DE4410218A1

DE4410218A1 - Ultraschall-Schweißverfahren sowie Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens

Info

Publication number: DE4410218A1
Application number: DE19944410218
Authority: DE
Inventors: Arno Altpeter
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1994-03-24
Filing date: 1994-03-24
Publication date: 1995-09-28
Also published as: FR2717722A3; FR2717722B3; CH688924A5; ES1030923Y; ES1030923U

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Ultraschall-Schweißverfahren zum Verbinden von Drahtenden beziehungsweise -schlaufen von Läuferwicklungen elektrischer Maschinen mit vorzugsweise an Kollektorlamellen gebildeten Anschlußfahnen nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Bei bekannten Schweißverfahren dieser Gattung (DE-G 89 02 562.8) wird jede Drahtschlaufe mit der zugeordneten Anschlußfahne einzeln verbunden, wobei der Kollektor mit einer der Anzahl der Anschlußfahnen beziehungsweise Kollektorlamellen entsprechenden Zahl von Taktschritten an der Sonotrode vorbeibewegt wird. Bei einer anderen bekannten Vorrichtung zum Ultraschallschweißen von Läuferwicklungsdrähten mit Kollektorlamellen werden diese auf der Kontaktierungsfläche einer Sonotrode abgerollt (DE-OS 30 17 426). Ferner ist es bekannt, kreisförmige Schweißnähte mit Torsions-Sonotroden herzustellen.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Ultraschall-Schweißverfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß sämtliche Anschlußverbindungen der Läuferwicklung in einem einzigen Arbeitsgang gemeinsam hergestellt werden, wobei ein Durchtakten des Läufers entfällt. Dadurch wird die Fertigungseinrichtung vereinfacht und die Prozeßdauer erheblich verkürzt.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens nach dem Hauptanspruch möglich.

Beim Schweißen von Läufern größerer Abmessungen beziehungsweise zum Egalisieren der Planlage aller Anschlußfahnen können die äußeren Enden der Anschlußfahnen vorteilhaft durch Mittel auf den Ambosteilen niedergehalten werden. Wenn der Schweißvorgang höhere Torsionskräfte an der Sonotrode aufweist, kann ein Verdrehen erfolgreich dadurch vermieden werden, daß die Amboßteile und/oder die Mittel zum Niederhalten der Anschlußfahnen mit eine Drehung des Kollektors gegenüber der Sonotrode verhindernden Schultern vorgesehen sind.

Eine Vorrichtung, die sich besonders gut zum Durchführen des Verfahrens eignet, weist eine Sonotrode auf, die ein den Kollektor in Arbeitsstellung umgreifendes Kopfteil hat, an dessen Stirnseite eine aufgerauhte Kontaktfläche gebildet ist, ferner einen Amboß mit in den Ringspalt zwischen Anschlußfahnen und Wicklungskopf des Läufers radial einführbaren, in Arbeitsstellung die Anschlußfahnen axial abstützenden Amboßteilen,so daß beim Schweißvorgang die Sonotrode axial gegen den Kranz der Anschlußfahnen gedrückt und in Torsionsschwingungen versetzt werden kann.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt schematisch und teilweise im Längsschnitt einen Läufer einer elektrischen Maschine und Teile einer Ultraschall-Schweißvorrichtung in Arbeitsstellung.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Der Läufer hat eine Wicklung 10 und einen Kollektor 12, die beide auf einer Läuferwelle 14 befestigt sind. Der Kollektor 12 hat eine Nabe 16 aus Isolierstoff, in der Lamellen 18 isoliert voneinander verankert sind. Die Lamellen 18 haben je eine radial nach außen gerichtete Anschlußfahne 20, an deren von der Wicklung 10 abgekehrten Kontaktflächen Schlaufen 22 von Wicklungsdrähten 24, 26 zu kontaktieren sind. Die Kontaktierung aller Schlaufen 22 erfolgt durch Ultraschallschweißen erfindungsgemäß gemeinsam in einem Arbeitsgang.

Die Schweißvorrichtung hat eine Grundplatte 30, die mit einer Bohrung 32 zur passenden Aufnahme des vom Kollektor 12 abgekehrten Endabschnitts 34 der Läuferwelle 14 versehen ist. Der eingesteckte Läufer sitzt mit einer radialen Schulter 36 auf einer Schraubendruckfeder 38 auf, die in einem gestuften Abschnitt der Bohrung 32 eingelagert ist. An der Grundplatte 30 sind schematisch angedeutet Konsolen 40, 42 befestigt, die zwei halbschalenförmige Ambosteile 44, 46 radial symmetrisch zur Achse der Bohrung 32 führen. Die Ambosteile 44, 46 stehen unten auf der Grundplatte 30 auf und haben oben je einen halbringförmigen, nach innen gerichteten Kragen 48, der in Arbeitsstellung unter die Anschlußfahnen 20 greift. Die zum Verschieben der Ambosteile 44, 46 dienenden Antriebsmittel sind in der Zeichnung nicht mehr dargestellt.

In jedem Amboßteil 44, 46 ist ein ebenfalls halbschalenförmig ausgebildeter Niederhalter 50 beziehungsweise 52 axial verschiebbar geführt, von denen jeder einen nach innen gerichteten, halbringförmigen Kragen 54 hat, der in Arbeitsstellung der Ambosteile 44, 46 über die Endabschnitte der Anschlußfahnen 26 greift. Beide Niederhalter 50, 52 werden von in den Ambosteilen 44, 46 eingelagerten Schraubendruckfedern 56 nach oben gegen Spannbolzen 58 gedrückt, die von nicht dargestellten Antriebsmitteln nach unten in eine Spannstellung verschiebbar sind. In dieser werden durch die Spannbolzen 58 über die Niederhalter 50, 52 die Anschlußfahnen 20 fest an die Ambosteile 44, 46 angedrückt, die sich dabei an der Grundplatte 30 abstützen.

Zum Kontaktieren und Befestigen der Wicklungsdrähte 24, 26 an den Anschlußfahnen 20 durch Ultraschweißen ist eine Sonotrode 60 vorgesehen, die ein über den Kollektor 12 greifendes, mantelförmiges Kopfteil 62 hat, welches an seiner Stirnseite 64 mit einer aufgerauhten Arbeitsfläche versehen ist. Die Sonotrode 60 ist über zwei radial gegenüberliegende Angriffsstellen 66, 68 mit zwei schwingungserzeugenden Konvertern 70, 72 verbunden, welche die Sonotrode 60 in Torsionsschwingungen versetzen. Ferner sind nicht dargestellte, nur durch den Pfeil A angedeutete Mittel vorgesehen, welche axial auf die Sonotrode 60 einwirken und deren aufgerauhte Stirnseite 64 mit der für ein einwandfreies Schweißergebnis notwendigen Kraft an den Kranz der Anschlußfahnen 20 andrücken.

Das Schweißen aller Anschlußfahnen 20 mit den Wicklungsdrähten 24, 26 erfolgt gemeinsam in einem einzigen Arbeitsgang, wodurch die Prozeßzeit wesentlich verkürzt wird und Mittel zum taktweisen Weiterdrehen des Läufers entfallen.

Im einzelnen erfolgt das Schweißen mit folgenden Schritten:

- Einspannen des die Läuferwicklung 10 tragenden Körpers,
- Anlegen eines Ambosses an die Anschlußfahnen 20 an die den Drahtenden beziehungsweise -schlaufen 22 gegenüberliegende Seite durch radiales Einführen des Ambosses in den Ringspalt zwischen den Anschlußfahnen 20 und dem Wicklungskopf,
- Absenken einer ringförmigen Sonotrode 60 auf die Drahtenden beziehungsweise -schlaufen 22 und
- gleichzeitiges Verschweißen mehrerer oder aller Drahtenden beziehungsweise -schlaufen 22 mit den Anschlußfahnen 20 durch Anregen der Sonotrode (60) zu einer Torsionsschwingung.

Nach Beendigung des Schweißvorgangs werden die Sonotrode 60 nach oben verschoben, der Druck auf die Spannbolzen 58 gelöst und die Ambosteile 44, 46 mit samt den Niederhaltern 50, 52 nach außen zurückversetzt, wonach der Läufer aus der Vorrichtung genommen und das nächste Werkstück in diese eingesetzt werden kann.

In Fällen, bei denen die Anschlußfahnen über den Außendurchmesser des Wickelkopfes hinausragen, kann der Amboß auch axial von unten an die Anschlußfahnen angelegt werden.

Claims

1. Ultraschall-Schweißverfahren zum Verbinden von Drahtenden beziehungsweise -schlaufen von Läuferwicklungen elektrischer Maschinen mit vorzugsweise an Kollektorlamellen gebildeten Anschlußfahnen, die mit mindestens annähernd radial, vorzugsweise zur Kollektorlauffläche stehenden Anlageflächen für die Drahtenden beziehungsweise -schlaufen versehen sind, mit folgenden Schritten:

- Einspannen des die Läuferwicklung (10) tragenden Körpers,
- Anlegen eines Ambosses an die Anschlußfahnen (20) an die den Drahtenden beziehungsweise -schlaufen (22) gegenüberliegende Seite durch Einführen des Ambosses in den Ringspalt zwischen den Anschlußfahnen (20) und dem Wicklungskopf,
- Absenken einer ringförmigen Sonotrode (60) auf die Drahtenden beziehungsweise -schlaufen (22) und
- gleichzeitiges Verschweißen mehrerer oder aller Drahtenden beziehungsweise -schlaufen (22) mit den Anschlußfahnen (20) durch Anregen der Sonotrode (60) einer Torsionsschwingung.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußfahnen (20) während des Schweißvorganges durch zusätzliche Mittel (50, 52) niedergehalten werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußfahnen (20) während des Schweißvorganges durch zusätzliche Mittel am Verdrehen gehindert werden.

4. Ultraschall-Schweißvorrichtung zum Verbinden von Drahtenden beziehungsweise -schlaufen von Läuferwicklungen elektrischer Maschinen mit vorzugsweise an Kollektorlamellen gebildeten Anschlußfahnen, die mit mindestens annähernd radial, vorzugsweise zur Kollektorlauffläche stehenden Anlageflächen für die Drahtenden beziehungsweise -schlaufen versehen sind, mit einer Sonotrode und einem Amboß, an dem sich die Anschlußfahnen beim Schweißvorgang abstützen, insbesondere zum Durchführen des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) die Sonotrode (60) hat ein den Kollektor (12) in Arbeitsstellung umgreifendes Kopfteil (62), an dessen Stirnseite (64) eine aufgerauhte Kontaktfläche gebildet ist,
b) der Amboß ist mit in den Ringspalt zwischen Anschlußfahnen (20) und Wicklungskopf des Läufers (10) radial einführbaren, in Arbeitsstellung die Anschlußfahnen (20) axial abstützenden Amboßteilen (44, 46) versehen,
c) beim Schweißvorgang ist die Sonotrode (60) axial gegen den Kranz der Anschlußfahnen (20) gedrückt und in Torsionsschwingungen versetzt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (50, 52) zum Niederhalten der äußeren Enden der Anschlußfahnen (20) auf den Amboßteilen (44, 46) vorgesehen sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Amboßteile (44, 46) und/oder die Mittel (50, 52) zum Niederhalten der Anschlußfahnen (20) mit eine Drehung des Kollektors (12) gegenüber der Sonotrode (60) verhindernden Schultern versehen sind.