Stand der Technik
[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrischen Kontaktierung von Drähten nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
[0002] Ein derartiges bekanntes Verfahren wird beispielsweise zur elektrischen Kontaktierung
von Drahtenden bei Generatoren oder Elektromotoren bei deren Anker oder Statorwicklungen
eingesetzt. Hierbei werden üblicherweise isolierte Drähte für die Ankerwicklungen
verwendet, deren Drahtenden mit einer Schweiß- oder Lötverbindung miteinander verbunden
werden, sodass die einzelnen Drähte miteinander elektrisch kontaktiert sind. Die Drähte
weisen dabei als Isolation entweder eine Lackschicht oder einen aus Kunststoff bestehenden
Überzug auf. Vor dem Verschweißen bzw. Verlöten der Drahtenden müssen diese von ihrer
Isolierung befreit werden. Ein derartiges Verfahren bedingt einen relativ hohen Arbeitsaufwand
und ist darüber hinaus prozesstechnisch relativ schwer zu überwachen.
[0003] Weiterhin ist es aus der
DE 10 2004 004 742 A1 bekannt, beim Bonden von isolierten Drähten die Verbindung zwischen einem abisolierten
Drahtabschnitt und der Verbindungsstelle durch Einbringen einer elektromagnetischen
Energie herzustellen. Dabei wird die Lackschicht vorab durch mechanische Energieeinwirkung
mittels eines Bondwerkzeugs durch Aufplatzen der Lackschicht lokal entfernt.
[0004] Darüber hinaus ist es bekannt, mehrere, insbesondere aus Metall bestehende Teile
mittels des sogenannten Magnetimpuls-Schweißverfahrens miteinander zu verbinden.
Offenbarung der Erfindung
[0005] Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, ein Verfahren zur elektrischen Kontaktierung von Drähten nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass eine elektrisch leitende Verbindung auf
relativ einfache und wirtschaftlich günstig herstellbare Weise erzielbar ist. Insbesondere
soll damit ein Verfahren ermöglicht werden, das im Bereich von Elektromotoren bzw.
Generatoren die Verbindung der Drahtenden der einzelnen Ankerwicklungen ermöglicht.
[0006] Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur elektrischen Kontaktierung von Drähten
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Der Erfindung liegt dabei die Idee zugrunde,
durch ein elektrisch leitendes Kontaktelement eine Verbindung mit den Drähten zu ermöglichen,
wobei die Verbindung in einem Verbindungsbereich durch einen elektromagnetischen Impuls
erzeugt wird. Durch dieses mittels des elektromagnetischen Impulses hervorgerufene
Magnetimpulsschweißen wird eine kraft- bzw. stoffschlüssige Verbindung zwischen wenigstens
einem Draht und dem Kontaktelement dadurch erzeugt, dass die beiden zu fügenden Teile
mit hoher Geschwindigkeit miteinander kollidieren.
[0007] Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur elektrischen Kontaktierung
von Drähten sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen
sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in den Ansprüchen, der Beschreibung
und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.
[0008] In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass wenigstens ein
hülsenförmiges Kontaktelement verwendet wird und dass die Drähte im Verbindungsbereich
innerhalb des wenigstens einen Kontaktelements angeordnet werden. Durch die Verwendung
eines hülsenförmigen Kontaktelements wird hierbei insbesondere eine definierte und
sichere Führung der Drahtenden erzielt.
[0009] Besonders bevorzugt ist es weiterhin, wenn das wenigstens eine hülsenförmige Kontaktelement
im Verbindungsbereich mit den Drähten auf der den Drähten zugewandten Seite eine strukturierte
Oberfläche aufweist, von der Erhebungen ausgehen, die beim Ausbilden der Verbindung
mit den Drähten zumindest eine kraftschlüssige und elektrisch leitfähige Verbindung
mit den Drähten eingehen. Eine derartige Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht es,
auch Drähte zu verwenden, die in dem Verbindungsbereich eine Isolationsschicht, beispielsweise
eine Lackschicht oder eine aus Kunststoff bestehende Isolation, aufweisen, ohne dass
hierzu die Lack- bzw. Isolationsschicht entfernt werden muss.
[0010] In einer ganz besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist es dabei vorgesehen,
dass die Erhebungen in Form von scharfkantigen Erhebungen, insbesondere in Form von
Spitzen, Kanten oder dergleichen ausgebildet sind. Durch eine derartige Ausbildung
wird eine sichere Kontaktierung der Drähte durch die Lack- bzw. Isolationsschicht
ermöglicht und darüber hinaus eine besonders sichere kraftschlüssige Verbindung hergestellt.
[0011] Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass mehrere
hülsenförmige Kontaktelemente mit unterschiedlichen Durchmessern verwendet werden,
die konzentrisch zueinander angeordnet sind und dass die Drähte jeweils im Zwischenraum
zwischen zwei Kontaktelementen angeordnet werden. Eine derartige Ausbildung hat den
Vorteil, dass eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten Wicklungslagen auf relativ
engem Raum sicher kontaktiert werden können. Hierbei sollten jedoch Drähte verwendet
werden, deren Drahtenden elektrisch vorab abisoliert worden sind.
[0012] Um auch mehrere Reihen bzw. Lagen von Drähten elektrisch miteinander zu verbinden,
welche jeweils eine Lack- bzw. Isolationsschicht aufweisen, ist es in einer weiteren
Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass mehrere hülsenförmige Kontaktelemente
mit unterschiedlichen Durchmessern verwendet werden, die konzentrisch zueinander angeordnet
sind, dass die Drähte jeweils im Zwischenraum zwischen zwei Kontaktelementen angeordnet
werden und dass die hülsenförmigen Kontaktelemente auf den den Drähten zugewandten
Seiten jeweils eine strukturierte Oberfläche aufweisen. Hierbei wird durch die strukturierte
Oberfläche insbesondere ein Aufbrechen bzw. Zerstören der Lack- bzw. Isolationsschicht
der Drahtenden bewirkt.
[0013] Um zu gewährleisten, dass sowohl die Lack- bzw. Isolationsschicht bei der Verbindung
sicher zerstört wird, als auch dass eine sichere kraftschlüssige Verbindung zwischen
der strukturierten Oberfläche und dem eigentlichen Draht erzielt wird, ist es darüber
hinaus von Vorteil, wenn das hülsenförmige Kontaktelement eine höhere mechanische
Festigkeit aufweist als die Drähte. Daher werden üblicherweise für das Kontaktelement
beispielsweise Aluminium bzw. Kupfer als Werkstoffe eingesetzt. Darüber hinaus kann
es jedoch im Einzelfall auch sinnvoll sein, wenn die Hülse bzw. das Kontaktelement
aus einem anderen Werkstoff hergestellt ist, beispielsweise aus Stahl. In diesem Fall
wird eine besonders sichere kraft- bzw. formschlüssige Verbindung zwischen der strukturierten
Oberfläche und dem Draht hergestellt.
[0014] Um einen besonders einfachen Montageprozess der Drähte in dem Kontaktelement zu ermöglichen,
ist es in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Drähte
mit Spiel zu dem hülsenförmigen Element angeordnet werden.
[0015] Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
[0016] Diese zeigt in:
- Fig. 1
- eine Anordnung zur Erzeugung einer elektrischen Verbindung an Draht-enden in einer
vereinfachten Darstellung,
- Fig. 2
- einen Teilbereich eines mit einer strukturierten Oberfläche ausgestatte-ten hülsenförmigen
Kontaktelements in einer teilweise geschnittenen Darstellung,
- Fig. 3
- ein gegenüber der Fig. 2 modifiziertes Ausführungsbeispiel, bei dem die strukturierte
Oberfläche in Form von eingeprägten Rillen bzw. Kanten ausgebildet ist, ebenfalls
in einer teilweise geschnittenen Darstellung,
- Fig. 4
- einen Schnitt durch einen Teilbereich des Kontaktelements gemäß Fig. 3, bei der dieses
eine elektrische Kontaktierung mit einem Draht ausbil-det,
- Fig. 5
- einen Querschnitt durch eine Anordnung aus mehreren, insbesondere hülsenförmigen Kontaktelementen,
zwischen denen eine Vielzahl von Drähten angeordnet sind und
- Fig. 6
- einen Schnitt durch eine Anordnung bestehend aus einer Außenhülse und einem Innenteil,
welche eine elektrische Kontaktierung zu zwei Drahtenden herstellen,
- Fig. 7
- einen Teillängsschnitt durch ein abgewandeltes Kontaktelement und
- Fig. 8
- eine Ansicht auf das mit Drähten versehene Kontaktelement gemäß der Fig. 7, bei dem
die Drähte im Endzustand mit dem Kontaktelement ver-bunden sind.
[0017] Gleiche Bauteile bzw. Bauteile mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit denselben
Bezugsziffern versehen.
[0018] In der Fig. 1 ist eine Einrichtung 10 zum Herstellen einer elektrischen Verbindung
zwischen Drähten 1 in einem Verbindungsbereich 2 dargestellt. Insbesondere wird dabei
eine Verbindung zwischen mehreren Drähten 1 in dem Verbindungsbereich 2 hergestellt.
Die Verbindung der Drähte 1 erfolgt dabei an deren Endbereichen. Bei den Drähten 1
handelt es sich insbesondere um isolierte Drähte, z.B. Lackdrähte bzw. Drähte 1 mit
einer Isolationsschicht, wie diese in den Fig. 4 und 6 näher dargestellt sind. Insbesondere
dient die Einrichtung 10 zum Verbinden von Drähten 1, wie diese bei Elektromotoren
bzw. Generatoren bei der Bewicklung der Anker zur Ankerbewicklung eingesetzt werden.
[0019] Die Einrichtung 10 umfasst unter anderem eine Anlage 11 zur Erzeugung wenigstens
eines elektromagnetischen Impulses 3, der in der Fig. 1 lediglich symbolhaft dargestellt
ist. Zum Herstellen der Verbindung wird vorzugsweise ein zumindest im Verbindungsbereich
2 hülsenförmiges Kontaktelement 15 eingesetzt. Das Kontaktelement 15 besteht hierbei
aus einem elektrisch leitfähigen Material, insbesondere Metall. Als Materialien kommen
dabei insbesondere Aluminium oder Kupfer, im Einzelfall jedoch auch beispielsweise
Stahl, in Frage. Das Kontaktelement 15 umfasst neben dem hülsenförmigen Kontaktabschnitt
16 eine Anschlussfahne 17, die einstückig an dem hülsenförmigen Kontaktabschnitt 16
angeformt ist. Mittels des Kontaktabschnitts 16 lässt sich das Kontaktelement 15 elektrisch
mit weiteren Elementen verbinden. Das Kontaktelement 15 ist vorzugsweise als gezogenes
Rohr ausgebildet. Alternativ kann es auch als längsnahtgeschweißtes Rohr, Tiefziehteil,
Stanz-/Biegeteil oder in sonstiger geeigneter Weise ausgebildet bzw. hergestellt sein.
[0020] In einer ersten, nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen,
dass das hülsenförmige Kontaktelement 15 eine glatte bzw. ebene Innenseite aufweist,
wobei die Innenseite als elektrisch leitende Kontaktoberfläche für wenigstens einen
Draht 1 oder aber meherere Drähte 1 dient. In diesem Fall ist es erforderlich, dass
die Isolationsschicht an den Endbereichen der Drähte 1 entfernt wird. Ein derartiges
Entfernen kann entweder auf mechanischem Weg oder auf sonstige geeignete Weise erfolgen.
Zum Herstellen der Verbindung im Verbindungsbereich 2 werden dabei die einzelnen Drähte
1 in den hülsenförmigen Kontaktabschnitt 16 des Kontaktelements 15 eingeführt und
innerhalb der Einrichtung 10 durch Erzeugen des elektromagnetischen Impulses 3 mit
der Innenwand des hülsenförmigen Kontaktelements 15 verbunden. Je nach Auslegung bzw.
nach den Parametern des elektromagnetischen Impulses 3 erfolgt hierbei zumindest eine
kraftschlüssige Verbindung bzw. zusätzlich eine Schweißverbindung, d.h. eine stoffschlüssige
Verbindung, bei der der Kontaktbereich zwischen den Drähten 1 und dem hülsenförmigen
Kontaktelement 15 eine stoffschlüssige Verbindung eingeht.
[0021] Besonders bevorzugt ist jedoch eine Ausführung der Erfindung entsprechend den Fig.
2 bis 4, bei denen das Kontaktelement 15a, 15b eine strukturierte Oberfläche 18 aufweist.
Bei dem in der Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der
[0022] Erfindung ist die Oberfläche 18 an der Innenseite des Kontaktelements 15a dabei mit
einer Vielzahl von nebeneinander und übereinander angeordneten Erhebungen 19, z.B.
in Form von Pyramiden, Kegeln oder ähnlichem, ausgestattet. Diese Erhebungen 19 werden
dabei insbesondere durch einen Prägeprozess an der vorgesehenen Kontaktfläche zu den
Drähten 1 erzeugt, d.h. an der Innenseite des Kontaktelements 15a.
[0023] In der Fig. 3 ist ein Kontaktelement 15b dargestellt, dessen strukturierte Oberfläche
18a in Form von an der Innenwand des Kontaktelements 15b umlaufenden Rillen 21 ausgebildet
ist. Hierbei wirken die Rillen 21 bzw. deren umlaufende Kante 22 als Schneiden, die
bei der Erzeugung des elektromagnetischen Impulses 3 die in der Fig. 4 dargestellte
Lackschicht 5 des Drahtes 1 im Bereich der Kanten durchstoßen und sich in den eigentlichen
Draht 1 eingraben. Selbstverständlich kann anstelle der Lackschicht 5 auch eine aus
Kunststoff bestehende Isolationsschicht am Draht 1 vorgesehen sein.
[0024] In den Fig. 5 und 6 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das zwei,
konzentrisch zueinander angeordnete, jeweils hülsenförmige Kontaktelemente 15c, 15d
umfasst. Hierbei weist das Kontaktelement 15c einen geringeren Durchmesser auf als
das Kontaktelement 15d. Die einzelnen Drähte 1 sind in dem zwischen den beiden Kontaktelementen
15c und 15d ausgebildeten ringförmigen Innenraum 24 angeordnet. Insbesondere ist es
vorgesehen, dass beide Kontaktelemente 15c, 15d auf der den Drähten 1 zugewandten
Seite jeweils eine strukturierte Oberfläche 18 aufweisen. In der Fig. 6 ist der Fall
dargestellt, bei der zwischen den beiden Kontaktelementen 15c und 15d zwei Lagen von
Drähten 1 angeordnet sind. In diesem Fall wird der eine, radial innere Draht 1 mit
dem inneren Kontaktelement 15c elektrisch kontaktiert, während der andere, radial
äußere Draht 1 eine elektrische Verbindung mit dem äußeren Kontaktelement 15d eingeht.
[0025] Ergänzend wird erwähnt, dass die in den Fig. 5 und 6 dargestellte Ausbildung bzw.
Anordnung mit mehreren hülsenförmigen Kontaktelementen 15c, 15d nicht nur auf zwei
hülsenförmige Kontaktelemente 15c, 15d beschränkt ist, sondern beispielsweise auch
mehr als zwei Kontaktelemente 15c, 15d aufweisen kann. Darüber hinaus kann das innere
Kontaktelement 15c auch aus Vollmaterial bzw. dornartig ausgebildet sein. Wesentlich
ist lediglich, dass zwischen den einzelnen Kontaktelementen 15c, 15d jeweils ein ringförmiger
Innenraum 24 zur Aufnahme von Drähten 1 ausgebildet wird.
[0026] Darüber hinaus wird erwähnt, dass für den Fall, bei dem eine Vielzahl von Drähten
1 in mehreren Lagen nebeneinander angeordnet werden, welche mittels Kontaktelementen
15c, 15d elektrisch kontaktiert werden sollen, diese bevorzugt abisolierte Drahtenden
aufweisen, um eine sichere elektrische Verbindung derjenigen Drähte 1 zu bewirken,
die sich nicht im direkten Anlagekontakt mit einem der Kontaktelemente 15c, 15d befinden.
[0027] Wie bereits erläutert, ist es möglich, die einzelnen Drähte 1 zum Ausbilden der Verbindung
mit Spiel in den Kontaktelementen 15, 15a bis 15d anzuordnen. Das Spiel soll dabei
insbesondere eine einfache Montage der Drähte 1 in dem jeweiligen Kontaktelement 15,
15a bis 15d ermöglichen und daher möglichst groß sein, auf der anderen Seite aber
auch nicht die elektrische Anbindung der Drähte 1 negativ beeinflussen. Typischerweise
liegt daher das Spiel zwischen einem Draht 1 und der zugewandten Kontaktoberfläche
des Kontaktelements 15, 15a bis 15d zwischen etwa 0,1 mm und 1,0mm. Werden eine Vielzahl
von Drähten 1 mit dem Kontaktelement 15, 15a bis 15d verbunden, kann das Spiel auch
bis zu einem Mehrfachen des Einzeldrahtdurchmessers betragen.
[0028] In den Fig. 7 und 8 ist ein nochmals modifiziertes, hülsenförmiges Kontaktelement
15e dargestellt. Dieses besitzt einen Kontaktbereich 25 mit aus den Fig. 2 und 3 bekannten
Erhebungen 19 bzw. einer strukturierten Oberfläche 18b, sowie einen davon in Längsrichtung,
vorzugsweise auf der den Drähten 1 zugewandten Seite beabstandeten Klemmbereich 26.
[0029] In der Fig. 8 ist der Zustand dargestellt, nachdem der elektromagnetische Impuls
3 die Verbindung zwischen den Drähten 1 und dem Kontaktelement 15e hergestellt hat.
Man erkennt, dass der Klemmbereich 26 unter Einwirkung des elektromagnetischen Impulses
3 deformiert wurde, so dass die Drähte 1 im Klemmbereich 26 verklemmt bzw. reibschlüssig
aufgenommen sind. Dadurch wird durch den Klemmbereich 26 eine Zugentlastung auf die
Drähte 1 ermöglicht, so dass etwaige Zugkräfte über den Klemmbereich 26 aufgenommen
werden und sich nicht auf den Kontaktbereich 25 übertragen.
[0030] Das erfindungsgemäße Verfahren zur elektrischen Kontaktierung von Drähten 1 kann
in vielfältiger Art und Weise modifiziert bzw. abgewandelt werden, ohne vom Erfindungsgedanken
abzuweichen. Dieser besteht in der Verwendung eines Kontaktelements 15, insbesondere
eines hülsenförmigen Kontaktelements 15, 15a bis 15e das mittels eines elektromagnetischen
Impulses 2 mit wenigstens einem Draht 1, bevorzugt mit mehrerer Drähten 1 bzw. deren
Drahtenden verbunden wird.
1. Verfahren zur elektrischen Kontaktierung von Drähten (1), bei dem wenigstens ein Draht
(1) in einem Verbindungsbereich (2) elektrisch kontaktiert wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein elektrisch leitendes Kontaktelement (15; 15a bis 15e) vorgesehen ist, das in
einem Kontaktbereich (16; 25) mit dem wenigstens einen Draht (1) in Wirkverbindung
mit dem wenigstens einen Draht (1) angeordnet wird und dass zumindest im Kontaktbereich
(16; 25) ein elektromagnetischer Impuls (3) in den wenigstens einen Draht (1) bzw.
das Kontaktelement (15; 15a bis 15e) eingebracht wird, der eine kraft- bzw. stoffschlüssige
Verbindung zwischen dem wenigstens einen Draht (1) und dem Kontaktelement (15; 15a
bis 15e) erzeugt.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass wenigstens ein hülsenförmiges Kontaktelement (15; 15a bis 15e) verwendet wird und
dass die Drähte (1) im Verbindungsbereich (2) innerhalb des wenigstens einen Kontaktelements
(15; 15a bis 15e) angeordnet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass das wenigstens eine hülsenförmige Kontaktelement (15; 15a bis 15e) im Verbindungsbereich
(2) mit den Drähten (1) auf der den Drähten (1) zugewandten Seite zumindest bereichsweise
eine strukturierte Oberfläche (18; 18a; 18b) aufweist, von der Erhebungen (19; 22)
ausgehen, die beim Ausbilden der Verbindung mit den Drähten (1) zumindest eine kraftschlüssige
und elektrisch leitfähige Verbindung mit den Drähten (1) eingehen.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Erhebungen (19; 22) in Form von scharfkantigen Erhebungen (19, 22), insbesondere
in Form von Spitzen, Kanten oder dergleichen ausgebildet sind.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Drähte (1) im Verbindungsbereich (2) eine Isolationsschicht (5), insbesondere
eine Lackschicht aufweisen, und dass die Isolationsschicht (5) beim Ausbilden der
elektrischen Verbindung von der strukturierten Oberfläche (18; 18a; 18b) zumindest
bereichsweise zerstört wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Kontaktelement (15e) einen Klemmbereich (26) aufweist, in dessen Bereich die
Drähte (1) nach dem Einbringen des elektromagnetischen Impulses (3) klemmend gehalten
sind und dass der Klemmbereich (26) beabstandet zur strukturierten Oberfläche (18b)
angeordnet ist.
7. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass mehrere hülsenförmige Kontaktelemente (15c, 15d) mit unterschiedlichen Durchmessern
verwendet werden, die konzentrisch zueinander angeordnet sind, dass die Drähte (1)
jeweils im Zwischenraum (24) zwischen zwei Kontaktelementen (15c, 15d) angeordnet
werden und dass eine Isolationsschicht (5) der Drähte (1) vorab entfernt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 3 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass mehrere hülsenförmige Kontaktelemente (15c, 15d) mit unterschiedlichen Durchmessern
verwendet werden, die konzentrisch zueinander angeordnet sind, dass die Drähte (1)
jeweils im Zwischenraum (24) zwischen zwei Kontaktelementen (15c, 15d) angeordnet
werden und dass die hülsenförmigen Kontaktelemente (15c, 15d) auf den den Drähten
(1) zugewandten Seiten jeweils eine strukturierte Oberfläche (18; 18a) aufweisen.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass das hülsenförmige Kontaktelement (15; 15a bis 15e) eine höhere mechanische Festigkeit
aufweist als die Drähte (1).
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Drähte (1) mit radialem Spiel innerhalb des hülsenförmigen Kontaktelements (15;
15a bis 15e) angeordnet werden.
11. Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 bei der Kontaktierung
von Wicklungsenden von Ankerwicklungen bei Elektromotoren oder Generatoren.