DE102022101859A1

DE102022101859A1 - Verfahren zur Herstellung und Isolierung einer elektrisch leitenden Verbindung

Info

Publication number: DE102022101859A1
Application number: DE102022101859.8A
Authority: DE
Inventors: Markus Omlor; Florian Braunbeck
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2022-01-27
Filing date: 2022-01-27
Publication date: 2023-07-27

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung und Isolierung einer elektrisch leitenden Verbindung (1) zumindest zweier elektrisch leitender Elemente (2), insbesondere von zumindest zwei Drahtenden einer elektrischen Maschine (3), mit den Schritten:- Bereitstellen zumindest zweier elektrisch leitender Elemente (2),- Annäherung der elektrisch leitenden Elemente (2),- Verschweißen der elektrisch leitenden Elemente (2),- Bereitstellen eines thermoplastischen Werkstoffs (6),- Aufschmelzen des thermoplastischen Werkstoffes (6) und- Aufbringung des flüssigen thermoplastischen Werkstoffs (6) auf die verschweißten elektrisch leitenden Elemente (2).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung und Isolierung einer elektrisch leitenden Verbindung, insbesondere von Drahtelementen einer elektrischen Maschine.
Bei einer elektrischen Maschine sind Drahtelemente beispielsweise des Stators bekannt, die miteinander elektrisch leitend verbunden werden und anschließend zur Vermeidung von elektrischen Kurzschlüssen an den Verbindungsstellen elektrisch isoliert werden. Dabei ist es durch die DE 11 2016 002 113 T5 beispielsweise bekannt, dass Drahtenden von Spulenabschnitten durch Verschweißen miteinander elektrisch leitend verbunden werden. Dabei sind die Drahtenden zuvor von ihrer elektrischen Isolierung befreit, miteinander in Berührung gebracht und anschließend verschweißt, so dass ein elektrisch nicht isoliertes verschweißtes Ende der Drahtenden resultiert. Die DE 11 2016 002 113 T5 schlägt dazu vor, dass die verschweißten Drahtenden mit einem Isolierharz überzogen werden, wozu die verschweißten Drahtenden mit sandwichartigen Harzgussformen umgeben werden und anschließend in die Harzgussform das Isolierharz in die Harzgussform eingespritzt wird. Dies ist erheblich aufwändig und zeitintensiv, da die Harzgussform um jedes verschweißte Drahtende angeordnet werden muss, bevor ein lokales Einspritzen des Isolierharzes erfolgen kann. Dieser Prozess muss dann für jedes verschweißte Drahtende wiederholt werden, was bei einer üblicherweise insgesamt hohen Anzahl an verschweißten Drahtenden sehr aufwändig und zeitraubend ist. Auch erfolgen das Verschweißen und das Isolieren in unterschiedlichen Maschinen, was ebenso zur Erhöhung des Aufwandes führt.
Alternativ dazu sind auch Kappen bekannt, die auf die verschweißten Enden aufgesetzt werden. Dies hat jedoch den Nachteil, dass solche Kappen nicht ideal auf die verschweißten Enden passen, da das Verschweißen bekannterweise immer zumindest geringfügig unterschiedlich geformte Gestaltungen erzeugt, so dass die Kappen nur selten ideal passen und daher auch leicht wieder verloren gehen können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung und Isolierung einer elektrisch leitenden Verbindung zu schaffen, das eine dauerhafte Isolierung erzeugt, die einfach und kostengünstig auf den elektrisch leitend miteinander verbundenen Drahtenden herstellbar ist.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung und Isolierung einer elektrisch leitenden Verbindung zumindest zweier elektrisch leitender Elemente, insbesondere von zumindest zwei Drahtenden einer elektrischen Maschine, mit den Schritten:

- Bereitstellen zumindest zweier elektrisch leitender Elemente,
- Annäherung der elektrisch leitenden Elemente,
- Verschweißen der elektrisch leitenden Elemente,
- Bereitstellen eines thermoplastischen Werkstoffs,
- Aufschmelzen des thermoplastischen Werkstoffes und
- Aufbringung des flüssigen thermoplastischen Werkstoffs auf die verschweißten elektrisch leitenden Elemente. Dadurch wird erreicht, dass in einem Prozess und insbesondere auch in einer Anordnung in der gleichen Maschine ohne zusätzliche Werkzeuge oder Formen sowohl das Verschweißen als auch das Isolieren durchgeführt werden kann, was besonders effektiv und Zeit und Kosten sparend ist.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Verschweißen der elektrisch leitenden Elemente als ein Laserschweißen mittels eines ersten Lasers erfolgt. Dadurch kann in effektiver Art eine Verschweißung der elektrisch leitenden Elemente vorgenommen werden, wobei insbesondere eine effektive Anpassung der Schweißbedingungen an die zu verschweißenden Elemente vorgenommen werden kann.
Weiterhin ist es auch zweckmäßig, wenn das Aufschmelzen des thermoplastischen Werkstoffs durch ein Erwärmen mittels eines zweiten Lasers erfolgt. Dadurch wird ebenso effektiv ein Erwärmen und Aufschmelzen des zugeführten thermoplastischen Werkstoffs ermöglicht, insbesondere an dem Ort der zu isolierenden verschweißten Elemente.
Besonders vorteilhaft ist es auch, wenn der erste Laser ein Laser ist, welcher für das Verschweißen der elektrisch leitenden Elemente optimiert ist, insbesondere hinsichtlich Wellenlänge, Fokus, Energiedichte etc. Dadurch kann besonders effektiv das Schweißen vorgenommen werden.
Auch ist es vorteilhaft, wenn der zweite Laser ein zu dem ersten Laser unterschiedlicher Laser ist, welcher für das Aufschmelzen des thermoplastischen Werkstoffs optimiert ist, insbesondere hinsichtlich Wellenlänge, Fokus, Energiedichte etc. Dadurch kann besonders effektiv das Aufschmelzen und Isolieren vorgenommen werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der zweite Laser derselbe Laser oder der gleiche Laser ist als der erste Laser, wobei der zweite Laser in einer für das Aufschmelzen des thermoplastischen Werkstoffs optimierten Einstellung genutzt wird, insbesondere hinsichtlich Wellenlänge, Fokus, Energiedichte etc. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn der erste Laser derart verstellbar oder einstellbar ist, dass er als zweiter Laser nutzbar ist und den thermoplastischen Werkstoff nur aufschmilzt und nicht verdampft oder verbrennt.
Auch ist es zweckmäßig, wenn der thermoplastische Werkstoff in Stabform bereitgestellt wird und in den Laserstrahl gehalten wird, so dass der thermoplastische Werkstoff aufschmilzt und zumindest einen Tropfen bildet, derart, dass der zumindest eine Tropfen des thermoplastischen Werkstoffs auf zuvor verschweißte Elemente tropft. Durch die stabförmige Zuführung kann der thermoplastische Werkstoff einfach und unkompliziert zu dem Ort zugeführt werden, wo er aufgeschmolzen und auf die zu isolierenden Elemente aufgetragen werden soll. Es ist eine einfache Handhabung und Verarbeitung möglich.
Auch ist es zweckmäßig, wenn der zumindest eine Tropfen des thermoplastischen Werkstoffs auf die zuvor verschweißten Elemente tropft und dort eine elektrische Isolierung bewirkt. Dadurch kann eine einfache Vorgehensweise zum Überzug der zu isolierenden Elemente vorgenommen werden.
Besonders vorteilhaft ist es auch, wenn der thermoplastische Werkstoff aus einer Warteposition hin zu einer Arbeitsposition verfahren wird, wo er aufgeschmolzen wird und der thermoplastische Werkstoff nach dem Aufschmelzen wieder in die Warteposition verfahren wird.
Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn die Verfahrensschritte zur Herstellung und Isolierung zumindest einer weiteren elektrisch leitenden Verbindung zumindest zweier elektrisch leitender Elemente entsprechend wiederholt werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung von Verfahrensschritten des erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Aufschmelzens des thermoplastischen Werkstoffs gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren,
3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Isolierens der verschweißten Elemente gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren, und
4 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Entfernens des thermoplastischen Werkstoffs gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung und Isolierung einer elektrisch leitenden Verbindung 1 zumindest zweier elektrisch leitender Elemente 2, insbesondere von zumindest zwei Drahtenden einer elektrischen Maschine 3.
Die 1 bis 4 zeigen verschiedene Verfahrensschritte eines Verfahrens zur Herstellung und Isolierung einer elektrisch leitenden Verbindung 1 zumindest zweier elektrisch leitender Elemente 2, insbesondere von zumindest zwei Drahtenden einer elektrischen Maschine 3.
Dabei ist als Ausführungsbeispiel in den Figuren ein Stator 4 einer elektrischen Maschine 3 gezeigt, welcher eine Vielzahl an elektrisch leitenden Elementen 2, wie beispielsweise Drahtleiter oder auch Haarnadelleiter oder Hairpin-Leiter, aufweist. Diese elektrisch leitenden Elemente 2 weisen Enden auf, wie Drahtenden, die paarweise oder mehrere solcher Elemente 2 bzw. Enden von Elementen 2, miteinander elektrisch zu verbinden und danach elektrisch zu isolieren sind.
Dabei weist das Verfahren die nachfolgenden Schritte auf:

In 1 erfolgt ein Bereitstellen zumindest zweier elektrisch leitender Elemente 2 und eine Annäherung der elektrisch leitenden Elemente 2, dass sie sich nahe sind oder sich gegebenenfalls sogar berühren. Nahe bedeutet in diesem Kontext, dass sie so nahegebracht sind oder werden, wie beispielsweise auch gebogen und/oder getwistet werden, um relativ zueinander so nahe zu sein, dass ein nachfolgendes Verschweißen eine stoffschlüssige Verbindung zwischen den Elementen erzeugen kann.

Anschließend erfolgt ein Verschweißen der elektrisch leitenden Elemente 2, insbesondere, wie gezeigt, mittels Laserschweißen mittels des ersten Lasers 5. Der erste Laser 5 ist dabei ein Laser, welcher für das Verschweißen der elektrisch leitenden Elemente 2 optimiert ist, insbesondere hinsichtlich Wellenlänge, Fokus, Energiedichte etc.
In 2 ist das Bereitstellen eines thermoplastischen Werkstoffs 6 zu erkennen. Dabei wird beispielhaft das Bereitstellen des thermoplastischen Werkstoffs 6 in Stabform durchgeführt, wobei auch andere Darreichungsformen möglich sind. Ein Stab oder mehrere Stäbe des thermoplastischen Werkstoffs 6 wird über eine Zuführvorrichtung 7 zugeführt.
Anschließend erfolgt das Aufschmelzen des thermoplastischen Werkstoffes 6, siehe 2. Dies erfolgt beispielsweise mittels eines zweiten Lasers 8 durch ein Erwärmen des thermoplastischen Werkstoffs 6 mittels des Laserstrahls des zweiten Lasers 8. Dadurch erfolgt das Aufschmelzen des thermoplastischen Werkstoffs 6.
In 3 ist zu erkennen, dass der aufgeschmolzene thermoplastische Werkstoff 6 tropft und Tropfen 9 auf die zuvor verschweißten Elemente 2 tropft, so dass dadurch eine Aufbringung des flüssigen thermoplastischen Werkstoffs 6 auf die verschweißten elektrisch leitenden Elemente 2 erfolgt. Statt des Auftropfens kann auch ein anderweitiger Auftrag erfolgen.
Dabei kann der zweite Laser 8 ein zu dem ersten Laser 5 unterschiedlicher Laser sein, welcher für das Aufschmelzen des thermoplastischen Werkstoffs 6 optimiert ist, insbesondere hinsichtlich Wellenlänge, Fokus, Energiedichte etc.
Alternativ kann als der zweite Laser 8 auch derselbe Laser 5 oder der gleiche Laser 5 verwendet werden, welcher als der erste Laser 5 zum Verschweißen eingesetzt wird, wobei der zweite Laser 8 dann beispielsweise in einer für das Aufschmelzen des thermoplastischen Werkstoffs 6 optimierten Einstellung genutzt wird, insbesondere hinsichtlich Wellenlänge, Fokus, Energiedichte etc.
Die 3 zeigt dabei beispielhaft, wie der stabförmig ausgebildete thermoplastische Werkstoff 6 in den Laserstrahl 10 gehalten wird, so dass der thermoplastische Werkstoff 6 aufschmilzt und zumindest einen Tropfen 9 bildet, derart, dass der zumindest eine Tropfen 9 des thermoplastischen Werkstoffs 6 auf zuvor verschweißte Elemente 2 tropft.
In 4 ist gezeigt, dass der zumindest eine Tropfen 9 des thermoplastischen Werkstoffs 6 auf die zuvor verschweißten Elemente 2 getropft ist und dort eine elektrische Isolierung bewirkt. Dazu verläuft der Tropfen 9 bevorzugt auf der gesamten elektrisch nicht isolierten Oberfläche der Elemente 2 und bildet selbst eine elektrische Isolierung aus.
Gemäß der 2 wird der thermoplastische Werkstoff 6 zuerst aus einer Warteposition hin zu einer Arbeitsposition verfahren, wo er aufgeschmolzen wird und gemäß 4 wird der thermoplastische Werkstoff 6 nach dem Aufschmelzen wieder in die Warteposition verfahren.
Gemäß dem Verfahrensablauf der 1 bis 4 wird zuerst ein Verschweißen und dann ein elektrisches Isolieren elektrisch leitender Elemente 2 beschrieben, wobei die beschriebenen Verfahrensschritte zur Herstellung und Isolierung zumindest einer weiteren elektrisch leitenden Verbindung zumindest zweier elektrisch leitender Elemente 2 entsprechend wiederholt werden können.
Der Stator 4 der 1 bis 4 weist eine Vielzahl zu verschweißender und zu isolierender Elemente 2 auf, so dass das Verfahren vorteilhaft oftmals nacheinander durchgeführt wird. Werden mehrere Laser 5, 8 eingesetzt, so kann das Verfahren auch teilweise zeitlich parallel durchgeführt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 112016002113 T5 [0002]

Claims

Verfahren zur Herstellung und Isolierung einer elektrisch leitenden Verbindung (1) zumindest zweier elektrisch leitender Elemente (2), insbesondere von zumindest zwei Drahtenden einer elektrischen Maschine (3), mit den Schritten: - Bereitstellen zumindest zweier elektrisch leitender Elemente (2), - Annäherung der elektrisch leitenden Elemente (2), - Verschweißen der elektrisch leitenden Elemente (2), - Bereitstellen eines thermoplastischen Werkstoffs (6), - Aufschmelzen des thermoplastischen Werkstoffes (6) und - Aufbringung des flüssigen thermoplastischen Werkstoffs (6) auf die verschweißten elektrisch leitenden Elemente (2).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschweißen der elektrisch leitenden Elemente (2) als ein Laserschweißen mittels eines ersten Lasers (5) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufschmelzen des thermoplastischen Werkstoffs (6) durch ein Erwärmen mittels eines zweiten Lasers (8) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Laser (5) ein Laser ist, welcher für das Verschweißen der elektrisch leitenden Elemente (2) optimiert ist, insbesondere hinsichtlich Wellenlänge, Fokus, Energiedichte etc.
Verfahren nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Laser (8) ein zu dem ersten Laser (5) unterschiedlicher Laser ist, welcher für das Aufschmelzen des thermoplastischen Werkstoffs (6) optimiert ist, insbesondere hinsichtlich Wellenlänge, Fokus, Energiedichte etc.
Verfahren nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Laser (8) derselbe Laser oder der gleiche Laser ist als der erste Laser (5), wobei der zweite Laser (8) in einer für das Aufschmelzen des thermoplastischen Werkstoffs (6) optimierten Einstellung genutzt wird, insbesondere hinsichtlich Wellenlänge, Fokus, Energiedichte etc.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der thermoplastische Werkstoff (6) in Stabform bereitgestellt wird und in den Laserstrahl (10) gehalten wird, so dass der thermoplastische Werkstoff (6) aufschmilzt und zumindest einen Tropfen (9) bildet, derart, dass der zumindest eine Tropfen (9) des thermoplastischen Werkstoffs (6) auf zuvor verschweißte Elemente (2) tropft.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Tropfen (9) des thermoplastischen Werkstoffs (6) auf die zuvor verschweißten Elemente (2) tropft und dort eine elektrische Isolierung bewirkt.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der thermoplastische Werkstoff (6) aus einer Warteposition hin zu einer Arbeitsposition verfahren wird, wo er aufgeschmolzen wird und der thermoplastische Werkstoff (6) nach dem Aufschmelzen wieder in die Warteposition verfahren wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensschritte zur Herstellung und Isolierung zumindest einer weiteren elektrisch leitenden Verbindung (1) zumindest zweier elektrisch leitender Elemente (2) entsprechend wiederholt werden.