DE19829761C2

DE19829761C2 - Verfahren und Leitungsverbinder zum Verbinden von warmfest lackisolierten Drähten

Info

Publication number: DE19829761C2
Application number: DE1998129761
Authority: DE
Inventors: Frieder Kielmann; Joachim Sabinski; Werner Muenster
Original assignee: VEM Sachsenwerk GmbH
Current assignee: VEM Sachsenwerk GmbH
Priority date: 1998-07-03
Filing date: 1998-07-03
Publication date: 2000-10-26
Anticipated expiration: 2018-07-04
Also published as: DE19829761A1

Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und einen Leitungsverbinder zum Verbinden von warmfest lackisolierten Drähten zu schaffen, die sowohl die Anforderungen hinsichtlich der mechanischen Festigkeit der Verbindung als auch der elektrischen Eigenschaften bei höheren Frequenzen des wechselstromdurchflossenen Litzenleiters bezüglich der Stromverdrängung in der unmittelbaren Verbindungsstelle zwischen den Drähten entspricht. DOLLAR A Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden die Drähte 4 zweier Leiter in einen Leitungsverbinder 1 beidseitig druckbeauflagt eingeschoben, wobei ein Lotblock 3 im Inneren des Leitungsverbinders 1 erwärmt wird und dessen maximale Schmeltemperatur unterhalb der Erweichungstemperatur des warmfesten Drahtisolierlackes liegt. Die Druckbeauflagung wird während der Erwärmung aufrecht erhalten, bei Erreichen der Fließfähigkeit des Lotes werden die Drähte 4 weiter eingeschoben, bis die blanken Drahtquerschnittsflächen der Drahtenden sich untereinander oder den leitfähigen Boden des Leitungsverbinders 1 im lötbaren Abstand annähern, berühren. Anschließend entfallen die Druckbeauflagungen und eine Fixierung der Drähte 4 und des Leitungsverbinders 1 erfolgt solange, bis das Lot erstarrt ist. Der vorgeprägte Leitungsverbinder 1 besitzt im Inneren eine oder mehrere definierte nach innen sich verjüngende, schräge Führungsflächen 2 und es ist in seinem Inneren noch einen Lotblock 3, angeordnet. DOLLAR A Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen neben ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und einen Leitungsverbinder zum Verbinden von warmfest lackisolierten Drähten. Besonders eignet sie sich für Litzenleiter, wie sie zum Beispiel bei elektrischen Maschinen Anwendung finden.

Es ist bekannt, Litzenleiter sowohl mittels Schweißen als auch mittels Löten miteinander so zu verbinden, daß auch die elektrische Verbindung bestimmten Qualitätsanforderungen entspricht.

Aus der DE 41 22 777 A1 ist ein Verfahren zum Widerstandsschweißen von Leitungsdrähten bekannt, bei welchem die zu verbindenden Teile in einer rinnenförmigen Aussparung eines Preßschweißgerätes gegeneinander fixiert und mittels Druck von einer Gegenelektrode und Stromdurchgang zusammengefügt werden. Dabei werden die Schweißparameter so gewählt, daß an den Grenzflächen zumindest ein zu verbindendes Material verflüssigt wird und dadurch die Leitungsdrähte mittels des geschmolzenen Materials verbunden werden.

Bei einem Schutzgasschweißverfahren nach der DE 38 30 148 A1 werden warmfest lackisolierte Drähte mit Anschlußelementen verbunden, indem vor oder während des Schweißvorganges mittels Pluspolung der Schweißelektrode die warmfeste Lackisolation eines minusgepolten Drahtes im unmittelbaren Verbindungsbereich der Schweißverbindung zerstört wird. Erst diese kathodische Reinigung des Drahtes ermöglicht die Verschweißung zwischen Draht und Anschlußelement.

Ein weiteres insbesondere in großem Umfang zum Verbinden von Litzenleitern eingesetztes Verfahren ist das Ultraschallschweißen, wie z. B. aus der DE 37 45 065 C2 bekannt.

In der DE 27 23 029 C1 ist ein Verfahren zum thermischen Verbinden von lackisolierten Drähten beschrieben, wobei eine portionierte Lotmenge im Inneren eines Leitungsverbinders erwärmt wird. Allerdings wird hier die Lackschicht in ausreichendem Maße aufgebrochen und es handelt sich hierbei nur zum Teil um lackisolierte Drähte.

Aus der DE 27 39 418 C2 ist ein weiteres Verfahren bekannt, wobei das Innere eines Leitungsverbinders mit einem Lötmaterial beschichtet ist und die miteinander zu verbindenden Drahtenden in das Innere eingebracht und anschließend zusammengequetscht und erhitzt werden. Damit eine entsprechende Verbindung der Drahtenden erfolgt, ist hierbei allerdings ein Abschmelzen der Lackisolation erforderlich.

In der DD 157 383 ist ein Verfahren zum thermischen Verbinden dünner Drähte beschrieben, wobei die zu verbindenden Drahtenden in einen Leitungsverbinder beidseitig parallel axial druckbeaufschlagt eingeschoben werden und die Druckbeaufschlagung während der Erwärmung der Drähte aufrecht erhalten wird. Hierbei handelt es sich um ein Stumpfschweißen blanker Drähte.

In der Regel arbeiten bekannte Verfahren mit thermischer Isolierlackentfernung, wobei durch die hohen Schweiß- oder Löttemperaturen der Isolierlack vor oder während der Verbindungsherstellung abgebrannt oder bei Verwendung sogenannter lötbarer Lackdrähte chemisch umgewandelt wird. Oft beeinflussen aber die Isolierlackrückstände die Qualität der auf diese Weise erzielten Verbindungen negativ. Die sicherste Verfahrensweise aus dem Stand der Technik zum Herstellen einer qualitativ hochwertigen Verbindung, ist das sehr aufwendige mechanische Entfernen des warmfesten Isolierlackes von der Drahtoberfläche. Diese Verfahrensweise ist jedoch bei Litzenleitern unmöglich, da die innen liegenden Einzelleiter nicht ohne Zerstörung der Litzenstruktur zugänglich sind. Bei allen anderen aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren ist ein relativ höher Energieeinsatz erforderlich. Zudem wird zur Erreichung der elektrisch und mechanisch festen Verbindung jeweils ein längeres Stück des Litzenleiters benötigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und einen Leitungsverbinder zum Verbinden von warmfest lackisolierten Drähten, insbesondere von Drähten von Litzenleitern zu schaffen, die sowohl die Anforderungen hinsichtlich der mechanischen Festigkeit der Verbindung als auch der elektrischen Eigenschaften bei höheren Frequenzen des wechselstromdurchflossenen Litzenleiters bezüglich der Stromverdrängung in der unmittelbaren Verbindungsstelle zwischen den Drähten entspricht.

Die erfindungsgemäße Lösung wird durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten und dritten Patentanspruches beschrieben.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen neben den bereits in der Problemstellung genannten insbesondere darin, daß die Isolation der einzelnen Litzenleiter nicht zerstört werden muß. Die Litzenstruktur bleibt auch im Bereich der Leitungsverbindung elektrisch erhalten und die Stromverdrängung kann sich hierbei nicht negativ auswirken.

Eine vorteilhafte Variante des Verfahrens zur Herstellung der Leitungsverbindung ist in Anspruch 2 angegeben. Hier wird eine radiale Druckbeaufschlagung auf die Mantelfläche des Leitungsverbinders bis zur Erstarrung des Lots vorgenommen.

Der Lotblock des Leitungsverbinders kann nach Anspruch 4 vorteilhaft mit einem höheren Silberanteil versehen sein. Damit wird die Leitfähigkeit der stromführenden Lotschicht erhöht.

Die Erfindung soll nachstehend anhand der Zeichnung in einer bevorzugten Ausführungsform für einen im Gesamtquerschnitt rechteckigen Litzenleiter beschrieben werden.

Es zeigen

Fig. 1 den Querschnitt eines rechteckigen Leitungsverbinders,

Fig. 2 den Längsschnitt durch einen Leitungsverbinder mit einem eingelegten Lotblock als Verbindungselement und

Fig. 3 den Längsschnitt durch einen Leitungsverbinder mit den eingelegten Drähten nach dem Verbindungsvorgang.

Der Leitungsverbinder 1 besitzt im bevorzugten Ausführungsbeispiel vorzugsweise einen rechteckförmigen Querschnitt mit abgerundeten Kanten und eine vorgeprägte Oberfläche. Vorgefertigtes Hohlprofilmaterial wird durch ein Prägewerkzeug so bearbeitet, daß mehrere definiert auf den Querschnitt der zu verbindenden Drähte 4 eines Litzenleiters abgestimmte, nach innen sich verjüngende, schräge Führungsflächen 2 entstehen. Sinnvollerweise sind vier Führungsflächen 2 auf dem Umfang des abgerundeten Rechteckprofils verteilt. Im vorliegenden Fall sind pro Hälfte Leitungsverbinder 1, die nach innen sich verjüngenden, schrägen Führungsflächen 2 zweimal hintereinander vorgesehen.

Werden die Enden der Drähte 4 zweier Litzenleiter von beiden Seiten druckbeaufschlagt eingeschoben, werden die einzelnen Drähte 4 durch die Führungsflächen 2 fest aneinander gepreßt und damit in einer definierten Lage geführt. In der Mitte des Leitungsverbinders 1 ist ein erfindungsgemäßer Lotblock 3 vorzugsweise zentriert angeordnet. Seine äußeren Abmessungen sind dabei dem durch die Führungsflächen 2 vorgegebenen Querschnitt des inneren freien Querschnittes des Leitungsverbinders 1 angepaßt. In einer anderen Ausführungsform ist der Lotblock vor dem Prägen der Führungsflächen 2 eingelegt und verändert seine Form entsprechend während des Prägevorganges. Der Lotblock 3 besteht vorzugsweise aus einem Weichlot mit erhöhten Silberanteil. Mit speziellen Lotzusammensetzungen kann die Leitfähigkeit der stromführenden Lotschicht auf die jeweiligen Bedingungen genau eingestellt werden.

Zur besseren Verbindung des Lotes mit dem Leitungsverbinder 1 ist es von Vorteil, wenn die Innenfläche des Leitungsverbinders 1 oder zumindestens ein Teil, wie z. B. an der Stelle, wo der Lotblock 3 angeordnet ist, verzinnt ist oder eine zum Löten vorbereitete Innenfläche besitzt.

Sind die Drähte 4 druckbeaufschlagt bis an den Lotblock 3 eingeschoben, erfolgt ein Erwärmen des Lotblockes 3. Eine Erwärmung ist vorteilhaft über bekannte Verfahren mittels Induktion oder Ultraschall durchführbar. Die Schmelztemperatur des Lotes liegt unter der Erweichungstemperatur des warmfesten Isolierlackes. Wird durch das Erwärmen die Fließfähigkeit des Lotes erreicht, werden durch die aufrechterhaltene Druckbeaufschlagung beide Drahtenden weiter eingeschoben, bis die blanken Drahtquerschnittsflächen der Drahtenden sich untereinander im lötbaren Abstand annähern.

Dann werden die Drähte 4 der Litzenleiter fixiert und die Mantelfläche des Leitungsverbinders 1 wird von außen radial ebenfalls druckbeaufschlagt. Damit werden die einzelnen Drähte 4 des Litzenleiters gepreßt. Nach dem Pressvorgang erfolgt ein Fixieren des Leitungsverbinders 1 während der gesamten Erstarrungsphase. Durch das erfindungsgemäße Verfahren verteilt sich das Lot in die freien Zwischenräume 5 der einzelnen Drähte 4 des Litzenleiters, zwischen die beiden Querschnittsflächen der Enden der Litzenleiter und im Inneren des Leitungsverbinders 1 zwischen der Oberfläche der außen liegenden Drähte 4 der Litzenleiter und der Innenfläche des Leitungsverbinders 1, bedingt sowohl durch die Kapillarwirkung als auch durch die von außen wirkende Druckbeaufschlagung.

Somit wird die gesamte zur Verfügung stehende Innenfläche zur Erzielung der mechanischen Festigkeit genutzt. Die elektrische Verbindung der einzelnen Drähte erfolgt nur über deren blanke Querschnittsflächen. Damit wird der Vorteil des Litzenleiters im Hinblick auf die Stromverdrängung durch die elektrische Verbindung nicht wieder aufgehoben.

Außerdem verteilt sich noch Lot in die Hohlräume des Leitungsverbinders 1, die durch die Prägung der Oberfläche des Leitungsverbinders 1 entstanden sind. Diese mit Lot gefüllten Hohlräume stellen einen Lotvorrat dar, der für eine mögliche Selbstheilung der erfindungsgemäßen Verbindung dienen kann.

In einer anderen nicht näher dargestellten Variante ist der Leitungsverbinder U-förmig ausgebildet. Dabei werden die Enden der Litzenleiter aus einer Richtung gegen den am Boden anliegenden Lotblock gedrückt. Die Verfahrensschritte sind die gleichen wie bei dem oben bereits beschriebenen Leitungsverbinder.

Liste der verwendeten Bezugszeichen

1

- Leitungsverbinder

2

- Führungsflächen

3

- Lotblock

4

- Drähte eines Litzenleiters

5

- freie Zwischenräume

Claims

1. Verfahren zum thermischen Verbinden von warmfest lackisolierten Drähten, insbesondere von Drähten von Litzenleitern, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Drähte (4) in einen Leitungsverbinder (1) beidseitig oder einseitig parallel axial druckbeaufschlagt eingeschoben werden,
- daß ein Lotblock (3) im Inneren des Leitungsverbinders (1) erwärmt wird, wobei die maximale Schmelztemperatur des Lotes unterhalb der Erweichungstemperatur des warmfesten Drahtisolierlackes liegt,
- daß die Druckbeaufschlagung während der Erwärmung aufrecht erhalten wird, bei Erreichen der Fließfähigkeit des Lotes die Drähte (4) weiter eingeschoben werden, bis die blanken Drahtquerschnittsflächen der Drahtenden sich untereinander oder den leitfähigen Boden des Leitungsverbinders (1) im lötbaren Abstand annähern,
- daß die Druckbeaufschlagungen anschließend entfallen und eine Fixierung der Drähte (4) und des Leitungsverbinders (1) solange erfolgt, bis das Lot erstarrt ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß außen die Mantelfläche des Leitungsverbinders (1) zusätzlich radial druckbeaufschlagt wird.

3. Leitungsverbinder zum Verbinden von warmfest lackisolierten Drähten, insbesondere von Drähten von Litzenleitern, dadurch gekennzeichnet,

- daß im Inneren eines vorgeprägten Leitungsverbinders eine oder mehrere definierte nach innen sich verjüngende, schräge Führungsflächen (2) angeordnet sind,
- daß im Inneren des Leitungsverbinders (1) ein Lotblock (3), vorzugsweise zentriert, angeordnet ist und
- daß die Innenfläche oder Teile der Innenfläche des Leitungsverbinders (1) lötbar, vorzugsweise verzinnt sind.

4. Leitungsverbinder zum Verbinden von warmfest lackisolierten Drähten nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Lotblock (3) im Inneren des Leitungsverbinders (1) aus einem Weichlot mit erhöhtem Silberanteil besteht.