WO2018091213A1 - Verfahren zum erzeugen einer schweissverbindung zwischen einem endstück eines drahts und einer auflagefläche, schweissverbindung und elektromotor - Google Patents

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support surface
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welded
welded connection
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    • H01R4/02—Soldered or welded connections
    • H01R4/023—Soldered or welded connections between cables or wires and terminals

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a welded connection between an end piece of a wire and a support surface according to the preamble of claim 1, a corresponding welded connection and a corresponding electric motor.
  • so-called brushless electric motors which comprise a plurality of wound coils for generating magnetic fields and a plurality of permanent magnets.
  • the different coils are usually energized three-phase, so that as a result, a rotating magnetic field is generated, which leads by interaction with the magnetic fields of the permanent magnet to a relative rotation of the rotor and stator of the electric motor.
  • the wire ends of each coil must be firmly connected to the contact surfaces of a respective corresponding conductor.
  • a number of welding methods such as laser welding, electron beam welding or plasma welding, are known.
  • DE 1 1 201 1 105 658 T5 discloses a welded connection between one end of a coil wire and a bus bar.
  • the coil wire is formed as a flat wire with a rectangular cross-section, which rests parallel to the busbar.
  • the bus bar has a tapered portion that narrows in the width direction as it approaches the tip end.
  • the oblique surfaces forming the tapered shape are preferably symmetrical with each other on the two respective sides.
  • both components are heated at each end, which faces upwards for welding.
  • the tapered portion of the busbar comparatively better transmits the welding heat to a deeper point, thus welding a longer area.
  • the welded material flows down, so that a weld material zone is formed, which is up to extends to a comparatively lower position. In this way, a comparatively more stable connection of the coil wire to the bus bar can be achieved.
  • the applicant is also known a method for welding an end piece of a coil wire having a contact surface for energizing the coil wire.
  • the coil wire is placed with an end piece on the contact surface and then welded by means of beam welding with the contact surface. During the beam welding, the coil wire and the contact surface are kept horizontal.
  • the known methods for the production of welded joints or the known welded joints are disadvantageous in that the welded joints under constant load, as e.g. typically occurs during operation of an electric motor due to vibrations tend to break.
  • the invention relates to a method for producing a welded joint between an end piece of a wire and a support surface, wherein the wire is placed at least with the tail on the support surface and wherein the end of the wire is melted by jet welding axially up to a transition point, so that melted material of End piece flows on the support surface and at the transition point by material removal a constriction arises.
  • the method according to the invention is characterized in that the end piece and the support surface are inclined in such a way against the horizontal during the production of the welded connection, so that melted material flows back to the transition point due to gravitational forces.
  • the wire and the support surface are formed metallic. Metals are generally very good for producing
  • the wire consists of copper or a copper alloy.
  • the support surface is preferably made of copper or a copper alloy. This ensures a very good connectivity of the material of the wire and the material of the support surface.
  • copper or a copper alloy is a very good electrical conductor, so that the weld is correspondingly very well suited for transmitting electrical currents.
  • the end piece of the wire is preferably the end piece of a coil wire of a coil of an electric motor.
  • the bearing surface is a busbar or a contact point of a busbar for the electrical energization of a coil of an electric motor.
  • the bearing surface is heated before the welding process at least in an area adjacent to the tail. This results in the advantage of an improved and more robust connection of the end of the wire with the support surface.
  • the surface of the support surface is preferably melted at least in an area adjacent to the end piece. This leads to a further significantly improved connection of the end piece of the wire with the support surface, as a cohesive connection is formed by the mixing of material of the wire with material of the support surface.
  • the heating of the support surface or the melting of the support surface also takes place by means of beam welding, in particular in a common welding operation with the production of the welded connection between the end of the wire and the support surface.
  • an energy beam for producing the welded joint is guided over the end piece and / or the support surface at a constant axial feed rate.
  • the energy beam may first be passed over a defined portion of the support surface to heat or melt it, and then be guided from the axial end of the end of the wire over the tail or wire until it reaches the transition point.
  • the energy beam is guided over the end piece or the support surface or that the end piece or the support surface are guided under the energy beam.
  • the tail or the bearing surface are stationary, in the latter case the energy beam.
  • the axial feed rate is superimposed on a lateral and / or a longitudinal movement pattern of the energy beam. This allows the heating or irradiation of a larger proportion of the support surface, for example, by the energy beam is guided away laterally from its axial movement or longitudinal movement away. By superimposing a longitudinal movement pattern, the energy beam can be guided more slowly over certain areas.
  • the energy beam is a laser beam, an electron beam or a plasma jet.
  • Methods for producing welded joints by means of said energy beams are easy to control with regard to their process parameters such as energy input, material temperature and reflow depth.
  • the energy beam is guided vertically over the inclined support surface and the inclined end piece. This has proven to be particularly suitable.
  • an inclination of the support surface and the end piece is adjusted in accordance with a wetting ability of the molten material of the wire on the support surface.
  • the invention further relates to a welded connection between an end piece of a wire and a support surface.
  • the welded connection according to the invention is characterized in that the welded connection was produced by means of the method according to the invention. This results in the advantages already described in connection with the method according to the invention also for the welded connection according to the invention.
  • the end piece of the wire is preferably the end piece of a coil wire of a coil of an electric motor.
  • the wire may optionally have a circular, oval, rectangular or square cross-section.
  • the bearing surface is a busbar or a contact point of a busbar for the electrical energization of a coil of an electric motor.
  • the wire consists of copper or a copper alloy and / or the bearing surface consists of copper or a copper alloy. This ensures on the one hand a very good connectivity of the material of the wire and the material of the support surface. On the other hand, copper or a copper alloy is a very good electrical conductor, so that the weld is also ideal for transmitting electrical currents.
  • the support surface is formed on a side facing the end piece convex or U-shaped.
  • the invention further relates to an electric motor comprising a plurality of wire-wound coils and a plurality of bearing surfaces, wherein in each case an end piece of each wire by means of a welded joint, each with a Aufschluß Said layer is welded.
  • the electric motor according to the invention is characterized in that the welded joint is a welded joint according to the invention. This results in the advantages already described in connection with the welded joint according to the invention also for the electric motor according to the invention.
  • FIG. 1 shows an example and schematically a wire with an end piece, which rest on a support surface
  • Figure 2 shows an example and schematically a wire with an end piece, which rest on a support surface, wherein the wire with the tail and the support surface are inclined to the horizontal and
  • Fig. 3 by way of example and schematically a support surface which is formed on the end piece or the wire side facing v-shaped.
  • Fig. 1 shows an example and schematically a wire 1 with an end piece 2, which rest on a support surface 3. At a transition point 5, the wire 1 passes into the end piece 2.
  • Fig. 1 a shows a side view while Fig. 1 b shows a plan view.
  • Both the wire 1 with the end piece 2 and the support surface 3 consist, for example, of a copper alloy, which is very well suited as an electrical conductor.
  • the wire 1 is the coil wire, a wound coil of an electric motor and the support surface 3 is a portion of a bus bar for electrical energization of the coil. Both the support surface 3 and the wire 1 are aligned horizontally, as is common in the art. Also visible is the energy beam 4 in FIG.
  • FIG. 1 a which is an electron beam 4 of an electron beam welding machine (not shown).
  • the electron beam 4 is shown in the illustration of FIG. 1 a axially spaced from the end piece 2 of the wire 1.
  • the energy beam 4 now begins to heat the support surface 3 in the area axially in front of the end piece 2 and melt.
  • the electron beam 4 is guided at a constant feed rate axially over the support surface 3 and the end piece 2 to the transition point 5.
  • the material of the bearing surface 3 melts everywhere where it is irradiated by the electron beam 4.
  • the material of the tail 2 melts.
  • FIG. 2 shows, by way of example and schematically, an embodiment of a welding connection 7 according to the invention between the end piece 2 of the wire 1 and the support surface 3.
  • the wire 1 is first of all
  • the molten material of the end piece 2 wetting acts on the surface of the support surface 3, so that the acting adhesion forces make a material withdrawal and the emergence of a constriction 6 at the transition point 5 feed. Due to the inclination by the angle ⁇ , however, flows material that has been melted by the electron beam 4, due to the gravitational force, ie gravitationally caused, back to the transition point 5 and compensates for the material withdrawal. This increases the mechanical robustness of the weld joint 7 and in particular improves the tear resistance of the wire 1 on the bearing surface 3.
  • Fig. 3 shows an example and schematically a support surface 3, which is formed on the end piece 2 and the wire 1 side facing v-shaped. Due to the V-shaped configuration, melted material (not shown in FIG. 3) of the end piece 5, which flows off laterally, is forced back to the transition point 5 by gravity. If the end piece 3 is further inclined for beam welding against the horizontal, molten material, which has flowed off axially or longitudinally, is also forced back to the transition point 5 due to gravitational forces. By virtue of the V-shaped design, most of the material drained away can thus be forced back to the transition point 5 in order to avoid or compensate for the material withdrawal which is imminent there.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen einer Schweißverbindung (7) zwischen einem Endstück (2) eines Drahts (1) und einer Auflagefläche (3), wobei der Draht (1) mindestens mit dem Endstück (2) auf die Auflagefläche (3) aufgelegt wird und wobei das Endstück (2) des Drahts (1 ) mittels Strahlschweißens axial bis zu einer Übergangsstelle (5) aufgeschmolzen wird, sodass aufgeschmolzenes Material des Endstücks (2) auf die Auflagefläche (3) fließt und an der Übergangsstelle (5) durch Materialentzug eine Einschnürung (6) entsteht. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass das Endstück (2) und die Auflagefläche (3) während des Erzeugens der Schweißverbindung (7) derart gegen die Horizontale geneigt werden, so dass aufgeschmolzenes Material schwerkraftverursacht zur Übergangsstelle (5) zurückfließt. Die Erfindung betrifft weiterhin eine entsprechende Schweißverbindung sowie einen Elektromotor.

Description

Verfahren zum Erzeugen einer Schweißverbindung zwischen einem Endstück eines Drahts und einer Auf laqef lache, Schweißverbindung und Elektromotor
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen einer Schweißverbindung zwischen einem Endstück eines Drahts und einer Auflagefläche gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 , eine entsprechende Schweißverbindung sowie einen entsprechenden Elektromotor.
Im Stand der Technik sind sog. bürstenlose Elektromotoren bekannt, welche eine Vielzahl von gewickelten Spulen zur Erzeugung von Magnetfeldern sowie eine Vielzahl von Permanentmagneten umfassen. Die unterschiedlichen Spulen werden dabei üblicherweise dreiphasig bestromt, so dass im Ergebnis ein drehendes Magnetfeld erzeugt wird, welches durch Wechselwirkung mit den Magnetfeldern der Permanentmagneten zu einer Relativdrehung von Rotor und Stator des Elektromotors führt. Bei der Herstellung eines derartigen bürstenlosen Elektromotors müssen die Drahtenden einer jeden Spule mit den Kontaktflächen eines jeweils entsprechenden Stromleiters fest verbunden werden. Hierfür ist eine Reihe von Schweißverfahren, wie etwa das Laserschweißen, das Elektronenstrahlschweißen oder das Plasmaschweißen, bekannt.
In diesem Zusammenhang offenbart die DE 1 1 201 1 105 658 T5 eine Schweißverbindung zwischen einem Ende eines Spulendrahts und einer Busschiene. Der Spulendraht ist dabei als Flachdraht mit einem rechteckigen Querschnitt ausgebildet, welcher parallel an die Busschiene anliegt. Die Busschiene wiederum weist einen sich zum Ende hin verjüngenden Abschnitt auf, der in Breitenrichtung bei Annäherung an das Spitzenende schmaler wird. Die schrägen Oberflächen, welche die sich verjüngende Form bilden, sind bevorzugt symmetrisch zueinander an den beiden jeweiligen Seiten. Zum Verschweißen des Endes des Spulendrahts mit der Busschiene werden beide Bauteile am jeweiligen Ende, welches zum Schweißen nach oben weist, erhitzt. Durch den sich verjüngenden Abschnitt der Busschiene wird die Schweißhitze vergleichsweise besser zu einem tiefer liegenden Punkt übertragen, so dass ein längerer Bereich geschweißt wird. Zusätzlich fließt das aufgeschweißte Material nach unten, so dass auch eine Schweißmaterialzone gebildet wird, die sich bis zu einer vergleichsweise tieferen Position erstreckt. Hierdurch kann eine vergleichsweise stabilere Verbindung des Spulendrahts mit der Busschiene erzielt werden.
Aus der US 5,591 ,360 ist ein Verfahren zum Verschweißen zweier Platten mittels hochenergetischer Strahlung bekannt. Die Platten werden dabei aneinander anliegend, aber mit einem Kantenversatz zueinander ausgerichtet, so dass sich die Kante einer der beiden Platten oberhalb der zu erzeugenden Schweißverbindung befindet. Diese Kante wird dann der hochenergetischen Strahlung ausgesetzt und aufgeschmolzen, wobei geschmolzenes Material an die Verbindungsstelle der beiden Platten fließt. Um diesen Fließvorgang zu unterstützen, können die beiden Platten während des Schweißens auch gegen die Horizontale geneigt werden. Dadurch wird es ermöglicht, auf eine Vorbereitung der zu verschweißenden Seiten der Platten vollständig oder weitestgehend zu verzichten.
Der Anmelderin ist weiterhin ein Verfahren zum Verschweißen eines Endstücks eines Spulendrahts mit einer Kontaktfläche zum Bestromen des Spulendrahts bekannt. Der Spulendraht wird dabei mit einem Endstück auf die Kontaktfläche aufgelegt und anschließend mittels Strahlschweißens mit der Kontaktfläche verschweißt. Während des Strahlschweißens werden der Spulendraht und die Kontaktfläche horizontal gehalten.
Die bekannten Verfahren zur Erzeugung von Schweißverbindungen bzw. die bekannten Schweißverbindungen sind jedoch insofern nachteilbehaftet, als dass die Schweißverbindungen unter ständiger Belastung, wie sie z.B. typischerweise im Betrieb eines Elektromotors durch Vibrationen auftritt, zum Brechen neigen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Erzeugen einer Schweißverbindung zwischen einem Endstück eines Drahts und einer Auflagefläche vorzuschlagen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren zum Erzeugen einer Schweißverbindung zwischen einem Endstück eines Drahts und einer Auflagefläche gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen einer Schweißverbindung zwischen einem Endstück eines Drahts und einer Auflagefläche, wobei der Draht mindestens mit dem Endstück auf die Auflagefläche aufgelegt wird und wobei das Endstück des Drahts mittels Strahlschweißens axial bis zu einer Übergangsstelle aufgeschmolzen wird, sodass aufgeschmolzenes Material des Endstücks auf die Auflagefläche fließt und an der Übergangsstelle durch Materialentzug eine Einschnürung entsteht. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass das Endstück und die Auflagefläche während des Erzeugens der Schweißverbindung derart gegen die Horizontale geneigt werden, so dass aufgeschmolzenes Material schwerkraftverursacht zur Übergangsstelle zurückfließt.
Daraus ergibt sich der Vorteil, dass die aus dem Stand der Technik bekannte Einschnürung, welche durch den Materialentzug an der Übergangsstelle entsteht, und üblicherweise eine mechanische Schwachstelle in der Verbindung des Drahts mit der Auflagefläche bildet, durch das zurückfließende Material mechanisch verstärkt wird. Das Zurückfließen erfolgt dabei schwerkraftverursacht, also alleine aufgrund der auf das aufgeschmolzene Material wirkenden Schwerkraft. Insbesondere bei Belastung auf Zug sind die bekannten Schweißverbindungen durch die üblicherweise entstehende Einschnürung anfällig für Zerstörung. Somit entsteht also ohne zusätzlichen Aufwand, insbesondere ohne zusätzlichen Material- und Kostenaufwand, vorteilhaft eine gegenüber dem Stand der Technik wesentlich robustere Schweißverbindung alleine durch das beschriebene Neigen gegen die Horizontale.
Die Einschnürung entsteht im Stand der Technik üblicherweise während des
Schweißvorgangs durch das Abfließen des aufgeschmolzenen Materials, welches sich auch der Oberfläche der Auflagefläche ausbreitet und in der Regel mit ebenfalls aufgeschmolzenem Material der Auflagefläche eine stoffschlüssige Verbindung eingeht. Dieses Abfließen bzw. Ausbreiten auf der Oberfläche der Auflagefläche entsteht dabei u.a. durch die Schwerkraft, welche das aufgeschmolzene Material möglichst flach auf die Oberfläche der Auflagefläche drängt und dabei zwangsläufig aus- breitet. Dies führt zu einem Materialentzug an der Übergangsstelle und somit zum Entstehen der Einschnürung. Ein weiterer Effekt, welcher den Materialentzug verschärft, sind Adhäsionskräfte zwischen dem aufgeschmolzenen Material des Drahts und der Oberfläche der Auflagefläche. Je stärker diese Adhäsionskräfte sind, desto mehr wird das aufgeschmolzene Material des Drahts auf der Oberfläche der Auflagefläche verteilt. Somit führt auch dies zu einem zunehmenden Materialentzug an der Übergangsstelle und einer Verschärfung der Einschnürung. Den beiden genannten Effekten stehen Kohäsionskräfte im aufgeschmolzenen Material des Drahts gegenüber, welche ein Ausbreiten auf der Oberfläche der Auflagefläche zu verhindern suchen. Je nach Verhältnis der genannten Effekte ist das aufgeschmolzene Material des Drahts auf der Oberfläche der Auflagefläche benetzend oder nicht benetzend. Bei einer benetzenden Wirkung ist der Materialentzug üblicherweise deutlich stärker ausgeprägt als bei nicht benetzender Wirkung. Da üblicherweise identische Metalle bzw. Legierungen oder zumindest weitgehend identische Legierungen miteinander verschweißt werden, tritt üblicherweise jedoch eine stark benetzende Wirkung auf und damit auch ein entsprechend stark ausgeprägter Materialentzug.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass der Draht und die Auflagefläche metallisch ausgebildet sind. Metalle eignen sich im Allgemeinen sehr gut zum Erzeugen von
Schweißverbindungen.
Besonders bevorzugt ist es vorgesehen, dass der Draht aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht. Auch die Auflagefläche besteht bevorzugt aus Kupfer oder einer Kupferlegierung. Dadurch wird eine sehr gute Verbindbarkeit des Materials des Drahts und des Materials der Auflagefläche gewährleistet. Zudem stellt Kupfer bzw. eine Kupferlegierung einen sehr guten elektrischen Stromleiter dar, sodass die Schweißverbindung entsprechend sehr gut zum Übertragen elektrischer Ströme geeignet ist.
Bevorzugt handelt es sich bei dem Endstück des Drahts um das Endstück eines Spulendrahts einer Spule eines Elektromotors. Weiterhin bevorzugt handelt es sich bei der Auflagefläche um eine Stromschiene o- der eine Kontaktstelle einer Stromschiene zur elektrischen Bestromung einer Spule eines Elektromotors.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Auflagefläche vor dem Schweißvorgang zumindest in einem zum Endstück benachbarten Bereich erhitzt wird. Daraus ergibt sich der Vorteil einer verbesserten und robusteren Verbindung des Endstücks des Drahts mit der Auflagefläche.
Bevorzugt wird die Oberfläche der Auflagefläche zumindest in einem zum Endstück benachbarten Bereich aufgeschmolzen. Dies führt zu einer nochmals deutlich verbesserten Verbindung des Endstücks des Drahts mit der Auflagefläche, da durch die das Durchmischen von Material des Drahts mit Material der Auflagefläche eine stoffschlüssige Verbindung entsteht.
Besonders bevorzugt erfolgt das Erhitzen der Auflagefläche bzw. das Aufschmelzen der Auflagefläche ebenfalls mittels Strahlschweißens, insbesondere in einem gemeinsamen Schweißvorgang mit dem Erzeugen der Schweißverbindung zwischen dem Endstück des Drahts und der Auflagefläche.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass ein Energiestrahl zum Erzeugen der Schweißverbindung mit konstanter axialer Vorschubgeschwindigkeit über das Endstück und/oder die Auflagefläche geführt wird. Beispielsweise kann der Energiestrahl zunächst über einen definierten Abschnitt der Auflagefläche geführt werden, um diese zu erhitzen oder aufzuschmelzen, und dann ausgehend vom axialen Ende des Endstücks des Drahts über das Endstück bzw. den Draht geführt werden, bis er die Übergangsstelle erreicht.
Es ist dabei gleichermaßen bevorzugt, dass entweder der Energiestrahl über das Endstück bzw. die Auflagefläche geführt wird oder dass das Endstück bzw. die Auflagefläche unter dem Energiestrahl geführt werden. In ersterem Fall sind das Endstück bzw. die Auflagefläche ortsfest, in letzterem Falle der Energiestrahl. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der axialen Vorschubgeschwindigkeit ein laterales und/oder ein longitudi- nales Bewegungsmuster des Energiestrahls überlagert wird. Dies ermöglicht das Erhitzen bzw. Bestrahlen eines größeren Anteils des Auflagefläche, indem der Energiestrahl z.B. lateral von seiner Axialbewegung bzw. Longitudinalbewegung weg geführt wird. Durch eine Überlagerung mit einem longitudinalen Bewegungsmuster kann der Energiestrahl über bestimmte Bereiche langsamer bzw. schneller geführt werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Energiestrahl ein Laserstrahl, ein Elektronenstrahl oder ein Plasmastrahl ist. Verfahren zum Erzeugen von Schweißverbindungen mittels der genannten Energiestrahlen sind hinsichtlich ihrer Prozessparameter wie etwa Energieeintrag, Materialtemperatur und Aufschmelztiefe gut zu kontrollieren.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Energiestrahl senkrecht über die geneigte Auflagefläche und das geneigte Endstück geführt wird. Dies hat sich als besonders geeignet erwiesen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass eine Neigung der Auflagefläche und des Endstücks nach Maßgabe einer Benetzungsfähigkeit des aufgeschmolzenen Materials des Drahts auf der Auflagefläche eingestellt wird. Indem die Neigung abhängig von der Benetzungsfähigkeit eingestellt wird, kann die Materialmenge, die zur Übergangsstelle zurückfließt, jeweils bestmöglich eingestellt werden.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Schweißverbindung zwischen einem Endstück eines Drahts und einer Auflagefläche. Die erfindungsgemäße Schweißverbindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Schweißverbindung mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erzeugt wurde. Daraus ergeben sich die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Vorteile auch für die erfindungsgemäße Schweißverbindung. Bevorzugt handelt es sich bei dem Endstück des Drahts um das Endstück eines Spulendrahts einer Spule eines Elektromotors.
Der Draht kann wahlweise einen kreisförmigen, ovalen, rechteckigen oder quadratischen Querschnitt aufweisen.
Weiterhin bevorzugt handelt es sich bei der Auflagefläche um eine Stromschiene o- der eine Kontaktstelle einer Stromschiene zur elektrischen Bestromung einer Spule eines Elektromotors.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Draht aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht und/oder die Auflagefläche aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht. Dadurch wird einerseits eine sehr gute Verbindbarkeit des Materials des Drahts und des Materials der Auflagefläche gewährleistet. Andererseits stellt Kupfer bzw. eine Kupferlegierung einen sehr guten elektrischen Stromleiter dar, sodass die Schweißverbindung auch hervorragend zum Übertragen elektrischer Ströme geeignet ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Auflagefläche auf einer dem Endstück zugewandten Seite konvex oder u-förmig ausgebildet ist. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass eine Übergangsstelle, bis zu welcher das Endstück des Drahts mittels Strahlschweißens axial aufgeschmolzen wird, mittig auf der konvexen oder u-förmigen Ausbildung der Auflagefläche angeordnet werden kann, wodurch aufgeschmolzenes Material nicht nur schwerkraftverursacht aufgrund der Neigung aus der aufwärts geneigten Richtung zur Übergangsstelle zurückfließt, sondern auch aus den beiden Seitenrichtungen, welche lateral des Endstücks ansteigen und somit ebenfalls zu einem schwerkraftverursachten Zurückfließen des aufgeschmolzenen Materials aus den beiden Seitenrichtungen führen.
Die Erfindung betrifft außerdem einen Elektromotor, umfassend eine Vielzahl von aus Draht gewickelten Spulen und eine Vielzahl von Auflageflächen, wobei jeweils ein Endstück eines jeden Drahts mittels einer Schweißverbindung mit jeweils einer Auf- lagefläche verschweißt ist. Der erfindungsgemäße Elektromotor zeichnet sich dadurch aus, dass die Schweißverbindung eine erfindungsgemäße Schweißverbindung ist. Daraus ergeben sich die bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Schweißverbindung beschriebenen Vorteile auch für den erfindungsgemäßen Elektromotor.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beispielhaft erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 beispielhaft und schematisch einen Draht mit einem Endstück, welche auf einer Auflagefläche aufliegen,
Fig. 2 beispielhaft und schematisch einen Draht mit einem Endstück, welche auf einer Auflagefläche aufliegen, wobei der Draht mit dem Endstück und die Auflagefläche gegen die Horizontale geneigt sind und
Fig. 3 beispielhaft und schematisch eine Auflagefläche, die auf der dem Endstück bzw. dem Draht zugewandten Seite v-förmig ausgebildet ist.
Gleiche Gegenstände, Funktionseinheiten und vergleichbare Komponenten sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Diese Gegenstände, Funktionseinheiten und vergleichbaren Komponenten sind hinsichtlich ihrer technischen Merkmale identisch ausgeführt, sofern sich aus der Beschreibung nicht explizit oder implizit etwas anderes ergibt.
Fig. 1 zeigt beispielhaft und schematisch einen Draht 1 mit einem Endstück 2, welche auf einer Auflagefläche 3 aufliegen. An einer Übergangsstelle 5 geht der Draht 1 in das Endstück 2 über. Die Fig. 1 a zeigt dabei eine Seitenansicht während die Fig. 1 b eine Draufsicht zeigt. Sowohl der Draht 1 mit dem Endstück 2 als auch die Auflagefläche 3 bestehen beispielsgemäß aus einer Kupferlegierung, welche sich sehr gut als elektrischer Stromleiter eignet. Bei dem Draht 1 handelt es sich um den Spulendraht eine gewickelten Spule eines Elektromotors und bei der Auflagefläche 3 handelt es sich um einen Abschnitt einer Stromschiene zur elektrischen Bestromung der Spule. Sowohl die Auflagefläche 3 als auch der Draht 1 sind horizontal ausgerichtet, wie es im Stand der Technik üblich ist. Weiterhin zu sehen ist der Energiestrahl 4 in Fig. 1 a, bei welchem es sich um einen Elektronenstrahl 4 einer (nicht dargestellten) Elektronenstrahlschweißanlage handelt. Der Elektronenstrahl 4 ist in der Darstellung der Fig. 1 a axial beabstandet zum Endstück 2 des Drahts 1 dargestellt. Der Energiestrahl 4 beginnt nun, die Auflagefläche 3 im Bereich axial vor dem Endstück 2 zu erhitzen und aufzuschmelzen. Gleichzeitig wird der Elektronenstrahl 4 mit konstanter Vorschubgeschwindigkeit axial über die Auflagefläche 3 und das Endstück 2 bis zur Übergangsstelle 5 geführt. Dabei schmilzt das Material der Auflagefläche 3 überall dort auf, wo es vom Elektronenstrahl 4 bestrahlt wird. Ebenso schmilzt das Material des Endstücks 2 auf. Aufgrund der Schwerkraft und infolge von Adhäsionskräften zwischen dem Material des Endstücks 2 bzw. des Drahts 1 und der Auflagefläche 3 fließt das aufgeschmolzene Material des Endstücks 2 ab und breitet sich auf einer Oberfläche der Auflagefläche 3 aus. Die dieser Ausbreitung entgegenwirkenden Ko- häsionskräfte sind vergleichsweise zu schwach, um das Abfließen und Ausbreiten in einem nur geringfügigen Rahmen zu halten. Zwischen dem aufgeschmolzenen Material des Endstücks 2 und der Oberfläche der Auflagefläche 3 tritt eine benetzende Wirkung auf. Dies führt zu einem Materialentzug und damit zu einer Einschnürung 6 an der Übergangsstelle 5, welche einen mechanischen Schwachpunkt der Verbindung zwischen dem Draht 1 und der Auflagefläche 3 darstellt. Dies ist schematisch in Fig. 1 c zu sehen, welche die gemäß dem Stand der Technik erzeugte Schweißverbindung zwischen dem Endstück 2 des Drahts 1 und der Auflagefläche 3 zeigt. Das Endstück 2 ist komplett aufgeschmolzen und mit dem Material der Auflagefläche 3 eine stoffschlüssige Verbindung eingegangen. Bei einer mechanischen Belastung, insbesondere auf Zug, löst sich in der Regel nicht die solcherart hergestellte
Schweißverbindung 7, sondern der Draht 1 bricht an der Einschnürung 6, wodurch in Folge die Spule nicht mehr bestromt werden kann.
Fig. 2 zeigt beispielhaft und schematisch eine Ausführungsform eines erfindungsge- mäßens Erzeugens einer Schweißverbindung 7 zwischen dem Endstück 2 des Drahts 1 und der Auflagefläche 3. Auch hier wird zunächst der Draht 1
mit dem Endstück2 auf die Auflagefläche 3 aufgelegt (Fig. 2a). Im Gegensatz zum aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren (siehe Fig. 1 ) jedoch werden das Endstück 2 und die Auflagefläche 3 während des Erzeugens der Schweißverbindung 7 um einen Winkel Θ gegen die Horizontale geneigt. Der Winkel Θ wird dabei nach Maßgabe einer Benetzungsfähigkeit des aufgeschmolzenen Materials des Drahts 1 auf der Auflagefläche 3 eingestellt. Je größer die Benetzungsfähigkeit ist, desto größer wird auch der Winkel Θ gewählt, da mit zunehmendem Winkel Θ auch die Rückführwirkung der Schwerkraft auf das aufgeschmolzene und abgeflossene Material verstärkt wird. Der Elektronenstrahl 4 wird auch im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 axial über die Auflagefläche 3 und das Endstück 2 geführt, um Material sowohl der Auflagefläche 3 als auch des Endstücks 2 aufzuschmelzen. Auch im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 wirkt das aufgeschmolzene Material des Endstücks 2 benetzend auf der Oberfläche der Auflagefläche 3, sodass die wirkenden Adhäsionskräfte einem Materialentzug und der Entstehung einer Einschnürung 6 an der Übergangsstelle 5 Vorschub leisten. Durch die Neigung um den Winkel Θ jedoch fließt Material, das vom Elektronenstrahl 4 aufgeschmolzen wurde, aufgrund der wirkenden Schwerkraft, also schwerkraftverursacht, zurück zur Übergangsstelle 5 und kompensiert den Materialentzug. Dies erhöht die mechanische Robustheit der Schweißverbindung 7 und verbessert insbesondere die Abrissfestigkeit des Drahts 1 auf der Auflagefläche 3.
Fig. 3 zeigt beispielhaft und schematisch eine Auflagefläche 3, die auf der dem Endstück 2 bzw. dem Draht 1 zugewandten Seite v-förmig ausgebildet ist. Durch die v- förmige Ausbildung wird aufgeschmolzenes Material (nicht dargestellt in Fig. 3) des Endstücks 5, welches lateral abfließt, schwerkraftverursacht zurück zur Übergangsstelle 5 gedrängt. Sofern das Endstück 3 weiterhin für das Strahlschweißen gegen die Horizontale geneigt wird, wird auch aufgeschmolzenes Material, welches axial bzw. longitudinal abgeflossen ist, schwerkraftverursacht zurück zur Übergangsstelle 5 gedrängt. Durch die v-förmige Ausbildung kann somit der größte Teil des abgeflossenen Materials zurück zur Übergangsstelle 5 gedrängt werden, um den dort drohenden Materialentzug zu vermeiden bzw. auszugleichen. Bezugszeichen Draht
Endstück
Auflagefläche
Energiestrahl, Elektronenstrahl Übergangsstelle
Einschnürung
Schweißverbindung

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Erzeugen einer Schweißverbindung (7) zwischen einem Endstück (2) eines Drahts (1) und einer Auflagefläche (3), wobei der Draht (1 ) mindestens mit dem Endstück (2) auf die Auflagefläche (3) aufgelegt wird und wobei das Endstück (2) des Drahts (1 ) mittels Strahlschweißens axial bis zu einer Übergangsstelle (5) aufgeschmolzen wird, sodass aufgeschmolzenes Material des Endstücks (2) auf die Auflagefläche (3) fließt und an der Übergangsstelle (5) durch Materialentzug eine Einschnürung (6) entsteht,
dadurch gekennzeichnet, dass das Endstück (2) und die Auflagefläche (3) während des Erzeugens der Schweißverbindung (7) derart gegen die Horizontale geneigt werden, so dass aufgeschmolzenes Material schwerkraftverursacht zur Übergangsstelle (5) zurückfließt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Auflagefläche (3) vor dem Schweißvorgang zumindest in einem zum Endstück (2) benachbarten Bereich erhitzt wird.
3. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Energiestrahl (4) zum Erzeugen der Schweißverbindung (7) mit konstanter axialer Vorschubgeschwindigkeit über das Endstück (2) und/oder die Auflagefläche (3) geführt wird.
4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass der axialen Vorschubgeschwindigkeit ein laterales und/oder ein longitudinales Bewegungsmuster des Energiestrahls (4) überlagert wird.
5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass der Energiestrahl (4) ein Laserstrahl, ein Elektronenstrahl (4) oder ein Plasmastrahl ist.
6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass der Energiestrahl (4) senkrecht über die geneigte Auflagefläche (3) und das geneigte Endstück (2) geführt wird.
7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Neigung der Auflagefläche und des Endstücks nach Maßgabe einer Benetzungsfähigkeit des aufgeschmolzenen Materials des Drahts (1 ) auf der Auflagefläche (3) eingestellt wird.
8. Schweißverbindung (7) zwischen einem Endstück (2) eines Drahts (1) und einer Auflagefläche (3),
dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißverbindung (7) mittels eines Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7 erzeugt wurde.
9. Schweißverbindung (7) nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass der Draht (1 ) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht und/oder die Auflagefläche (3) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht.
10. Schweißverbindung (7) nach mindestens einem der Ansprüche 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflagefläche (3) auf einer dem Endstück (2) zugewandten Seite konvex oder u-förmig ausgebildet ist.
11. Elektromotor, umfassend eine Vielzahl von aus Draht (1 ) gewickelten Spulen und eine Vielzahl von Auflageflächen (3), wobei jeweils ein Endstück (2) eines jeden Drahts (3) mittels einer Schweißverbindung (7) mit jeweils einer Auflageflächen (3) verschweißt ist,
dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißverbindung (7) eine Schweißverbindung (7) nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 10 ist.
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