WO2022063649A1 - Mehrstufiges laser-entlacken eines stabförmigen leiters - Google Patents

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laser radiation
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rod
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Oliver BOCKSROCKER
Christoph Neugebauer
Tim Hesse
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Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a method for stripping paint from a rod-shaped conductor.
  • the invention further relates to a method for producing a hairpin with at least one such bar-shaped conductor stripped of lacquer.
  • the object of the invention is to provide a method for stripping paint from a rod-shaped conductor that can be carried out quickly, reproducibly and without wet chemistry. It is also an object of the invention to provide a method for producing a hairpin using at least one such at least partially stripped rod-shaped conductor.
  • the object according to the invention is thus achieved by a method in which a rod-shaped conductor with an electrically conductive core and an at least partially transparent coating is stripped of paint at least in sections.
  • the area to be stripped is scanned at least twice with a laser beam: the first time to at least reduce the transparency of the coating in the region to be stripped and the second time to at least partially remove the coating.
  • Very effective paint stripping can take place during the second pass, since the laser radiation is at least partially absorbed by the coating, thus enabling energy to be introduced into the coating.
  • An essential feature of the invention is therefore the multi-stage process for removing a coating on a conductive core of a conductor, with the coating being damaged in the first process step in such a way that the transparency is partially or completely lost; and in at least a second process step, at least one layer of the coating is changed by means of laser radiation in such a way that the adhesion of the coating is completely or almost completely eliminated, as a result of which successive removal takes place. Consequently, an at least partially transparent coating is influenced in such a way that the laser radiation is absorbed and the coating can be removed.
  • a sequential, multiple irradiation of the same surface section, e.g. in the form of a pulse overlap, is already counted as a second pass.
  • the following parameters of the laser radiation relate to the at least one laser beam during the first pass and/or to the at least one laser beam during the second pass.
  • the conductive core preferably includes aluminum and/or copper.
  • the conductor is in the form of a hairpin conductor.
  • hairpin is explained in more detail below:
  • stator cage made of an insulating material, into which so-called hairpins made of an electrically conductive material, preferably copper, are introduced.
  • the hairpins can, for example, be clamp-shaped or linear. After they have been introduced into the stator cage, the hairpin conductors lie parallel to one another and essentially in the axial direction of the stator or of the electric motor in the stator cage. Around the circumference of the stator cage, a large number of such hairpin conductors are introduced into the stator cage, which initially have no mechanical and electrical connection to one another during assembly or production.
  • the respective free ends of the hairpin conductors are then preferably joined together in pairs, for example by welding, after they have been introduced into the stator cage and after any shaping and/or shortening and any pretreatment, for example paint stripping, to form a complete stator winding.
  • Joining creates both a mechanical connection tion and an electrically conductive connection between the free ends of the respective hairpins, so that the hairpin conductors, which are initially present individually after insertion, are now connected.
  • the hairpins usually have a square or rectangular cross-section, the cross-sectional area of which is significantly larger than that of a wire designed for winding. This enables an increased current flow compared to a wire.
  • the increase in the performance of electric motors that can be achieved in this way is particularly advantageous in the case of electric motors for motor vehicles, since these have to meet very high performance requirements.
  • the radial outside of the conductor is irradiated by a plurality of laser beams that are not congruent when it is passed over for the first time and/or when it is passed over a second time.
  • the laser beams preferably have an angle of incidence of 3° to 15° with respect to one another and/or are offset laterally with respect to one another.
  • the radial outside of the conductor is completely stripped of paint. This considerably facilitates the later connection of the conductor to another conductor.
  • the conductor When the coating is irradiated, the conductor can be rotated, in particular about its longitudinal axis, in order to achieve uniform removal of the coating.
  • Laser radiation in the infrared range is preferably used for paint stripping.
  • laser radiation in the near infrared range with a wavelength between 800 nm and 1200 nm, in particular 960 nm, 1030 nm, 1060 nm, 1064 nm or 1070 nm can be used for paint stripping.
  • the beam quality M 2 of the laser radiation is preferably less than or equal to 4, in particular between 1 and 1.4, preferably with a Gaussian intensity profile.
  • a multimode laser with a TopHat-shaped intensity profile can be used. This allows the paint to be removed particularly effectively.
  • the coating can have polyamideimide (PAI), polyetheretherketone (PEEK) and/or polyamideimide with polyimide film (PAI+FEP).
  • PAI polyamideimide
  • PEEK polyetheretherketone
  • PAI+FEP polyamideimide with polyimide film
  • the coating can have several layers, in particular different layers.
  • the coating can have a layer of polyamideimide and a further layer of polyetherketone.
  • the laser radiation preferably has a Gaussian intensity profile or a round or preferably square/rectangular TopHat-shaped intensity profile.
  • the beam cross section of the laser radiation preferably has the TopHat-shaped intensity profile in its long extension and the Gaussian intensity profile in its short extension.
  • the beam cross section of the laser radiation can be 1.1 times to 10 times larger in its long extent than in its short extent.
  • this area is preferably hatched with the laser radiation, i.e. it is passed over line by line.
  • the longitudinal ends of the hatched area can be irradiated with at least one single line transverse to the longitudinal extent of the conductor in order to precisely delimit the area from which the lacquer has been removed.
  • the laser radiation has the following parameters: A fluence of at least 1J/cm 2 and at most 40J/cm 2 ; and a continuous laser beam or a repetition rate of at least 1 kHz and at most 4 MHz.
  • the laser radiation can have the following parameters during the second pass: a fluence of at least 1J/cm 2 and a maximum of 40J/cm 2 ; and a positive pulse overlap.
  • the conductor can be passed a third time to clean the portion of the conductor to be stripped.
  • the ladder can be run over any number of times.
  • the coating can be removed by chipping and/or burning off. Chipping is preferably achieved using the following parameters:
  • a negative pulse overlap in particular from -10% to -20%, is preferably used for the first pass; the second time it is passed, the residual skeleton is then removed in the form of small chips.
  • a cleaning of residues can be achieved by an optional third pass.
  • burning off can be achieved by using the following parameters:
  • the coating is pre-damaged (“carbonization”) when passed over the first time, and is removed by burning off when passed over the second time.
  • An optional third pass is used to clean smoke.
  • the laser and system technology for carrying out the method according to the invention has the following variants in particular:
  • Variant 1 A laser and optics for beam guidance and use of spot laser radiation
  • Variant 2 A laser and optics for beam guidance and use of multi-focal laser radiation
  • Variant 3 More than one laser and optics for beam guidance and use of spot laser radiation
  • Variant 4 More than one laser and one optic for beam guidance and use of multi-focal laser radiation
  • Variant 5 More than one laser and more than one optic for beam guidance and use of multi-focal laser radiation.
  • the object according to the invention is also achieved by a method for producing a hairpin with two rod-shaped hairpin conductors, one or both of the rod-shaped hairpin conductors being stripped of lacquer at least in sections using a method described here. Both rod-shaped hairpin conductors are preferably stripped of lacquer at least in sections using the method described here. The stripped conductive cores of the two rod-shaped hairpin conductors are then welded together to create a hairpin. The welding can—preferably—take place with the same laser as the paint stripping or with a different laser.
  • FIG. 1 shows a schematic side view of a rod-shaped conductor and a laser for at least partially removing an electrically insulating coating of the rod-shaped conductor.
  • FIG. 2 shows a schematic side view of rod-shaped conductors connected to form a hairpin, the stripped electrically conductive cores of the rod-shaped conductors being laser-welded.
  • FIG 3 shows a schematic plan view of a rod-shaped conductor, a section of the rod-shaped conductor being irradiated line-by-line with a laser in order to remove the coating of the rod-shaped conductor in this area.
  • FIG. 4 shows a schematic plan view of a rod-shaped conductor, it being evident from FIG. 4 that pulsed irradiation of the rod-shaped conductor with a laser results in the rod-shaped conductor being passed over twice in the overlapping region of the laser pulses.
  • 5a shows a schematic circular irradiation area of a laser radiation on a rod-shaped conductor.
  • 5b shows a schematic elliptical irradiation area of a laser radiation on a rod-shaped conductor.
  • 5c shows a schematic square irradiation area of a laser radiation on a rod-shaped conductor.
  • 5d shows a schematic rectangular irradiation area of a laser radiation on a rod-shaped conductor.
  • FIG. 6 schematically shows the irradiation of a rod-shaped conductor with four laser beams.
  • FIG. 7 schematically shows the irradiation of a rod-shaped conductor with three laser beams.
  • Fig. 1 shows a rod-shaped conductor 10 with an electrically conductive core 12 and an electrically insulating coating 14.
  • the rod-shaped conductor 10 is to be welded at its stripped free end 16 to another rod-shaped conductor 10 (not shown in FIG. 1).
  • the coating 14 on the free end 16 must be removed. According to the invention, this removal of the coating 14 is carried out by a laser beam 18 from a laser 20 .
  • the conductive core 12 preferably comprises aluminum and/or copper.
  • the coating 14 preferably has polyamideimide, polyetheretherketones and/or polyamideimide with a polyimide film.
  • the coating 14 can have a transparency of more than 50%, more than 70%, or more than 90% for the wavelength(s) of the laser beam 18 .
  • the laser beam 18 preferably emits laser radiation in the infrared range, preferably in the near infrared range, in particular with (a) wavelength(s) between 800 nm and 1200 nm. Due to the transparency of the coating 14 for the laser beam 18, the coating 14 is passed over several times according to the invention. This first reduces the transparency of the coating 14 and then the coating 14 can absorb the energy of the laser beam 18 and can thus be removed, preferably by chipping off or burning off.
  • FIG. 2 shows rod-shaped conductors 10a, 10b whose free ends 16a, 16b are welded to one another.
  • a welding bead 22 is preferably formed at the free ends 16a, b.
  • Welding takes place with a laser beam 18 of a laser 20.
  • the laser 20 can be the same laser 20 (see FIG. 1) with which the free ends 16a, b were stripped of lacquer or a different laser 20.
  • the rod-shaped conductors 10a, b are in the form of hairpin conductors.
  • the connected rod-shaped conductors 10a, b represent a hairpin 24.
  • FIG. 3 shows a rod-shaped conductor 10, the axial section 26 stripped, ie stripped.
  • a laser beam 18 (see FIG. 1) is moved line by line in the area 26, resulting in hatching.
  • the area 26 is preferably precisely delimited on one or both sides by (a) single line(s) 28a, 28b.
  • FIG. 4 shows a rod-shaped conductor 10 which is processed by a pulsed laser beam 18. FIG. It can be seen from FIG. 4 that an overlapping area 30 of the laser beam 18 has been passed over twice.
  • the 5a shows a laser beam 18 with a circular beam cross section.
  • the laser beam 18 preferably has a Gaussian intensity profile.
  • the laser beam 18 preferably has a TopHat-shaped intensity profile in its long dimension XI and a Gaussian-shaped intensity profile in its short dimension X2.
  • the 5c shows a laser beam 18 with a square beam cross section.
  • the laser beam 18 preferably has a Gaussian intensity profile.
  • the laser beam 18 shows a laser beam 18 with a rectangular beam cross section.
  • the laser beam 18 preferably has a TopHat-shaped intensity profile in its long dimension XI and a Gaussian-shaped intensity profile in its short dimension X2.
  • FIG. 6 shows four lasers 20a, 20b, 20c, 20d, whose laser beams 18a, 18b, 18c, 18d strip a rod-shaped conductor 10 radially all around, i.e. remove a coating 14 from the conductive core 12.
  • FIG. 7 shows three lasers 20a-c, the laser beams 18a-c of which remove paint from a rod-shaped conductor 10 radially all around.
  • FIG. 8 shows two lasers 20a, b, the laser beams 18a, b of which remove paint from a rod-shaped conductor 10 radially all around.
  • the laser beams 18a-d of the lasers 20a-d are at an angle between 60° and 120°, ie as perpendicular as possible, meet the surface of the conductor 10 to ensure efficient processing.
  • the conductor 10 can be rotated, in particular about its longitudinal axis, when it is irradiated with the laser beams 18a-d.
  • the invention relates in summary to a method for removing an electrically non-conductive coating 14, in particular a plastic coating, from an electrically conductive core 12, in particular a metal core, of a conductor 10, 10a, b, in particular in shape of a wire.
  • the conductor 10, 10a, b is preferably in the form of a hairpin conductor.
  • the coating 14 is removed by repeatedly irradiating the coating 14 with laser radiation, in particular in the infrared range.
  • the invention relates to a method for producing a hairpin 24 from two stripped conductors 10,

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen einer elektrisch nicht leitfähigen Beschichtung (14), insbesondere einer Kunststoffbeschichtung, von einem elektrisch leitfähigen Kern (12), insbesondere einem Metallkern, eines Leiters (10), insbesondere in Form eines Drahtes. Der Leiter (10) ist vorzugsweise in Form eines Hairpin-Leiters ausgebildet. Das Entfernen der Beschichtung (14) erfolgt durch mehrfaches Bestrahlen der Beschichtung (14) mit Laserstrahlung, insbesondere im Infrarotbereich. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Hairpins aus zwei abisolierten Leitern (10).

Description

Mehrstufiges Laser-Entlacken eines stabförmigen Leiters
Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entlacken eines stabförmigen Leiters. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Hairpin mit zumindest einem solchen entlackten stabförmigen Leiter.
Es ist bekannt, einen stabförmigen Leiter durch Eintauchen in ein Säurebad zu entlacken.
Es ist weiterhin bekannt, Werkstücke durch Laserstrahlung zu behandeln. Da energiereiche Laserstrahlung jedoch oftmals im Infrarotbereich, insbesondere im nahen Infrarotbereich, erzeugt wird und Beschichtungen in der Regel transparent für solche Laserstrahlung ist, konnte eine effiziente Entfernung einer solchen Beschichtung mit Laserstrahlung bislang nicht erfolgen. Aufgabe der Erfindung
Es ist demgegenüber Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Entlacken eines stabförmigen Leiters bereit zu stellen, das schnell, reproduzierbar und ohne Nasschemie ausführbar ist. Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Hairpin unter Verwendung zumindest eines solchen zumindest teilweise entlackten stabförmigen Leiters bereit zu stellen.
Beschreibung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Entlacken eines stabförmigen Leiters gemäß Patentanspruch 1 und ein Verfahren zur Herstellung eines Hairpin nach Patentanspruch 15. Die Unteransprüche geben bevorzugte Weiterbildungen wieder.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird somit durch ein Verfahren gelöst, bei dem ein stabförmiger Leiter mit einem elektrisch leitfähigen Kern und einer zumindest teilweise transparenten Beschichtung zumindest abschnittsweise entlackt wird. Dabei wird der zu entlackende Bereich zumindest zweifach mit einem Laserstrahl überfahren : Beim ersten Mal, um die Transparenz der Beschichtung im zu entla- ckenden Bereich zumindest zu vermindern und beim zweiten Mal, um die Beschichtung zumindest teilweise zu entfernen. Beim zweiten Überfahren kann dabei ein sehr effektives Entlacken erfolgen, da die Laserstrahlung zumindest teilweise von der Beschichtung absorbiert wird und so ein Energieeintrag in die Beschichtung ermöglicht wird.
Ein wesentliches Erfindungsmerkmal ist somit der mehrstufige Prozess zur Entfernung einer Beschichtung auf einem leitfähigen Kern eines Leiters, wobei im ersten Prozessschritt die Beschichtung so geschädigt wird, dass die Transparenz teilweise oder ganz verloren geht; und in zumindest einem zweiten Prozessschritt mindestens eine Schicht der Beschichtung mittels Laserstrahlung dahingehend verändert wird, dass die Anhaftung der Beschichtung vollständig oder nahezu vollständig aufgehoben wird, wodurch ein sukzessives Abtragen erfolgt. Mithin wird eine zumindest teilweise transparente Beschichtung so beeinflusst, dass die Laserstrahlung absorbiert wird und die Beschichtung abgetragen werden kann.
Ein zeitlich aufeinanderfolgendes, mehrfaches Bestrahlen des gleichen Oberflächenabschnitts, z.B. in Form eines Pulsüberlapps, wird dabei bereits als zweite Überfahrt gewertet.
Falls nicht anders angegeben, beziehen sich die nachfolgenden Parameter der Laserstrahlung auf den zumindest einen Laserstrahl beim ersten Überfahren und/oder auf den zumindest einen Laserstrahl beim zweiten Überfahren.
Der leitfähige Kern weist vorzugsweise Aluminium und/oder Kupfer auf.
In besonders bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist der Leiter in Form eines Hairpin-Leiters ausgebildet. Der Begriff „Hairpin" wird nachfolgend näher erläutert:
Zur Ausbildung von Statoren in Elektromotoren ist es bekannt, einen aus einem isolierenden Material ausgebildeten Statorkäfig bereitzustellen, in welchen sogenannte Hairpins aus einem elektrisch leitenden Material, bevorzugt Kupfer, eingebracht werden. Die Hairpins können beispielsweise klammerförmig oder linear ausgebildet sein. Die Hairpin-Leiter liegen nach ihrem Einbringen in den Statorkäfig parallel zueinander und im Wesentlichen in Axialrichtung des Stators bzw. des Elektromotors in dem Statorkäfig vor. Um den Umfang des Statorkäfigs herum wird eine Vielzahl solcher Hairpin-Leiter in den Statorkäfig eingebracht, die während der Montage beziehungsweise Fertigung zunächst keine mechanische und elektrische Verbindung zueinander aufweisen. Die jeweiligen freien Enden der Hairpin-Leiter werden nach dem Einbringen in den Statorkäfig und nach einer eventuellen Umformung und/oder Kürzung und einer eventuellen Vorbehandlung, beispielsweise einer Entlackung, dann zur Ausbildung einer vollständigen Statorwicklung bevorzugt paarweise miteinander gefügt, beispielsweise durch Verschweißen. Durch das Fügen werden sowohl eine mechanische Verbin- dung als auch eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den freien Enden der jeweiligen Hairpins hergestellt, sodass die nach dem Einbringen zunächst einzeln vorliegenden Hairpin-Leiter nun verbunden sind. Durch das Fügen der Hairpin- Leiter kann eine mechanisch und elektrisch miteinander verbundene, durchgehende Statorwicklung ausgebildet werden.
Die Hairpins weisen meist einen quadratischen oder rechteckigen Querschnitt auf, dessen Querschnittsfläche wesentlich größer ist als die eines zum Wickeln ausgebildeten Drahts. Dadurch wird ein gegenüber einem Draht erhöhter Stromfluss ermöglicht. Die damit erreichbare Steigerung der Leistungsfähigkeit von Elektromotoren ist insbesondere bei Elektromotoren für Kraftfahrzeuge vorteilhaft, da diese sehr hohen Leistungsanforderungen gerecht werden müssen.
In weiter bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung wird die radiale Außenseite des Leiters beim ersten Überfahren und/oder beim zweiten Überfahren durch mehrere deckungsungleiche Laserstrahlen bestrahlt. Die Laserstrahlen weisen vorzugsweise zueinander einen Anstellwinkel von 3° bis 15° auf und/oder sind zueinander lateral versetzt.
Weiter bevorzugt wird die radiale Außenseite des Leiters vollumfänglich entlackt. Hierdurch wird die spätere Verbindung des Leiters mit einem weiteren Leiter erheblich erleichtert.
Der Leiter kann beim Bestrahlen der Beschichtung, insbesondere um seine Längsachse, rotiert werden, um ein gleichmäßiges Entfernen der Beschichtung zu erreichen.
Zum Entlacken wird vorzugsweise Laserstrahlung im Infrarotbereich, insbesondere mit einer Wellenlänge von lOßOOnm oder 5000nm, eingesetzt. Zum Entlacken kann insbesondere Laserstrahlung im nahen Infrarotbereich mit einer Wellenlänge zwischen 800nm und 1200nm, insbesondere 960nm, 1030nm, 1060nm, 1064nm oder 1070nm, eingesetzt werden. Die Strahlgüte M2 der Laserstrahlung ist vorzugsweise kleiner oder gleich 4, insbesondere zwischen 1 und 1,4, vorzugsweise bei gaußförmigem Intensitätsprofil. Alternativ oder zusätzlich dazu kann ein Multimode-Laser mit TopHat-förmigem Intensitätsprofil eingesetzt werden. Hierdurch kann das Entlacken besonders effektiv erfolgen.
Die Beschichtung kann Polyamidimid (PAI), Polyetheretherketone (PEEK) und/oder Polyamidimid mit Polyimid-Folie (PAI + FEP) aufweisen.
Die Beschichtung kann mehrere, insbesondere verschiedene, Schichten aufweisen. Beispielsweise kann die Beschichtung eine Schicht aus Polyamidimid und eine weitere Schicht aus Polyetherketone aufweisen.
Die Laserstrahlung weist bevorzugt ein gaußförmiges Intensitätsprofil oder ein rundes oder bevorzugt quadratisch/rechteckiges TopHat-förmiges Intensitätsprofil auf.
Dabei weist der Strahlquerschnitt der Laserstrahlung das TopHat-förmige Intensitätsprofil vorzugsweise in seiner langen Erstreckung und das gaußförmige Intensitätsprofil in seiner kurzen Erstreckung auf.
Weiter bevorzugt kann der Strahlquerschnitt der Laserstrahlung in seiner langen Erstreckung um das 1,1-fache bis 10-fache ausgedehnter sein als in seiner kurzen Erstreckung.
Zum Entlacken eines Bereichs der Beschichtung wird dieser Bereich vorzugsweise mit der Laserstrahlung schraffiert, d.h. linienweise überfahren.
Dabei können die längsseitigen Enden des schraffierten Bereichs mit zumindest einer einzelnen Linie quer zur Längserstreckung des Leiters bestrahlt werden, um den entlackten Bereich präzise zu begrenzen.
Beim ersten Überfahren weist die Laserstrahlung folgende Parameter auf: Eine Fluenz von zumindest lJ/cm2 und maximal 40J/cm2; und einen kontinuierlichen Laserstrahl oder eine Repetitionsrate von zumindest 1 kHz und maximal 4 MHz.
Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Laserstrahlung beim zweiten Überfahren folgende Parameter aufweisen: eine Fluenz von zumindest lJ/cm2 und maximal 40J/cm2; und einen positiven Pulsüberlapp.
Nach dem zweiten Überfahren kann der Leiter in drittes Mal überfahren werden, um den zu entlackenden Abschnitt des Leiters zu reinigen. Zusätzlich dazu kann der Leiter beliebige weitere Male überfahren werden.
Die Beschichtung kann durch Abplatzen und/oder Abbrennen entfernt werden. Ein Abplatzen wird vorzugsweise durch die Verwendung folgender Parameter erreicht:
Eine Frequenz von zumindest 5kHz und maximal 15kHz; und einen Pulsüberlapp von weniger als 20%, insbesondere einen negativen Pulsüberlapp zwischen -10% und -20%; und einen Linienüberiapp von weniger als 20%; und eine Pulsenergie zwischen 30mJ und 50mJ.
Beim Abplatzen wird beim ersten Überfahren vorzugsweise ein negativer Pulsüberlapp, insbesondere von -10% bis -20%, eingesetzt; beim zweiten Überfahren wird dann das Restgitter in Form kleiner Chips abgetragen. Eine Reinigung von Resten kann durch ein optionales drittes Überfahren erzielt werden.
Alternativ oder zusätzlich dazu kann ein Abbrennen durch die Verwendung folgender Parameter erreicht werden:
Eine Frequenz von mehr als 20kHz; und einen Pulsüberlapp von mehr als 40%; und einen Linienüberiapp von mehr als 40%; und eine Pulsenergie von mehr als 40mJ. Beim Abbrennen erfolgt beim ersten Überfahren eine Vorschädigung („Karbonisierung") der Beschichtung und beim zweiten Überfahren ein Abtragen durch Abbrennen. Ein optionales drittes Überfahren dient der Reinigung von Schmauch.
Die Laser- und Systemtechnik zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist insbesondere folgende Varianten auf:
Variante 1 : Ein Laser und eine Optik zur Strahlführung und Einsatz von Spot-Laserstrahlung;
Variante 2: Ein Laser und eine Optik zur Strahlführung und Einsatz von multi-fokaler Laserstrahlung;
Variante 3: Mehr als ein Laser und eine Optik zur Strahlführung und Einsatz von Spot-Laserstrahlung;
Variante 4: Mehr als ein Laser und eine Optik zur Strahlführung und Einsatz von multi-fokaler Laserstrahlung;
Variante 5: Mehr als ein Laser und mehr als eine Optik zur Strahlführung und Einsatz von multi-fokaler Laserstrahlung.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Hairpins mit zwei stabförmigen Hairpin-Leitern, wobei einer oder beide der stabförmigen Hairpin-Leiter mit einem hier beschriebenen Verfahren zumindest abschnittsweise entlackt wird/werden. Vorzugsweise werden beide stabförmige Hairpin-Leiter mit dem hier beschriebenen Verfahren zumindest abschnittsweise entlackt. Anschließend werden die entlackten leitfähigen Kerne der beiden stabförmigen Hairpin-Leiter miteinander verschweißt, sodass ein Hairpin entsteht. Das Verschweißen kann dabei - bevorzugt - mit demselben Laser erfolgen wie das Entlacken oder mit einem anderen Laser.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung. Detaillierte Beschreibung der Erfindung und Zeichnung
Fig. 1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines stabförmigen Leiters und eines Lasers zur zumindest abschnittsweisen Entfernung einer elektrisch isolierenden Beschichtung des stabförmigen Leiters.
Fig. 2 zeigt eine schematische Seitenansicht von zu einem Hairpin verbundenen stabförmigen Leiter, wobei die abisolierten elektrisch leitfähigen Kerne der stabförmigen Leiter mit einem Laser verschweißt sind.
Fig. 3 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen stabförmigen Leiter, wobei ein Abschnitt des stabförmigen Leiters linienweise mit einem Laser bestrahlt wird, um die Beschichtung des stabförmigen Leiters in diesem Bereich zu entfernen.
Fig. 4 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen stabförmigen Leiter, wobei aus Fig. 4 ersichtlich ist, dass gepulstes Bestrahlen des stabförmigen Leiters mit einem Laser zu einem zweifachen Überfahren des stabförmigen Leiters im Überlappungsbereich der Laserpulse führt.
Fig. 5a zeigt einen schematischen kreisförmigen Bestrahlungsbereich einer Laserstrahlung auf einem stabförmigen Leiter.
Fig. 5b zeigt einen schematischen elliptischen Bestrahlungsbereich einer Laserstrahlung auf einem stabförmigen Leiter.
Fig. 5c zeigt einen schematischen quadratischen Bestrahlungsbereich einer Laserstrahlung auf einem stabförmigen Leiter.
Fig. 5d zeigt einen schematischen rechteckförmigen Bestrahlungsbereich einer Laserstrahlung auf einem stabförmigen Leiter.
Fig. 6 zeigt schematisch die Bestrahlung eines stabförmigen Leiters mit vier Laserstrahlen.
Fig. 7 zeigt schematisch die Bestrahlung eines stabförmigen Leiters mit drei Laserstrahlen.
Fig. 8 zeigt schematisch die Bestrahlung eines stabförmigen Leiters mit zwei Laserstrahlen.
Fig. 1 zeigt einen stabförmigen Leiter 10 mit einem elektrisch leitfähigen Kern 12 und einer elektrisch isolierenden Beschichtung 14. Der stabförmige Leiter 10 soll an seinem abisolierten freien Ende 16 mit einem weiteren stabförmigen Leiter 10 (in Fig. 1 nicht gezeigt) verschweißt werden. Hierzu muss die Beschichtung 14 am freien Ende 16 entfernt werden. Erfindungsgemäß wird diese Entfernung der Beschichtung 14 durch einen Laserstrahl 18 eines Lasers 20 durchgeführt.
Der leitfähige Kern 12 weist vorzugsweise Aluminium und/oder Kupfer auf. Die Beschichtung 14 weist vorzugsweise Polyamidimid, Polyetheretherketone und/oder Polyamidimid mit Polyimid-Folie auf. Die Beschichtung 14 kann für die Wellenlänge(n) des Laserstrahls 18 eine Transparenz von mehr als 50%, von mehr als 70%, oder von mehr als 90% aufweisen. Der Laserstrahl 18 strahlt vorzugsweise Laserstrahlung im Infrarotbereich, vorzugsweise im nahen Infrarotbereich, insbesondere mit (einer) Wellenlänge(n) zwischen 800nm und 1200nm ab. Aufgrund der Transparenz der Beschichtung 14 für den Laserstrahl 18 wird die Beschichtung 14 erfindungsgemäß mehrfach überfahren. Hierdurch wird zunächst die Transparenz der Beschichtung 14 vermindert und anschließend kann die Beschichtung 14 die Energie des Laserstrahls 18 absorbieren und kann so entfernt werden, vorzugsweise durch Abplatzen oder Abbrennen.
Fig. 2 zeigt stabförmige Leiter 10a, 10b, deren freie Enden 16a, 16b miteinander verschweißt sind. Dabei ist an den freien Enden 16a, b vorzugsweise eine Schweißperle 22 ausgebildet. Das Verschweißen erfolgt mit einem Laserstrahl 18 eines Lasers 20. Bei dem Laser 20 kann es sich um denselben Laser 20 (siehe Fig. 1) handeln, mit dem die freien Enden 16a, b entlackt wurden oder um einen anderen Laser 20. Die stabförmigen Leiter 10a, b sind in Form von Hairpin- Leitern ausgebildet. Die verbundenen stabförmigen Leiter 10a, b stellen einen Hairpin 24 dar.
Fig. 3 zeigt einen stabförmigen Leiter 10, dessen axialer Abschnitt 26 entlackt, d.h. abisoliert wird. Hierzu wird ein Laserstrahl 18 (siehe Fig. 1) linienweise im Bereich 26 bewegt, wodurch eine Schraffur entsteht. Der Bereich 26 wird vorzugsweise einseitig oder zweiseitig durch (eine) einzelne Linie(n) 28a, 28b präzise begrenzt. Fig. 4 zeigt einen stabförmigen Leiter 10, der von einem gepulsten Laserstrahl 18 bearbeitet wird. Aus Fig. 4 ist ersichtlich, dass ein Überlappungsbereich 30 des Laserstrahls 18 zweifach überfahren ist.
Fig. 5a zeigt einen Laserstrahl 18 mit einem kreisförmigen Strahlquerschnitt. Der Laserstrahl 18 weist vorzugsweise ein gaußförmiges Intensitätsprofil auf.
Fig. 5b zeigt einen Laserstrahl 18 mit einem elliptischen Strahlquerschnitt. Der Laserstrahl 18 weist vorzugsweise ein TopHat-förmiges Intensitätsprofil in seiner langen Erstreckung XI und ein gaußförmiges Intensitätsprofil in seiner kurzen Erstreckung X2 auf.
Fig. 5c zeigt einen Laserstrahl 18 mit einem quadratischen Strahlquerschnitt. Der Laserstrahl 18 weist vorzugsweise ein gaußförmiges Intensitätsprofil auf.
Fig. 5d zeigt einen Laserstrahl 18 mit einem rechteckigen Strahlquerschnitt. Der Laserstrahl 18 weist vorzugsweise ein TopHat-förmiges Intensitätsprofil in seiner langen Erstreckung XI und ein gaußförmiges Intensitätsprofil in seiner kurzen Erstreckung X2 auf.
Fig. 6 zeigt vier Laser 20a, 20b, 20c, 20d, deren Laserstrahlen 18a, 18b, 18c, 18d einen stabförmigen Leiter 10 radial rundum entlacken, d.h. eine Beschichtung 14 vom leitfähigen Kern 12 entfernen.
Fig. 7 zeigt ähnlich dazu drei Laser 20a-c, deren Laserstrahlen 18a-c einen stabförmigen Leiter 10 radial rundum entlacken.
Fig. 8 zeigt ähnlich dazu zwei Laser 20a, b, deren Laserstrahlen 18a, b einen stabförmigen Leiter 10 radial rundum entlacken.
Im Falle mehrerer Laser 20a-d gemäß den Figuren 6 bis 8 ist bevorzugt, dass die Laserstrahlen 18a-d der Laser 20a-d in einem Winkel zwischen 60° und 120°, d.h. möglichst senkrecht, auf die Oberfläche des Leiters 10 treffen, um eine effiziente Bearbeitung zu gewährleisten. Um ein gleichmäßiges Entfernen der Beschichtung 14 (siehe Fig. 1) zu erzielen, kann der Leiter 10 beim Bestrahlen mit den Laserstrahlen 18a-d, insbesondere um seine Längsachse, rotiert werden.
Unter Vornahme einer Zusammenschau aller Figuren der Zeichnung betrifft die Erfindung zusammenfassend ein Verfahren zum Entfernen einer elektrisch nicht leitfähigen Beschichtung 14, insbesondere einer Kunststoffbeschichtung, von ei- nem elektrisch leitfähigen Kern 12, insbesondere einem Metallkern, eines Leiters 10, 10a, b, insbesondere in Form eines Drahtes. Der Leiter 10, 10a, b ist vorzugsweise in Form eines Hairpin-Leiters ausgebildet. Das Entfernen der Beschichtung 14 erfolgt durch mehrfaches Bestrahlen der Beschichtung 14 mit Laserstrahlung, insbesondere im Infrarotbereich. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Hairpins 24 aus zwei abisolierten Leitern 10,
Bezuqszeichenliste
10, 10a, b stabförmiger Leiter
12 leitfähiger Kern 14 Beschichtung
16, 16a, b freies Ende
18, 18a-d Laserstrahl
20, 20a-d Laser
22 Schweißperle 24 Hairpin
26 Bereich
28a, b einzelne Linie
30 Überlappungsbereich XI lange Erstreckung des Strahlquerschnitts
X2 kurze Erstreckung des Strahlquerschnitts

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Entlacken eines stabförmigen Leiters (10, 10a, b) durch Laserstrahlung, wobei der stabförmige Leiter (10, 10a, b) einen elektrisch leitfähigen Kern (12) und eine für die Laserstrahlung zumindest teilweise transparenten Beschichtung (14) aufweist, wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist:
A) Erstes Überfahren des Leiters (10, 10a, b) mit zumindest einem, insbesondere fokussierten, Laserstrahl (18, 18a, b), um die Transparenz der Beschichtung (14) zumindest teilweise zu reduzieren;
B) Zweites Überfahren des Leiters (10, 10a, b) mit zumindest einem, insbesondere fokussierten, Laserstrahl (18, 18a, b), um die Anhaftung der Beschichtung (14) zumindest teilweise zu reduzieren.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Leiter (10, 10a, b) in Form eines Hairpin-Leiters ausgebildet ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die radiale Außenseite des Leiters (10, 10a, b) beim ersten Überfahren und/oder zweiten Überfahren durch mehrere deckungsungleiche Laserstrahlen (18, 18a, b) bestrahlt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die radiale Außenseite des Leiters (10, 10a, b) vollumfänglich entlackt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Laserstrahlung im Infrarotbereich, insbesondere im nahen Infrarotbereich mit einer Wellenlänge zwischen 800nm und 1200nm eingesetzt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Strahlgüte der Laserstrahlung M2 kleiner oder gleich 4, insbesondere zwischen 1 und 1,4, beträgt und/oder Multimode-Laserstrahlung eingesetzt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Beschichtung (14) Polyamidimid, Polyetheretherketone und/oder Polyamidi- mid mit Polyimid-Folie aufweist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Laserstrahlung ein gaußförmiges Intensitätsprofil oder ein TopHat-förmiges Intensitätsprofil aufweist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der Strahlquerschnitt der Laserstrahlung das TopHat-förmige Intensitätsprofil in einer langen Erstreckung und das gaußförmige Intensitätsprofil in einer kurzen Erstreckung aufweist.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Laserstrahlung einen Bereich (26) des Leiters (10, 10a, b) schraffiert.
11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die Laserstrahlung die längsseitigen Enden des schraffierten Bereichs (26) mit zumindest einer einzelnen Linie (28a, b) quer zur Längserstreckung des Leiters (10, 10a, b) bestrahlt.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Laserstrahlung beim ersten Überfahren folgende Parameter aufweist:
• Eine Fluenz von zumindest lJ/cm2 und maximal 40J/cm2; und
• einen kontinuierlichen Laserstrahl (18, 18a, b) oder eine Repetiti- onsrate von zumindest 1 kHz und maximal 4 MHz; und/oder beim zweiten Überfahren folgende Parameter aufweist: eine Fluenz von zumindest lJ/cm2 und maximal 40J/cm2; und einen positiven Pulsüberlapp. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Verfahren folgenden Verfahrensschritt aufweist:
C) Drittes Überfahren des Leiters (10, 10a, b) mit zumindest einem, insbesondere fokussierten, Laserstrahl (18, 18a, b), um den Leiter (10, 10a, b) zu reinigen. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Laserstrahlung folgende Parameter aufweist, um ein zumindest teilweises Abplatzen der Beschichtung (14) zu erzielen:
• Eine Frequenz von zumindest 5kHz und maximal 15kHz; und
• einen Pulsüberlapp von weniger als 20%, insbesondere einen negativen Pulsüberlapp zwischen -10% und -20%; und
• einen Linienüberiapp von weniger als 20%; und
• eine Pulsenergie zwischen 30mJ und 50mJ; und/oder die Laserstrahlung folgende Parameter aufweist, um ein zumindest teilweises Abbrennen der Beschichtung (14) zu erzielen:
• Eine Frequenz von mehr als 20kHz; und
• einen Pulsüberlapp von mehr als 40%; und
• einen Linienüberiapp von mehr als 40%; und
• eine Pulsenergie von mehr als 40mJ. Verfahren zur Herstellung eines Hairpins (24) mit zwei stabförmigen Leitern (10, 10a, b), wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist: a) Zumindest teilweises Entlacken eines ersten stabförmigen Leiters (10, 10a, b) in Form eines Hairpin-Leiters mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14 in Verbindung mit Anspruch 2; und/oder b) Zumindest teilweises Entlacken eines zweiten stabförmigen Leiters (10, 10a, b) in Form eines Hairpin-Leiters mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14 in Verbindung mit Anspruch 2; c) Verschweißen des freien Endes (16, 16a, b) des ersten stabförmigen Leiters (10, 10a, b) mit dem freien Ende (16, 16a, b) des zweiten stabförmigen Leiters (10, 10a, b).
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