DE3542380C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verschweißen von Wicklungsschleifen mit den Haken eines Hakenkollektors gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Entsprechend der DE-PS 27 44 419 ist es bekannt, Kollektorhaken nach Aufnehmen der Wicklungsdrahtschleife um diese herumzubiegen und dadurch die Drähte innerhalb der Haken unter Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung zu fixieren. Ein derar­ tiges Verfahren hat jedoch eine hohe Materialbeanspruchung von Kollektor und Draht zur Folge, erzeugt einen relativ geringen Kontaktdruck zwischen Kollektorhaken und Draht und führt somit häufig zu Kontaktkorrosionen. Daraus folgt eine unsichere Fehlererkennung und eine schwierige Qualitätsbeurteilung eines auf diese Weise hergestellten Kollektors.

Gemäß der DE-OS 26 29 538 ist eine Vorrichtung bekannt, um ins­ besondere bei Fahnenkollektoren mit angeschweißten Wicklungs­ enden die Schweißpositionen zwischen dem Schweißbrenner und der jeweiligen Kollektorfahne einzustellen sowie den Betrieb des Schweißbrenners zu steuern. Eine solche Vorrichtung ist unabhängig von der Art des Schweißverfahrens an sich und auch nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Ein Hinweis auf die Verwendung einer gebündelten energiereichen Strahlung zur Erzeugung der benötigten Schweißtemperatur wird in dieser Ver­ öffentlichung nicht gegeben.

Schließlich ist es zwar gemäß der US-PS 34 23 819 bekannt, ein Elektronenstrahl-Schweißverfahren zur Fertigung von Kupferringen zu verwenden, aus denen im Zuge weiterer Fertigungsschritte ein Lamellenkollektor herstellbar ist, jedoch bezieht sich diese Veröffentlichung ausschließlich auf die Verschweißung der re­ lativ großflächigen Stoßkanten der aus Profilstücken gebogenen Ringe, nicht aber auf die Herstellung einer Haken-Draht-Ver­ bindung und die dabei auftretenden Schwierigkeiten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzu­ geben, durch welches eine sichere, unlösbare und elektrisch gut leitende Verbindung zwischen den Kollektorhaken und den jeweiligen Wicklungsdrahtschleifen erzielbar ist. Das Verfahren soll dabei materialschonend und relativ aufwandsarm durchführ­ bar sein.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des An­ spruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 5 beschrieben.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß sich mittels einer möglichst scharf gebündelten energiereichen Strahlung auch unter schwierigen Werkstück- und/oder Werkstoffverhältnissen ein scharf konturierter Schweißpunkt erzielen läßt und daß die Er­ wärmung eines solchen Schweißpunktes besonders schnell erfolgt. Die Umgebung des Schweißpunktes bleibt folglich relativ "kalt", obwohl im Schweißpunkt eine kristalline, d. h. metallurgische Verbindung der zu verschweißenden Werkstücke erfolgt. Dieses Verfahren und seine Anwendung auf die Verschweißung von Kollek­ torhaken mit den Wicklungsdrahtschleifen bringt den Vorteil mit sich, daß nunmehr eine einwandfreie Schweißstelle erziel­ bar ist, ohne die Festigkeit und die daraus resultierenden weiteren Eigenschaften und Aufgaben der einzelnen Kollektor­ haken zu beeinträchtigen. In diesem Zusammenhang ist zu be­ achten, daß die um die Kollektorhaken geschlungenen Wicklungs­ schleifen unter fertigungsbedingter Zugspannung stehen. Bei Erwärmung über eine werkstoffbedingte Temperatur hinaus ver­ liert der Draht seine ursprüngliche Zugfestigkeit, wodurch sich wiederum sein Durchmesser verringern kann und auch das Zerreißen des Drahtes nicht auszuschließen ist.

Die Erwärmung des Drahtes erfolgt bei Kollektorhaken entsprechend der in der DE-PS 27 44 419 beschriebenen Art zwangsläufig dann, wenn der gesamte Kollektorhaken erhitzt wird, wie dies z. B. beim sog. Widerstandswarmbiegen üblich bzw. unvermeidbar ist.

Kollektorhaken dieser allgemein üblichen Ausgestaltung werden an sich auch bei Anwendung eines mit Laserstrahlen arbeitenden Schweißverfahrens infolge der Wärmeableitung auf einer zu großen Fläche erhitzt.

Dies wird jedoch gemäß der Erfindung dadurch verhindert, daß der Auftreffpunkt des Laserstrahls kleiner als die Hakenbreite ist. Somit wird nur ein Teilabschnitt des um­ gebogenen und schweißfertigen Kollektorhakens beim Schweiß­ vorgang erhitzt. Die benachbarten, seitlich neben der Schweiß­ stelle angeordneten Teilabschnitte des Hakens bleiben aufgrund der kurzen Schweißzeit und der Formgebung des Hakens unter­ halb jedes ihre Festigkeit beeinträchtigenden Temperaturbe­ reiches, sind also in der Lage, die Wicklungsdrahtschleife beiderseits der Schweißstelle auch während des Schweißvorgan­ ges sicher festzuklemmen.

Das Verfahren gemäß der Erfindung ermöglicht eine kristalline bzw. metallurgische Verbindung zwischen Draht und Kollektor­ haken. Durch dieses sogenannte "kältere" Schweißen wird auch der Bereich der Drahtbiegung nicht unnötig durch Wärme beein­ flußt. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß der Kontaktdruck (Lochleibungsdruck) nicht mehr vom Haken aufgebracht zu werden braucht. Die Haken brauchen ferner beim Umbiegen nicht mehr so stark gepreßt und erwärmt zu werden. Damit entfällt eine mögliche Schädigung der Lamellenhaftung innerhalb des Kollek­ tors. Überdies ergibt sich damit eine vereinfachte, zerstö­ rungsfreie Qualitätsbeurteilung infolge der einwandfreien elek­ trischen Leitfähigkeit der Verbindung.

Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens besteht darin, daß der Wicklungsdraht über den Kollektorhaken gewickelt wird, daß der Kollektorhaken umgebogen wird, dabei den Wicklungs­ draht fixiert und daß dann der gebündelte Laserstrahl punkt­ förmig auf die vorbestimmte Verbindungsstelle zwischen Kollek­ torhaken und Draht gerichtet wird. Beim Aufschmelzen des Draht­ querschnittes erfolgt dann keine Lageveränderung des Drahtes durch den Drahtzug.

Ein mittels des genannten Verfahrens hergestellter Kollektor besitzt gemäß der Erfindung solche Kollektorhaken, die im Strahlungsauftreffbereich entweder einen verminderten Quer­ schnitt besitzen, durchgehende Bohrungen oder Schlitze auf­ weisen. Eine derartige Ausbildung der Haken ermöglicht einen erleichterten Zugang des Energiestrahles zum Draht. Die Boh­ rungen oder Schlitze dienen darüber hinaus zur Entgasung des Schweißbades. Auf Bohrungen oder Schlitze kann dann verzichtet werden, wenn die Haken so dünn ausgebildet sind, daß sie vom Energiestrahl durchstoßen werden können, ohne dabei zerstört zu werden. Dabei kann dann gleichzeitig eine evtl. vorhandene Lackisolierung des Drahtes durch Verdampfen entfernt werden.

In der Zeichnung ist in den Fig. 1 bis 4 ein Ausführungs­ beispiel des Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt.

Fig. 1 zeigt in einer Seitenansicht eine Kollektorlamelle mit einem endseitig angebrachten Kollektorhaken und eine angedeutete Biegevorrichtung.

Fig. 2 bis 4 zeigen jeweils Kollektorlamellen mit unterschied­ lich ausgebildeten Kollektorhaken.

Die Kollektorlamelle 10 besitzt endseitig einen Kollektorhaken 11, der zur elektrischen und mechanischen Verbindung des Drahtes 12 mit der Kollektorlamelle 10 dient. Mit 13 ist eine Wärme- und Preßelektrode bezeichnet, die in Richtung 14 zwecks Um­ biegung des Kollektorhakens 11 bewegt werden kann.

Gemäß Fig. 2 ist der Kollektorhaken 11 im Bereich des von ihm erfaßten Drahtes 12 mit einer Aussparung 15 versehen. Gemäß Fig. 3 ist der Kollektorhaken 11 mit einem bis in den Bereich des Drahtes 12 reichenden Schlitz 16 versehen.

Der durch den Pfeil 17 angedeutete gebündelte Energiestrahl bzw. Laserstrahl ist derart gerichtet, daß er auf die Aus­ sparung 15 bzw. den Schlitz 16 trifft. Gemäß Fig. 4 trifft der Laserstrahl 17 auf die mit 18 bezeichnete Stelle des Hakens 11, die einen gegenüber der Normaldicke des Hakens verminderten Querschnitt aufweist. Diese Querchnittsverminderung ist dann nicht erforderlich, wenn die Dicke des Hakens ganzflächig entsprechend gering ausgebildet ist.

Zur Durchführung des Verfahrens zum Verschweißen des Drahtes 12 mit dem Haken 11 wird, wie in Fig. 1 dargestellt, die Wärme- und Preßelektrode 13 in Richtung des Pfeiles 14 bewegt, so daß der Haken 11 in eine Form entsprechend den in den Fig. 2 bis 4 gezeigten Ansichten gebogen wird. Zur Herstellung der end­ gültigen mechanischen und elektrischen Verbindung zwischen dem Draht 12 und der Lamelle 10 wird danach der Laserstrahl 17 gezielt auf die in den Fig. 2 bis 4 gezeigten Punkte 15 bzw. 16 bzw. 18 gerichtet und die Verschweißung durchgeführt, die eine kristalline bzw. metallurgische Verbindung der mit­ einander zu verschweißenden Teile bewirkt. Somit wird eine unlösbare Verbindung zwischen dem Draht 12 und der Lamelle 10 bzw. dem Haken 11 erreicht, bei deren Herstellung die umlie­ genden Bereiche der Schweißstelle geringstmöglich beeinflußt werden. Mittels eines pulsierenden Laserstrahles kann erreicht werden, daß eine auf dem Draht 12 befindliche Lackisolierung vor dem eigentlichen Schweißvorgang insbesondere durch Ver­ dampfen beseitigt wird.

Claims (5)

1. Verfahren zum Verschweißen von aus der Läuferwicklung eines Elektromotors herausgeführten Wicklungsschleifen mit den Haken eines Hakenkollektors unter Verwendung gebündelter, energie­ reicher Strahlung, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschweißung mittels eines Laserstrahles erfolgt, durch den ein vorbestimmter Abschnitt eines jeden Kollektorhakens (11) erfaßt wird und dessen Auftreffpunkt im Durchmesser geringer als die Breite der Kollek­ torhaken (11) ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein pulsierender Laserstrahl angewendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendeten Kollektorhaken (11) im Auftreffpunkt des Laserstrahles einen Abschnitt (18) mit gegenüber der Rest­ fläche vermindertem Querschnitt aufweisen.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektorhaken (11) im Auftreffpunkt des Laserstrahles eine Bohrung (15) aufweisen.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektorhaken (11) im Auftreffpunkt des Laserstrahles mit einem zum Hakenende hin offenen Schlitz (16) versehen sind.