DE102009001846A1

DE102009001846A1 - Electrical connection of paired individual conductors and method for their production

Info

Publication number: DE102009001846A1
Application number: DE200910001846
Authority: DE
Inventors: Reiner Ramsayer; Martin Rittner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-03-25
Filing date: 2009-03-25
Publication date: 2010-09-30
Also published as: WO2010108734A2; WO2010108734A3

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Verbindung sowie ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Verbindung von mindestens zwei übereinander liegenden Einzelleitern (26, 27) mit einem Verbindungselement (32) im Bereich einer Fügestelle (30). Zur Herstellung dauerhafter elektrischer Verbindungen mit gleichzeitig hoher mechanischer Festigkeit durch möglichst auf die Verbindungsfläche begrenzter kurzzeitiger Wärmeeinwirkung wird vorgeschlagen, an der Fügestelle (30a) zwischen den miteinander zu verbindenden Einzelleitern (26, 27) eine Nanofoil (31) einzusetzen, wobei die Einzelleiter (26, 27) zum Einklemmen der Nanofoil (31) von Druckstempeln (34) aufeinandergedrückt werden, dass sodann das Verbindungselement (32a) durch die Einzelleiter (26, 27) und die Nanofoil (31) gedrückt und die Nanofoil (31) gezündet wird, so dass dadurch die Einzelleiter (26, 27) miteinander verschweißt beziehungsweise verlötet werden.The invention relates to an electrical connection and to a method for producing an electrical connection of at least two superimposed individual conductors (26, 27) with a connecting element (32) in the region of a joint (30). For the production of permanent electrical connections with simultaneously high mechanical strength by means of short-term heat action limited to the connecting surface, it is proposed to use a nanofoil (31) at the joint (30a) between the individual conductors (26, 27) to be connected to one another, wherein the individual conductors (26 , 27) for clamping the nanofoil (31) of pressure punches (34) are pressed together that then the connecting element (32 a) through the individual conductors (26, 27) and the nanofoil (31) pressed and the nanofoil (31) is ignited, then that thereby the individual conductors (26, 27) are welded or soldered together.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Verbindung von mindestens zwei Einzelleitern nach der Gattung des Anspruchs 1 sowie eine nach diesem Verfahren hergestellte elektrische Verbindung nach der Gattung des Anspruchs 12 beziehungsweise Anspruch 13.The The invention relates to a method for producing an electrical Connection of at least two individual conductors according to the genus of Claim 1 and an electrical produced by this method A compound according to the preamble of claim 12 or claim 13th

Aus der Druckschrift EP 0 88 1 7 52 A1 ist es bekannt, zur Herstellung der Statorwicklung eines Drehstromgenerators für Kraftfahrzeuge Einzelleiter der Statorwicklung an ihren Leiterenden durch Ultraschall-Schweißen, Lichtbogen-Schweißen, Hartlöten oder dergleichen miteinander zu verbinden.From the publication EP 0 881 7 52 A1 It is known to connect individual conductors of the stator winding at their conductor ends by ultrasonic welding, arc welding, brazing or the like with each other for producing the stator winding of a three-phase generator for motor vehicles.

Aus der Druckschrift WO 02/472 39 A1 ist ferner bekannt, U-förmig vorgeformte Einzelleiter der Statorwicklung elektrischer Maschinen am Wickelkopf mit entsprechend vorgeformten Querverbindern mit jeweils gleichem Rechteckquerschnitt stirnseitig stumpf miteinander zu verschweißen.From the publication WO 02/472 39 A1 is also known, U-shaped preformed individual conductors of the stator winding electrical machines on the winding head with corresponding preformed cross connectors, each with the same rectangular cross-section butt-end to weld together.

Nachteilig bei diesen Lösungen ist die aufwändige Fügetechnik sowie der hohe Energieaufwand zur Herstellung der elektrischen Verbindungen, da dieser zu großer Wärmeentwicklung im Bereich der Verbindungsstelle und in deren Umgebung führt. Dadurch können Schäden insbesondere der Isolation benachbarter Bereiche auftreten, die zu einer Nachbesserung oder zum Ausschuss führen. Außerdem verhindert der Platzbedarf für die Schweißvorrichtung den Aufbau eines kompakten Wickelkopfes an den elektrischen Maschinen.adversely with these solutions is the complex joining technique and the high energy consumption for the production of electrical connections, since this too much heat in the area of Liaison and leads in their environment. Thereby can damage in particular the isolation of neighboring Areas that cause a repair or reject to lead. In addition, the space required for the welding device the construction of a compact winding head on the electrical machines.

Mit der vorliegenden Erfindung wird die Herstellung einer dauerhaften elektrischen Verbindung paarweiser Einzelleiter mit gleichzeitig hoher mechanischer Festigkeit angestrebt, bei der eine kurzzeitige Wärmeentwicklung möglichst eng auf die Verbindungsfläche begrenzt wird.With The present invention is the production of a permanent electrical connection paired single conductor with at the same time high mechanical strength sought in the case of a short-term heat development as close as possible to the interface becomes.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Eine dauerhafte und mechanisch feste elektrische Verbindung paarweiser Einzelleiter erzielt man gemäß der kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 durch das Einfügen einer im folgenden als Nanofoil bezeichneten Folie in Kombination mit dem Einsatz eines Verbindungselements. Als Nanofoil bezeichnet man Folien, die dazu verwendet werden, eine dauerhafte Verbindung zwischen zwei Werkstücken durch Weichlöten, Hartlöten oder durch Diffusionsschweißen herzustellen. Das Funktionsprinzip der Nanofoil basiert auf einer stark exothermen Reaktion von chemikalischen Materialen, die in den Folien eingebettet sind. Hierdurch werden kurzfristig an der Oberfläche des Werkstücks beziehungsweise des Nanofoils sehr hohe Temperaturen erreicht, die zum Löten beziehungsweise Schweißen benötigt werden. Da diese Wärme aber nur über einen sehr kurzen Zeitraum anliegt, wird das Werkstück nicht übermäßig aufgeheizt. Weitere Einzelheiten über das Material, seiner Eigenschaften und seiner Anwendung zum Verbinden zweier Teile miteinander enthält die Druckschrift US 7,354,659 B2 .A permanent and mechanically strong electrical connection paired single conductor is achieved according to the characterizing features of claim 1 by the insertion of a hereinafter referred to as nanofoil film in combination with the use of a connecting element. Nanofoil refers to films that are used to produce a permanent bond between two workpieces by soldering, brazing or by diffusion bonding. The functional principle of Nanofoil is based on a strongly exothermic reaction of chemical materials embedded in the films. As a result, very high temperatures are reached for a short time on the surface of the workpiece or the nanofoil, which are needed for soldering or welding. Since this heat is applied only for a very short period of time, the workpiece is not overheated. For more details about the material, its properties and its application for connecting two parts together, see the document US 7,354,659 B2 ,

Die beim so genannten Zünden der Nanofoil sehr kurzzeitig auftretende extrem hohe Temperatur schmilzt die miteinander zu verbindenden Einzelleiter im Bereich der Nanofoil an, so dass sie aufeinander gedrückt paarweise fest miteinander verschweißen beziehungsweise bei einem dort aufgetragenen Lötmaterial miteinander verlöten. Dies hat den Vorteil, dass beim Schweißvorgang Schäden an der Isolation der Leiter im näheren Bereich der Schweißstelle aufgrund der geringeren Erwärmung nicht mehr auftreten können. Dies wiederum ermöglicht insbesondere bei elektrischen Maschinen eine kompakte Anordnung einer Vielzahl von Fügestellen mit elektrischen Verbindungen paarweiser Einzelleiter. Außerdem erzielt man mit dem Verbindungselement an den Fügestellen zusätzlich eine hohe mechanische Festigkeit der elektrischen Verbindungen, so dass sie auch im Einsatz hohen mechanischen Beanspruchungen standhalten. Diese Kombination der elektrischen und mechanischen Verbindung von Leiterpaaren eignet sich besonders in der Anwendung an elektrischen Maschinen, die Stoß-, Schüttel- und/oder Schwingungsbeanspruchungen ausgesetzt sind.The during the so-called ignition of nanofoil very briefly occurring extremely high temperature melts the to be joined together Single conductors in the range of nanofoil, so they pressed together in pairs firmly welded together or solder together with a soldering material applied there. This has the advantage of damaging the welding process on the insulation of the conductors in the vicinity of the weld due to the lower heating no longer occur can. This in turn allows for in particular electric machines a compact arrangement of a variety of Joints with electrical connections paired single conductors. In addition, one achieves with the connecting element to the Joints additionally high mechanical strength of electrical connections, so they are also in use high mechanical Withstand stresses. This combination of electric and mechanical connection of conductor pairs is particularly suitable in application to electric machines, the shock, Shaking and / or vibration exposed are.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ergeben sich weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildung der im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale. So ist es insbesondere bei elektrischen Verbindungen, die mit hohen Stromstärken belastet werden, zweckmäßig, die Einzelleiter an ihren paarweise miteinander elektrisch zu verbindenden Leiterenden mit rechteckförmigem Querschnitt flach aufeinander zu legen und die Nanofoil dazwischen einzufügen. In besonders erfinderischer Weise können dabei die Einzelleiter als Teil einer Wicklung einer elektrischen Maschine in dessen Bleckpaket eingesetzt und die an einer Stirnseite des Bleckpaketes vorstehenden Leiterenden am Wickelkopf der elektrischen Maschine mit den Leiterenden eines Querverbinders paarweise durch ein Nanofoil verschweißt beziehungsweise verlötet werden. Eine besonders kompakte Lösung ergibt sich, wenn an den Fügestellen mindestens vier Leiterenden und mindestens zwei Nanofoils in vorgegebener Folge übereinander angeordnet und durch Druckstempel aufeinander gedrückt werden. Danach wird das Verbindungselement durch die Fügestellen der Leiterenden gedrückt und die Nanofoils werden gezündet, so dass dadurch die Leiterenden paarweise miteinander verschweißt oder verlötet werden. Am Wickelkopf von elektrischen Maschinen lassen sich dadurch in vorteilhaft kompakter Weise mehrere Querverbinder zueinander seitlich versetzt aufeinander legen, so dass dadurch für ihre Verbindung mit den Einzelleitern der Wicklung über den Umfang des Wickelkopfes nebeneinander angeordnete Fügestellen gebildet werden. In einfachster Weise werden dabei an den Einzelleitern und Querverbindern, die eine Isolierschicht, vorzugsweise einen Isolierlack tragen, an den miteinander zu verbindenden Bereichen der Leiterenden die Isolierschicht auf mindestens der Größe des Nanofoils entfernt. Dabei ist es gegebenenfalls vorteilhaft, die Leiterenden an den miteinander zu verbindenden Bereichen mit einer verbindungsfördernden Beschichtung, vorzugsweise mit einer Verzinnung zu versehen.The measures listed in the dependent claims, further advantageous embodiments and development of the features specified in claim 1. Thus, it is expedient in particular for electrical connections which are loaded with high current strengths, the individual conductors at their pairs to be electrically connected to each other conductor ends with a rectangular cross-section to lay flat and insert the nanofoil in between. In a particularly inventive way, the individual conductors can be used as part of a winding of an electrical machine in the Bleckpaket and welded to a front side of the Bleckpaketes projecting conductor ends on the winding head of the electric machine with the conductor ends of a cross connector in pairs by a nanofoil or soldered. A particularly compact solution results if at least four conductor ends and at least two nanofoils are arranged one above the other in a predefined sequence at the joints and pressed against one another by plungers. Thereafter, the connecting element is pressed by the joints of the conductor ends and the nanofoils are ignited, so that thereby the conductor ends are welded together in pairs or soldered. At the winding head of electric machines can be characterized in an advantageous compact manner a plurality of transverse connectors mutually laterally offset from each other, so that thereby for their connection to the individual conductors of the winding over the circumference of the winding head juxtaposed joints are formed. In the simplest way, the insulating layer is removed to at least the size of the nanofoil on the individual conductors and cross connectors, which carry an insulating layer, preferably an insulating varnish, at the regions of the conductor ends to be joined together. It may be advantageous to provide the conductor ends at the regions to be connected to one another with a connection-promoting coating, preferably with a tin-plating.

Zur Herstellung der elektrischen Verbindung paarweiser Einzelleiter wird in Weiterbildung der Erfindung die Nanofoil mit dem Durchdrücken des Verbindungselementes durch die Fügestelle gezündet. In einfachster und zweckmäßiger Weise wird als Verbindungselement ein Bolzen, ein Niet oder eine Schraube verwendet und nach dem paarweisen Verschweißen beziehungsweise Verlöten der Leiterenden wird das Verbindungselement vorzugsweise an seinem freien Ende so verformt beziehungsweise verschraubt, dass damit die Leiterenden festgespannt werden, bevor die Druckkraft der Druckstempel zurück genommen wird. Um bei der Herstellung von Fügestellen mit mehreren paarweise elektrisch miteinander zu verbinden Leiterenden die Verbindungspaare gegeneinander zu isolieren, wird in zweckmäßiger Weise das Verbindungselement mit einer aufgebrachten Isolierschicht, vorzugsweise einer Isolierhülle in die vorgelochten Leiter der Fügestelle eingesetzt. Die Erfindung betrifft neben den Verfahrensmerkmalen ebenso eine nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hergestellte elektrische Verbindung von mindestens zwei übereinander liegenden Einzelleitern.to Production of the electrical connection of paired individual conductors is in development of the invention, the nanofoil with the push through of the connecting element ignited by the joint. In simplest and most appropriate way is as a connecting element a bolt, a rivet or a screw is used and after the pairwise Welding or soldering the conductor ends the connecting element is preferably at its free end so deformed or screwed, so that the leader ends be tightened before the compressive force of the plunger back is taken. To use in the manufacture of joints with several pairs electrically connected to each other conductor ends isolating the pairs of connections against each other becomes more convenient Way the connecting element with an applied insulating layer, preferably an insulating sheath in the pre-punched ladder the joint used. The invention also applies the method features as well as one of the characterizing features of claim 1 produced electrical connection of at least two superimposed individual conductors.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen elektrischen Verbindung paarweiser Leiterenden über Nanofoils ergibt sich bei elektrischen Maschinen, insbesondere bei Drehstromgeneratoren für Kraftfahrzeuge mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 13.A advantageous development of the invention electrical connection of paired conductor ends via nanofoils arises in electrical machines, especially in three-phase generators for motor vehicles with the characterizing features of Claim 13.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden beispielsweise anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:details The invention will be described below, for example, with reference to FIGS explained in more detail. Show it:

1 einen Drehstromgenerator für Kraftfahrzeuge mit einer Statorwicklung aus paarweise übereinander liegenden Einzelleitern, 1 an alternator for motor vehicles with a stator winding of paired superimposed individual conductors,

2 einen vergrößerten raumbildlichen Ausschnitt des vorderen Wickelkopfes des Drehstromgenerators gemäß 1 mit paarweise übereinander angeordneten und zueinander parallel ausgerichteten Leiterenden, 2 an enlarged spatial-image section of the front winding head of the alternator according to 1 with conductor ends arranged in pairs one above another and aligned parallel to one another,

3 den Abschnitt einer Abwicklung des Stators nach 2 mit den an den Wickelköpfen der Statorwicklung angeordneten paarweisen Verbindungen von Einzelleitern und Querverbindern in einer Seitenansicht, 3 the section of a development of the stator after 2 with the arranged at the winding heads of the stator winding pairwise connections of individual conductors and cross connectors in a side view,

4 zeigt eine Fügestelle aus mehreren Einzelleitern und Querverbindern und zwei Nanofoils in vergrößerter raumbildlicher Darstellung, 4 shows a joint of several individual conductors and cross connectors and two nanofoils in an enlarged spatial representation,

5 zeigt die Fügestelle aus 4 im Querschnitt mit Druckstempeln vor dem Durchdrücken des Verbindungselementes durch die Fügestelle, 5 shows the joint 4 in cross-section with pressure punches before pushing the connecting element through the joint,

6a und 6b zeigt eine Fügestelle aus einem Einzelleiter und zwei Querverbindern im Querschnitt vor dem Einfügendes Verbindungselementes bzw. nach dem Zünden der Nanofoil und dem Festspannen der Fügestelle durch das Verbindungselement. 6a and 6b shows a joint of a single conductor and two cross-connectors in cross section before inserting the connecting element or after the ignition of the nanofoil and the clamping of the joint by the connecting element.

Ausführungsformen der Erfindungembodiments the invention

In 1 ist eine elektrische Maschine bis zur Mittelachse im Längsschnitt abgebildet, die als Drehstromgenerator 10 für die Stromversorgung von Kraftfahrzeugen verwendet wird. Sie hat einen Stator 11, dessen ringförmiges Stator-Blechpaket 12 mit axial verlaufenden, über den Innenumfang gleichmäßig verteilt angeordneten Nuten versehen ist, die eine Drehstrom-Statorwicklung 13 aufnehmen. Die Statorwicklung 13 wirkt über das Stator-Blechpaket 12 und einen Arbeitsluftspalt 14 mit einem Klauenpolläufer 15 zusammen, dessen Läuferwelle 16 in zwei Lagerschilden 17, 18 gelagert ist, welche zugleich das Gehäuse des Drehstromgenerators 10 bilden. Die Läuferwelle 16 trägt vorne eine Riemenscheibe 19, mittels der sie über einen nicht dargestellten Keilriemen von der Brennkraftmaschine des Fahrzeugs angetrieben wird. Die Läuferwelle 16 trägt am hinteren Ende zwei Schleifringe 20, mittels der eine Erregerspule 21 des Klauenpolläufers 15 über Kohlebürsten 22 mit Erregerstrom versorgt wird. Am hinteren Lagerschild 18 ist ferner eine Gleichrichter-Baueinheit 23, sowie ein Regler 24 angeordnet. Eingangsseitig ist die Gleichrichter-Baueinheit 23 mit der Statorwicklung 13 und ausgangsseitig mit einem Anschluss 25 für das Pluspotential eines Kraftfahrzeug-Bordnetzes versehen. Über den Regler 24 wird in Abhängigkeit von der Spannung des Bordnetzes die Stärke des Erregerstromes in der Erregerspule 21 geregelt.In 1 is an electrical machine shown to the central axis in longitudinal section, the as an alternator 10 used for the power supply of motor vehicles. She has a stator 11 , whose annular stator laminated core 12 is provided with axially extending, evenly distributed over the inner circumference arranged grooves, which is a three-phase stator winding 13 take up. The stator winding 13 acts on the stator laminated core 12 and a working air gap 14 with a claw-pole runner 15 together, its rotor shaft 16 in two bearing shields 17 . 18 is stored, which at the same time the housing of the alternator 10 form. The rotor shaft 16 carries a pulley in front 19 , By means of which it is driven by a V-belt, not shown, of the internal combustion engine of the vehicle. The rotor shaft 16 wears two slip rings at the back end 20 , by means of an exciter coil 21 of the claw-pole runner 15 over carbon brushes 22 is supplied with excitation current. At the rear end shield 18 is also a rectifier assembly 23 , as well as a regulator 24 arranged. On the input side is the rectifier unit 23 with the stator winding 13 and on the output side with a connection 25 provided for the positive potential of a motor vehicle electrical system. About the regulator 24 becomes depending on the voltage of the electrical system, the strength of the excitation current in the exciter coil 21 regulated.

Die Statorwicklung 13 besteht aus Einzelleitern 26 mit rechteckförmigem Querschnitt. Die Einzelleiter 26 sind in mehreren Lagen übereinander in den Nuten des Stator-Blechpaketes 12 angeordnet. Die an den Stirnseiten des Stator-Blechpaketes 12 vorstehenden Leiterenden 26a der Einzelleiter 26 bilden dort jeweils mit Querverbindern 27 einen Wickelkopf 28.The stator winding 13 consists of single conductors 26 with rectangular cross-section. The individual leaders 26 are in several layers one above the other in the grooves of the stator laminated core 12 arranged. The at the end faces of the stator laminated core 12 protruding conductor ends 26a the single conductor 26 form there each with cross connectors 27 a winding head 28 ,

2 zeigt einen Ausschnitt des Stator-Blechpaketes 12 aus 1 mit dem Wickelkopf 28 der Statorwicklung 13 in raumbildlicher Darstellung. Dort ist erkennbar, dass jeweils ein Querverbinder 27 in Umfangsrichtung des Bleckpaketes 12 über vier mit Abstand nebeneinander liegende Leiterenden 26a verläuft, die an der Stirnseite des Bleckpaketes 12 axial vorstehen. Die Leiterenden 26a sind jeweils an den in den Nuten 29 des Bleckpaketes 12 eingesetzten Einzelleitern 26 zu einem rechteckförmigen Querschnitt geprägt. Mehrere Querverbinder 27 und Leiterenden 26a von Einzelleitern 26 sind übereinander geschichtet, wobei die Querverbinder 27 zueinander seitlich versetzt sind. Dabei werden die Leiterenden 26a der um jeweils drei Nuten zueinander versetzten Einzelleiter 26 paarweise über einen Querverbinder 27 mit annähernd gleichem Rechteck-Querschnitt elektrisch verbunden. Die Leiterenden 26a und die Querverbinder 27 sind dabei flach übereinander angeordnet. Sie bilden dabei Fügestellen 30, die über den Umfang des Wickelkopfes 28 nebeneinander angeordnet sind. An jeder dieser Fügestellen 30 sind die Leiterenden 26a von drei Einzelleitern 26 je Nut 29 und sechs Querverbinder 27 übereinander angeordnet. Die Leiterenden 26a der Einzelleiter 26 bilden mit den Leiterenden 27a der Querverbinder 27 jeweils paarweise elektrische Verbindungen. An den Fügestellen 30 ist zwischen den paarweise miteinander zu verbindenden Leiterenden 26a und 27a eine Nanofoil 31 eingesetzt, mit der die von der Nanofoil 31 überdeckten Bereiche der Leiterenden 26a und 27a paarweise miteinander verschweißt sind. 2 shows a section of the stator laminated core 12 out 1 with the winding head 28 the stator winding 13 in spatial representation. There it can be seen that in each case a cross connector 27 in the circumferential direction of the Bleckpaketes 12 over four by far side by side conductor ends 26a runs, the at the front of Bleckpaketes 12 protrude axially. The leader ends 26a are each at the in the grooves 29 of the Bleck package 12 used individual conductors 26 embossed to a rectangular cross-section. Several cross connectors 27 and leader ends 26a of individual leaders 26 are stacked on top of each other, with the cross connectors 27 are mutually laterally offset. This will be the leaders 26a each offset by three grooves each individual conductor 26 in pairs via a cross connector 27 electrically connected with approximately the same rectangular cross-section. The leader ends 26a and the cross connectors 27 are arranged flat on top of each other. They form joints 30 that go beyond the circumference of the winding head 28 are arranged side by side. At each of these joints 30 are the leaders 26a of three individual leaders 26 each groove 29 and six cross connectors 27 arranged one above the other. The leader ends 26a the single conductor 26 make up with the leader ends 27a the cross connector 27 in pairs electrical connections. At the joints 30 is between the pairs of conductors to be connected in pairs 26a and 27a a nanofoil 31 used, with that of the Nanofoil 31 covered areas of the conductor ends 26a and 27a are welded together in pairs.

Außerdem sind im Bereich der Fügestellen 30 die Leiterenden 26a und 27a der Einzelleiter 26 und Querverbinder 27 vorgelocht. Dort sind jeweils Verbindungselemente 32 in Form von Nieten 32a eingesetzt, mit denen die elektrischen Verbindungen durch die Nanofoils 31 an den Fügestellen 30 übereinander liegend festgespannt werden.Moreover, in the area of the joints 30 the leaders 26a and 27a the single conductor 26 and cross connectors 27 punched. There are each connecting elements 32 in the form of rivets 32a used, with which the electrical connections through the Nanofoils 31 at the joints 30 be clamped lying on top of each other.

In 3 ist der Ausschnitt des Stator-Blechpaketes 12 mit dem Wickelkopf 28 nochmals abgewickelt in der Vorderansicht vergrößert dargestellt. Dort ist erkennbar, dass an jeder Fügestelle 30 in gleicher Reihenfolge die sechs Querverbinder 27 und drei Leiterenden 26a der Statorwicklung 13 übereinander liegend angeordnet sind. Dabei sind die Querverbinder 27 zueinander derart seitlich versetzt, dass sie jeweils die Einzelleiter 26 der Phasenstränge R, S und T mit einem Wickelschritt von drei Nuten 29 paarweise miteinander elektrisch verbinden. Die Phasenstränge der Drehstrom-Statorwicklung 13 liegen dabei zyklisch nebeneinander in benachbarten Nuten 29.In 3 is the section of the stator laminated core 12 with the winding head 28 again handled in the front view shown enlarged. There it can be seen that at each joint 30 in the same order the six cross connectors 27 and three conductor ends 26a the stator winding 13 are arranged one above the other. Here are the cross connectors 27 each other so laterally offset that they each have the individual conductors 26 the phase strands R, S and T with a winding step of three grooves 29 electrically connect in pairs. The phase strands of the three-phase stator winding 13 lie cyclically next to each other in adjacent grooves 29 ,

4 zeigt in raumbildlicher Darstellung eine Fügestelle 30a aus zwei Leiterenden 26a von Einzelleitern einer Wicklung und zwei Leiterenden 27a von Querverbindern 27 sowie zwei dazu versetzte, durchlaufende Querverbinder 27. Zum Einsetzen eines Verbindungselements sind alle Leiterenden 26a und Querverbinder 27 an der Fügestelle 30 jeweils mit einem Durchgangsloch 33 versehen. Zwischen den paarweise miteinander zu verbindenden Leiterenden 26a und 27a wird jeweils eine Nanofoil 31 in Pfeilrichtung eingefügt. 4 shows in space pictorial representation a joint 30a from two conductor ends 26a of single conductors of one winding and two conductor ends 27a of cross connectors 27 as well as two staggered, continuous cross connectors 27 , To insert a connecting element are all conductor ends 26a and cross connectors 27 at the joint 30 each with a through hole 33 Mistake. Between the conductor ends to be connected in pairs 26a and 27a each one nanofoil 31 inserted in the direction of the arrow.

5 zeigt die Fügestelle 30 aus 4 mit den eingefügten Nanofoils 31 im Querschnitt. In weiterem Schritt werden nun über Druckstempel 34 die Leiterenden 26a, 27a und Querverbinder 27 mitsamt den Nanofoils 31 übereinander geschichtet in Richtung der Druckpfeile 35 von oben und unten zusammengedrückt. Dabei wird der zentrale Bereich an den Durchgangslöchern 33 von den Druckstempeln 34 ausgespart. Danach wird ein Niet 32a von oben in Pfeilrichtung durch die untereinander liegenden Durchgangslöcher 33 der Fügestelle 30 gestoßen. Dabei werden die Nanofoils 31 aufgerissen und dadurch gezündet. Aufgrund der dabei kurzzeitig erzeugten hohen Wärmeenergie werden die Berührungsflächen der Leiterenden 26a und 27a mit den Nanofoils 31 angeschmolzen und mit dem Druck der Druckstempel 34 paarweise miteinander verschweißt. Nach dem Verschweißen der Leiterenden 26a und 27a wird der Niet 32a an seinem unteren, an der Unterseite der Verbindungsstelle 30 vorstehenden freien Ende so verformt, dass damit die Leiterenden 26a, 27a sowie die durchlaufenden Querverbinder 27 festgespannt werden. Erst danach wird die Kraft der Druckstempel 34 auf die Fügestelle 30 zurück genommen und die Druckstempel 34 werden zur benachbarten Fügestelle bewegt, so dass sich dort der zuvor beschriebene Ablauf wiederholt. Anstelle von Nieten 32a können auch Schrauben 32b oder Bolzen 32c durch die Löcher 33 der Fügestellen 30 gestoßen werden und dabei die Zündung der Nanofoils 31 auslösen. Sofern Schrauben 32b verwendet werden, wird die Fügestelle 30 mit Hilfe einer Mutter 32d verspannt. Verwendet man einen Bolzen 32c, wird zweckmäßigerweise die Fügestelle 30 über eine Presspassung zwischen dem Bolzen 32c und den Durchgangslöchern 33 festgespannt. 5 shows the joint 30 out 4 with the inserted nanofoils 31 in cross section. In a further step are now about plunger 34 the leaders 26a . 27a and cross connectors 27 together with the nanofoils 31 layered in the direction of the pressure arrows 35 compressed from above and below. Thereby, the central area becomes at the through holes 33 from the printing stamps 34 spared. After that, a rivet 32a from above in the direction of the arrow through the underlying through holes 33 the joint 30 encountered. This will be the nanofoils 31 torn open and thereby ignited. Due to the momentarily generated high heat energy, the contact surfaces of the conductor ends 26a and 27a with the nanofoils 31 melted and with the pressure of the plunger 34 welded together in pairs. After welding the conductor ends 26a and 27a becomes the rivet 32a at its lower, at the bottom of the junction 30 protruding free end so deformed that so that the conductor ends 26a . 27a as well as the continuous cross connector 27 be tightened. Only then is the force of the plunger 34 on the joint 30 taken back and the printing stamps 34 are moved to the adjacent joint, so that there repeats the process described above. Instead of rivets 32a can also screws 32b or bolt 32c through the holes 33 the joints 30 be encountered while igniting the nanofoils 31 trigger. If screws 32b used, the joint becomes 30 with the help of a mother 32d braced. If you use a bolt 32c , is expediently the joint 30 via a press fit between the bolt 32c and the through holes 33 tightened.

Da die paarweise aufeinander liegenden Querverbinder 27 im späteren Betrieb verschiedene Spannungspotentiale haben, werden sie in üblicher Weise mit einem Isolierlack überzogen. Dabei muss ferner sichergestellt werden, dass an der Fügestelle das Verbindungselement 32b beim Durchstoßen der Fügestelle 30 keinen Kurzschluss zwischen den Querverbindern 27 und zwischen den Leiterenden 26a der Einzelleiter 26 verursacht. Dazu werden die Verbindungselemente 32 mit einem Isolierstoff beschichtet oder alternativ aus Kunststoff hergestellt. Außerdem können die Durchgangslöcher 33 an der Fügestelle 30 so groß gewählt werden, dass der Niet 32a oder die Schraube 32b mit einer Spiel- oder Übergangspassung in die Durchgangslöcher 33 eingesetzt wird. Alternativ können auch die entsprechend großen Durchgangslöcher 33 mit Isolierlack oder einer Kunststoffbeschichtung versehen werden.Because the paired superimposed cross connectors 27 have different voltage potentials in later operation, they are coated in the usual way with an insulating varnish. It must also be ensured that at the joint the connecting element 32b when piercing the joint 30 no short circuit between the cross connectors 27 and between the leaders 26a the single conductor 26 caused. These are the fasteners 32 coated with an insulating material or alternatively made of plastic. In addition, the through holes can 33 at the joint 30 be chosen so big that the rivet 32a or the screw 32b with a play or transition fit into the through holes 33 is used. Alternatively, the correspondingly large through holes 33 be provided with insulating varnish or a plastic coating.

In 6a ist eine leicht abgeänderte Fügestelle 30a im Querschnitt dargestellt, bei der ein Leiterende 26a eines Einzelleiters 26 der Statorwicklung 13 mit dem Leiterende 27a eines Querverbinders 27 über eine dazwischen eingesetzte Nanofoil 31 miteinander elektrisch verbunden wird. Darunter ist ein weiterer Querverbinder 27 durch die Fügestelle 30a durchgeführt. Alle drei Leiter haben ringsum eine Isolierlack-Beschichtung 36 und liegen mit ihrem rechteckförmigen Querschnitt flach aufeinander. An den miteinander zu verbindenden Bereichen der beiden oberen Leiterenden 26a und 27a wird die Isolierlack-Beschichtung 36 auf etwas mehr als die Größe der Nanofoil 31 entfernt. Zusätzlich werden die Leiterenden 26a und 27a an ihren miteinander zu verbindenden Bereichen mit einer verbindungsfördernden Beschichtung, zum Beispiel mit einer Verzinnung 37 versehen. Nach dem Einfügen der Nanofoil 31 werden die Leiterenden 26a, 27a und der Querverbinder 27 zum Einklemmen der Nanofoil 31 gemäß 4a durch die Druckstempel 34 aufeinandergedrückt. Des Weiteren wird dann der Niet 32a, der hier eine Isolierhülle 38 trägt, durch die ausreichend großen Durchgangslöcher 33 der Leiterenden und Querverbinder gedrückt, wobei die Nanofoil 31 aufgerissen und gezündet wird. Unter dem Druck der Druckstempel 34 werden dabei die Leiterenden 26a und 27a im Bereich der Nanofoil 31 miteinander verlötet. Danach wird das untere Ende des Nietes 32a soweit verformt, dass alle Leiter der Verbindungsstelle 30a miteinander fest eingespannt sind. Anschließend wird der Druck an der Fügestelle 30a zurückgenommen und die Druckstempel 34 werden entfernt. Die 6b zeigt den Querschnitt durch eine solche Fügestelle 30a, die zum Korrosionsschutz anschließend noch mit Isolierlack beträufelt wird.In 6a is a slightly modified joint 30a shown in cross-section, in which a conductor end 26a a single conductor 26 the stator winding 13 with the leader 27a a cross connector 27 via a nanofoil interposed therebetween 31 is electrically connected to each other. Underneath is another cross connector 27 through the joint 30a carried out. All three conductors have an insulating varnish coating all around 36 and are flat with their rectangular cross-section on each other. At the areas to be joined together of the two upper conductor ends 26a and 27a becomes the insulating paint coating 36 on something more than the size of Nanofoil 31 away. In addition, the leader ends 26a and 27a at their areas to be joined together with a connection-promoting coating, for example with a tinning 37 Mistake. After inserting the Nanofoil 31 become the leaders 26a . 27a and the cross connector 27 for clamping the nanofoil 31 according to 4a through the plunger 34 pressed together. Furthermore, then the rivet 32a He's an insulating cover here 38 carries, through the sufficiently large through holes 33 the conductor ends and cross connector pressed, the nanofoil 31 torn open and ignited. Under the pressure of the plunger 34 become the leaders 26a and 27a in the field of nanofoil 31 soldered together. After that, the lower end of the rivet 32a deformed so far that all conductors of the joint 30a are firmly clamped together. Subsequently, the pressure at the joint 30a taken back and the printing stamp 34 being deleted. The 6b shows the cross section through such a joint 30a , which is then drizzled with antireflective paint for corrosion protection.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, da diese vielfältige konstruktive Abänderungen ermöglichen. Betrachtet man dabei die Querverbinder ebenfalls als Einzelleiter, so ergibt sich bei elektrischen Verbindungen zwischen mindestens zwei übereinander liegenden Einzelleitern mit einem Verbindungselement als erfindungswesentlich, dass die Einzelleiter im Bereich der Verbindungselemente Fügestellen bilden, an denen die übereinander liegenden Einzelleiter durch dazwischen angeordnete und gezündete Nanofoils miteinander verschweißt oder verlötet werden. Dabei können Einzelleiter nicht nur paarweise sondern auch zu dritt oder zu noch mehreren Einzelleitern über Nanofoils 31 miteinander elektrisch verbunden werden. Ferner ist es auch möglich, das Verbindungselement gegebenenfalls ohne das Vorlochen der Einzelleiter an der Fügestelle einzusetzen. So könnte der Bolzen 32c aus 5 oder ein Nagel oder Stift mit einem so genannten Bolzenschussgerät oder dergleichen durch die nicht vorgelochten Einzelleiter der Fügestelle getrieben werden. Bei der Anwendung elektrischer Verbindungen durch Nanofoils bei elektrischen Maschinen können die Einzelleiter neben rechteckförmigen Querschnitt ebenso gut einen quadratischen, mehreckigen oder runden Querschnitt aufweisen. Wesentlich dabei ist jedoch, dass die miteinander zu verbindenden Leiterenden gegebenenfalls zu einem Rechteck-Querschnitt geprägt werden, um eine ausreichend breite Fügestelle 30 für die Nanofoil 31 und das Verbindungselement 32 zu erzielen. Ferner ist es möglich, die Nanofoils 31 unabhängig von dem Einsetzen des Verbindungselements 32 zu zünden. Für diesen Fall werden die Nanofoils 31 an den Fügestellen 30 jeweils an einem zwischen den Leiterenden vorstehenden Abschnitt durch einen Wärmeimpuls, zum Beispiel durch einen Laserstrahl gezündet. Erst danach wird das Verbindungselement 32 in die Fügestelle 30 eingesetzt. Alternativ dazu ist es möglich, dass die Nanofoils 31 an den Fügestellen 30 durch einen Zündzapfen gezündet werden. Dieser muss danach nicht in der Fügestelle verbleiben, sondern kann nach dem Zünden wieder entfernt werden. Außerdem ist es möglich, die Zündung der Nanofoils 31 an den Fügestellen 30 mit elektrischem Strom oder mechanischer Energie, zum Beispiel durch einen Druckimpuls zu zünden. Die vorgeschlagene Kombination aus einer Klemmverbindung durch ein Verbindungselement und elektrischer Kontaktierung durch Nanofoil-Technik kann überall dort eingesetzt werden, wo elektrische Verbindungen mit gleichzeitig hoher mechanischer Festigkeit hergestellt werden müssen. So kann diese Technik auch an Transformatoren und anderen elektrischen Einrichtungen oder Geräten realisiert werden, sofern dort Einzelleiter zumindest paarweise miteinander elektrisch und mechanisch zu verbinden sind. Besondere Vorteile erzielt man bei der Anwendung dieser Technik in elektrischen Maschinen, insbesondere bei Drehstromgeneratoren zum Stromversorgung von Kraftfahrzeugen, bei denen eine hohe Leistungsdichte durch den Aufbau der Statorwicklung aus Einzelleitern zu erzielen ist, wobei die Einzelleiter zur Realisierung eines hohen Nutfüllfaktors in ihrem Querschnitt dem Nutquerschnitt des Stator-Blechpaketes angepasst ist. Dort wird mit kompakten Wickelköpfen Kupfer im Wickelkopf eingespart, Bauraum reduziert, die Stromausbeute erhöht und damit der Wirkungsgrad der Maschine verbessert. Alternativ zu der Ausführung nach 1, bei der haarnadelförmig gebogene Einzelleiter nur am vorderen Wickelkopf 28 über die Querverbinder 27 paarweise miteinander verbunden werden, ist es ebenso möglich, solche Querverbinder auch am hinteren Wickelkopf einzusetzen.The invention is not limited to the illustrated embodiments, since they allow a variety of structural modifications. If one considers the cross connectors also as single conductors, it results in electrical connections between at least two superimposed individual conductors with a connecting element as essential to the invention that the individual conductors in the region of the connecting elements form joints where the superimposed individual conductors arranged by interposed and ignited nanofoils with each other welded or soldered. In this case, individual conductors can not only in pairs but also in three or even more individual conductors on Nanofoils 31 be electrically connected to each other. Furthermore, it is also possible to use the connecting element optionally without pre-punching the individual conductors at the joint. So could the bolt 32c out 5 or a nail or pin with a so-called Bolzenschussgerät or the like are driven through the non-pre-punched individual conductors of the joint. When using electrical connections by nanofoils in electrical machines, the individual conductors in addition to rectangular cross section as well have a square, polygonal or round cross-section. It is essential, however, that the conductor ends to be joined together are optionally embossed into a rectangular cross-section, around a sufficiently wide joint 30 for the nanofoil 31 and the connecting element 32 to achieve. It is also possible to use nanofoils 31 regardless of the insertion of the connecting element 32 to ignite. In this case, the nanofoils 31 at the joints 30 each at a projecting between the conductor ends portion by a heat pulse, for example, ignited by a laser beam. Only then is the connecting element 32 into the joint 30 used. Alternatively, it is possible that the nanofoils 31 at the joints 30 be ignited by a firing pin. This does not have to remain in the joint, but can be removed after ignition. Besides, it is possible to ignite the nanofoils 31 at the joints 30 with electric current or mechanical energy, for example by a pressure pulse to ignite. The proposed combination of a clamping connection through a connecting element and electrical contacting by means of nanofoil technology can be used wherever electrical connections with simultaneously high mechanical strength have to be produced. Thus, this technique can also be implemented on transformers and other electrical equipment or devices, provided there are individual conductors at least in pairs electrically and mechanically to connect. Particular advantages are achieved in the application of this technique in electric machines, especially in three-phase generators for powering motor vehicles, in which a high power density can be achieved by the construction of the stator winding of individual conductors, the individual conductors to realize a high Nutfüllfaktors in their cross section of the groove cross-section of the stator laminated core is adjusted. There, compact winding heads are used to save copper in the winding head, reduce installation space, increase the power yield and thus improve the efficiency of the machine. Alternatively to the execution after 1 , in the hairpin-shaped curved single conductor only at the front end winding 28 over the cross connectors 27 paired together be, it is also possible to use such cross connector also on the rear winding.

Nach der Herstellung der elektrischen und mechanischen Verbindungen an den Fügestellen werden diese zum Korrosionsschutz mit Isolierlack beträufelt oder die Wickelköpfe werden vollständig in ein Isolierlackbad eingetaucht.To the production of electrical and mechanical connections the joints are sprinkled with corrosion varnish for corrosion protection or the windings are completely in one Immersion bath dipped.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 0881752 A1 [0002]
WO 02/47239 A1 [0003]
- US 7354659 B2 [0006]

Claims

Method for producing an electrical connection of at least two individual conductors ( 26 . 27 ), in particular their leaders ( 26a . 27a ), with a connecting element ( 32 ), which the preferably pre-punched individual conductors in the region of a joint ( 30 ) penetrates the electrical connection, characterized in that at the joint ( 30 ) between the individual leaders ( 26 . 27 ) a nanofoil ( 31 ) that after that the individual conductors ( 26 . 27 ) at the joint ( 30 ) for clamping the nanofoil ( 31 ) are pressed together, that then the connecting element ( 32 ) by the individual conductors ( 26 . 27 ) and the nanofoil ( 31 ) and the nanofoil ( 31 ) is ignited so that thereby the individual conductors ( 26 . 27 ) over the area of nanofoil ( 31 ) are welded or soldered together.

Process according to claim 1, characterized in that the nanofoil ( 31 ) between conductor ends to be electrically connected in pairs ( 26a . 27a ), the conductor ends ( 26a . 27a ) are laid flat on each other with a rectangular cross-section.

A method according to claim 2, characterized in that as part of a winding, in particular stator winding ( 13 ), an electric machine in its Bleckpaket ( 12 ) used individual conductors ( 26 ) at their at one end of the Bleckpaketes ( 12 ) above conductor ends ( 26a ) at the winding head ( 28 ) of the electric machine ( 10 ) with the leaders ( 27a ) of as a cross connector ( 27 ) trained individual leaders in pairs by a nanofoil ( 31 ) are welded or soldered together.

Method according to claim 3, characterized in that at the joints ( 30 ) at least four conductor ends ( 26a . 27a ) and at least two nanofoils ( 31 ) arranged in a predetermined sequence one above the other and by plunger ( 34 ) are pressed together, that then the connecting element ( 32 ) through the joint ( 30 ) the leader ( 26a . 27a ) and the nanofoils ( 31 ) so that the leaders ( 26a . 27a ) are welded together in pairs or soldered.

Method according to claim 4, characterized in that in the winding overhang ( 28 ) several cross connectors ( 27 ) are placed laterally offset in pairs one on top of the other and that thereby for their electrical connection with the individual conductors ( 26 ) of the winding ( 13 ) over the circumference of the winding head ( 28 ) distributed, juxtaposed joints ( 30 ) are formed.

Method according to claim 5, characterized in that the individual conductors ( 26 ) of the winding ( 13 ) and the cross connectors ( 27 ) an insulating layer, preferably an insulating lacquer coating ( 36 ) to be connected to the areas of the conductor ends ( 26a . 27a ) at least the size of the nanofoil ( 31 ) Will get removed.

Method according to claim 6, characterized in that the conductor ends ( 26a . 27a ) at the areas to be joined together with a connection-promoting coating, preferably with a tinning ( 37 ).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the nanofoils ( 31 ) with the pushing of the connecting element ( 32 ) through the joint ( 30 ) are ignited.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that as a connecting element ( 32 ) a bolt ( 32c ), a rivet ( 32a ), a screw ( 32b ) or the like is used and that after the pairwise welding or soldering of the conductor ends ( 26a . 27a ) the connecting element ( 32 ), preferably at its free end, is deformed or screwed so that thereby the conductor ends ( 26a . 27a ) are tightened before the compressive force of the plunger ( 34 ) is taken back.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the connecting element ( 32 ) with an applied insulating layer, in particular an insulating sleeve ( 38 ) into the pre-punched conductor ends ( 26a . 27a ) of the joint ( 30 . 30a ) is used.

Method according to one of claims 1 to 9, characterized in that a connecting element ( 32 ) made of plastic in the pre-punched conductor ends ( 26a . 27a ) of the joint ( 30 ) is used.

Electrical connection of at least two superimposed individual conductors ( 26 . 27 ), in particular their leaders ( 26a . 27a ), with a connecting element ( 32 ), which the preferably pre-punched individual conductors in the region of a joint ( 30 ) penetrates the electrical connection, characterized in that at the joints ( 30 ) the superimposed individual conductors ( 26 . 27 ) by interposed and ignited nanofoils ( 31 ) are welded in pairs according to the method of any one of claims 1 to 11 or soldered.

Electric machine, in particular three-phase motor vehicle generator, having a stator winding ( 13 ) of individual leaders ( 26 ), characterized thereby records that their leaders ( 26a ) at the winding head ( 28 ) of the stator ( 11 ) with the leaders ( 27a ) of cross connectors ( 27 ) in accordance with the method according to one of claims 1 to 11 in pairs electrically connected to each other and mechanically clamped.

Electrical machine according to claim 13, characterized in that the conductor ends ( 26a ) the single conductor ( 26 ) in pairs via cross connectors ( 27 ) are electrically connected, in the winding head ( 28 ) are arranged flat over one another in the radial direction and offset from each other in the circumferential direction.