DE10111509A1 - Wicklung für eine elektrische Maschine, sowie Verfahren und Formteilsatz zur Herstellung einer solchen Wicklung - Google Patents
Wicklung für eine elektrische Maschine, sowie Verfahren und Formteilsatz zur Herstellung einer solchen WicklungInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Wicklung für einen Ständer oder Läufer einer elektrischen Maschine mit einem Ständer- bzw. Läuferkörper (32) mit Nuten (34), welche zumindest teilweise aus L-förmigen Formteilen (1, 2, 3) aufgebaut ist. Hierbei bildet jeweils ein Schenkel eines L-förmigen Formteils einen in einer Nut liegenden Nutstab (8a, 8b) und der andere Schenkel einen an einer Stirnseite des Ständers bzw. Läufers liegenden Verbindungsleiter (6a, 6b). Außerdem betrifft die Erfindung eine Wicklung mit mehreren überlappenden Spulen (50, 52, 50', 52', 50'', 52''), wobei die Verbindungsleiter (6) von überlappenden Spulen (50, 52, 52', 50'', 52'') verschränkt und somit in Lagen angeordnet sind. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Wicklung, bei der die Verbindungsleiter (6) flacher als die Nutstäbe (8) ausgebildet sind und die als eine gesehnte Mehrphasenwicklung mit 2 Nuten pro Pol und Strang ausgeführt ist. Die Erfindung betrifft auch eine Wicklung, die mehrere Spulen (50, 52, 50', 52', 50'', 52'') umfaßt und dadurch gekennzeichnet ist, daß mindestens zwei Spulen (50, 52) in Reihe geschaltet sind, wobei der Strom die eine Spule (50) in Richtung Nutkopf durchfließt und die andere Spule (52) in Richtung Nutboden. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren und einen Formteilsatz zur Herstellung einer Wicklung für eine elektrische Maschine.
Description
Die Erfindung betrifft Wicklungen, und insbesondere Wicklungen für eine
elektrische Maschine mit einem Ständer und/oder Läufer mit Nuten, sowie ein Ver
fahren und einen Formteilsatz zur Herstellung solcher Wicklungen. Bei einer der
Wicklungen handelt es sich um eine sogenannte Mehrlagenwicklung.
Die Ständer von elektrischen Maschinen (z. B. Asynchron- oder
Synchronmaschinen in Rotations- oder Linearbauart, wobei mit dem Begriff
"elektrische Maschinen" sowohl Motoren als auch Generatoren gemeint sind) sind
im allgemeinen mit einer Wicklung ausgestattet. Der durch diese fließende Strom
erzeugt ein wanderndes magnetisches Feld, dessen Wirkung über den Luftspalt
zwischen Ständer und Läufer hinweg die Bewegung des Läufers hervorruft. Bei
manchen Bauformen sind auch die Läufer mit einer Wicklung ausgerüstet. Die
Wicklung ist i. a. in den Nuten eines Ständer- bzw. Läuferkörpers aufgenommen, die
bei einer Radialfeldmaschine in der Regel parallel oder in einem kleinen Winkel zur
Drehachse verlaufen.
Bei einer Mehrphasen-Wechselstrommaschine hat die Wicklung i. a. eine der
Anzahl der Phasen entsprechende Anzahl von Strängen, die zumeist jeweils mehre
re Spulen mit einer oder mehreren Windungen umfassen. Jede Spule liegt in der
Regel mit ihren beiden sog. "Spulenseiten" in den Nuten, während die sog. Wickel
köpfe die in den Nuten verlaufenden Wicklungabschnitte an den Stirnseiten des
Ständerkörpers miteinander verbinden. Die Spulen oder Reihenschaltungen mehrerer
Spulen eines Stranges sind i. a. an einem Ende mit einer Stromzuführung verbun
den, am anderen Ende sind die Stränge z. B. miteinander am sog. Sternpunkt ver
bunden. Alternativ können die Stränge auch im Dreieck geschaltet sein.
Da sich zur Erzeugung eines Magnetfeldes mit angenähert sinusförmigem
Feldverlauf die Spulenseiten verschiedener Stränge in aufeinanderfolgenden Nuten
oder Nutgruppen abwechseln, sind die Spulen verschiedener Stränge i. a. überlap
pend angeordnet, so daß zwischen den beiden Spulenseiten einer Spule jeweils
Spulenseiten von Spulen anderer Stränge zu liegen kommen. Die Wickelköpfe der
überlappenden Spulen müssen sich daher an den Stirnseiten des Ständer- bzw. Läu
ferkörpers ausweichen. Hierfür sind verschiedene Möglichkeiten der Wickel
kopfanordnung bekannt. Bei der sog. Zwei- bzw. Drei-Etagen-Wicklung liegen die
Wickelköpfe überlappender Spulen z. B. in verschiedenen, in der Nutlängsrichtung
übereinanderliegenden Etagen. Bei der Korbwicklung verbinden sämtliche Wickel
köpfe eine Etage mit einer anderen, so daß der Eindruck eines Korbrandes entsteht.
Diese Wickelkopfanordnungen sind z. B. in "Fachkunde Elektrotechnik", Verlag Eu
ropa-Lehrmittel, Nourney, Vollmer GmbH & Co., 22. Auflage 1999, auf S. 331
dargestellt. Derartige Wickelköpfe sind relativ ausladend und nehmen fast die ge
samte Stirnseite des Ständerkörpers ein.
Bei gewickelten Drahtspulen ragen die Wickelköpfe außerdem wegen des
Zwangs zur Einhaltung von bestimmten Mindestbiegeradien relativ weit aus den
Nuten heraus, was die Erzielung einer kompakten Wickelkopfanordnung mit Draht
wicklungen erschwert. Mit einer Drahtwicklung erreicht man zudem meist nur einen
relativ geringen Nut-Füllfaktor von ca. 40%, da der Draht i. a. einen kreisrunden
Querschnitt aufweist, während die Nuten meist geradflankig sind. Das Bewickeln
eines Ständer- oder Läuferkörpers mit Drahtspulen ist relativ aufwendig und
schwer automatisierbar. Aus diesen Gründen wurde bereits frühzeitig (z. B. in der
DE-AS-10 06 506) vorgeschlagen, die Wicklung elektrischer Maschinen nicht aus
Drahtgebilden aufzubauen, sondern aus vorgefertigten Formteilen mit i. a. rechtecki
gem Querschnitt. Diese werden in der Regel einzeln in die Nuten eines Ständerkör
pers eingesetzt und nach dem Einsetzen an den Stirnseiten elektrisch miteinander
zu Spulen verbunden.
Unter "Nutstäben" versteht man diejenigen Wicklungsabschnitte, die in den
Nuten verlaufen und die Spulenseiten bilden, unter "Verbindungsleitern" diejenigen
Abschnitte, die an den Stirnseiten des Ständerkörpers verlaufen und die Wickelköp
fe bilden.
Durch die Verwendung von Formteilen mit geeignetem Querschnitt läßt sich
der Füllfaktor der Nuten erhöhen. Sofern die Formteile am Übergang zwischen
Nutstab und Verbindungsleiter abgewinkelt vorgefertigt sind, entfällt das Problem
der Mindestbiegeradien, so daß im Prinzip kompakte Wickelkopfanordnungen er
reicht werden können. Bei den im Stand der Technik bekannten Formteilwicklungen
mit überlappenden Spulen werden in der Regel viele verschiedene, zudem oft kom
pliziert geformte Formteile benötigt, um das Ausweichen der Wickelköpfe überlap
pender Spulen zu erreichen.
Die DE 197 36 645 A1 schlägt beispielsweise vor, bei einer elektrischen Ma
schine die Wicklung aus C-förmigen Formteilen aufzubauen. Zur Bildung einer Win
dung einer Spule werden jeweils zwei C-förmige Formteile derart in entsprechende
Nuten eingesetzt, daß die offenen Seiten einander zugewandt sind, und die Schen
kel der Formteile an einer Stirnseite miteinander verbunden werden. Um eine mög
lichst kompakte Wickelkopfanordnung zu erzielen, sind die Schenkel, welche die
Verbindungsleiter bilden, flacher ausgebildet als die in den Nuten liegenden Ab
schnitte der Formteile (die Nutstäbe). Die Wickelköpfe überlappender Spulen wei
chen sich dadurch aus, daß Verbindungsleiter gegenüber den mit diesen verbunde
nen Nutstäben in Richtung der Nuttiefe versetzt sind und so die Verbindungsleiter
einer Spule auf einer bestimmten Höhe der Nuttiefe gebündelt werden. Diese Ab
kröpfung wird durch ein in Richtung der Nuttiefe verlaufendes Verbindungsstück
zwischen Nutstab und Verbindungsleiter erreicht. Da die Nutstäbe verschieden
weit abgekröpft werden müssen, werden viele verschiedene Formteile benötigt.
Die der Abkröpfung dienenden Verbindungsstücke an den Stirnseiten benötigen
zusätzlichen Raum. Die Druckschrift schlägt weiterhin vor, die C-förmigen Form
teile aus Blechstanzteilen herzustellen, die derart gefaltet werden, daß im Bereich
des Nutstabs so viele Blechlagen übereinanderliegen, daß das gewünschte Verhält
nis der Nutstab-Dicke zur Verbindungsleiter-Dicke erreicht wird.
Die DE 44 11 749 C2 betrifft eine Ständerwicklung aus U-förmigen Form
teilen, welche nicht an den Stirnseiten, sondern im Nutbereich miteinander ver
schweißt werden. Die gesamte Wicklung wird zunächst ohne Ständerkörper er
stellt. Dieser wird erst danach um die fertige Wicklung herum aufgebaut, indem
einzelne Segmente aus weichmagnetischem Material in die Wicklung eingesetzt
werden. Auch bei dieser Wicklung sind die Verbindungsleiter flacher als die Nutstä
be ausgebildet, um das Ausweichen der verschiedenen Stränge an den Stirnseiten
zu ermöglichen. Da bei der hier gezeigten dreiphasigen Wellenwicklung mit einer
Nut pro Pol und Strang jedoch maximal zwei Stränge parallel geführt werden, ist
das Ausweichen einfach dadurch realisierbar, daß die Verbindungsleiter abwech
selnd in einer - in Richtung der Nuttiefe - oberen oder unteren von zwei Verbin
dungsleiter-Schichten liegen. Die Bildung einer wendelförmigen Spule ist bei dieser
Konstruktion nicht vorgesehen, da mit den gezeigten Formteilen kein Wechsel von
einer Wicklungslage in die andere möglich ist. Mit "Wicklungslage" sind alle Nut
stäbe einer Wicklung gemeint, die den gleichen Abstand zum Nutboden aufweisen.
Die DE 43 21 236 C1 offenbart eine Wicklung aus S-förmigen Formteilen,
die jeweils aus einem Nutstab und zwei Verbindungsleiter-Hälften bestehen, die an
den beiden Enden des Nutstabs zu verschiedenen Seiten abgewinkelt sind. Die Ver
bindungsleiter sind genauso dick wie die Nutstäbe und verlaufen schräg in Richtung
der Nutbreite und der Nutlängsrichtung, wobei alle Verbindungsleiter-Hälften einer
Wicklungslage nebeneinander, also im gleichen Abstand zum Nutboden, Platz fin
den. Bei vielen überlappenden Strängen ragen die Verbindungsleiter-Hälften der
Formteile daher relativ weit aus den Nuten hervor. Die Formteile werden vom Nut
kopf aus in die Nuten eines Ständerkörpers eingesetzt und daraufhin die jeweils
übereinanderliegenden Enden von zu verschiedenen Wicklungslagen gehörenden
Verbindungsleiter-Hälften miteinander verbunden. Auf diese Weise wird eine Wel
lenwicklung mit mehreren Strängen erzeugt, wobei jeder Strang bei jedem Wickel
kopfdurchgang die Wicklungslage wechselt.
Diese Wicklung wird in der DE 196 32 390 A1 dahingehend unter Verwen
dung relativ aufwendiger Formteile weiterentwickelt, daß die Verbindungsleiter-
Hälften jeweils um eine halbe Nutstabdicke in Richtung der Nuttiefe versetzt an den
Enden des Nutstabs angesetzt sind. Daher wird ein Strang beim Durchlaufen der
Verbindungsstelle zwischen zwei Verbindungsleiter-Hälften zwar immer noch um
eine Nutstabdicke versetzt, dies wird aber durch die Versetzung der Verbindungslei
ter gegenüber den Nutstäben kompensiert. Auch hier ist eine Wellenwicklung ge
zeigt. Die Formteile weisen eine komplizierte Form auf und sind daher in der Her
stellung kostspielig.
Die Erfindung beschreibt verschiedene Aspekte von Wicklungen für eine elek
trische Maschine mit einem Ständer und/oder Läufer mit Nuten:
Gemäß einem ersten Aspekt (Anspruch 1) umfaßt die Wicklung mehrere
überlappende Spulen mit wenigstens einer vollständigen Windung, die an den Stirn
seiten des Ständers bzw. Läufers liegende Verbindungsleiter aufweisen, wobei die
Verbindungsleiter von überlappenden Spulen verschränkt und somit in Lagen ange
ordnet sind.
Gemäß einem zweiten Aspekt (Anspruch 2) ist die Wicklung zumindest teil
weise aus L-förmigen Formteilen aufgebaut. Der eine Schenkel eines solchen L-
förmigen Formteils bildet jeweils einen in einer Nut liegenden Nutstab und der ande
re Schenkel einen an einer Stirnseite des Ständers bzw. Läufers liegenden Verbin
dungsleiter.
Gemäß einem dritten Aspekt (Anspruch 3) umfaßt die Wicklung mehrere
Spulen, die aus in den Nuten liegenden Nutstäben und aus an den Stirnseiten des
Ständers bzw. Läufers liegenden Verbindungsleitern aufgebaut sind, wobei die Ver
bindungsleiter flacher als die Nutstäbe ausgebildet sind. Die Wicklung ist als eine
gesehnte Mehrphasenwicklung mit zwei Nuten pro Pol und Strang ausgeführt.
Gemäß einem vierten Aspekt (Anspruch 4) umfaßt die Wicklung mehrere
Spulen, die aus in den Nuten liegenden Nutstäben und aus an der Stirnseite des
Ständers bzw. Läufers liegenden Verbindungsleitern aufgebaut sind. Mindestens
zwei Spulen sind jeweils in Reihe geschaltet, wobei der Strom eine der Spulen in
Richtung Nutkopf und die andere Spule in Richtung Nutboden durchfließt.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist die Erfindung auf ein Verfahren zur Her
stellung einer derartigen Wicklung gerichtet. Hierbei werden die folgende Schritte
mehrmals durchlaufen: (a) Einsetzen von Formteilen in die Nuten des Ständers
oder Läufers, bis eine ganze oder ein Teil einer Wicklungslage eingesetzt ist, und
(b) Verbinden der in Schritt (a) eingesetzten Formteile mit Stromschienen oder mit
in einem vorherigen Durchlauf eingesetzten Formteilen.
Gemäß einem noch weiteren Aspekt ist die Erfindung auf einen Formteilsatz
zur Herstellung einer Wicklung für eine elektrische Maschine gerichtet. Der Form
teilsatz umfaßt einen Typen eines L-förmigen Formteils oder zwei Typen von L-
förmigen Formteilen, deren Verbindungsleiterschenkel flacher als die
Nutstabschenkel ausgebildet sind. Bevorzugt umfaßt der Formteilsatz zwei Typen
von L-förmigen Formteilen, von denen ein Typ dazu ausgebildet ist, eine Verbin
dung in ein und derselben Wicklungslage zu bilden, während der andere dazu
ausgebildet ist, eine Überführung von einer Wicklungslage in die nächste zu bil
den.
Schließlich ist die Erfindung auch auf eine Wicklung für eine elektrische Ma
schine gerichtet, wobei die Wicklung aus nur einem oder zwei Formteiltypen auf
gebaut ist und die Wicklung ggf. zusätzlich ein oder zwei weitere Formteiltypen
zum Verschalten der Wicklung aufweist.
Die Erfindung wird nun anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen und
der beigefügten beispielhaften Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1a eine perspektivische Ansicht eines ersten Typs eines L-förmigen
Formteils;
Fig. 1b Schnitte entlang der Linien A-A und B-B in Fig. 1;
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines zweiten Typs eines L-
förmigen Formteils;
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines weiteren Typs eines L-
förmigen Formteils;
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines noch weiteren, U-förmigen
Formteil-Typs;
Fig. 5a-c perspektivische Ansichten von auf verschiedene Weise zusam
mengesetzten L-förmigen Formteilen;
Fig. 6 eine perspektivische Ansicht einer Anordnung mehrerer L-
förmiger Formteile;
Fig. 7 die Ansicht der Fig. 6, mit einem weiteren L-förmigen Formteil;
Fig. 8 die Ansicht der Fig. 7, mit einem noch weiteren L-förmigen
Formteil;
Fig. 9 eine perspektivische Ansicht eines Ständer- oder Läuferaus
schnitts einer elektrischen Maschine mit Nuten, in die L-förmige
Formteile eingesetzt sind;
Fig. 10a-c schematische Draufsichten auf die Nuten des Ständer- oder
Läuferkörpers zu verschiedenen Zeitpunkten während des Her
stellens der Wicklung;
Fig. 11 eine schematische Draufsicht auf die Nuten eines Ständer- oder
Läuferkörpers mit eingesetzten U-Formteilen;
Fig. 12 eine schematische Ansicht der Stirnseite eines bewickelten
Ständerkörpers;
Fig. 13 ein Wickelschema einer Dreiphasenwicklung gemäß einem er
sten Ausführungsbeispiel;
Fig. 14 ein Wickelschema einer Dreiphasenwicklung gemäß einem zwei
ten Ausführungsbeispiel;
Fig. 15 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform ei
nes Stromschienenpakets;
Fig. 16 eine perspektivische Ansicht der Stromschiene für den Stern
punkt aus Fig. 15;
Fig. 17 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Stromschienenpakets;
Fig. 18 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Verbindungs
stelle einer Stromschiene;
Fig. 19a eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform
eines Stromschienenpakets;
Fig. 19b eine schematisierte Draufsicht auf eine Stromschiene
Fig. 20 eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts eines vollständig
mit Wicklung und Stromschienenpaket bestückten Ständers.
In den Figuren sind funktionsgleiche oder -ähnliche Teile zum Teil mit glei
chen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Zur Vereinfachung erfolgt die folgende Erläuterung der bevorzugten Aus
führungsformen anhand von Ständerwicklungen; gleichermaßen gilt das Gesagte
aber auch für entsprechende Läuferwicklungen. Beispielsweise zeigen die Fig.
9-11 gleichermaßen Ansichten eines Ständers (bei Fig. 9 einer Innenläufermaschine)
wie auch eines Läufers (bei Fig. 9 einer Außenläufermaschine).
Fig. 1 zeigt einen ersten Formteil-Typ. Bevor diese Figur näher erläutert
wird, folgen zunächst einige Anmerkungen zu den bevorzugten Ausführungsfor
men.
Die bevorzugten Ausführungsformen beziehen sich auf Wicklungen für ei
nen Ständer einer Radialfeldmaschine in Innenläuferbauart. Im folgenden wird da
her die Nutlängsrichtung als Axialrichtung und die Richtung der Nuttiefe als Ra
dialrichtung bezeichnet. Die beschriebenen Wicklungen sind aber auch für Au
ßenläufer- und Linearmaschinen geeignet; ebenso können sie als Läuferwicklun
gen verwendet werden. Auch eine Axialfeldmaschine kann mit einer entsprechen
den Wicklung bestückt werden, sofern die auf unterschiedlichen Stirnseiten lie
genden Verbindungsleiter an die jeweilige Zylindermantelform der Stirnseite ange
paßt sind.
Der in den Figuren gezeigte Ständer umfaßt zur Führung des magnetischen
Flusses einen Ständerkörper in Form eines Blechpakets, das zur Aufnahme der
Nutstäbe der Wicklung genutet ist. Der nicht genutete Teil bildet den sog. Rüc
ken. Unter "Stirnseiten" werden jeweils die Seiten des Ständerkörpers verstan
den, an welchen die Nuten quer angeschnitten sind. Bei den gezeigten Radial
feldmaschinen sind dies die axialen Stirnflächen des Ständerkörpers.
Mit "Stromschienen" werden die Stromleiter bezeichnet, über die die
Wicklung mit der Stromversorgung verbunden ist. Bei den beschriebenen Mehr
phasenwicklungen wird in der Regel eine der Anzahl der Phasen entsprechende
Anzahl von Stromschienen für die Stromzuführung und - bei einer Sternschaltung
- eine Stromschiene für den Sternpunkt, den Verbindungspunkt der Phasenstränge
der Wicklung, verwendet. Bei einer Dreieckschaltung der Stränge entfällt die
Stromschiene für den Sternpunkt. Werden sämtliche Stromschienen nebeneinan
der geführt, bilden sie zusammen ein Stromschienenpaket.
Die nachstehend einzeln erläuterten Aspekte der beschriebenen Ausfüh
rungsformen sind in der Zeichnung meist in Kombination miteinander dargestellt,
jeder Aspekt kann aber auch einzeln in einer Wicklung realisiert werden.
Ein Aspekt der beschriebenen Ausführungsformen besteht darin, daß die
Wicklung zumindest teilweise aus L-förmigen Formteilen (L-Formteilen) aufgebaut
ist, wobei jeweils ein Schenkel des L-Formteils einen Nutstab und der andere
Schenkel einen senkrecht dazu, im wesentlichen in Sehnenrichtung verlaufenden
Verbindungsleiter bildet. Durch Verbinden des freien Endes des Nutstabs eines
Formteils mit dem freien Ende des Verbindungsleiters eines andere Formteils ent
steht eine zusammenhängende Wicklung, bei den bevorzugten Ausführungsfor
men eine aus wendelartigen Spulen aufgebaute Wicklung. Hierbei bilden zwei
miteinander verbundene L-Formteile jeweils eine Windung einer Spule.
Die Nutstäbe weisen zwecks Erzielung eines möglichst hohen Füllfaktors
einen an den Nutquerschnitt angepaßten Querschnitt auf, also z. B. bei rechteck
förmigen Nuten einen rechteckigen Querschnitt, wobei die Breite im wesentlichen
der Nutbreite entspricht. In eine Nut werden dann mehrere Nutstäbe übereinander
eingesetzt. Die Verbindungsleiter haben beispielsweise ebenfalls einen rechtecki
gen Querschnitt, sind aber vorteilhaft flacher als die Nutstäbe, damit z. B. die zu
überlappenden Spulen gehörenden Verbindungsleiter radial übereinander geschich
tet aneinander vorbei geführt werden können.
Die Verbindung zwischen dem freien Ende eines Nutstabs (Nutstabende)
und dem freie Ende eines Verbindungsleiters wird vorzugsweise dadurch herge
stellt, daß eine abgeflachte Lasche am Nutstabende auf einen Verbindungsbereich
am Verbindungsleiterende aufgesetzt und mit diesem laserverschweißt wird. Vor
teilhaft ist der Verbindungsbereich so flach ausgebildet, daß die Lasche und der
Verbindungsbereich zusammen nicht dicker als der Verbindungsleiter im übrigen
Bereich sind.
In anderen (nicht gezeigten) Ausführungsformen werden die Nutstäbe und
Verbindungsleiter verschiedener Formteile nicht durch Laschen verbunden, son
dern durch einen anders geformten Fortsatz des Nutstabs, der an entsprechender
Stelle angesetzt oder in eine entsprechende Ausnehmung im Verbindungsleiter
eingesetzt wird. Die Formteile werden an den Verbindungsstellen z. B. ver
schweißt oder verlötet, oder durch Klemm- oder Steckverbindungen mechanisch
miteinander verbunden und ggf. zusätzlich verschweißt oder verlötet.
Nach einem weiteren Aspekt der beschriebenen Ausführungsformen läßt
sich die gesamte Wicklung aus nur wenigen verschiedenen Formteiltypen aufbau
en. Gemäß einer Ausführungsform werden für den Aufbau der Wicklung - even
tuell abgesehen von der Verschaltung der Spulen - nur zwei verschiedene Typen
von L-Formteilen benötigt, deren Verbindungsleiterschenkel flacher als die
Nutstabschenkel ausgebildet sind. Ein erster Typ ist dazu ausgebildet, eine Ver
bindung in ein und derselben Wicklungslage zu bilden, während ein zweiter Typ
dazu ausgebildet ist, eine Überführung von einer Wicklungslage in die nächste zu
bilden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist am Ende jedes Nutstabschenkels
eine abgeflachte Lasche angeordnet, wobei bei dem einen Typ von L-förmigen
Formteil die abgeflachte Lasche und der flachere Schenkel beide auf der Höhe der
Unterseite des Nutstabschenkels liegen, während bei dem anderen Typ von
L-förmigen Formteil die abgeflachte Lasche auf der Höhe der Oberseite des
Nutstabschenkels liegt und der flachere Schenkel auf der Höhe der Unterseite des
Nutstabschenkels. Hierbei stellt ein Formteil von Typ 1 eine Hälfte einer Spulen
windung dar. Durch ein daran angeschlossenes Formteil vom Typ 2 wird die Win
dung vervollständigt und die Wicklung durch den Verbindungsleiter dieses Form
teils in die nächste Wicklungslage überführt. Indem abwechselnd Formteile vom
Typ 1 mit Formteilen vom Typ 2 verbunden werden, entsteht eine wendelartige
Spule.
Nach einer anderen Ausführungsform wird zum Aufbau der Wicklung sogar
nur ein einziger Formteiltyp benötigt. Und zwar könne Spulen auch ausschließlich
aus L-Formteilen z. B. von Typ 2 aufgebaut werden, sofern die Nuten groß genug
ausgebildet sind, um ausreichend Luft in Richtung der Nuttiefe für die Verbin
dungsstellen zwischen den Formteilen zu lassen. Alternativ kann auch jede zweite
Nut radial zu den anderen Nuten versetzt werden, um den Aufbau der Wicklung
aus L-Formteilen eines einzigen Typs zu ermöglichen.
Zum Verschalten der so erhaltenen Wicklung werden ggf. weitere Formteil
typen verwendet. Beispielsweise ist ggf. ein weiterer Formteiltyp zur Verbindung
von zwei hintereinandergeschalteten Spulen vorgesehen. Bevorzugt ist dieses
Formteil U-förmig ausgebildet und wird von zwei Nutstabschenkeln und einem
Verbindungsleiterabschnitt gebildet, der flacher als die Nutstabschenkel ausgebil
det ist. Zum Anschließen einer Spule an eine Stromzuführung wird ggf. ein weite
rer Formteiltyp verwendet. In einigen Ausführungsformen handelt es sich hierbei
um einen weiteren Typ eines L-förmigen Formteils, dessen Verbindungsleiter
schenkel flacher als der Nutstabschenkel ausgebildet ist, wobei am Ende des
Nutstabschenkels eine verlängerte abgeflachte Lasche zum Verbinden mit einer
Stromschiene angeordnet ist. In anderen Ausführungsformen sind derartige La
schen an den Stromschienen selbst angeordnet, so daß zum Anschließen der
Wicklung ein Standardformteil vom Typ 1 oder 2 verwendet werden kann.
Bei der bevorzugten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens werden
L-Formteile axial von den Stirnseiten in die Nuten des Ständerkörpers eingesetzt.
Dies hat den Vorteil, daß die Nuten an ihrem Nutkopf durch Polschuhe o. ä. ver
engt sein können und so der effektive Luftspalt verringert wird. Nach dem Ein
setzten werden die Formteile an ihrem Nutstabende jeweils mit dem Verbin
dungsleiterschenkel eines von der gegenüberliegenden Stirnseite eingesetzten
Formteils verbunden.
Im beschriebenen Verfahren werden die Formteile lagenweise eingesetzt
und miteinander verbunden. Hierbei wird die am Nutboden liegende Wicklungslage
zuerst eingesetzt und die weiteren Wicklungslagen in der Reihenfolge von radial
außen nach innen eingesetzt. Die abgeflachten Laschen der Nutstäbe werden
hierbei von oben, d. h. radial von innen auf die entsprechenden Verbindungsberei
che aufgesetzt, so daß die Verbindungsstellen von dieser Seite zum Verschwei
ßen (z. B. durch Laserstrahl) zugänglich sind. Die Wicklungsmontage kann selbst
verständlich auch in umgekehrter Richtung, also von innen nach außen erfolgen.
Bei dieser Variante werden die Verbindungsstellen radial von außen verschweißt.
Im Detail wird in einem Schritt a von einer Stirnseite des Ständers in meh
rere Nuten - z. B. in jede zweite Nut - je ein Nutstabschenkel eines
L-förmigen Formteils eingesetzt. Hierbei können die Nutstäbe der Formteile in der gleichen
Wicklungslage zu liegen kommen. Die - noch nicht von anderen Formteilen ver
deckten - Nutstabenden der in Schritt (a) eingesetzten Formteile werden in Schritt
(b) auf der gegenüberliegenden zweiten Stirnseite mit den Verbindungsleiter
schenkeln der vorher eingesetzten Formteile oder mit Stromschienen verbunden.
In die in Schritt (a) übriggebliebenen Nuten wird nun von der zweiten Stirnseite je
ein Nutstabschenkel eines L-Formteils eingesetzt (Schritt c), wodurch die in
Schritt b hergestellten Verbindungsstellen verdeckt werden.. In Schritt (d) werden
die Nutstabenden der in Schritt (c) eingesetzten Formteile auf der ersten Stirnsei
te mit den Verbindungsleiterschenkeln von darunter liegenden Formteilen verbun
den. Diese Schritte werden wiederholt, bis die Nuten bis zum Nutkopf fast oder
ganz mit Nutstäben gefüllt sind. Anschließend werden ggf. Formteile eingesetzt,
die aufgrund ihrer Geometrie zum Verschalten der Wicklung geeignet sind. Bei
spielsweise werden ggf. U-förmige Formeile eingesetzt, durch die jeweils zwei
wendelförmige Spulen in Reihe geschaltet werden, oder ein Verbindungsstück
zum Anschließen der Wicklung an eine Stromschiene.
Nach einem weiteren Aspekt der bevorzugten Ausführungsformen sind die
Verbindungsleiter von überlappenden Spulen mit wenigstens einer vollständigen
Windung ineinander verschränkt angeordnet. Hierbei sind die Verbindungsleiter in
Lagen angeordnet und vorzugsweise flacher als die Nutstäbe ausgebildet, bei
spielsweise so flach, daß die zu einer Wicklungslage gehörende Lage von Verbin
dungsleitern der verschiedenen überlappenden Spulen nicht dicker als ein Nutstab
ist. Werden mehrere derartige Lagen von ineinander verschränkten Verbindungs
leitern übereinander gesetzt, so können Spulen mit beliebiger Windungszahl auf
gebaut werden. Auch in der Wicklung der DE 197 36 645 A1 sind die Verbin
dungsleiter flacher als die Nutstäbe. Hier sind die Verbindungsleiter überlappender
Spulen aber an den Stirnseiten nicht ineinander verschränkt angeordnet, sondern
jeweils zu Wickelköpfen gebündelt. Um das jeweilige Bündel zu erreichen, ist je
der Verbindungsleiter gegenüber dem mit diesem verbundenen Nutstab in Rich
tung der Nuttiefe versetzt (gekröpft), was Nachteile mit sich bringt (viele ver
schiedene Formteile, Platzbedarf für die Versetzung). Bei verschränkter Anord
nung der Verbindungsleiter entfällt hingegen die Notwendigkeit, die Verbindungs
leiter gegenüber den Nutstäben zu versetzen, so daß der Platzbedarf der Wickel
köpfe geringer ist.
Um die abgeflachten Verbindungsleiter überlappender Spulen in verschränk
ter Anordnung ohne Kröpfung aneinander vorbei zu führen, sind sie an den Stirn
seiten des Ständers zum Beispiel schräg zur Verbindungslinie zwischen den bei
den Nuten geführt, deren Nutstäbe sie verbinden. Mit Verbindungslinie ist hierbei
die Senkrechte auf die Winkelhalbierende des durch die beiden Nuten definierten
Sektors des Ständers gemeint. Die Verbindungslinie hat also für jedes Nutenpaar
eine andere Richtung. Durch diese schräge Führung werden die Verbindungsleiter
einer Wicklungslage schuppenartig übereinander geschichtet.
In den dargestellten Beispielen ist eine Wicklung mit ineinander verschränk
ten Verbindungsleitern aus L-förmigen Formteilen aufgebaut. In anderen (nicht
gezeigten) Ausführungsformen ist eine solche Wicklung z. B. aus einzelnen Nut
stäben und Verbindungsleitern (I-Formteilen), aus C- oder U-förmigen Formteilen
oder aus Formteilen aufgebaut, die zur Zeit des Einsetzens bereits eine vollständi
ge Windung umfassen (O-Formteile).
Um die Wicklung an den Stirnseiten möglichst raumsparend zu gestalten,
wurde es als vorteilhaft erkannt, die Wicklung nach einem Wickelschema auszu
führen, bei dem an den Stirnseiten jeweils möglichst wenige Wickelköpfe über
lappend aneinander vorbei geführt werden. Als einfaches Beispiel sei eine Dreh
stromwicklung mit einer Nut pro Pol und Strang (Einlochwicklung) genannt: Hier
verlaufen an den Stirnseiten jeweils nur zwei Wickelköpfe überlappend. Anders
liegen die Verhältnisse z. B. bei Wicklungen mit mehreren Nuten pro Pol und
Strang (Mehrlochwicklungen), welche verwendet werden, um gegenüber Ein
lochwicklungen einen günstigeren Feldverlauf zu erzielen, der besser an eine Si
nusform angeglichen ist. Wie aus dem in "Fachkunde Elektrotechnik" auf S. 331
gezeigten Wickelschema für eine Drehstrom-Zweilochwicklung hervorgeht, verlau
fen hierbei z. B. jeweils 4 Wickelköpfe an den Stirnseiten überlappend. Selbst bei
einer platzsparenden Verschränkung der Verbindungsleiter würden sich hierdurch
weiter ausladende Wickelköpfe ergeben, da die Verbindungsleiter als Ausgleich
für ihre um den Faktor 4 geringe Dicke i. a. breiter auszubilden wären, um unge
fähr die gleiche Leiterquerschnittsfläche wie die Nutstäbe zu erreichen.
Um die Anzahl der jeweils aneinander vorbeilaufenden Wickelköpfe bei
Mehrlochwicklungen zu reduzieren, ist die Wicklung bei den beschriebenen Aus
führungsformen daher gesehnt ausgeführt. Bei einer gesehnten Wicklung ist die
Spulenweite kleiner als die Polteilung. Unter Polteilung versteht man den in Nuten
ausgedrückte Abstand zwischen zwei magnetischen Polen. Die Spulenweite gibt
an, um wie viele Nuten von der ersten Spulenseite entfernt die zweite Spulenseite
eingelegt wird. In den bevorzugten Ausführungsformen ist die Polteilung 6, die
Spulenweite aber nur 5. Das bedeutet, daß die Wickelköpfe der Spulen gegenüber
einer ungesehnten Wicklung verkürzt sind, da sie nur 4 anstatt 5 Nuten überbrüc
ken müssen. Insgesamt sind die an den Stirnseiten verlaufenden Abschnitte der
Wicklung daher kürzer, und damit wird weniger Platz beansprucht und die ohm
schen Verluste der Wicklung reduziert. Bei der gezeigten Drehstrom-
Zweilochwicklung wird durch die Sehnung der Wicklung z. B. erreicht, daß an den
Stirnseiten nur jeweils drei statt vier Wickelköpfe überlappend geführt werden.
Die Wahl eines derartigen gesehnten Wickelschemas ist besonders für Formteil
wicklungen vorteilhaft im Sinne der Erzielung eines kompakten Wickelkopfbe
reichs, ist aber bei Wicklungen aus Drahtgebilden mit entsprechenden Vorteilen
anwendbar.
Die in den Ausführungsbeispielen gezeigten Wicklungen weisen mehrere
wendelartige Spulen auf, wobei jeweils zwei Spulen derart in Reihe geschaltet
sind, daß der Strom in einer der Spulen durch die Wendel in Richtung Nutkopf
fließt, und in der anderen in Richtung Nutboden. Bei den Spulen sind die Verbin
dungsleiter flacher als die Nutstäbe ausgebildet und an den Stirnseiten schräg zur
Verbindungslinie zwischen den beiden Nuten übereinander geschichtet, deren
Nutstäbe sie verbinden. Eine wendelförmige Spule wird dann z. B. dadurch gebil
det, daß die auf einer Stirnseite gelegenen Verbindungsleiter Nutstäbe der glei
chen Lage verbinden und die auf der anderen Stirnseite gelegenen Verbindungslei
ter Nutstäbe aus radial übereinanderliegenden Lagen. Eine solche Wicklung kann
z. B. aus L-Formteilen hergestellt werden. Es können aber grundsätzlich auch an
dere Formteile (z. B. U-, C-, I-, oder O-förmige) oder Drahtspulen verwendet wer
den.
Durch die gezeigte Hintereinanderschaltung zweier wendelartiger Spulen
wird erreicht, daß die Anschlüsse an die Stromschienen entweder am Nutboden
oder am Nutkopf angeordnet sind, also beide auf der gleichen Seite der Verbin
dungsleiter. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn auch das Stromschie
nenpaket auf dieser Seite der Verbindungsleiter angeordnet ist. Bei (nicht in Reihe
geschalteten) Einzelspulen müßte dann hingegen ein Anschlußstück quer über die
Verbindungsleiter vom Nutkopf zum Nutboden geführt werden, welches Platzbe
darf in Axialrichtung hätte. Bei der Serienschaltung kann aber ein Verbindungs
stück, das die beiden Spulen in Reihe schaltet, parallel zu den Verbindungsleitern
laufen und kann somit platzsparend in Radialrichtung über den Verbindungsleitern
geschichtet sein. Das Verbindungsstück kann z. B. das Mittelstück eines
U-förmigen Formteils sein.
Die in den Ausführungsbeispielen verwendeten Formteile - ob L-förmig oder
anders geformt - sind bevorzugt durch Ur- oder Umformtechnik, spanlos oder
spanend hergestellt, beispielsweise durch Gießen, Fließpressen, Sintern, Prägen,
Stanzen, Fräsen und Biegen oder durch Kombinationen dieser Fertigungstechni
ken. Beispielsweise werden die Formteile aus einem Blech von der Dicke der Nut
stäbe ausgestanzt, die Dicke der Stanzteile im Bereich der Verbindungsleiter und
der abgeflachten Laschen durch Massivprägen reduziert, und zuletzt das beim
Prägen verdrängte Material abgeschnitten.
Alternativ kann ein Formteil auch aus Halbzeugen hergestellt werden, die
z. B. durch Widerstandschweißen zusammengefügt werden. Bei einer bevorzugten
Ausführungsform wird beispielsweise ein L-förmiges Formteil aus zwei stabförmi
gen, sog. I-Formteilen mit unterschiedlicher Querschnittsform hergestellt, so daß
ein I-Formteil den Verbindungsleiterschenkel und ein anderes I-Formteil den
Nutstabschenkel bildet. Der Nutstabschenkel kann z. B. von einem Stück Vierkant
draht gebildet sein, während für den Verbindungsleiter z. B. ein Flachdraht oder ein
ausgestanztes Flachteil verwendet wird. Die I-Formteile lassen sich aufgrund ihrer
einfachen Form mit wenig Verschnitt herstellen.
In einer weiteren Ausführungsform sind die Formteile aus mehreren Schich
ten aufgebaut. Hierbei wird z. B. auf ein flaches, L-förmiges Formteil im Bereich
des Nutstabs ein stabförmiger Baustein aufgesetzt, um den Nutstabbereich zu
verdicken. Mehrere Schichten können z. B. aufeinanderpaketiert werden. In einer
weiteren Ausführungsform wird ein ähnliches Ergebnis erzielt, indem flaches
Ausgangsmaterial derart gefaltet wird, daß im Nutstabbereich die gewünschte
Dicke erhalten wird.
Die Formteile enthalten leitfähiges Material wie Kupfer oder Aluminium oder
Legierungen dieser Metalle und sind gegeneinander isoliert.
Zum Anschließen der beschriebenen Wicklungen an eine Stromquelle wer
den bevorzugt umlaufende Stromschienen verwendet, entlang derer mehrere par
allelgeschaltete Spulen oder Spulengruppen angeschlossen sind. Diese sind be
vorzugt in regelmäßigen, durch das Wickelschema vorgegebenen, Abständen
entlang des Umfangs der Stromschiene angeschlossen Die Spulenenden werden
also nicht über Verbindungsstücke mit zentralen Anschlußpunkten verbunden,
sondern können ggf. direkt mit den Stromschienen verbunden, z. B. verschweißt,
werden.
Die gezeigten Ausführungsformen der Wicklung zeichnen sich durch einen
kompakten Wickelkopfbereich aus. Insbesondere sind die Verbindungsleiter so
flach ausgebildet und derart angeordnet, daß die Wickelköpfe an den Stirnseiten
in Radialrichtung nicht mehr Platz in Anspruch nehmen, als durch die Nuttiefe ge
geben ist. Es bleibt also die stirnseitige Fläche des Ständerkörpers unterhalb der
Nuten frei. Anders ausgedrückt handelt es sich um die Fläche am Rücken des
Ständers, welcher der Rückführung des magnetischen Flusses dient. Dieser Platz
steht zum Verschalten der Spulen zur Verfügung. Durch Anordnung der Strom
schienen oder anderer Bauteile zum Verschalten der Wicklung an dieser Stelle
kann der Raum zumindest an einer Stirnfläche des Ständerkörpers vollständig
ausgefüllt und so die Ausdehnung des magnetisch nicht aktiven Raums des Stän
ders in Axialrichtung minimiert werden. Zudem sind so die Stromschienen in un
mittelbarer Nähe der Spulen angeordnet. Die Stromschienen zum Anschluß der
Wicklung sind daher bevorzugt in Richtung der Nuttiefe unterhalb der Verbin
dungsleiter angeordnet.
In einer ersten Ausführungsform sind mehrere oder alle Stromschienen in
der Längsrichtung der Nuten, also z. B. in Axialrichtung, nebeneinander geschich
tet, so daß sie bevorzugt direkt an die Wickelköpfe angrenzen und dadurch auf
kurzem Wege direkt mit der Wicklung verbunden werden können. Bevorzugt
weist mindestens eine Stromschiene an der den Verbindungsleitern zugewandten
Seite Erhöhungen auf, mit denen Spulenenden verbunden sind. Gemäß einer an
deren Ausführungsform sind hingegen mehrere oder alle Stromschienen in Rich
tung der Nuttiefe übereinander geschichtet. In beiden Alternativen weist bevor
zugt mindestens eine Stromschiene auf der den Verbindungsleitern zugewandten
Seite Laschen auf, die sich über die anderen Stromschienen erstrecken und mit
denen jeweils ein Spulenende verbunden ist.
Bei manchen Ausführungsformen, bei denen jeweils vier Spulen in Reihe
geschaltet sind, bilden die Verbindungsstücke zwischen jeweils zwei und zwei in
Reihe geschalteten Spulen eine weitere Stromschiene aus mehreren voneinander
isolierten Sektoren.
Die Ausrüstung mit umlaufenden Stromschienen ist im übrigen allgemein
bei jeder Art von Wicklung für eine elektrische Maschine mit parallelgeschalteten
Spulen vorteilhaft. Die vorliegende Beschreibung offenbart damit auch einen
Wicklungsaufbau für eine elektrische Maschine mit einer mehrphasige Wicklung,
wobei mehrere parallelgeschaltete Spulen oder Spulengruppen der Wicklung an
einer umlaufenden Stromschiene angeschlossen sind, bei dem übrige Merkmale
der Ansprüche 1 bis 4 nicht vorhanden sind (wohl aber fakultativ vorhanden sein
können).
Insgesamt wird bei den beschriebenen Ausführungsformen der Platz an den
Stirnflächen eines Ständerkörpers raumsparend ausgenutzt, wodurch insbesonde
re eine geringe axiale Ausdehnung des magnetisch nicht aktiven Volumens des
Ständers erreicht wird. Die bevorzugte Formteilwicklung hat zudem einen hohen
Füllfaktor, so daß eine hohe Drehmomentdichte erzielt wird. Die bevorzugten Aus
führungsformen eignen sich daher insbesondere zur Verwendung bei einem Kur
belwellen-Starter-Generator für ein Kraftfahrzeug. Hierbei handelt es sich um eine
als Starter- und Generator fungierende elektrische Maschine, die konzentrisch auf
der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors sitzt und vorzugsweise ohne Zwi
schenübersetzung drehfest mit dieser Welle verbunden ist. Aufgrund des begrenz
ten Einbauraums ist die axiale Ausdehnungsmöglichkeit eines Starter-Generators
gering, andererseits sind für den Direktstart hohe Drehmomente erforderlich.
Nun zurückkommend auf die Fig. 1-4, sind dort die für den Aufbau der
bevorzugten Wicklung verwendeten Formteiltypen einzeln vorgestellt und erläu
tert.
Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines L-Formteils 1 vom ersten
Typ. Ein Schenkel 8a des L-Formteils 1 bildet in der fertigen Wicklung einen
Nutstab 8, während der andere Schenkel 6a an der Stirnseite des Ständers liegt
und in verschiedenen Nuten liegende Nutstäbe 8 miteinander verbindet. Im folgen
haben Nutstäbe bzw. Verbindungsleiter allgemein die Bezugszeichen 8 bzw. 6,
während die zu bestimmten Formteiltypen gehörenden Nutstabschenkel und Ver
bindungsleiterschenkel mit 8a, 8b bzw 6a, 6b bezeichnet werden.
Die Verbindungsleiter 6 sind flacher und breiter ausgebildet als die Nutstäbe
8, wie aus den in Fig. 1b dargestellten Querschnittansichten der beiden Schenkel
6a und 8a ersichtlich ist. Und zwar weisen die Nutstäbe 8 eine Dicke H und eine
Breite B auf, wobei die Breite B in dem gezeigten Ausführungsbeispiel so gewählt
ist, daß der Nutstab in der Breite jeweils eine Nut ausfüllt. Möglich sind aber auch
Ausführungsformen, bei denen in einer Nut mehrere Nutstäbe nebeneinander, d. h.
in gleicher Höhe vom Nutboden, zu liegen kommen. Die Dicke h des Verbin
dungsleiters 6 beträgt beispielsweise ein Drittel der Dicke H des Nutstabs 8, wäh
rend die Breite b etwa dreimal so groß ist wie die Breite B des Nutstabs 8. Der
Leiterquerschnitt ist also in beiden Schenkeln des gezeigten Formteils in etwa
gleich.
Das Formteil 1 weist am freien Ende des Nutstabs 8a eine abgeflachte La
sche 10a auf. Bei dem in Fig. 1 gezeigten ersten Typ liegt die Lasche 10a auf
gleicher Höhe wie der Verbindungsleiter 6a, nämlich auf der in der Zeichnung un
ten liegenden Seite des Nutstabschenkels 8a. Die (nicht sichtbaren) Unterseiten
des Nutstabs 8a, des Verbindungsleiters 6a und eines nahe zum Nutstab 8a lie
genden Übergangsbereiches 12 der Lasche 10a liegen also in einer Ebene. Der
Übergangsbereich 12 der Lasche 10a weist etwa die gleiche Dicke auf wie der
Verbindungsleiter 6a, also ca. ein Drittel der Dicke des Nutstabs. Am äußersten
Ende der Lasche 10a befindet sich ein Verbindungsbereich 13, der gegenüber
dem Übergangsbereich 12 noch weiter abgeflacht ist, nämlich auf etwa ein Sech
stel der Dicke des Nutstabs. Der Übergang zwischen den Bereichen 12 und 13
erfolgt durch eine Stufe auf der Unterseite der Lasche 10a. Der Verbindungsbe
reich 13 läßt also auf der Unterseite gegenüber der Höhe der Unterseite des
Nutstabs 8a einen Raum in Höhe etwa eines Sechstels der Nutstabdicke frei.
Zum Verbinden zweier Formteile wird der Verbindungsbereich 13 der La
sche 10a auf das Ende des Verbindungsleiters eines zweiten Formteils aufgesetzt
und mit diesem verbunden, z. B. verschweißt. Der Verbindungsbereich 13 der La
sche 10a ist daher - ebenso wie ein Verbindungsbereich 16 am Ende des Verbin
dungsleiters 6 - nicht mit einer isolierenden Schicht versehen, was in der Zeich
nung durch eine Schraffur gekennzeichnet ist. An den nicht schraffierten Flächen
ist Formteil 1, ebenso wie die anderen gezeigten Formteile, isolierend beschichtet.
Damit die Verbindungsstelle zwischen zwei Formteilen, die im dicht gepackten
Wickelkopfbereich liegt, nicht dicker als ein Verbindungsleiter 6 ist, ist der Ver
bindungsbereich 16 des Verbindungsleiters 6a auf etwa die Hälfte der Dicke des
Verbindungsleiters 6a abgeflacht. Dadurch kann der Laschen-Verbindungsbereich
13 auf einen Verbindungsbereich 16 aufgelegt und verschweißt werden, ohne
daß die Dicke des Verbindungsleiters 6 an der Verbindungsstelle überschritten
wird. Da der möglichst kurz gehaltene Übergangsbereich 12 und die Verbindung
selbst nur etwa ein Drittel der Höhe des Nutstabs 8a aufweisen, liegt dort eine
Querschnittsverengung vor, die zugunsten einer dicht gepackten Wickel
kopfanordnung der Verbindungsleiter in Kauf genommen wird. Der Übergangsbe
reich 12 kann vorteilhaft sein, indem er einen Abstand zwischen Nutstäben und
Wickelkopfbereich schafft. Er sollte einen möglichst großen Leiterquerschnitt
aufweisen. Der Übergangsbereich 12 kann auch als stufenloser Übergang zwi
schen Nutstab und Verbindungsbereich 13 ausgebildet sein. Bei anderen Ausfüh
rungsformen ist der Übergangsbereich 12 weggelassen, dort schließt der Verbin
dungsbereich 13 direkt an den Nutstab 8 an.
Fig. 2 zeigt einen zweiten Typ eines L-förmigen Formteils 2, welcher zu
sammen mit dem ersten Typ zur Bildung einer vollständigen Windung einer wen
delförmigen Spule verwendet wird. Das Formteil 2 ist im wesentlichen gleich auf
gebaut wie das Formteil 1, insbesondere sind die Längen und die Querschnitte B-B
und A-A der Verbindungsleiter 6a, 6b und Nutstäbe 8a, 8b der beiden Formteile
gleich. Auch bei Formteil 2 ist am freien Ende des Nutstabs 8b eine abgeflachte
Lasche 10b angeordnet. Im Gegensatz zur Lasche 10a von Formteil 1 ist die ab
geflachte Lasche 10b aber nicht auf gleicher Höhe wie der Verbindungsleiter 6b
angeordnet, sondern ist zu der gegenüberliegenden Fläche des Nutstabs 8a ver
setzt. Und zwar ist die Lasche 10b des Formteils 2 auf der Höhe der (in Fig. 2
oben liegenden) Seite des Nutstabs 8b angeordnet, während der Verbindungslei
ter 6b - wie bei Formteil 1 - auf der Höhe der Unterseite des Nutstabs 8b ange
ordnet ist. Ansonsten ist die Lasche 10b des Formteils 2 gleich ausgebildet wie
die Lasche 10a des Formteils 1: Sie weist einen Übergangsbereich 12 auf, der
sich direkt an den Nutstab 8b anschließt und etwa so flach wie der Verbindungs
leiter 6b ist, und einen noch weiter abgeflachten Verbindungsbereich 13 am äu
ßersten Ende der Lasche 11. Dieser Bereich 13 ist wiederum so flach ausgebildet,
daß seine Dicke zusammen mit der Dicke des abgeflachten Verbindungsbereichs
16 eines Verbindungsleiters 6 etwa der Dicke h eines Verbindungsleiters 6 ent
spricht. Die Stufe zwischen dem Übergangsbereich 12 und dem Verbindungsbe
reich 13 liegt auf der nach unten weisenden Seite der Lasche 10b, so daß beim
zweiten Typ die obere Seite der gesamten Lasche 10b auf der gleichen Höhe wie
die obere Seite des Nutstabs 8b liegt.
Fig. 3 zeigt einen dritten Typ eines L-förmigen Formteils 3, welches dazu
dient, die Wicklung mit den Stromschienen zu verbinden. Formteil 3 gleicht im
Prinzip Formteil 1, weist aber anstatt der Lasche 10a eine verlängerte Lasche 26
auf, welche mit einer Stromschiene verbunden, z. B. verschweißt, wird und daher
keine Isolierung aufweist. Die Lasche 26 hat vorzugsweise die gleiche Dicke h
wie ein Verbindungsleiter 6. Die Formteile 3 liegen vorteilhaft in der untersten
Wicklungslage der Nuten, so daß die verlängerten Laschen 26 ggf. direkt an die
unter den Nuten angeordneten Stromschienen angrenzen. Alternativ können die
Formteile 3 auch in der obersten Wicklungslage liegen.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform sind die Laschen zum An
schließen der Wicklung an die Stromschienen auf den Stromschienen selbst an
geordnet. Es werden dann keine speziell ausgebildeten Formteile 3 vom dritten
Typ benötigt, sondern es werden z. B. die Formteile 1 vom ersten Typ mit ihren
Laschen 10a auf die verlängerten Laschen 26 der Stromschienen aufgeschweißt.
Fig. 4 zeigt schließlich einen Typ eines U-förmigen Formteils, welcher ver
wendet wird, um zwei wendelförmige Spulen einer Wicklung in Reihe zu schalten.
Das U-förmige Formteil 4 weist zwei Nutstabschenkel 8b, 8b' auf, welche in ihrer
Länge und Querschnittform A-A mit den Nutstabschenkeln 8a, 8b der Formteile 1
und 2 übereinstimmen. Beide Nutstäbe 8b, 8b' weisen an ihrem freien Ende eine
abgeflachte Lasche 10b auf, welche auf der Höhe der in der Zeichnung oben lie
genden Seite des Nutstabs 8b bzw. 8b' angeordnet ist und somit der Lasche 10b
des L-Formteils 2 entspricht. Der die beiden Nutstäbe 8b, 8b' verbindende Ver
bindungsleiter 7 weist die gleiche Querschnittform B-B auf wie die Verbindungs
leiter 6a, 6b der Formteile 1 und 2, ist aber um einen Nutabstand länger als diese.
Ist z. B. der Verbindungsleiter 6a, 6b der Formteile vom ersten und zweiten Typ so
lang, das eine Spule mit in einem Abstand von 5 Nuten liegenden Nutstäben 8
aufgebaut werden kann, so ist der Verbindungsleiter 7 des U-Formteils zwecks
Verbindung zweier Spulen länger ausgebildet, hier z. B. so, daß die beiden
Nutstabschenkel 8b, 8b' in einem Abstand von 6 Nuten zueinander zu liegen
kommen. Eine weitere Besonderheit des Verbindungsleiters 7 ist, daß er in Bezug
zu den beiden Nutstabschenkeln 8b, 8b' nicht in ein- und derselben Ebene liegt.
Vielmehr liegt er einerseits auf der Höhe der (in der Zeichnung) oberen Seite des
einen Nutstabschenkels 8b, andererseits jedoch auf der Höhe der Unterseite des
anderen Nutstabschenkels 8b'. Liegen in der fertigen Wicklung beide
Nutstabschenkel 8b, 8b' des U-Formteils in der gleichen Wicklungslage, liegt er
daher leicht schräg zu der Verbindungslinie zwischen den beiden Nuten mit den
Nutstäben 8b, 8b'. Wie durch eine Naht 27 angedeutet, kann das U-förmige
Formteil z. B. aus zwei L-förmigen Formteilen hergestellt sein, die am Ende ihrer
Verbindungsleiterschenkel abgeflachte Bereiche aufweisen, welche aufeinander
gelegt und miteinander verschweißt werden.
Fig. 5 zeigt verschiedene Möglichkeiten, ein L-Formteil nicht nur aus einem
Stück aus dem Vollen, sondern aus mehreren Teilen herzustellen. Bei der in Fig.
5a gezeigten bevorzugten Ausführungsform wird ein L-Formteil z. B. aus zwei
stabförmigen I-Formteilen zusammengesetzt. Die für Verbindungsleiter 6 und
Nutstab 8 benötigten I-Formteile mit unterschiedlichen Längen und Querschnitts
formen können z. B. jeweils aus einem Halbzeug gewonnen werden. Ein Nutstab 8
kann beispielsweise durch Abschneiden von einem Vierkantdraht mit passender
Querschnittsform hergestellt werden. An einem (nicht gezeigten) Ende des Vier
kantdrahts wird eine Lasche 10 eingeprägt und das verdrängte Material abge
schnitten. Das anderen Ende wird auf ähnliche Weise geprägt und beschnitten,
um es mit einer Ausnehmung 22 zu versehen, in die ein Fortsatz 21 des Verbin
dungsleiters eingesetzt und mit dem Nutstab verbunden werden kann. Der Ver
bindungsleiter 6 wird bevorzugt aus einem Flachband ausgestanzt. An einer Ecke
des Verbindungsleiters 6 wird ggf. ein abgeflachter Verbindungsbereich 16 einge
prägt und das verdrängte Material abgeschnitten. Bevorzugt werden Nutstab 8
und Verbindungsleiter 6 durch Widerstandsschweißen miteinander verbunden.
Hierfür werden in den Fortsatz 21 vorzugsweise Schweißnoppen eingeprägt. Un
ter Umständen wird der Nutstab 8 an dem gezeigten Ende noch weiter abgeprägt,
so daß dieses Nutstabende die gleiche Materialstärke aufweist wie der Fortsatz
21 des Verbindungsleiters 6. Beim Schweißen erweist sich die so erzeugte
Symmetrie in der Materialstärke und Wärmeableitung vorteilhaft. Geeignete Ver
bindungstechniken, um bei der in Fig. 5a gezeigten Variante zwischen Verbin
dungsleiter 6 und Nutstab 8 eine elektrische Verbindung herzustellen, sind außer
dem Schweißen (Laserschweißen), Löten oder Kleben mit leitendem Klebstoff,
sowie form- oder kraftschlüssige Verbindungen.
Bei den in Fig. 5b und c dargestellten Varianten ist das L-Formteil aus meh
reren Schichten aufgebaut. Das in Fig. 5b gezeigte Formteil ist z. B. aus einer fla
chen, L-förmigen Schicht 18 und einer nur im Nutstabbereich aufgesetzten zwei
ten Schicht 19 zusammengesetzt. Die unter der Schicht 19 hervorstehenden Be
reiche der Schicht 18 bilden auf der einen Seite den Verbindungsleiter 6, auf der
anderen Seite die Lasche 10a. Das Formteil ist also vom Typ 1. Um ein Formteil
vom Typ 2 herzustellen, bei dem Lasche 10b und Verbindungsleiter 6 nicht auf
der gleichen Ebene angeordnet sind, wird gemäß Fig. 5c noch eine weitere
Schicht 20 aufgesetzt, die am Nutstabende über die Schicht 19 übersteht und
somit eine Lasche 10b bildet. Die Schicht 19' in Fig. 5c ist entsprechend um die
Dicke der Schicht 20 dünner als die Schicht 19 der Fig. 5b ausgebildet. Die auf
einandergesetzten Schichten werden vorzugsweise durch Löten, Schweißen
(Ultraschall-, Laser- oder Widerstandschweißen), Toxen oder Stanzpaketieren mit
einander verbunden.
Anhand der Fig. 6 bis 8 soll nun der Aufbau einer Wicklung mit überlap
penden Spulen aus L-Formteilen erläutert werden. In den Figuren wird hierzu der
Aufbau der untersten Wicklungslage mit wenigen Formteilen demonstriert. Die
Formteile sind der Einfachheit halber ohne Ständerkörper und auf einer ebenen
Fläche liegend dargestellt; in einem Ständerkörper einer Radialfeldmaschine wären
die Formteile auf der Innenmantelfläche eines Zylinders angeordnet. Fig. 6 zeigt
drei L-förmige Formteile vom Typ 3 mit verlängerten Laschen. Die Formteile 3 lie
gen in der in den Nuten zuunterst liegenden Wicklungslage und sind um je zwei
Nutabstände zueinander versetzt angeordnet, so daß in jeder zweiten Nut der
Nutstab 8a eines Formteils 3 zu liegen kommt. Die verlängerten Laschen 26 be
finden sich alle an der gleichen Stirnseite des Ständerkörpers und sind dort mit
darunter liegenden (nicht dargestellten) Stromschienen verbunden. Auf der ande
ren Stirnseite des Ständerkörpers sind die Verbindungsleiter 6 schuppenartig
übereinandergeschichtet und bilden so eine Lage 28 von Verbindungsleitern. In
der Verbindungsleiterlage 28 sind die Verbindungsleiter 6 derart geschichtet, daß
sie mit ihrem freien Ende stets oben in der Lage liegen und der Verbindungsbe
reich 16 frei zugänglich ist, während das andere Ende durch andere Verbindungs
leiter 6a verdeckt ist. Der Übergang zwischen Verbindungsleiter 6a und Nutstab
8a des gleichen L-Formteils 3 liegt in dem verdeckten Bereich.
In der Verbindungsleiterlage 28 liegen, wie aus der Zeichnung ersichtlich
ist, maximal drei Verbindungsleiter 6a übereinander. Da die Dicke h der Verbin
dungsleiter 6a in dem gezeigten Ausführungsbeispiel ca. ein Drittel der Dicke H
der Nutstäbe 8a beträgt, ist die Verbindungsleiterlage 28 also an keiner Stelle hö
her als die dazugehörige Lage von Nutstäben 8a.
Im gezeigten Beispiel verbinden die Verbindungsleiter 6a jeweils Nutstäbe
im Abstand von fünf Nuten, wie nachfolgend noch erläutert wird. In anderen,
nicht gezeigten Ausführungsbeispielen verbinden die Verbindungsleiter Nutstäbe
in größerem oder kleinerem Abstand zueinander, so daß auch in der Verbin
dungsleiterlage jeweils mehr oder weniger als drei Verbindungsleiter übereinander
liegen. Bei diesen Wicklungen wird die Dicke h der Verbindungsleiter 6 vorteilhaft
so gewählt, daß die Dicke einer Verbindungsleiterlage 28 jeweils der Dicke H ei
nes Nutstabs 8 entspricht. Bei anderen Ausführungsformen, die zum Anschluß an
die Stromschienen keinen speziellen Formteiltyp vorsehen, wird bei den ersten
Herstellungsschritten gemäß Fig. 6 der erste Formteiltyp verwendet.
Ist in jede zweite Nut entsprechend Fig. 6 ein Formteil 3 eingelegt, wird in
die übrigen Nuten je ein Formteil vom zweiten Typ derart eingesetzt, daß sein
Verbindungsleiter 6b auf der den Verbindungsleitern 6a der bereits eingesetzten
Formteile 3 gegenüberliegenden Stirnseite des Ständerkörpers angeordnet ist
(siehe Fig. 7). Der Verbindungsbereich 13 der abgeflachten Lasche 10b des Form
teils 2 kommt hierbei auf dem abgeflachten Verbindungsbereich 16 des Verbin
dungsleiters 6a eines Formteils 3 zu liegen. Das Formteil 2 wird mit dem Formteil
3 an dieser Stelle verbunden, z. B. durch Laserschweißen. Hierbei wird ein ausrei
chend energiereicher Laserstrahl auf die freiliegende Oberfläche 14 des Verbin
dungsbereichs 13 der Lasche 10b gerichtet. Das Material des Verbindungsbe
reichs 13 der Lasche 10b schmilzt dadurch auf und verbindet sich stoffschlüssig
mit dem darunterliegenden Verbindungsbereich 16 des Verbindungsleiters 6. Al
ternativ hierzu ist im Bereich 13 der Lasche 10b ein Schlitz angeordnet, durch den
der Laserstrahl direkt auf die Grenzfläche zwischen dem Laschen-Endbereich 13
und der darunterliegenden Verbindungsstelle 16 gerichtet werden kann. Bei dieser
Alternative braucht der Laserstrahl also den Laschen-Endbereich 13 nicht in seiner
gesamte Dicke aufzuschmelzen.
Da der Endbereich 13 der Lasche 10b des Formteils 2 - wie im Zusammen
hang mit Fig. 2 erläutert - auf der Höhe der Oberseite des Nutstabs 8b angeord
net ist, kommt der Nutstab 8b des Formteils 2 in der gleichen Wicklungslage wie
die Nutstäbe 8a der Formteile 3 zu liegen, wenn er auf den Verbindungsbereich
16 des Verbindungsleiters 6a aufgesetzt wird. Dadurch wird der Höhenversatz
ausgeglichen, der aufgrund der schuppenartigen Schräglage der Verbindungsleiter
6a in der Verbindungsleiterlage 28 entstanden ist.
An der gegenüberliegenden Stirnseite liegt der Verbindungsleiter 6b des
Formteils 2 ebenfalls schräg, und zwar an seinem nichtfreien Ende auf gleicher
Höhe wie die verlängerten Laschen 26 der Formteile 3, beginnend von dort zu
seinem freien Ende ist er aber über diese Laschen geschichtet.
Fig. 8 zeigt die gleiche Wicklungsanordnung wie Fig. 7, bei der noch ein
weiteres Formteil 2' entsprechend dem Formteil 2 eingesetzt wurde. Das Formteil
2' ist auf gleiche Weise wie das Formteil 2 mit seinem Laschen-Endbereich 13 am
Ende seines Nutstabschenkels 8b' mit dem Verbindungsbereich 16 eines Form
teils 3 verbunden. Auf der gegenüberliegenden Stirnseite ist es mit seinem Ver
bindungsleiter 6b' schuppenartig über den Verbindungsleiter 6b des Formteils 2
geschichtet, so daß der Verbindungsbereich 16 über dem Nutstabende des Form
teils 3 zu liegen kommt, mit dem der Laschen-Endbereich 13 des Formteils 2'
verbunden ist.
Setzt man nach dem in Fig. 8 gezeigten Schema noch weitere Formteile 2
und 3 jeweils in jede zweite Nut ein, erhält man eine vollständige Wicklungslage
von Nutstäben 8. Die Verbindungsleiter der Formteile 2 bzw. 2' bilden dann eine
zweite Verbindungsleiterlage 30 ähnlich der Lage 28 auf der anderen Stirnseite.
Die Verbindungsleiter 6a, 6b der Formteile 2, 3 liegen jeweils mit ihrem freien En
de in diesen Lagen oben, so daß ihre nicht isolierten Verbindungsstellen 16 nicht
von anderen Verbindungsleitern der gleichen Lage verdeckt sind. Die Verbin
dungsleiterlagen 28 und 30 sind jeweils schräg geschichtet, und zwar so, daß die
Verbindungsleiter 6b (in der Perspektive der Zeichnung) von links unten nach
rechts oben, die Verbindungsleiter 6a von rechts unten nach links oben verlaufen.
Das Formteil 2 bildet zusammen mit dem zugehörigen Formteil 3 nach Ver
schweißung eine vollständige Windung einer wendelförmigen Spule. Durch den
schräg geschichteten Verbindungsleiter 6b des Formteils 2 wird die Wicklung in
die nächsthöhere Wicklungslage überführt. Zum Fortsetzen der Wendel wird ein -
in Fig. 8 nicht gezeigtes - Formteil 1 auf das zur ersten Windung gehörige Form
teil 3 gelegt und somit eine neue Wicklungslage begonnen. Mit dem Verbindungs
bereich 13 der Lasche 10a kommt das Formteil 1 somit auf der Verbindungsstelle
16 des entsprechenden Formteils 2 zu liegen und wird auf die vorstehend be
schriebene Weise mit dieser verbunden. Da die Lasche 10a des Formteils 1 auf
der Höhe der Unterseite des Nutstabs 8a des Formteils 1 liegt, wird der durch die
schräge Schichtung in der Verbindungsleiterlage 30 geschaffene Höhenversatz an
dieser Verbindungsstelle nicht ausgeglichen, sondern führt im Gegenteil dazu, daß
eine Wendel entsteht. Zur Bildung einer vollständigen Wicklung werden auf sämt
liche Formteile 3 Formteile vom Typ 1 gelegt und an entsprechenden Verbin
dungsstellen 16 der Formteile 2 wiederum durch Schweißen verbunden. Um diese
zweite Wicklungslage zu vervollständigen, werden in die übriggebliebenen Nuten,
also in jede zweite Nut, weitere Formteile 2 auf die bereits eingesetzten Formteile
2 aufgesetzt und mit den Verbindungsstellen 16 der Formteile 1 durch Schweißen
verbunden. Die Verbindungsleiter der Formteile 1 bilden eine weitere Verbin
dungsleiterlage 28, die gleich aufgebaut ist wie die in Fig. 8 gezeigte Verbin
dungsleiterlage 28 der Formteile 3. Nach dem Einsetzen und Verbinden der zwei
ten Wicklungslage sind also mehrere überlappende Spulen mit jeweils zwei Win
dungen entstanden, deren Verbindungsleiter ineinander verschränkt angeordnet
sind.
Die Verschränkung der Verbindungsleiter überlappender Spulen ist schema
tisch in Fig. 12 dargestellt. Diese zeigt eine schematische Draufsicht auf die
Stirnseite eines bewickelten Ständers, wobei die Stirnfläche der Verbindungsleiter
6b vereinfacht als Linien dargestellt sind. Die Verbindungsleiter 6b sind hier in vier
schräg geschichteten Lagen 30 übereinander angeordnet. Die Verbindungsleiter
6b der verschiedenen Stränge sind durch unterschiedliche Linienarten gekenn
zeichnet, z. B. die zu Strang V gehörenden Verbindungsleiter durch durchgezogene
Linien, die zu Strang W gehörenden Verbindungsleiter 6b durch strichpunktierte
Linien und die zu Strang U gehörenden Verbindungsleiter 6b durch gestrichelte
Linien. Innerhalb einer Verbindungsleiterlage 30 wechseln sich die verschiedenen
Stränge jeweils ab. Durch Übereinanderschichtung mehrerer gleicher Lagen und
die entsprechenden Verbindungen zwischen den Formteilen dieser Lagen entste
hen wendelförmige Spulen 50, 52, 50', 52', 50", 52", deren Verbindungsleiter
ineinander verschränkt sind. Jeder Verbindungsleiter 6b einer Lage 30 gehört zu
einer anderen Spule. Die Verbindungsleiter des Strang V gehören z. B. zu den
Spulen 50, 52, die des Strang W zu den Spulen 50', 52' und die Verbindungslei
ter des Strang U zu den Spulen 50", 52". Die Spule 52" überlappt auf einer Sei
te mit den Spulen 52, 52' und auf der anderen Seite mit den Spulen 50, 50'.
Auf der anderen Stirnseite sind die Verbindungsleiter 6a auf entsprechend
Weise angeordnet, mit dem Unterschied, daß die Verbindungsleiter 6a der Lage
28 jeweils Nutstäbe der gleichen Wicklungslage verbinden, während die Verbin
dungsleiter 6b der Lage 30 jeweils Nutstäbe aus übereinanderliegenden Wick
lungslagen verbinden, so daß nach jeder Windung ein Wechsel in die nächsthöhe
re Wicklungslage erfolgt.
Die in Fig. 12 dargestellte Wickelkopfanordnung kann auch bei Wicklungen
verwendet werden, die nicht aus L-Formteilen aufgebaut sind, sondern aus belie
bigen anderen Formteilen. Auch die Wickelköpfe von Drahtspulen können im Prin
zip ineinander verschränkt angeordnet werden, anstatt sich gebündelt an den
Stirnseiten auszuweichen. Obwohl Fig. 12 eine dreiphasige Zwei-Loch-Wicklung
zeigt, kann selbstverständlich jede beliebige Wicklung einer Wechselstrom- oder
Gleichstrommaschine derart ausgeführt werden, daß die Verbindungsleiter über
lappender Spulen ineinander verschränkt sind.
Fig. 9 zeigt ebenso wie Fig. 6 bis 8 einen Teil der in den Nuten zuunterst
liegenden Wicklungslage. Die Abbildung zeigt jedoch nicht mehr die Idealisierung
einer ebenen Abwicklung, sondern einen Ausschnitt eines gekrümmten Ständer
körpers 32 einer Radialfeldmaschine in Innenläuferbauart (oder eines Läuferkör
pers in Außenläuferbauart), in dessen Nuten 34 die Formteile 2, 3 eingesetzt sind.
Damit die eigentliche Wicklung besser sichtbar ist, sind nur die beiden Stirnseiten
des Ständerkörpers 32 eingezeichnet. Der Ständerkörper 32 ist selbstverständlich
massiv und typischerweise aus Elektroblechen hergestellt, die in Axialrichtung
übereinandergeschichtet sind. Die dargestellten Stirnseiten des Ständerkörpers 32
entsprechen also jeweils etwa dem äußersten Blech des Blechpakets.
Die Formteile 2, 3 sind direkt über dem Nutboden in die Nuten 34 einge
setzt. Die Nuten 34 sind an ihrem Kopf 36 verengt, so daß die L-Formteile 2 und
3 nur in Axialrichtung in die Nuten einzuschieben sind. Von der dem Betrachter
zugewandten Stirnseite ist bereits eine Lage von Formteilen 3 eingesetzt, von der
gegenüberliegenden Stirnseite sind drei Formteile von Typ 2 eingesetzt.
In der gekrümmten Darstellung von Fig. 9 wird deutlich, daß die Verbin
dungsleiter 6 der L-Formteile leicht in Radialrichtung gebogen sind. Dies dient zum
einen dazu, die Verbindungsleiter zu einer möglichst kompakten Verbindungslei
terlage 28 übereinanderzuschichten, zum anderen um der Umfangsrichtung des
Ständerkörpers zu folgen. Die gezeigte Biegung der Verbindungsleiter kann beim
Einsetzen der Formteile erfolgen. Möglich ist auch, die Formteile bereits mit einer
entsprechenden Krümmung zu fertigen oder sie vor dem Einsetzen entsprechend
zu biegen. In Fig. 9 ist ebenfalls ersichtlich, daß bei der gezeigten Radialfeldma
schine die Nuten im Ständerkörper vom Nutboden zum Nutkopf radial zusam
menlaufen. Der Abstand zwischen zwei Nuten ist also am Nutkopf geringer als
am Nutboden. In einer Wicklung, die aus den gezeigten L-Formteilen aufgebaut
ist, kann diese Differenz leicht ausgeglichen werden, da der genaue Abstand zwi
schen zwei durch einen Verbindungsleiter 6a oder 6b verbundenen Nutstäben 8a,
8b nicht festgelegt ist. Vielmehr kann der Laschen-Verbindungsbereich 13 eines
Nutstabs 8a oder 8b an beliebiger Stelle auf den mit einer ausreichenden Tole
ranzbreite ausgestalteten Verbindungsbereich 16 des Verbindungsleiter 6a oder
6b eines zweiten Formteils aufgelegt und mit diesem verbunden werden.
Anhand der Fig. 10a-c soll nun ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens zur
Herstellung einer Wicklung genauer erläutert werden. Die Figuren zeigen jeweils
eine schematische Draufsicht auf die genutete Seite eines Ständer- oder Läufer
körpers - man denke sich hierbei den Ständer- bzw. Läuferkörper wiederum auf
geschnitten und in eine Ebene abgewickelt. Die Verengung der Nuten am Nutkopf
ist hier nicht dargestellt, so daß die in den Nuten zuoberst liegende Wicklungslage
voll sichtbar ist. Die Nuten sind jeweils von 1 bis 12 durchnumeriert, da das in
diesem Beispiel verwendete Wickelschema sich alle 12 Nuten wiederholt.
Fig. 10a zeigt den Ständer nach Beendigung des ersten Verfahrensschrit
tes, bei dem in jede zweite Nut 1, 3, 5, 7 usw. von der in der Zeichnung oben
liegenden Stirnseite des Ständerkörpers ein Formteil 3 in der Richtung des Pfeils P
eingesetzt wurde, und zwar derart, daß alle Verbindungsleiter 6 der Formteile (in
der Zeichnung) nach links zeigen. Die Formteile 3 werden in die Nuten in der Rei
henfolge von links nach rechts eingesetzt, damit sämtliche freien Enden der Ver
bindungsleiter 6 auch nach dem Einsetzen aller Formteile 3 dieser Lage noch radi
al zugänglich sind. Die Formteile 3 in den Nuten 1, 5 und 9 weisen jeweils am
freien Ende des Nutstabs eine verlängerte abgeflachte Lasche 26 auf, die zum
Verbinden der Wicklung mit einer der (nicht gezeigten) Stromschienen für die
Phasen der Stromzuführung geeignet ist. Die Formteile in den Nuten 3, 7 und 11
weisen ebenfalls eine abgeflachte Lasche 26' auf, die in diesem Beispiel kürzer
ausgebildet ist als die verlängerten Laschen 26 und auf einer Stromschiene 40 für
den Sternpunkt aufliegen.
Nach Einsetzen der Formteile dieser ersten (Teil-)Lage der Wicklung werden
in einem zweiten - nicht dargestellten - Verfahrensschritt die abgeflachten La
schen 26' und 26 durch Laserschweißen mit den darunterliegenden Stromschie
nen verbunden.
Wie in Fig. 10c dargestellt, werden daraufhin von der gegenüberliegenden
(in der Zeichnung unten liegenden) Stirnseite in die übriggebliebenen Nuten je ein
Formteil 2 in Richtung des Pfeils Q eingesetzt, und zwar derart, daß die Verbin
dungsleiter 6b der Formteile 2 in der Zeichnung nach rechts zeigen. Die abge
flachten Laschen 10b am freien Ende der Nutstäbe 8b der Formteile 2 kommen
jeweils auf dem freien Ende eines Verbindungsleiters 6 eines Formteils 3 zu lie
gen. Sind alle Formteile 2 dieser Wicklungslage eingesetzt, werden die abgeflach
ten Laschen 10b mit den darunterliegenden freien Enden der Formteile 6 laserver
schweißt. In der hier dargestellten Ausführungsform der Wicklung weisen die ab
geflachten Laschen 10b Schlitze 11 auf, durch die der Laserstrahl beim Ver
schweißen direkt auf den Verbindungsleiter 6 eines Formteils 3 trifft.
Fig. 10c zeigt den Ständerkörper am Ende des darauffolgenden Verfahrens
schritts, in dem von der in der Zeichnung oben liegenden Stirnseite des Ständer
körpers in jede zweite Nut 1, 3, 5, 7, etc. Formteile 1 in Richtung des Pfeils P
eingeschoben werden, so daß sie genau über den in Schritt 1 eingesetzten Form
teilen 3 zu liegen kommen. Die abgeflachten Laschen 10a der Formteile 1 liegen
jeweils auf dem freien Ende eines Verbindungsleiters 6 eines der in Schritt 3 ein
gesetzten Formteile 2. Nachdem alle Formteile 1 eingesetzt sind, werden die ab
geflachten Laschen 10a der Formteile 1 mit den darunterliegenden Verbindungs
leitern 6 der Formteile 2 laserverschweißt.
Die in Fig. 10b und 10c dargestellten Verfahrensschritte werden so lange
wiederholt, bis die Nuten mit Ausnahme der obersten Wicklungslage mit Nutstä
ben aufgefüllt sind. Dann wird anstatt des in Fig. 10b gezeigten Schritts, bei dem
von der unteren Stirnseite Formteile vom Typ 2 eingesetzt werden, U-förmige
Formteile vom Typ 4 eingesetzt, wie in Fig. 11 gezeigt. In der Zeichnung sind
noch nicht alle U-Formteile vollständig eingeschoben. Die schraffiert dargestellten
U-Formteile 4 weisen jeweils zwei Nutstäbe 8b und 8b' auf, die in die Nuten 2
und 8, 4 und 10, 6 und 12 eingesetzt werden. In jeder zweiten Nut liegt also ein
Nutstabschenkel eines U-Formteils. Die Verbindungsleiter 7 der U-Formteile sind
auf der unten liegenden Stirnseite des Ständerkörpers ebenso schuppenartig
übereinandergeschichtet wie die Verbindungsleiter 6 der L-Formteile. Die Verbin
dungsleiter 7 sind aber jeweils um einen Nutabstand länger ausgebildet als die
Verbindungsleiter 6 der L-Formteile. Daher kommen die abgeflachten Laschen 10b
der Nutstäbe 8b, 8b' der U-Formteile jeweils auf den freiliegenden Enden von zu
verschiedenen Spulen gehörenden Verbindungsleitern 6a von Formteilen 1 zu lie
gen und werden in einem letzten Verfahrensschritt mit diesen durch Laserschwei
ßen verbunden.
Durch die U-Formteile werden jeweils zwei wendelförmige Spulen in Reihe
geschaltet. Dies wird im Folgenden im Zusammenhang mit Fig. 12 näher erläu
tert. Wie vorstehend erwähnt, zeigt Fig. 12 eine stark schematisierte Darstellung
einer Draufsicht auf eine Stirnseite eines bewickelten Ständerkörpers, und zwar
die in den Fig. 10 und 11 unten liegende Stirnseite. Fig. 12 zeigt die Rücken der
in mehreren Lagen 30 übereinandergeschichteten Verbindungsleiter 6b. Zur bes
seren Veranschaulichung ist die aktuelle Stromrichtung in einem der Stränge
durch Pfeile gekennzeichnet. Der als durchgezogene Linie eingezeichnete Strang U
beginnt mit einem Anschluß an eine Stromschiene bei Punkt A. Von dort wird der
Strang in einer wendelförmigen Spule 50 über vier Wicklungslagen bzw. vier Ver
bindungsleiterlagen 30 zum Nutkopf geführt. Die gepunktete Linie stellt einen
Verbindungsleiter 6 auf der gegenüberliegenden Stirnseite des Läuferkörpers dar.
Mit diesem Verbindungsleiter wird ein U-Formteil verbunden, dessen Verbin
dungsleiter 7 auf der gezeigten Stirnseite verläuft. Durch das U-Formteil werden
zwei gleich aufgebaute Spulen 50 und 52 derart in Reihe geschaltet, daß der
Strom durch die beiden Spulen gegensinnig fließt, wie durch die Pfeilrichtungen
deutlich wird. In der wendelförmigen Spule 52 fließt der Strom demnach in dem
gezeigten Augenblick vom Nutkopf zum Nutboden, während er in der Spule 50
von Nutboden zum Nutkopf fließt. Bei Punkt B ist der Strang an den Sternpunkt
angeschlossen. Auch die beiden anderen, gestrichelt bzw. strichpunktiert ge
zeichneten Stränge weisen Anschlüsse an die Stromschienen sowie entsprechen
de U-Formteile mit Verbindungsleitern 7 auf, die in Fig. 12 nicht eingezeichnet
sind.
Fig. 13 zeigt das Wickelschema, nach dem die in den Fig. 1 bis 12 gezeigte
Wicklung ausgeführt ist. Es zeigt, wie die einzelnen Spulen in den Nuten des
Ständerkörpers verteilt sind, wobei bei dieser Wicklung in jeder Nut nur eine Spu
lenseite liegt (Einschichtwicklung). Das Wickelschema wiederholt sich alle 12 Nu
ten. Die Wicklung ist als Dreiphasenwicklung (Drehstromwicklung) mit zwei Nu
ten je Pol und Strang (Zwei-Loch-Wicklung) ausgeführt. Daraus ergibt sich eine
Polteilung von sechs, d. h. die magnetischen Pole liegen in einem Abstand von
sechs Nuten zueinander. In einer Durchmesserwicklung wäre demnach auch die
Spulenweite, d. h. der in Nuten ausgedrückte Abstand der beiden Spulenseiten
einer Spule, gleich sechs. Bei der in Fig. 13 gezeigten Wicklung ist die Spulenwei
te aber kleiner als die Polteilung, nämlich gleich fünf, es handelt sich also um eine
sog. gesehnte Wicklung. Durch die Sehnung wird hier erreicht, daß an den Stirn
seiten des Ständerkörpers maximal die Wickelköpfe von drei Spulen aneinander
vorbeigeführt werden. Für die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der
Wicklung bedeutet das, daß eine kompakt Wickelkopfanordnung erreicht wird,
wenn die Dicke h der Verbindungsleiter ein Drittel oder weniger der Dicke H der
Nutstäbe beträgt.
Zwecks Anschaulichkeit ist ein Strang V in Fig. 13 fett hervorgehoben. Die
anderen Stränge U, W verlaufen entsprechend. Der Strang V umfaßt zwei in Rei
he geschaltete Spulen 50, 52, die hier vereinfacht als geschlossene Ringe darge
stellt sind - tatsächlich handelt es sich bei ihnen um Wendel mit z. B. acht Win
dungen. Die Spule 50 ist elektrisch einerseits mit der Stromschiene 44 für Strang
V verbunden und andererseits über ein 6 Nuten überbrückendes Verbindungs
stück 7, das z. B. Teil eines U-Formteils sein kann, mit der Spule 52. Diese ist
elektrisch mit der mit Y gekennzeichneten Stromschiene für den Sternpunkt 40
verbunden. Die augenblickliche Stromrichtung ist durch Pfeile angegeben. Die
beiden Spulen 50, 52 liegen mit ihren einander zugewandten Spulenseiten in be
nachbarten Nuten, so daß der Strom in den beiden benachbarten Nuten in die
gleiche Richtung fließt. Zwischen den Spulenseiten einer Spule 50, 52 liegen je
weils 4 Spulenseiten von Spulen anderer Stränge.
Die Anordnung der Wickelköpfe geht aus dem Wickelschema der Fig. 13
nicht hervor. Werden die Verbindungsleiter jedoch wie vorstehend beschrieben
kompakt geschichtet, so verbleiben kaum Zwischenräume in dem dicht gepackten
"Wickelkopfpaket". Die für die Reihenschaltung zweier Spulen benötigten Verbin
dungsstücke 7 befinden sich deshalb vorteilhaft entweder am Nutkopf oder am
Nutboden, also am Rand des Wickelkopfpakets. Besteht die Wicklung im wesent
lichen aus wendelförmigen Spulen, (also Spulen, bei denen sich die Verbindungs
leiter in Radialrichtung nicht überschneiden), so werden durch ein Verbindungs
stück 7 jeweils zwei Spulen 50, 52 derart in Reihe geschaltet, daß zu einem Zeit
punkt in der einen Spule der Strom in Richtung Nutkopf und in der anderen in
Richtung Nutboden fließt. Da die beiden Spulen 50, 52 jedoch bei der oben be
schriebenen Schichtung der Verbindungsleiter vom Aufbau her identisch sind,
werden die beiden Spulen 50 und 52 durch das Verbindungsstück 7 so in Reihe
geschaltet, daß der Strom durch die beiden Wendeln gegensinnig, also mit entge
gengesetztem Drehsinn, fließt. Durch diese Hintereinanderschaltung befinden sich
automatisch auch die Anschlüsse der Stränge zu den Stromschienen für die
Stromzufuhr 42, 44, 46 sowie für den Sternpunkt 40 sämtlich auf einer radialen
Seite des Wickelkopfpakets, und zwar auf der anderen Seite wie die Verbin
dungsstücke. Vorteilhaft sind auf dieser Seite auch die Stromschienen angeord
net.
Alternativ sind jeweils 4 oder eine andere gerade Anzahl von Spulen in Rei
he geschaltet, wie in Fig. 14 gezeigt. Das Wickelschema der Fig. 14 gleicht dem
der Fig. 13, mit dem einzigen Unterschied, daß jeweils zwei Paare in Reihe ge
schalteter Spulen wiederum durch ein weiteres Verbindungsstück 48 in Reihe ge
schaltet sind. Die Verbindungsstücke 48 können gleich ausgebildet sein wie die
Verbindungsstücke 7; nach einer anderen Ausführungsform bilden sie - wie nach
stehend genauer beschrieben - Sektoren einer zusätzliche Stromschiene.
Fig. 15-20 zeigen Beispiele für kompakte Ausführungen des Stromschie
nenpakets. Die Stromschienen umlaufen den Ständer, so daß entlang der Um
fangsrichtung mehrere parallelgeschaltete Spulen oder Spulengruppen an sie an
geschlossen werden können. Da durch die der Stromzufuhr dienenden Strom
schienen in der Regel ein hoher Strom fließt, weisen die Stromschienen zur Mini
mierung der ohmschen Verluste einen relativ großen Querschitt auf und nehmen
daher viel Raum in Anspruch. Um die axiale Ausdehnung des Ständers möglichst
klein zu halten, sind die Stromschienen in den gezeigten Beispielen in dem Bereich
radial neben den Nutöffnungen an einer Stirnseite eines Ständerkörpers angeord
net. Bei der vorstehend beschriebenen kompakten Wickelkopfanordnung bleibt
diese Fläche an den Stirnseiten nämlich ohnehin frei und kann daher platzsparend
für die Stromzufuhr genützt werden. Die gezeigten Stromschienenpakete sind da
her insbesondere zum Anschließen der vorstehend beschriebenen Wicklung ge
eignet, können aber prinzipiell mit jeder beliebigen Wicklung kombiniert werden.
Eine beispielhafte Anordnung der Stromschienen für eine Drehstromwick
lung gemäß einer ersten Ausführungsform ist in Fig. 15 gezeigt. Die Stromschie
nen sind hier, wie gesagt, in Richtung der Nuttiefe unterhalb der Wickelköpfe an
geordnet und über Anschlüsse 49 mit der Drehstromquelle verbunden. Die in Fig.
15 dargestellten Stromschienen sind in der Längsrichtung der Nuten, also in
Axialrichtung, übereinandergeschichtet, so daß jede einzelne Stromschiene direkt
an die radial innen liegenden Wickelköpfe anliegt. Die Verbindungsstellen 60, 62
zum Anschließen der Stränge an die Stromschienen sind daher auf der radialen
Innenseite der Stromschienen angeordnet. Die Wicklung kann daher direkt und
ohne weitere Verbindungsstücke mit den Stromschienen 40, 42, 44, 46 verbun
den, z. B. verschweißt oder verlötet werden, z. B. wenn die Wicklung teilweise aus
speziellen Formteilen 3 mit verlängerten Laschen 26 am Nutstabende aufgebaut
ist, die bis zu den Verbindungsstellen 60, 62 reichen.
Hierbei muß jedoch gewährleistet sein, daß jede verlängerte Lasche 26 nur
eine der Stromschienen 40, 42, 44 oder 46 kontaktiert. Zu diesem Zweck sind
die Stromschienen 42, 44, 46 mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung ver
sehen, welche an den Verbindungsstellen 62 Fenster aufweist, die derart zuein
ander versetzt sind, daß jede Lasche 26 maximal ein Fenster kontaktiert. Gemäß
einer anderen, in Fig. 15, 17 und 18 gezeigten Variante weisen die Stromringe an
den Kontaktstellen 62 Erhöhungen, sog. Schweißbuckel 63 auf, welche radial
nach innen ausragen. Wird eine verlängerte Lasche 26 mit einem Schweißbuckel
63 kontaktiert und verschweißt, wird sie somit gleichzeitig auf Abstand von den
anderen Stromschienen gehalten. Der Schweißbuckel 63 wird z. B. in die Strom
schienen 42, 44, 46 eingeprägt, indem die Stromschienen 42, 44, 46 an den
Stellen, wo ein Schweißbuckel 63 entstehen sollen, in Axialrichtung gepreßt wer
den, so daß sich ein Buckel 63 aus verdrängtem Material auf der radial innen lie
genden Seite der Stromschiene bildet. Das herausgedrängte Material kann z. B. die
Form einer vorstehenden Fahne haben (siehe Fig. 18).
Die Wicklung ist aber ggf. nicht nur mit den Stromschienen für die Strom
zufuhr verbunden, sondern auch mit einer Stromschiene für die Verbindung der
drei Stränge, dem sog. Sternpunkt. Alternativ können die Stränge auch im Drei
eck geschaltet sein, so daß keine Stromschiene für den Sternpunkt benötigt wird.
Da die Ströme in den drei Phasen einer Drehstromquelle jeweils um 120° zuein
ander phasenverschoben ist, ist die im Sternpunkt fließende Summe dieser Strö
me zu jedem Zeitpunkt beinahe gleich null. Die Stromschiene für den Sternpunkt
40 weist daher, um Platz zu sparen, eine geringere Querschnittfläche auf als die
Stromschienen 42, 44, 46 für die Stromzufuhr, und zwar ist sie in Axialrichtung
dünner als die übrigen Stromschienen 42, 44, 46. Da die Sternpunkt-
Stromschiene 40 im in Fig. 15 gezeigten Beispiel zu dünn ist, daß an der inneren
Radialfläche ein Formteil der Wicklung aufgeschweißt werden könnte, weist sie
anstatt Schweißbuckeln 63 Laschen 60 auf, die sich in Axialrichtung über die ra
dialen Innenflächen der anderen Stromschienen erstrecken. Auf diese Laschen 60
kann z. B. die verlängerte Lasche 26 eines Formteils 3 aufgeschweißt werden. Zur
besseren Anschaulichkeit ist die Stromschiene für den Sternpunkt 40 mit den La
schen 60 in Fig. 16 ohne die anderen Stromschienen dargestellt.
Das in Fig. 15 gezeigte Stromschienenpaket ist zum Anschließen einer
Dreiphasenwicklung mit beliebigem Wickelschema geeignet. Das in Fig. 17 ge
zeigte Stromschienenpaket ist hingegen insbesondere zum Anschließen der Aus
führungsform einer Drehstromwicklung mit jeweils vier in Reihe geschalteten
Spulen geeignet. Es weist die gleichen Komponenten auf wie das in Fig. 15, ins
besondere drei axial geschichtete Stromschienen 42, 44, 46 zum Anschließen der
Wicklung an die elektrische Stromzufuhr, welche jeweils als Schweißbuckel 63
ausgebildete Verbindungsstellen 62 aufweisen, sowie eine Stromschiene 40 für
den Sternpunkt, welche mit Laschen 60 ausgerüstet ist, die sich über die radiale
Innenfläche zumindest einer der Stromschienen erstrecken. Zusätzlich weist es
noch eine weitere Schiene, nämlich eine Sektorstück-Stromschiene 48 auf, wel
che auf der radial innen liegenden Seite des Stromschienenpakets angeordnet ist,
wobei die Verbindungsstellen 60 und 62 der übrigen Stromschienen 40, 42, 44,
46 durch entsprechende Ausnehmungen in der Sektorstromschiene 48 zugänglich
und mit der Wicklung kontaktierbar sind. Die Sektorstück-Stromschiene 48 ist
nicht durchgehend, sondern besteht aus elektrisch voneinander isolierten Sektor
stücken. Diese bilden jeweils die im Wickelschema der Fig. 14 mit 48 gekenn
zeichneten Verbindungsstücke zwischen zwei Paaren von in Reihe geschalteten
Spulen. Hierfür werden mit den beiden Enden eines Sektors 48 die verlängerten
Laschen 26 von Formteilen 3 der zu verschiedenen Spulenpaaren gehörenden
Spulen 52 und 54 verschweißt.
Gemäß einer anderen Ausführungsform sind die Stromschienen nicht axial,
sondern radial ühereinandergeschichtet, wie in Fig. 19a gezeigt. In dieser Anord
nung ist nur eine Stromschiene 46 direkt an die Wickelköpfe angrenzend ange
ordnet, während die anderen Stromschienen 42, 44 keinen direkten Zugang zur
Wicklung haben. Daher sind alle Stromschienen mit Laschen 61 ausgerüstet, wel
che radial nach innen, ggf. über andere Stromschienen oder über die Wickelköpfe
ragen. Zum Anschließen der Wicklung werden diese Laschen 61 z. B. an ihrem
Ende nach innen umgebogen und die verlängerte Lasche 26 eines Formteils 3 auf
das umgebogene Ende aufgeschweißt. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel kann
eine in Sektoren unterteilte Stromschiene 48 radial auf der Innenseite des Strom
schienenpakets angeordnet werden, oder eine Stromschiene für den Sternpunkt
radial auf der Innenseite oder axial über den anderen Stromschienen 42, 44, 46
untergebracht werden. Die Stromschienen können z. B. durch Ausschneiden eines
Rings aus einer Platte hergestellt werden. Hierbei fällt jedoch relativ viel Ver
schnitt an. Bevorzugt werden die Stromschienen daher durch Biegen aus einem
Stab mit geeignetem Querschnitt hergestellt oder aus einzelnen Ringsektoren zu
sammengesetzt. Fig. 19b zeigt eine solche aus einzelnen Ringsektoren zusam
mengesetzte Stromschiene 40, 42, 44, 46. Die Sektoren werden bevorzugt durch
Preßpassen miteinander verbunden, indem z. B. Fortsätze 47 in entsprechende
Ausnehmungen in den Sektorenenden eingepreßt werden. Vorteilhaft werden die
Stromschienen derart zu einem Paket zusammengesetzt, daß die Verbindungs
stellen zwischen den Sektoren von übereinander liegenden Stromschienen gegen
einander versetzt sind, um die Stabilität d 00805 00070 552 001000280000000200012000285910069400040 0002010111509 00004 00686es Stromschienenpakets zu erhöhen.
Fig. 20 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Wicklung in einem Ständer einer
elektrischen Radialfeldmaschine mit einem Stromschienenpaket, welches etwa
dem in Fig. 19 gezeigten entspricht. Die raumsparende Ausnützung des Platzes
auf der Stirnseite des Ständerkörpers 32 wird hier sehr deutlich, ebenso wie die
verschränkte Anordnung der Verbindungsleiter 6 überlappender Spulen.
Die in den Ausführungsbeispielen beschriebenen Wicklungen sind mit nur
wenigen verschiedenen, einfachen Formteilen herstellbar und zeichnen sich durch
eine raumsparende Anordnung der Wickelköpfe aus.
Claims (26)
1. Wicklung für eine elektrische Maschine mit einem Ständer und/oder Läufer
mit Nuten (34), wobei die Wicklung mehrere überlappende Spulen (50, 52,
50', 52', 50", 52") mit wenigstens einer vollständigen Windung umfaßt,
die an den Stirnseiten des Ständers bzw. Läufers liegende Verbindungsleiter
aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleiter (6) von
überlappenden Spulen (50, 52, 52', 50", 52") verschränkt und somit in
Lagen (28, 30) angeordnet sind.
2. Wicklung für eine elektrische Maschine mit einem Ständer und/oder Läufer
(32) mit Nuten (34), insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß die Wicklung zumindest teilweise aus L-förmigen Formteilen (1, 2,
3) aufgebaut ist, wobei jeweils ein Schenkel eines L-förmigen Formteils ei
nen in einer Nut liegenden Nutstab (8a, 8b) und der andere Schenkel einen
an einer Stirnseite des Ständers bzw. Läufers liegenden Verbindungsleiter
(6a, 6b) bildet.
3. Wicklung für eine elektrische Maschine mit einem Ständer und/oder Läufer
mit Nuten (34), insbesondere nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Wicklung
mehrere Spulen umfaßt, die aus in den Nuten liegenden Nutstäben (8) und
aus an den Stirnseiten des Ständers bzw. Läufers liegenden Verbindungslei
tern (6) aufgebaut sind, wobei die Verbindungsleiter (6) flacher als die Nut
stäbe (8) ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung als
eine gesehnte Mehrphasenwicklung mit 2 Nuten (34) pro Pol und Strang
ausgeführt ist.
4. Wicklung für eine elektrische Maschine mit einem Ständer und/oder Läufer
mit Nuten (34), insbesondere nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Wick
lung mehrere Spulen (50, 52, 50', 52', 50", 52") umfaßt, die aus in den
Nuten liegenden Nutstäben (8) und aus an den Stirnseiten des Ständers
bzw. Läufers liegenden Verbindungsleitern (6) aufgebaut sind, dadurch ge
kennzeichnet, daß mindestens zwei Spulen (50, 52) in Reihe geschaltet
sind, wobei der Strom eine der Spulen (50) in Richtung Nutkopf und die
andere Spule (52) in Richtung Nutboden durchfließt.
5. Wicklung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei hin
tereinander geschaltete Spulen (50, 52) durch ein U-förmiges Verbindungs
stück (4) in Reihe geschaltet sind, welches von zwei Nutstabschenkeln (8b,
8b') und einem Verbindungsleiterabschnitt (7) gebildet wird.
6. Wicklung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom
durch zwei hintereinander geschaltete Spulen (50, 52) mit entgegengesetz
tem Drehsinn fließt.
7. Wicklung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß
die Anfänge (26) der Spulen sämtlich auf der - in Richtung der Nuttiefe -
gleichen Seite der Verbindungsleiter (6) angeordnet sind.
8. Wicklung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich
net, daß die Verbindungsleiter (6) flacher und breiter als die Nutstäbe (8)
ausgebildet sind.
9. Wicklung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich
net, daß bei überlappenden Spulen (50, 52, 50', 52', 50", 52") die Ver
bindungsleiter (6) um so viel flacher als die Nutstäbe (8) ausgebildet sind,
daß die zu einer Lage von Nutstäben (8) gehörende Lage (28, 39) von Ver
bindungsleitern (6) nicht höher als ein Nutstab (8) ist.
10. Wicklung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich
net, daß die Verbindungsleiter (6) an den Stirnseiten des Ständers bzw.
Läufers jeweils schräg zu der Verbindungslinie der beiden Nuten (34), deren
Nutstäbe (8) durch die jeweiligen Verbindungsleiter (6) verbunden sind,
verlaufen.
11. Wicklung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich
net, daß eine Spule (50, 52, 50', 52', 50", 52") dadurch gebildet ist, daß
die auf einer Stirnseite gelegenen Verbindungsleiter (6a) Nutstäbe (8a, 8b)
der gleichen Lage verbinden und die auf der anderen Stirnseite gelegenen
Verbindungsleiter (6b) Nutstäbe (8a, 8b) aus - in Richtung der Nuttiefe -
übereinanderliegenden Lagen.
12. Wicklung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich
net, daß die Formteile aus mehreren Schichten aufgebaut sind.
13. Wicklung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich
net, daß die L-förmigen Formteile (1, 2, 3) aus zwei stabförmigen 1-
Formteilen mit unterschiedlicher Querschnittsform und/oder Querschnitts
fläche hergestellt sind.
14. Wicklung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich
net, daß die Nutstäbe (5a, 8b) der L-förmigen Formteile an ihrem freien En
de eine abgeflachte Lasche (10a, 10b) aufweisen.
15. Wicklung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbin
dungsleiter (6a, 6b) der L-förmigen Formteile an ihrem freien Ende eine
Verbindungsstelle (16) aufweisen, auf die zum Verbinden mit einem zwei
ten Formteil die abgeflachte Lasche (10a, 10b) des zweiten Formteils auf
setzbar ist.
16. Wicklung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich
net, daß zwischen einem Nutstab (8) und dem mit diesem verbundenen
Verbindungsleiter (6) keine Kröpfung in Richtung der Nuttiefe (8) vorhanden
ist.
17. Wicklung nach einem der Ansprüche 3 bis 16, dadurch gekennzeichnet,
daß die Wicklung als dreiphasige Zweilochwicklung mit einer Spulenweite
von 5 Nuten ausgeführt ist.
18. Wicklung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich
net, daß mehrere parallelgeschaltete Spulen oder Spulengruppen an einer
umlaufenden Stromschiene angeschlossen sind.
19. Verfahren zur Herstellung einer Wicklung nach einem der Ansprüche 1 bis
18 für einen Ständer oder Läufer einer elektrischen Maschine, gekennzeich
net durch mehrmaliges Durchlaufen der folgenden Schritte: (a) Einsetzen
von Formteilen (1, 2, 3) in die Nuten des Ständers oder Läufers, bis eine
ganze oder ein Teil einer Wicklungslage eingesetzt ist, und (b) Verbinden
der in Schritt (a) eingesetzten Formteile mit Stromschienen (42, 22, 46)
oder mit in einem vorherigen Durchlauf eingesetzten Formteilen (1, 2, 3).
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß L-förmige
Formteile (1, 2, 3) von den Stirnseiten in die Nuten (34) des Ständers bzw.
Läufers (32) eingesetzt werden und zu einer Wicklung verbunden werden,
indem jeweils des freie Ende des Nutstabschenkels (8) eines ersten Form
teils (1) mit dem Verbindungsleiterschenkel (6) eines von der gegenüberlie
genden Stirnseite eingesetzten Formteils (2) verbunden, insbesondere ver
schweißt, wird.
21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß die in
Anspruch 19 genannten Schritte wiederholt werden, bis zumindest einige
Nuten bis auf eine Wicklungslage gefüllt sind, und daraufhin in diese Nuten
Formteile (4) eingesetzt werden, die zum Verschalten der Spulen (50, 52)
geeignet sind.
22. Formteilsatz zur Herstellung einer Wicklung für eine elektrische Maschine,
welcher einen Typen eines L-förmigen Formteils oder zwei Typen von L-
förmigen Formteilen umfaßt (1, 2), deren Verbindungsleiterschenkel (6a,
6b) flacher als die Nutstabschenkel (8a, 8b) ausgebildet sind.
23. Formteilsatz nach Anspruch 22 mit zwei Typen von L-förmigen Formteilen,
von denen ein Typ dazu ausgebildet ist, eine Verbindung in ein und dersel
ben Wicklungslage zu bilden, während der andere dazu ausgebildet ist, eine
Überführung von einer Wicklungslage in die nächste zu bilden.
24. Formteilsatz nach Anspruch 22 oder 23, der zusätzlich einen Typ eines
Formteils (4) zur Verbindung von zwei hintereinandergeschalteten Spulen
(50, 52) umfaßt.
25. Formteilsatz nach einem der Ansprüche 22 bis 24, der einen weiteren Typ
eines Formteils (3) zum Anschluß einer Spule an eine Stromzuführung um
faßt.
26. Wicklung für eine elektrische Maschine, wobei die Wicklung aus nur ei
nem oder zwei Formteiltypen (1, 2) nach Anspruch 22 oder 23 aufgebaut
ist und die Wicklung ggf. zusätzlich ein oder zwei weitere Formteiltypen (3,
4) nach Anspruch 24 oder 25 zum Verschalten der Wicklung aufweist.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102005036976B4 (de) * | 2004-08-05 | 2012-04-26 | Sumitomo Wiring Systems, Ltd. | Stromschiene und Verfahren zum Bilden einer geschichteten Stromschiene |
-
2001
- 2001-03-09 DE DE2001111509 patent/DE10111509A1/de not_active Withdrawn
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE102005036976B4 (de) * | 2004-08-05 | 2012-04-26 | Sumitomo Wiring Systems, Ltd. | Stromschiene und Verfahren zum Bilden einer geschichteten Stromschiene |
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