespezifikationen, die durch die Routinearbeit eines erfahrenen Technikers oder Programmierers in die Computerprogramme übersetzt werden können.
Sofern in dieser Schrift nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist, sind alle numerischen Werte, die mechanische/thermische Eigenschaften, Prozentanteile von Zusammensetzungen, Abmessungen und/oder Toleranzen oder andere Eigenschaften angeben, so zu verstehen, dass sie durch das Wort „etwa“ oder „ungefähr“ beim Beschreiben des Schutzumfangs der vorliegenden Offenbarung modifiziert werden. Diese Modifikation ist aus verschiedenen Gründen wünschenswert, einschließlich industrieller Praxis, Material, Herstellung und Montagetoleranzen sowie Testfähigkeit.
Wie in dieser Schrift verwendet, ist die Formulierung mindestens eines von A, B und C so auszulegen, dass sie ein logisches (A ODER B ODER C) bedeutet, wobei ein nichtausschließendes logisches ODER verwendet wird, und sollte nicht dahingehend ausgelegt werden, dass sie „mindestens eines von A, mindestens eines von B und mindestens eines von C“ bedeutet.
Die Beschreibung der Offenbarung ist rein beispielhafter Natur und somit ist beabsichtigt, dass Varianten, die nicht vom Wesentlichen der Offenbarung abweichen, innerhalb des Schutzumfangs der Offenbarung liegen sollen. Derartige Varianten sind nicht als Abweichung vom Geist und Schutzumfang der Offenbarung zu betrachten.
Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Zusammenfügen elektrischer Verbindungen Folgendes: Bewerten mindestens eines Schweißstoßes zwischen mindestens zwei Substraten; Bestimmen einer Nichtübereinstimmung zwischen den mindestens zwei Substraten; und Zusammenschweißen der mindestens zwei Substrate durch einen mehrstufigen Schweißprozess, der das Kompensieren der Nichtübereinstimmung zwischen den mindestens zwei Substraten durch Schweißen, aber nicht Überlappen, einer Stoßlinie an beiden Seiten zwischen den mindestens zwei Substraten mit einem ersten Schweißschritt und das Erhöhen des Schmelzvolumens und der Penetrationstiefe einer Schweißnaht zwischen den mindestens zwei Substraten mit einem zweiten Schweißschritt umfasst.
In einem Aspekt der Erfindung umfasst das Bewerten des mindestens einen Schweißstoßes das Identifizieren von Kanten und Mittelpunkten der mindestens zwei Substrate und mindestens eines von einer Winkelfehlausrichtung zwischen den mindestens zwei Substraten, einem Spalt zwischen den mindestens zwei Substraten, einem vertikalen Versatz zwischen den mindestens zwei Substraten, einem seitlichen Versatz zwischen den mindestens zwei Substraten, einem Unterschied in der Reflektivität zwischen den mindestens zwei Substraten, einem Unterschied in der geometrischen Form zwischen den mindestens zwei Substraten, einem Unterschied in der Chemie zwischen den mindestens zwei Substraten.
In einem Aspekt der Erfindung umfasst der erste Schweißschritt das Schweißen von linearen Schweißsegmenten zwischen den mindestens zwei Substraten, die in Richtung der Stoßlinie vorgespannt sind, diese aber nicht überlappen, und umfasst der zweite Schweißschritt das kreisförmige oder elliptische Schweißen über der Stoßlinie zwischen den mindestens zwei Substraten.
In einem Aspekt der Erfindung umfassen die mindestens zwei Substrate zwei aneinanderstoßende rechteckige Hairpin-Drähte.
In einem Aspekt der Erfindung umfassen die mindestens zwei Substrate drei aneinanderstoßende rechteckige Hairpin-Drähte.
In einem Aspekt der Erfindung umfassen die mindestens zwei Substrate einen Hairpin-Draht, der an einen Flachstecker stößt.
In einem Aspekt der Erfindung umfassen die mindestens zwei Substrate einen Flachstecker, der zwischen zwei Hairpin-Drähten anstößt.
In einem Aspekt der Erfindung umfassen die mindestens zwei Substrate zwei Hairpin-Drähte, die an einen Flachstecker stoßen.
In einem Aspekt der Erfindung sind die mindestens zwei Substrate vertikal zueinander fehlausgerichtet und der erste Schweißschritt reduziert die vertikale Nichtübereinstimmung vor dem zweiten Schweißschritt.
In einem Aspekt der Erfindung umfassen die mindestens zwei Substrate eine Vielzahl von Hairpin-Drähten und das Zusammenschweißen der mindestens zwei Substrate umfasst das Zusammenschweißen einer Vielzahl von Schweiß-Hairpin-Drahtverbindungen durch Ausführen des ersten Schweißschritts und des zweiten Schweißschritts an jeder der Vielzahl von Hairpin-Drahtverbindungen.
In einem Aspekt der Erfindung beinhaltet das Verfahren das Zusammensetzen eines Elektromotorstators durch Zusammenschweißen der Vielzahl von Schweiß-Hairpin-Drahtverbindungen.
In einem Aspekt der Erfindung wird die Vielzahl von Hairpin-Drahtverbindungen mit einer Schweißbewegungsgeschwindigkeit zwischen 100 mm/s und 500 mm/s lasergeschweißt.
In einem Aspekt der Erfindung wird die Vielzahl von Hairpin-Drahtverbindungen mit einem elektronischen Visualsierungssystem bewertet.
In einem Aspekt der Erfindung identifiziert das elektronische Visualisierungssystem mindestens eine von einer Position jeder der Vielzahl von Hairpin-Drahtverbindungen, einer Größe jedes Hairpin-Drahtes, der jede der Vielzahl von Hairpin-Drahtverbindungen bildet, einer oder mehreren Kanten jedes Hairpin-Drahtes, der jede der Vielzahl von Hairpin-Drahtverbindungen bildet, einer Winkelfehlausrichtung zwischen jedem Hairpin-Draht, der jede der Vielzahl von Hairpin-Drahtverbindungen bildet, einem Spalt zwischen jedem Hairpin-Draht, der jede der Vielzahl von Hairpin-Drahtverbindungen bildet, einem vertikalen Versatz zwischen jedem Hairpin-Draht, der jede der Vielzahl von Hairpin-Drahtverbindungen bildet, einem seitlichen Versatz zwischen jedem Hairpin-Draht, der jede der Vielzahl von Hairpin-Drahtverbindungen bildet, einem Unterschied in der Reflektivität zwischen jedem Hairpin-Draht, der jede der Vielzahl von Hairpin-Drahtverbindungen bildet, einem Unterschied in der geometrischen Form zwischen jedem Hairpin-Draht, der jede der Vielzahl von Hairpin-Drahtverbindungen bildet, und einen Unterschied in der Chemie zwischen jedem Hairpin-Draht, der jede der Vielzahl von Hairpin-Drahtverbindungen bildet.
In einem Aspekt der Erfindung ist das elektronische Visualisierungssystem koaxial zu einem Laserstrahl, der die mindestens zwei Substrate zusammenschweißt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Zusammenfügen von elektrischer Verdrahtung Folgendes: Bewerten eines Schweißstoßes zwischen mindestens zwei Hairpin-Drähten; Bestimmen einer Nichtübereinstimmung zwischen den mindestens zwei Hairpin-Drähten; Schweißen von mindestens zwei Schweißsegmenten, die in Richtung einer Stoßlinie vorgespannt sind, diese aber nicht überlappen, zwischen den mindestens zwei Hairpin-Drähten in einem ersten Schweißschritt; und kreisförmiges oder elliptisches Schweißen über der Stoßlinie zwischen den mindestens zwei Hairpin-Drähten während eines zweiten Schweißschritts.
In einem Aspekt der Erfindung wird der Schweißstoß mit einem elektronischen Visualisierungssystem bewertet und das Bewerten umfasst das Identifizieren von Kanten und Mittelpunkten der mindestens zwei Hairpin-Drähte und mindestens eines von einer Winkelfehlausrichtung zwischen den mindestens zwei Hairpin-Drähten, einem Spalt zwischen den mindestens zwei Hairpin-Drähten, einem vertikalen Versatz zwischen den mindestens zwei Hairpin-Drähten, einem seitlichen Versatz zwischen den mindestens zwei Hairpin-Drähten, einem Unterschied in der Reflektivität zwischen den mindestens zwei Hairpin-Drähten, einem Unterschied in der geometrischen Form zwischen den mindestens zwei Hairpin-Drähten und einem Unterschied in der Chemie zwischen den mindestens zwei Hairpin-Drähten.
In einem Aspekt der Erfindung beinhaltet das Verfahren das Montieren eines Elektromotorstators durch Zusammenschweißen der Enden einer Vielzahl von Hairpin-Drähten mit dem ersten Schweißschritt und dem zweiten Schweißschritt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Zusammenfügen von Elektromotorstatorverdrahtung Folgendes: Bewerten von Schweißstößen zwischen Hairpin-Drahtverbindungen einer Statorwicklung mit einem elektronischen Visualisierungssystem; Bestimmen einer Nichtübereinstimmung zwischen jeder der Hairpin-Drahtverbindungen mit dem elektronischen Visualisierungssystem und das Übertragen mindestens eines Nichtübereinstimmungsparameters an ein Laserschweißsystem für jede der Hairpin-Drahtverbindungen; Laserschweißen von linearen Schweißsegmenten, die in Richtung einer Stoßlinie vorgespannt sind, diese aber nicht überlappen, zwischen jeder der Hairpin-Drahtverbindungen während eines ersten Schweißschritts und das Bilden einer Schweißnaht über der Stoßlinie in Abhängigkeit von mindestens einem Nichtübereinstimmungsparameter; und Oszillationsschweißen über der Stoßlinie zwischen jeder der Hairpin-Drahtverbindungen.
In einem Aspekt der Erfindung beinhaltet das Verfahren das Montieren eines Elektromotorstators durch Zusammenschweißen jeder der Hairpin-Drahtverbindungen mit dem ersten Schweißschritt und dem zweiten Schweißschritt.

Claims

Verfahren zum Zusammenfügen elektrischer Verbindungen, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bewerten mindestens eines Schweißstoßes zwischen mindestens zwei Substraten; Bestimmen einer Nichtübereinstimmung zwischen den mindestens zwei Substraten; und Zusammenschweißen der mindestens zwei Substrate durch einen mehrstufigen Schweißprozess, der das Kompensieren der Nichtübereinstimmung zwischen den mindestens zwei Substraten durch Schweißen, aber nicht Überlappen, einer Stoßlinie an beiden Seiten zwischen den mindestens zwei Substraten mit einem ersten Schweißschritt und das Erhöhen des Schmelzvolumens und der Penetrationstiefe einer Schweißnaht zwischen den mindestens zwei Substraten mit einem zweiten Schweißschritt umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bewerten des mindestens einen Schweißstoßes das Identifizieren von Kanten und Mittelpunkten der mindestens zwei Substrate und mindestens eines von einer Winkelfehlausrichtung zwischen den mindestens zwei Substraten, einem Spalt zwischen den mindestens zwei Substraten, einem vertikalen Versatz zwischen den mindestens zwei Substraten, einem seitlichen Versatz zwischen den mindestens zwei Substraten, einem Unterschied in der Reflektivität zwischen den mindestens zwei Substraten, einem Unterschied in der geometrischen Form zwischen den mindestens zwei Substraten, einem Unterschied in der Chemie zwischen den mindestens zwei Substraten umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Schweißschritt das Schweißen von linearen Schweißsegmenten zwischen den mindestens zwei Substraten umfasst, die in Richtung der Stoßlinie vorgespannt sind, diese aber nicht überlappen, und der zweite Schweißschritt das kreisförmige oder elliptische Schweißen über der Stoßlinie zwischen den mindestens zwei Substraten umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die mindestens zwei Substrate zwei aneinanderstoßende rechteckige Hairpin-Drähte umfassen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die mindestens zwei Substrate drei aneinanderstoßende rechteckige Hairpin-Drähte umfassen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die mindestens zwei Substrate einen Hairpin-Draht umfassen, der an einen Flachstecker stößt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die mindestens zwei Substrate einen Flachstecker umfassen, der zwischen zwei Hairpin-Drähten anstößt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die mindestens zwei Substrate zwei Hairpin-Drähte umfassen, die an einen Flachstecker stoßen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die mindestens zwei Substrate vertikal zueinander fehlausgerichtet sind und der erste Schweißschritt die vertikale Nichtübereinstimmung vor dem zweiten Schweißschritt reduziert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die mindestens zwei Substrate eine Vielzahl von Hairpin-Drähten umfassen und das Zusammenschweißen der mindestens zwei Substrate das Zusammenschweißen einer Vielzahl von Schweiß-Hairpin-Drahtverbindungen durch Ausführen des ersten Schweißschritts und des zweiten Schweißschritts an jeder der Vielzahl von Hairpin-Drahtverbindungen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 10, ferner umfassend das Montieren eines Elektromotorstators durch Zusammenschweißen der Vielzahl von Hairpin-Drahtverbindungen.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Vielzahl von Hairpin-Drahtverbindungen mit einer Schweißbewegungsgeschwindigkeit zwischen 100 mm/s und 500 mm/s lasergeschweißt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Vielzahl von Hairpin-Drahtverbindungen mit einem elektronischen Visualsierungssystem bewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das elektronische Visualisierungssystem mindestens eine von einer Position jeder der Vielzahl von Hairpin-Drahtverbindungen, einer Größe jedes Hairpin-Drahtes, der jede der Vielzahl von Hairpin-Drahtverbindungen bildet, einer oder mehreren Kanten jedes Hairpin-Drahtes, der jede der Vielzahl von Hairpin-Drahtverbindungen bildet, einer Winkelfehlausrichtung zwischen jedem Hairpin-Draht, der jede der Vielzahl von Hairpin-Drahtverbindungen bildet, einem Spalt zwischen jedem Hairpin-Draht, der jede der Vielzahl von Hairpin-Drahtverbindungen bildet, einem vertikalen Versatz zwischen jedem Hairpin-Draht, der jede der Vielzahl von Hairpin-Drahtverbindungen bildet, einem seitlichen Versatz zwischen jedem Hairpin-Draht, der jede der Vielzahl von Hairpin-Drahtverbindungen bildet, einem Unterschied in der Reflektivität zwischen jedem Hairpin-Draht, der jede der Vielzahl von Hairpin-Drahtverbindungen bildet, einem Unterschied in der geometrischen Form zwischen jedem Hairpin-Draht, der jede der Vielzahl von Hairpin-Drahtverbindungen bildet, und einen Unterschied in der Chemie zwischen jedem Hairpin-Draht, der jede der Vielzahl von Hairpin-Drahtverbindungen bildet, identifiziert.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das elektronische Visualisierungssystem koaxial zu einem Laserstrahl ist, der die mindestens zwei Substrate zusammenschweißt.