DE102022003823A1 - Process for connecting two pin-like component areas - Google Patents

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Dirk Steffens
Michael Stocker
Christian Elsner
Marius Schwarz
Swen Schuller
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von zwei stiftartigen Bauteilbereichen (L1, L2) von Wicklungselementen wenigstens einer Wicklung einer elektrischen Maschine, bei welchem die stiftartigen Bauteilbereiche (L1, L2) miteinander verschweißt werden, während die stiftartigen Bauteilbereiche (L1, L2) eine Durchgangsöffnung (10) eines Halteelements (12) durchdringen und mittels des Halteelements (12) aneinander gehalten werden, wobei die Durchgangsöffnung (10) in Längserstreckungsrichtung (14, 16) des jeweiligen stiftartigen Bauteilbereiches (L1, L2) betrachtet innenumfangsseitig konisch verläuft.The invention relates to a method for connecting two pin-like component areas (L1, L2) of winding elements of at least one winding of an electrical machine, in which the pin-like component areas (L1, L2) are welded to one another, while the pin-like component areas (L1, L2) have a through hole (10) of a holding element (12) and are held together by means of the holding element (12), the through-opening (10) running conically on the inner circumference viewed in the longitudinal direction (14, 16) of the respective pin-like component region (L1, L2).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von zwei stiftartigen Bauteilbereichen von Wicklungselementen wenigstens einer Wicklung einer elektrischen Maschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.The invention relates to a method for connecting two pin-like component areas of winding elements of at least one winding of an electrical machine according to the preamble of patent claim 1.

Ein solches Verfahren zum Verbinden von zwei stiftartigen Bauteilbereichen von Wicklungselementen wenigstens einer Wicklung einer elektrischen Maschine ist beispielsweise bereits der JP 2014-7795 A1 , der JP 2014-183623 A und der JP 2014 7794 A als bekannt zu entnehmen. Bei dem Verfahren werden die Bauteilbereiche miteinander verschweißt, während die Bauteilbereiche eine Durchgangsöffnung eines Halteelements durchdringen und dabei mittels des Halteelements aneinander gehalten, das heißt zusammengehalten werden.Such a method for connecting two pin-like component areas of winding elements of at least one winding of an electrical machine is already known, for example JP 2014-7795 A1 , the JP 2014-183623 A and the JP 2014 7794 A to be taken as known. In the method, the component areas are welded to one another, while the component areas penetrate a through-opening of a holding element and are thereby held together by means of the holding element, that is to say are held together.

Des Weiteren ist der WO 2020/210855 A1 ein Verfahren zum Positionieren eines Laserstrahls beim Verschweißen von elektrischen Leiterenden eines elektrischen Bauteils als bekannt zu entnehmen.Furthermore, the WO 2020/210855 A1 a method for positioning a laser beam when welding electrical conductor ends of an electrical component as known.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass die Bauteilbereiche besonders einfach und präzise miteinander verschweißt und dadurch miteinander verbunden werden können.The object of the present invention is to further develop a method of the type specified in the preamble of patent claim 1 in such a way that the component areas can be welded to one another in a particularly simple and precise manner and can thereby be connected to one another.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a method having the features of patent claim 1. Advantageous configurations with expedient developments of the invention are specified in the remaining claims.

Um ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass die stiftartigen Bauteilbereiche auf besonders einfache Weise und besonders präzise miteinander verschweißt und dadurch miteinander verbunden werden können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Durchgangsöffnung in Längserstreckungsrichtung des jeweiligen stiftartigen Bauteilbereichs betrachtet innenumfangsseitig konisch verläuft und somit die Form eines Kegels oder Kegelstumpfes aufweist. Unter dem Merkmal, dass der jeweilige stiftartige Bauteilbereich stiftartig ausgebildet ist, ist insbesondere zu verstehen, dass der jeweilige Bauteilbereich stiftförmig ausgebildet und somit als ein Stiftelement ausgebildet ist, mithin sich entlang seiner jeweiligen Längserstreckungsrichtung länglich und dabei linienartig und ganz vorzugsweise gerade erstreckt. Die stiftartigen Bauteilbereiche sind stiftartige Bauteile, welche separat voneinander ausgebildet sein können und insbesondere durch das Verschweißen miteinander verbunden werden.In order to further develop a method of the type specified in the preamble of claim 1 in such a way that the pin-like component areas can be welded to one another in a particularly simple and particularly precise manner and thereby connected to one another, it is provided according to the invention that the through-opening viewed in the longitudinal direction of the respective pin-like component area is on the inner circumference side runs conically and thus has the shape of a cone or truncated cone. The feature that the respective pin-like component area is designed like a pin means in particular that the respective component area is designed like a pin and is therefore designed as a pin element, thus extending along its respective longitudinal direction in an elongate manner and at the same time linearly and very preferably straight. The pin-like component areas are pin-like components which can be formed separately from one another and are connected to one another in particular by welding.

Der Erfindung liegen insbesondere die folgenden Erkenntnisse und Überlegungen zugrunde: Bei einem Positionieren von zwei stiftartigen Bauteilbereichen beziehungsweise Bauteilen, insbesondere mit jeweiliger, stiftartiger Ausprägung, kann es aufgrund von Bauteil- und Montagetoleranzen häufig zu einem Versatz der zu verbindenden Bauteile beziehungsweise stiftartigen Bauteilbereiche zueinander kommen. Dieser Versatz kann ein prozesssicheres Verschweißen der stiftartigen Bauteilbereiche erschweren oder gar verhindern. Darüber hinaus kann aufgrund von umliegenden Bauteilen und somit aufgrund von stark reduzierten beziehungsweise beengten Platzverhältnissen um eine Fügezone, in welcher die stiftartigen Bauteilbereiche miteinander verschweißt werden, herum ein Fixieren der stiftartigen Bauteilbereiche durch Spannvorrichtungen oder Ähnliches häufig nicht oder nur unter begrenzten Bedingungen möglich sein. Daher ist es erfindungsgemäß vorgesehen, die stiftartig ausgeprägten Bauteilbereiche mittels des Halteelements und dabei insbesondere durch Überwurf des Halteelements aneinander zu halten, das heißt aneinander und somit relativ zueinander zu fixieren. Unter dem Überwurf des Halteelements ist insbesondere zu verstehen, dass das Halteelement über die stiftartigen Bauteilbereiche übergeworfen wird, sodass die stiftartigen Bauteilbereiche die Durchgangsöffnung und somit das Halteelement durchdringen. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt wird beispielsweise das Halteelement relativ zu den stiftartigen Bauteilbereichen, insbesondere zumindest translatorisch und/oder entlang der jeweiligen Längserstreckungsrichtung des jeweiligen stiftartigen Bauteilbereichs, derart bewegt, dass die stiftartigen Bauteilbereiche in die Durchgangsöffnung eingesteckt und durch die Durchgangsöffnung hindurchgesteckt werden. Beispielsweise wird als das Halteelement ein Ring verwendet, welcher auch als Haltering oder Fixierring bezeichnet wird. Erfindungsgemäß laufen die Durchgangsöffnung und somit das Halteelement in seinem Inneren konisch zu, sodass die stiftartigen Bauteilbereiche durch Überstülpen des Halteelements über die stiftartigen Bauteilbereiche, mithin durch Einstecken der stiftartigen Bauteilbereiche in die Durchgangsöffnung präzise relativ zueinander zentriert und fest aneinander gedrückt und somit aneinander gehalten werden, insbesondere unter Ausbildung eines technischen Nullspalts. Insbesondere im Anschluss an das Überwerfen oder Überstülpen erfolgt das Verschweißen der mittels des Halteelements relativ zueinander ausgerichteten beziehungsweise positionierten und aneinander fixierten stiftartigen Bauteilbereiche, die beispielsweise insbesondere auf einer Seite des Halteelements aus der Durchgangsöffnung und somit aus dem Halteelement herausragen oder herausstehen und dabei insbesondere auf der genannten Seite von dem Halteelement abstehen, insbesondere in Längserstreckungsrichtung des jeweiligen stiftartigen Bauteilbereichs. Dabei werden die stiftartigen Bauteilbereiche insbesondere auf der genannten Seite miteinander verschweißt, wobei vorzugsweise der jeweilige stiftartige Bauteilbereich an sich, das heißt für sich alleine betrachtet, auf dieser Seite ein jeweiliges, freies Ende aufweist.The invention is based in particular on the following findings and considerations: When positioning two pin-like component areas or components, in particular with a respective pin-like shape, the components to be connected or pin-like component areas can often be offset from one another due to component and assembly tolerances. This offset can make it difficult or even prevent reliable welding of the pin-like component areas. In addition, due to surrounding components and thus due to greatly reduced or cramped space around a joining zone in which the pin-like component areas are welded to one another, it is often not possible or only possible under limited conditions to fix the pin-like component areas using clamping devices or the like. It is therefore provided according to the invention to hold the pin-like component regions together by means of the holding element and in particular by throwing the holding element over, that is to say to fix them to one another and thus relative to one another. The throw-over of the holding element is to be understood in particular as meaning that the holding element is thrown over the pin-like component areas, so that the pin-like component areas penetrate the through-opening and thus the holding element. In other words, for example, the holding element is moved relative to the pin-like component areas, in particular at least in translation and/or along the respective longitudinal extension direction of the respective pin-like component area, in such a way that the pin-like component areas are inserted into the through-opening and pushed through the through-opening. For example, a ring is used as the holding element, which is also referred to as a holding ring or fixing ring. According to the invention, the through-opening and thus the holding element taper conically in its interior, so that the pin-like component areas are precisely centered relative to one another and firmly pressed against one another and thus held together by slipping the holding element over the pin-like component areas, thus by inserting the pin-like component areas into the through-opening. in particular with the formation of a technical zero gap. In particular, following the throwing over or slipping over, the welding of the pin-like component areas, which are aligned or positioned relative to one another and fixed to one another by means of the holding element, which, for example, protrude or protrude out of the through-opening and thus out of the holding element, in particular on one side of the holding element, and in the process protrude from the holding element in particular on said side, in particular in the direction of longitudinal extension of the respective pin-like component area. In this case, the pin-like component areas are welded to one another, in particular on the side mentioned, with the respective pin-like component area as such, ie considered on its own, preferably having a respective free end on this side.

Es kann vorgesehen sein, dass das Halteelement nach dem Überwurf und insbesondere vor dem Verschweißen insbesondere mittels eines Werkzeugs verpresst wird, wodurch vorzugsweise das Halteelement mit den stiftartigen Bauteilbereichen verpresst wird. Dadurch wird das Halteelement an den stiftartigen Bauteilbereichen fixiert, wodurch die stiftartigen Bauteilbereiche fest und präzise relativ zueinander und aneinander fixiert werden. Es ist möglich, dass das Halteelement und die stiftartigen Bauteilbereiche aus dem gleichen Werkstoff gebildet sind, oder der jeweilige stiftartige Bauteilbereich und das Halteelement sind aus voneinander unterschiedlichen Werkstoffen gebildet. Es ist denkbar, dass bei dem Verschweißen der stiftartigen Bauteilbereiche das Halteelement mit den stiftartigen Bauteilbereichen verschweißt wird. Insbesondere ist denkbar, dass das Halteelement aus einem metallischen Werkstoff gebildet ist.Provision can be made for the holding element to be pressed in particular by means of a tool after it has been thrown over and in particular before the welding, as a result of which the holding element is preferably pressed with the pin-like component regions. As a result, the holding element is fixed to the pin-like component areas, as a result of which the pin-like component areas are fixed firmly and precisely relative to one another and to one another. It is possible that the holding element and the pin-like component areas are formed from the same material, or the respective pin-like component area and the holding element are formed from different materials. It is conceivable that when the pin-like component areas are welded, the holding element is welded to the pin-like component areas. In particular, it is conceivable that the holding element is formed from a metallic material.

Ferner ist es denkbar, dass das Halteelement aus einem von einem metallischen Werkstoff unterschiedlichen Werkstoff wie beispielsweise aus einem Kunststoff oder aus einer Keramik gebildet ist. Ferner ist es denkbar, dass das Halteelement als ein Isolator, insbesondere aus einem Kunststoff, gebildet ist. Unter dem Isolator ist insbesondere ein elektrischer Nichtleiter zu verstehen, dessen elektrische Leitfähigkeit vorzugsweise weniger als 10-8 S*cm-1 beträgt. Ferner ist es denkbar, dass ein Verschweißen des Halteelements mit den stiftartigen Bauteilbereichen unterbleibt. Es ist möglich, dass das Halteelement nach dem Verschweißen der stiftartigen Bauteilbereiche, insbesondere nach dem Verschweißen der stiftartigen Bauteilbereiche miteinander und mit dem Halteelement, an den stiftartigen Bauteilbereichen, insbesondere fest, verbleibt oder verweilt, sodass beispielsweise die elektrische Maschine in ihrem vollständig hergestellten Zustand die stiftartigen Bauteilbereiche und das insbesondere daran geschweißte Halteelement umfasst, oder es ist denkbar, dass das Halteelement nach dem Verschweißen der stiftartigen Bauteilbereiche miteinander von den stiftartigen Bauteilbereichen entfernt wird, sodass die elektrische Maschine in ihrem vollständig hergestellten Zustand frei von dem Halteelement ist. Somit können durch die Erfindung die folgenden Vorteile realisiert werden:

  • - Fixieren der stiftartigen Bauteilbereiche auch unter sehr geringer Zugänglichkeit aufgrund anderer, umliegender Bauteile möglich
  • - Das beispielsweise als Fixierring ausgebildete Halteelement kann einfach konstruiert und einfach zu fertigen sein.
  • - Das Halteelement schützt umliegende Bauteile gegebenenfalls vor Schweißspritzern.
  • - keine aufwendige, andersartige beziehungsweise herkömmliche Spanntechnik erforderlich
  • - besondere Eignung zum Verschweißen von stiftartigen metallischen Bauteilen, insbesondere mittels Laserstrahlschweißen
  • - besondere Eignung zum Verschweißen von stromtragenden Bauteilen, insbesondere von Hairpins einer elektrischen Maschine
  • - verbesserter Ausgleich von sowohl Bauteil- als auch Montagetoleranzen
  • - Flexibilität
  • - Fixierung über das Halteelement ermöglicht neue Konstruktionskonzepte.
It is also conceivable that the holding element is formed from a material that is different from a metallic material, such as a plastic or a ceramic material. Furthermore, it is conceivable that the holding element is formed as an insulator, in particular from a plastic. The insulator is to be understood in particular as an electrical non-conductor whose electrical conductivity is preferably less than 10 -8 S*cm -1 . Furthermore, it is conceivable that the holding element is not welded to the pin-like component areas. It is possible that after the pin-like component areas have been welded, in particular after the pin-like component areas have been welded to one another and to the holding element, the retaining element remains or dwells on the pin-like component areas, in particular firmly, so that the electrical machine, for example, dies in its fully manufactured state pin-like component areas and the holding element welded thereto in particular, or it is conceivable that the holding element is removed from the pin-like component areas after the pin-like component areas have been welded to one another, so that the electrical machine is free of the holding element in its fully manufactured state. The following advantages can thus be realized by the invention:
  • - Fixing the pin-like component areas is also possible with very little accessibility due to other, surrounding components
  • - The trained example as a fixing ring retaining element can be easily constructed and easy to manufacture.
  • - The retaining element protects surrounding components from weld spatter if necessary.
  • - No complex, different or conventional clamping technology required
  • - Particular suitability for welding pin-like metallic components, in particular by means of laser beam welding
  • - Particular suitability for welding current-carrying components, in particular hairpins of an electrical machine
  • - Improved compensation of both component and assembly tolerances
  • - Flexibility
  • - Fixation via the holding element enables new construction concepts.

Das Halteelement kann insbesondere dann, wenn es als Ring, insbesondere als Klemm- oder Fixierring, ausgebildet ist, eine rechteckige Grundform aufweisen, was insbesondere dann vorteilhaft ist, wenn die beispielsweise als Stege ausgebildeten stiftartigen Bauteilbereiche jeweils einen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Hierbei ist es denkbar, dass die rechteckige Grundform und/oder der rechteckige Querschnitt des jeweiligen stiftartigen Bauteilbereichs abgerundete Ecken und somit Rundecken aufweist, wodurch beispielsweise das Halteelement schonend eine Klemmkraft auf die stiftartigen Bauteilbereiche axial ausüben kann, um dadurch die stiftartigen Bauteilbereiche zu klemmen und somit aneinander zu fixieren. Insbesondere kann dadurch die Klemmkraft gezielt über die Ecken der stiftartigen Bauteilbereiche für deren Positionierung aufgebracht werden, insbesondere schräg aufgebracht werden. Vorzugsweise ist das Halteelement hart, mithin nicht-gummielastisch ausgebildet. Alternativ wäre es denkbar, dass das Halteelement weich, insbesondere elastisch, ausgeführt ist, sodass das Halteelement beispielsweise elastisch verformbar ist, sodass beispielsweise eine Klemmwirkung zum Fixieren der stiftartigen Bauteilbereiche aneinander durch eine Verformung des Halteelements, insbesondere eines Innendurchmessers der Durchgangsöffnung erfolgt. Somit ist es denkbar, dass das Halteelement beziehungsweise die Durchgangsöffnung in einem unverformten Zustand des Halteelements insbesondere innenumfangsseitig rund ist und beispielsweise durch eine, insbesondere elastische, Verformung des Halteelements insbesondere dann, wenn das Halteelement über die stiftartigen Bauteilbereiche übergestülpt wird, eine von einer runden Form unterschiedliche Form aufweist.The retaining element can have a rectangular basic shape, especially when it is designed as a ring, in particular as a clamping or fixing ring, which is particularly advantageous if the pin-like component areas designed as webs, for example, each have a rectangular cross section. It is conceivable here that the rectangular basic shape and/or the rectangular cross section of the respective pin-like component area has rounded corners and thus rounded corners, whereby, for example, the holding element can gently exert a clamping force on the pin-like component areas axially in order to thereby clamp the pin-like component areas and thus to fix to each other. In this way, in particular, the clamping force can be applied specifically via the corners of the pin-like component areas for their positioning, in particular applied at an angle. The holding element is preferably hard, and therefore non-rubber-elastic. Alternatively, it would be conceivable for the holding element to be soft, in particular elastic, so that the holding element is, for example, elastically deformable, so that, for example, a clamping effect for fixing the pin-like component areas to one another takes place by deforming the holding element, in particular an inner diameter of the through-opening. It is therefore conceivable that the holding element or the through-opening is round in particular on the inner circumference in an undeformed state of the holding element and, for example, by a, in particular elastic, deformation of the holding element, in particular when the holding element over the pin-like component areas is put on has a shape different from a round shape.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention result from the following description of preferred exemplary embodiments and from the drawing. The features and combinations of features mentioned above in the description and the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and/or shown alone in the figures can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without going beyond the scope of the leave invention.

Die Zeichnung zeigt in:

  • 1 ausschnittsweise eine schematische Perspektivansicht von zwei stiftartigen Bauteilbereichen, welche miteinander verschweißt werden; und
  • 2 ausschnittsweise eine weitere schematische Perspektivansicht der stiftartigen Bauteilbereiche; und
  • 3 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Verfahrens zum Verschweißen der stiftartigen Bauteilbereiche miteinander; und
  • 4 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens; und
  • 5 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform des Verfahrens.
The drawing shows in:
  • 1 a detail of a schematic perspective view of two pin-like component areas which are welded to one another; and
  • 2 a detail of a further schematic perspective view of the pin-like component areas; and
  • 3 a schematic representation of a first embodiment of a method for welding the pin-like component areas together; and
  • 4 a schematic representation of a second embodiment of the method; and
  • 5 a schematic representation of a third embodiment of the method.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.Elements that are the same or have the same function are provided with the same reference symbols in the figures.

Im Folgenden wird anhand von 1 bis 5 ein Verfahren zum Verbinden von zwei stiftartigen Bauteilbereichen L1 und L2 von Wicklungselementen wenigstens einer Wicklung einer elektrischen Maschine beschrieben. Der stiftartige Bauteilbereich L1 ist Bestandteil eines ersten der Wicklungselemente, und der stiftartige Bauteilbereich L2 ist Bestandteil eines zweiten der Wicklungselemente. Das erste Wicklungselement wird auch als erstes Bauteil und das Wicklungselement wird auch als zweites Bauteil bezeichnet, wobei die stiftartigen Bauteilbereiche L1 und L2 an sich als Bauteile betrachtet werden können, welche bei dem Verfahren miteinander verschweißt und dadurch miteinander verbunden werden. Beispielsweise handelt es sich bei den Wicklungselementen um sogenannte Steckspulen, die eine U-Geometrie aufweisen und gemäß der sogenannten Hairpin-Technologie verwendet werden, um die wenigstens eine Wicklung der elektrischen Maschine herzustellen. Somit ist beispielsweise der jeweilige stiftartige Bauteilbereich L1, L2 ein jeweiliger Schenkel der jeweiligen U-Geometrie der jeweiligen Steckspule, der auch als Hairpin (Haarnadel) bezeichnet wird. Insbesondere werden die stiftartigen Bauteilbereiche L1 und L2 dadurch, dass sie miteinander verschweißt werden, elektrisch miteinander verbunden. Beispielsweise sind die Wicklungselemente und somit die stiftartigen Bauteilbereiche L1 und L2 aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere als Kupfer, gebildet. In 1 sind paarweise senkrecht zueinander verlaufende Raumrichtungen mit x, y und z bezeichnet.The following is based on 1 until 5 describes a method for connecting two pin-like component regions L1 and L2 of winding elements of at least one winding of an electrical machine. The pin-like component area L1 is part of a first of the winding elements, and the pin-like component area L2 is part of a second of the winding elements. The first winding element is also referred to as the first component and the winding element is also referred to as the second component, wherein the pin-like component regions L1 and L2 can be considered as components which are welded to one another in the method and thereby connected to one another. For example, the winding elements are so-called plug-in coils, which have a U geometry and are used according to what is known as hairpin technology in order to produce the at least one winding of the electrical machine. Thus, for example, the respective pin-like component area L1, L2 is a respective leg of the respective U-geometry of the respective plug-in coil, which is also referred to as a hairpin (hairpin). In particular, the pin-like component regions L1 and L2 are electrically connected to one another by being welded to one another. For example, the winding elements and thus the pin-like component regions L1 and L2 are formed from a metallic material, in particular copper. In 1 pairs of spatial directions perpendicular to one another are denoted by x, y and z.

Bei dem Verfahren werden die stiftartigen Bauteilbereiche L1 und L2 und somit die Wicklungselemente miteinander verschweißt und dadurch miteinander verbunden, während die stiftartigen Bauteilbereiche L1 und L2 eine Durchgangsöffnung 10 eines separat von den stiftartigen Bauteilbereichen L1 und L2 ausgebildeten Halteelements 12 durchdringen und mittels des Halteelements 12 aneinander gehalten und dadurch relativ zueinander fixiert werden. Bei dem in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist das Halteelement 12 ein separat von den Wicklungselementen ausgebildeter Ring, welcher auch als Fixierring bezeichnet wird.In the method, the pin-like component areas L1 and L2 and thus the winding elements are welded to one another and thereby connected to one another, while the pin-like component areas L1 and L2 penetrate a through-opening 10 of a holding element 12, which is formed separately from the pin-like component areas L1 and L2, and are connected to one another by means of the holding element 12 held and thereby fixed relative to each other. At the in the 1 and 2 The exemplary embodiment of the method shown is the retaining element 12, a ring which is formed separately from the winding elements and is also referred to as a fixing ring.

Der jeweilige stiftartige Bauteilbereich L1, L2 ist stiftartig, da er an sich, das heißt für sich alleine betrachtet entlang seiner jeweiligen Längserstreckungsrichtung länglich und dabei insbesondere gerade verläuft. Die Längserstreckungsrichtung des stiftartigen Bauteilbereichs L1 ist durch einen Doppelpfeil 14 veranschaulicht, und die Längserstreckungsrichtung des stiftartigen Bauteilbereichs L2 ist durch einen Doppelpfeil 16 veranschaulicht.The respective pin-like component region L1, L2 is pin-like because it is elongated and, in particular, straight along its respective direction of longitudinal extension, that is to say viewed on its own. The direction of longitudinal extension of the pin-like component area L1 is illustrated by a double arrow 14 , and the direction of longitudinal extension of the pin-like component area L2 is illustrated by a double arrow 16 .

Aus einer Zusammenschau von 1 und 2 ist erkennbar, dass das Halteelement 12 (Fixierring) über die stiftartigen Bauteilbereiche L1 und L2 übergeworfen oder übergestülpt wird, derart, dass die stiftartigen Bauteilbereiche L1 und L2 die Durchgangsöffnung 10 und somit das Halteelement 12 derart durchdringen, dass die stiftartigen Bauteilbereiche L1 und L2 auf einer Seite S1 des Halteelements 12 aus der Durchgangsöffnung 10 herausragen oder herausstehen und entlang ihrer jeweiligen Längserstreckungsrichtung von dem Halteelement 12 abstehen.From a synopsis of 1 and 2 it can be seen that the retaining element 12 (fixing ring) is thrown over or slipped over the pin-like component areas L1 and L2 in such a way that the pin-like component areas L1 and L2 penetrate the through-opening 10 and thus the retaining element 12 in such a way that the pin-like component areas L1 and L2 open protrude from one side S1 of the holding element 12 out of the through-opening 10 and protrude from the holding element 12 along their respective direction of longitudinal extent.

1 zeigt auch eine schematische Querschnittsansicht des Halteelements 12 in einer durch die Raumrichtung z und die Raumrichtung y ausgespannten Schnittebene, in welcher in einem Zustand, in welchem die stiftartigen Bauteilbereiche L1 und L2 die Durchgangsöffnung 10 durchdringen, die jeweilige Längserstreckungsrichtung des jeweiligen stiftartigen Bauteilbereichs L1, L2 verläuft. Es ist erkennbar, dass die Durchgangsöffnung 10 in Längserstreckungsrichtung des jeweiligen stiftartigen Bauteilbereichs L1, L2 betrachtet, innenumfangsseitig konisch verläuft und somit die Form eines Kegels oder Kegelstumpfes aufweist. Dadurch werden die stiftartigen Bauteilbereiche L1 und L2 fest aneinander gehalten, mithin fest aneinander fixiert und präzise relativ zueinander positioniert, sodass beispielsweise Bauteil- und Montagetoleranzen vorteilhaft ausgeglichen werden können. Insbesondere kann zwischen den stiftartigen Bauteilbereichen L1 und L2 ein technischer Nullspalt während des Verschweißens realisiert werden, sodass die stiftartigen Bauteilbereiche L1 und L2 besonders prozesssicher und fest miteinander verschweißt und dadurch miteinander verbunden werden können. Aus 1 und 2 ist erkennbar, dass die Durchgangsöffnung 10 in dem genannten Zustand, in welchem die stiftartigen Bauteilbereiche L1 und L2 die Durchgangsöffnung 10 durchdringen, derart konisch verläuft, dass sich die Durchgangsöffnung 10 in Richtung eines jeweiligen, freien Endes E des jeweiligen stiftartigen Bauteilbereichs L1, L2 verjüngt. In 1 ist durch einen Pfeil 18 eine Steckrichtung veranschaulicht, in die das Halteelement 12 relativ zu den stiftartigen Bauteilbereichen L1 und L2 translatorisch bewegt wird, um dadurch die stiftartigen Bauteilbereiche L1 und L2 in die Durchgangsöffnung 10 einzustecken und durch die Durchgangsöffnung hindurchzustecken. Die zuvor genannte, in Richtung des jeweiligen, freien Endes E verlaufende Richtung ist der durch den Pfeil 18 veranschaulichten Steckrichtung entgegengesetzt, sodass sich die Durchgangsöffnung 10 in die Steckrichtung betrachtet erweitert. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt weist die Durchgangsöffnung 10 an ihrem den freien Enden E abgewandten Ende einen größeren Innendurchmesser auf als an ihrem den freien Enden E zugewandten Ende. Dadurch ist Folgendes möglich: Aus 1 ist erkennbar, dass die stiftartigen Bauteilbereiche L1 und L2 und dabei insbesondere die freien Enden E einen Versatz zueinander aufweisen, wenn das Halteelement 12 noch nicht über die stiftartigen Bauteilbereiche L1 und L2 übergeworfen ist. Durch den konischen Verlauf kann das beispielsweise als Klemmring fungierende Halteelement 12 mit dem großen beziehungsweise sehr weiten Innendurchmesser einfach über die zunächst noch unpositionierten Enden E übergeworfen beziehungsweise geschoben werden. Durch den konischen Verlauf oder die konische Form der Durchgangsöffnung 10 werden die stiftartigen Bauteilbereiche L1 und L2 und insbesondere die Enden E aufeinander zu bewegt und aneinander gedrückt, wenn das Halteelement 12 in die Steckrichtung relativ zu den stiftartigen Bauteilbereichen L1 und L2 geschoben wird. Der geringere Innendurchmesser führt somit zu einer vorteilhaften und präzisen Ausrichtung der stiftartigen Bauteilbereiche L2 und L1, insbesondere der Enden E zueinander und drückt die stiftartigen Bauteilbereiche L1 und L2 fest aneinander. Somit bleiben die stiftartigen Bauteilbereiche L1 und L2 beim Verschweißen präzise aneinander fixiert. 1 also shows a schematic cross-sectional view of the holding element 12 in a sectional plane spanned by the spatial direction z and the spatial direction y, in which, in a state in which the pin-like component regions L1 and L2 penetrate the through-opening 10, the respective longitudinal extension direction of the respective pin-like component region L1, L2 runs. It can be seen that the through-opening 10 extends in the longitudinal direction of the respective pin-like structure Section L1, L2 considered, runs conically on the inner circumference side and thus has the shape of a cone or truncated cone. As a result, the pin-like component regions L1 and L2 are held firmly together, and are therefore firmly fixed to one another and precisely positioned relative to one another, so that component and assembly tolerances, for example, can advantageously be compensated for. In particular, a technical zero gap can be realized between the pin-like component areas L1 and L2 during the welding, so that the pin-like component areas L1 and L2 are welded to one another particularly reliably and securely and can thus be connected to one another. Out of 1 and 2 it can be seen that the through-opening 10 in the mentioned state, in which the pin-like component areas L1 and L2 penetrate the through-opening 10, runs conically in such a way that the through-opening 10 tapers in the direction of a respective free end E of the respective pin-like component area L1, L2 . In 1 an arrow 18 illustrates an insertion direction in which the holding element 12 is translated relative to the pin-like component areas L1 and L2 in order to thereby insert the pin-like component areas L1 and L2 into the through-opening 10 and through the through-opening. The direction mentioned above, running in the direction of the respective free end E, is opposite to the plug-in direction illustrated by the arrow 18, so that the through-opening 10 widens when viewed in the plug-in direction. To put it another way, the through-opening 10 has a larger inside diameter at its end facing away from the free ends E than at its end facing the free ends E. This enables the following: Off 1 it can be seen that the pin-like component areas L1 and L2 and in particular the free ends E are offset from one another when the holding element 12 has not yet been thrown over the pin-like component areas L1 and L2. Due to the conical course, the retaining element 12, which functions as a clamping ring, for example, with the large or very wide inner diameter can simply be thrown over or pushed over the ends E, which are initially not yet positioned. Due to the conical course or the conical shape of the through opening 10, the pin-like component areas L1 and L2 and in particular the ends E are moved towards one another and pressed against one another when the holding element 12 is pushed in the plug-in direction relative to the pin-like component areas L1 and L2. The smaller inner diameter thus leads to an advantageous and precise alignment of the pin-like component areas L2 and L1, in particular the ends E, with one another and presses the pin-like component areas L1 and L2 firmly against one another. The pin-like component areas L1 and L2 thus remain precisely fixed to one another during the welding.

3 zeigt eine erste Ausführungsform des Verfahrens. Es ist erkennbar, dass die stiftartigen Bauteilbereiche L1 und L2 auf der Seite S1 und dabei insbesondere an ihren Enden E miteinander verschweißt werden. Bei der in 3 gezeigten, ersten Ausführungsform ist beispielsweise das Halteelement 12 aus einem metallischen Werkstoff gebildet, wobei es insbesondere denkbar ist, dass die stiftartigen Bauteilbereiche L1 und L2 und das Halteelement 12 aus dem gleichen metallischen Werkstoff gebildet sind. Bei der ersten Ausführungsform des Verfahrens wird das Halteelement 12 bei dem Verschweißen der stiftartigen Bauteilbereiche L1 und L2 mit den stiftartigen Bauteilbereichen L1 und L2 mitverschweißt, sodass bei dem oder durch das Verschweißen nicht nur die stiftartigen Bauteilbereiche L1 und L2 miteinander verbunden, mithin miteinander verschweißt werden, sondern bei dem Verschweißen werden die stiftartigen Bauteilbereiche L1 und L2 auch mit dem Halteelement 12 verschweißt und dadurch verbunden. Mit anderen Worten wird bei dem Verschweißen der stiftartigen Bauteilbereiche L1 und L2 das Halteelement 12 mit den stiftartigen Bauteilbereichen L1 und L2 mitverschweißt. 3 shows a first embodiment of the method. It can be seen that the pin-like component areas L1 and L2 are welded to one another on the side S1 and in particular at their ends E. At the in 3 The first embodiment shown is, for example, the holding element 12 formed from a metallic material, it being particularly conceivable that the pin-like component regions L1 and L2 and the holding element 12 are formed from the same metallic material. In the first embodiment of the method, the holding element 12 is also welded to the pin-like component regions L1 and L2 during the welding of the pin-like component regions L1 and L2, so that not only the pin-like component regions L1 and L2 are connected to one another during or through the welding, and are therefore welded to one another , but during the welding the pin-like component areas L1 and L2 are also welded to the holding element 12 and thereby connected. In other words, when the pin-like component areas L1 and L2 are welded, the holding element 12 is also welded to the pin-like component areas L1 and L2.

4 zeigt eine zweite Ausführungsform des Verfahrens. Bei der zweiten Ausführungsform unterbleibt bei dem Verschweißen der stiftartigen Bauteilbereiche L1 und L2 ein Verschweißen des Halteelements 12 mit den stiftartigen Bauteilbereichen L1 und L2. Insbesondere bei der zweiten Ausführungsform kann das Halteelement 12 aus einem von einem metallischen Werkstoff, aus welchem die stiftartigen Bauteilbereiche L1 und L2 gebildet sind, unterschiedlichen Werkstoff gebildet sein, wobei das Halteelement 12 beispielsweise aus einer Keramik oder aus einem Kunststoff, insbesondere aus einem elektrisch nicht leitenden Kunststoff gebildet sein kann, sodass beispielsweise das Halteelement 12 als ein Isolator, mithin als ein Nichtleiter ausgebildet sein kann. 4 shows a second embodiment of the method. In the second embodiment, the holding element 12 is not welded to the pin-like component areas L1 and L2 when the pin-like component areas L1 and L2 are welded. Particularly in the second embodiment, the holding element 12 can be formed from a material different from a metallic material from which the pin-like component regions L1 and L2 are formed, with the holding element 12 being made, for example, from a ceramic or from a plastic, in particular from an electrically non-conductive material conductive plastic can be formed, so that, for example, the holding element 12 can be designed as an insulator, consequently as a non-conductor.

5 zeigt eine dritte Ausführungsform des Verfahrens. Bei der dritten Ausführungsform wird nach dem Verschweißen der stiftartigen Bauteilbereiche L1 und L2 das Halteelement 12 von den stiftartigen Bauteilbereichen L1 und L2 entfernt, sodass die elektrische Maschine in ihrem vollständig hergestellten Zustand frei von dem Halteelement 12 ist. Bei einer in den Figuren nicht gezeigten, vierten Ausführungsform ist es denkbar, dass nach dem Verschweißen der stiftartigen Bauteilbereiche L1 und L2 das Halteelement 12 an den stiftartigen Bauteilbereichen L1 und L2 verbleibt, sodass die elektrische Maschine in ihrem vollständig hergestellten Zustand das Halteelement aufweist. Bei der dritten Ausführungsform wird beispielsweise das Halteelement 12 derart von den stiftartigen Bauteilbereichen L1 und L2 gelöst und entfernt, dass, wie es durch einen Doppelpfeil 20 veranschaulicht ist, das Halteelement 12 an einer Stelle S2 aufgetrennt wird. Daraufhin kann beispielsweise das Halteelement 12 entlang einer senkrecht zur jeweiligen Längserstreckungsrichtung des jeweiligen stiftartigen Bauteilbereichs L1 und L2 verlaufenden Entfernungsrichtung von den stiftartigen Bauteilbereichen L1 und L2 gelöst und entfernt werden. 5 shows a third embodiment of the method. In the third embodiment, after the pin-like component areas L1 and L2 have been welded, the holding element 12 is removed from the pin-like component areas L1 and L2, so that the electric machine is free of the holding element 12 in its fully manufactured state. In a fourth embodiment not shown in the figures, it is conceivable that after welding the pin-like component areas L1 and L2, the holding element 12 remains on the pin-like component areas L1 and L2, so that the electrical machine has the holding element in its fully manufactured state. In the third embodiment, for example, the holding member 12 is such of the pin-like component areas L1 and L2 dissolved and removed that, as illustrated by a double arrow 20, the holding element 12 is separated at a point S2. Thereupon, for example, the holding element 12 can be detached and removed from the pin-like component regions L1 and L2 along a removal direction running perpendicularly to the respective longitudinal extension direction of the respective pin-like component region L1 and L2.

BezugszeichenlisteReference List

1010
Durchgangsöffnungpassage opening
1212
Halteelementholding element
1414
Doppelpfeildouble arrow
1616
Doppelpfeildouble arrow
1818
PfeilArrow
2020
Doppelpfeildouble arrow
EE
EndeEnd
L1L1
stiftartiger Bauteilbereichpin-like component area
L2L2
stiftartiger Bauteilbereichpin-like component area
S1S1
Seiteside
S2S2
StelleJob
xx
Raumrichtungspatial direction
yy
Raumrichtungspatial direction
ze.g
Raumrichtungspatial direction

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  • WO 2020/210855 A1 [0003]WO 2020/210855 A1 [0003]

Claims (9)

Verfahren zum Verbinden von zwei stiftartigen Bauteilbereichen (L1, L2) von Wicklungselementen wenigstens einer Wicklung einer elektrischen Maschine, bei welchem die stiftartigen Bauteilbereiche (L1, L2) miteinander verschweißt werden, während die stiftartigen Bauteilbereiche (L1, L2) eine Durchgangsöffnung (10) eines Halteelements (12) durchdringen und mittels des Halteelements (12) aneinander gehalten werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsöffnung (10) des Halteelements (12) in Längserstreckungsrichtung (14, 16) des jeweiligen stiftartigen Bauteilbereiches (L1, L2) betrachtet innenumfangsseitig konisch verläuft.Method for connecting two pin-like component areas (L1, L2) of winding elements of at least one winding of an electrical machine, in which the pin-like component areas (L1, L2) are welded to one another, while the pin-like component areas (L1, L2) have a through-opening (10) of a penetrate the holding element (12) and are held together by means of the holding element (12), characterized in that the through-opening (10) of the holding element (12) runs conically on the inner circumference viewed in the longitudinal direction (14, 16) of the respective pin-like component region (L1, L2). . Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsöffnung (10) derart konisch verläuft, dass sich die Durchgangsöffnung (12) in Richtung eines jeweiligen, freien Endes (E) des jeweiligen stiftartigen Bauteilbereiches (L1, L2) verjüngt.procedure after claim 1 , characterized in that the through-opening (10) runs conically in such a way that the through-opening (12) tapers in the direction of a respective free end (E) of the respective pin-like component region (L1, L2). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (12) vor dem Verschweißen der stiftartigen Bauteilbereiche (L1, L2) mit den stiftartigen Bauteilbereichen (L1, L2) verpresst wird.procedure after claim 1 or 2 , characterized in that the holding element (12) is pressed before the welding of the pin-like component areas (L1, L2) with the pin-like component areas (L1, L2). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (12) durch das Verschweißen der stiftartigen Bauteilbereiche (L1, L2) mit den stiftartigen Bauteilbereichen (L1, L2) verschweißt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the holding element (12) is welded to the pin-like component regions (L1, L2) by welding the pin-like component regions (L1, L2). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (12) nach dem Verschweißen der stiftartigen Bauteilbereiche (L1, L2) von den stiftartigen Bauteilbereichen (L1, L2) entfernt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the holding element (12) is removed from the pin-like component areas (L1, L2) after the pin-like component areas (L1, L2) have been welded. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (12) aus einem metallischen Werkstoff oder aus einem Kunststoff oder aus Keramik gebildet ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the holding element (12) is formed from a metallic material or from a plastic or from ceramic. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die stiftartigen Bauteilbereiche (L1, L2) und das Halteelement (12) aus dem gleichen Werkstoff gebildet sind.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the pin-like component areas (L1, L2) and the holding element (12) are formed from the same material. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (12) als ein Isolator ausgebildet ist.Procedure according to one of Claims 1 until 6 , characterized in that the holding element (12) is designed as an insulator. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschweißen mittels eines Energiestrahls, insbesondere eines Laserstrahls, durchgeführt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the welding is carried out by means of an energy beam, in particular a laser beam.
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