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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Das Halteelement kann insbesondere dann, wenn es als Ring, insbesondere als Klemmoder 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.

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.

Die Zeichnung zeigt in:

Fig. 1 ausschnittsweise eine schematische Perspektivansicht von zwei stiftartigen Bauteilbereichen, welche miteinander verschweißt werden; und

Fig. 2 ausschnittsweise eine weitere schematische Perspektivansicht der stiftartigen Bauteilbereiche; und

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Verfahrens zum Verschweißen der stiftartigen Bauteilbereiche miteinander; und

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens; und

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform des Verfahrens. In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Im Folgenden wird anhand von Fig. 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 Fig. 1 sind paarweise senkrecht zueinander verlaufende Raumrichtungen mit x, y und z bezeichnet.

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 Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist das Halteelement 12 ein separat von den Wicklungselementen ausgebildeter Ring, welcher auch als Fixierring bezeichnet wird.

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.

Aus einer Zusammenschau von Fig. 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.

Fig. 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 Fig. 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 Fig. 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 Fig. 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.

Fig. 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 Fig. 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.

Fig. 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.

Fig. 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.

Bezugszeichenliste

10 Durchgangsöffnung 12 Halteelement 14 Doppelpfeil 16 Doppelpfeil 18 Pfeil 20 Doppelpfeil E Ende L1 stiftartiger Bauteilbereich

L2 stiftartiger Bauteilbereich S1 Seite S2 Stelle x Raumrichtung y Raumrichtung

Raumrichtung