DE10138872A1 - Sequentieller Walzformprozess für einen Stator - Google Patents

Abstract

Es wird ein Prozeß geschaffen, um einen Arbeitsvorgang zum Aufweiten an einer elektrischen Drehvorrichtung (Stator) (10) durchzuführen, die mit mehreren dieser beabstandeten, axial orientierten Federn (14) um ihren Umfang ausgestaltet ist. Die Gestaltung des Stators (10) erfordert, daß diese Umfangsfedern (14) ein aufgeweitetes äußeres Ende (14a) besitzen, das eine abgerundete Hohlraumkontur zwischen benachbarten Federn (14) schafft, um die Statorwicklung (20) effektiv an Ort und Stelle zu halten. Das Verfahren dieser Erfindung reduziert eine Beschädigung an den Statorwicklungen (20) und ermöglicht eine größere Drahtfüllung während des Herstellungsprozesses.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Statorwicklun­ gen zur Verwendung in elektrischen Drehvorrichtungen und ins­ besondere auf ein verbessertes Verfahren zum Herstellen des Stators, speziell auf einen Walzprofilier- bzw. Walzformpro­ zeβ, um den Stator effizient und effektiv herzustellen.

Während der Herstellung elektrischer Drehvorrichtungen werden Stücke bzw. Längen von Drähten, "Leiter" genannt, um die Statorstruktur gewickelt. Dieser Wicklungsprozeß bewirkt gewöhnlich, daß die Wicklungen und die internen Motorleitun­ gen durch relativ enge Öffnungen und in Drahtschlitze ausge­ bildet werden, was oft eine Beschädigung der Isolierung auf den Leitern verursachen kann. Wenn eine elektrische Drehvor­ richtung in einer Hochtemperatur- und/oder korrodierenden Um­ gebung verwendet wird, kann die an der Isolierung verursachte Beschädigung einen vorzeitigen Ausfall der Vorrichtung her­ beiführen.

Diese Erfindung ist insbesondere für einen Stator mit um einen äußeren oder inneren Umfang des zentralen Statorkörpers ausgebildeten Nuten bzw. Federn für Nuten geeignet. Für diese Gestaltung müssen während des Herstellungsprozesses die Wick­ lungen zwischen den Federn durch eine schmale Lücke zwischen jeder aufeinanderfolgenden Feder eingelegt werden. Dieser Ar­ beitsvorgang kann eine Beschädigung an den Wicklungen und ei­ ne mangelhafte Drahtfüllung in den Schlitzen herbeiführen.

Es besteht ein Bedarf an einer verbesserten Statorstruk­ tur und einem Verfahren zu deren Herstellung, welche die Her­ st ellkosten reduzieren, bei der Füllung von Drahtschlitzen helfen und die Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung an der Isolierung der Leiter reduzieren und somit die Gefahr eines sich daraus ergebenden Ausfalls eliminieren oder minimieren und den Statorausstoß verbessern.

Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die vorherge­ henden Nachteile zu überwinden und die oben beschriebenen An­ forderungen zu erfüllen. Konkret umfaßt die vorliegende Er­ findung eine Statorstruktur für eine elektrische Drehvorrich­ tung mit aus mit einer Isolierung beschichteten Leitern ge­ bildeten Statorwicklungen. Während der Herstellung der Sta­ torstruktur werden speziell die Federn für Nuten des Stators gebildet, um den Herstellungsprozeß zu verbessern und eine größere Füllung zu ermöglichen, was Fehler und eine Beschädi­ gung an den Wicklungen vermindert und einen höheren Ausstoß erzeugt.

Die Vorrichtung und das Verfahren dieser Erfindung werden verwendet, um an einer zylindrischen Komponente (Stator) ei­ nes Drehstromgenerators eines Kraftfahrzeugs, die mit mehre­ ren gleichmäßig beabstandeten, axial orientierten Federn um ihren Innen- oder Außendurchmesser ausgestaltet ist, einen Arbeitsvorgang zum Erweitern bzw. Aufweiten durchzuführen. Die Gestaltung des Stators erfordert, daß diese Umfangsfedern ein aufgeweitetes Ende aufweisen, um die Wicklungen zurückzu­ halten, was eine abgerundete Hohlraumkontur zwischen benach­ barten Federn schafft. Die Nuten bzw. Federn können mittels eines anderen Prozesses, z. B. eines Drahterodierprozesses, Stanzens oder Kaltformens, vor dem Wicklungsvorgang in die zylindrische Oberfläche des Stators eingearbeitet werden.

Um den aufgeweiteten äußeren oder inneren Teil gemäß der Erfindung auszubilden, nutzt die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung eine Reihe von Formwalzen, die entlang jeder Feder der Länge nach passieren, um die Endfläche der Feder nach und nach und sequentiell aufzuweiten. Jede Walze ver­ formt das Material geringfügig, spreizt das Material in Um­ fangsrichtung, und die aufeinanderfolgenden Walzen sind ge­ staltet, um eine zusätzliche zunehmende Verformung an der selben Oberfläche vorzunehmen, so daß, nachdem mehrere Walzen über die Feder gelangt sind, die aufgeweitete Geometrie er­ reicht ist.

Diese Walzen sind vorzugsweise in einem großen Schlitten enthalten, der so gestaltet ist, daß er die Walzen im korrek­ ten Abstand in bezug aufeinander und in bezug auf die zu be­ arbeitende Komponente trägt. Jede Walze ist auf geeigneten Lagern montiert, um zu ermöglichen, daß sie dreht, während sie gegen die Rotorkomponente gefahren wird. Der Schlitten selbst bewegt sich in einer Richtung, die zur Achse des Kom­ ponententeils parallel ist, das die wiederum durch geeignete Lager auf einer festen stationären Plattform montiert ist, und wird durch eine geeignete lineare Antriebsvorrichtung wie z. B. einen hydraulischen Zylinder angetrieben.

Die zu formende Statorkomponente ist an Ort und Stelle durch einen abstützenden Klemmdorn festgeklemmt, der das Sta­ tormaterial gegen die Verformungskraft abstützt und auch dazu dient, die Nuten bzw. Federn in bezug auf die Lage der Walzen auszurichten. Dieser gleiche Klemmdorn kann in Drehrichtung weitergerückt werden, um aufeinanderfolgende Federn dem glei­ chen Formvorgang zu unterziehen, oder die Walzen können so geschaffen sein, daß sie mehr als eine Feder gleichzeitig be­ rühren. Das Ergebnis ist, daß mit einem einzigen Hub des Schlittens eine vollständig ausgebildete Aufweitung auf einer oder mehr Federn erzeugt wird. Aufeinanderfolgende Hube des Schlittens werden durchgeführt, nachdem die Komponente zu der nächsten Feder oder dem nächsten Satz Federn in Drehrichtung weitergerückt ist, bis der gesamte Umfang der Komponente in dieser Weise vollständig ausgebildet ist.

Das Verfahren dieser Erfindung schafft somit einen ver­ besserten Statorentwurf und ein Verfahren zum Herstellen ei­ nes Stators, das im Vergleich zu bekannten Systemen und Ver­ fahren eine wesentliche Verbesserung in der Zuverlässigkeit, den Herstellkosten und der Statorgeometrie liefert.

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun nur beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer vorläufigen Statorkomponente, bevor das Walzformverfahren dieser Erfin­ dung angewendet wird;

Fig. 2A eine Schnittdarstellung von zwei benachbarten Federn der vorläufigen Statorkomponente, bevor das Walzform­ verfahren dieser Erfindung angewendet wird;

Fig. 2B eine Schnittansicht von zwei benachbarten Federn der Statorkomponente, nachdem das Walzformverfahren dieser Erfindung angewendet wurde;

Fig. 3 eine Seitenansicht, die den Walzformschlitten und Stator zeigt;

Fig. 4 eine Draufsicht des in Fig. 3 gezeigten Aufbaus;

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht des in Fig. 3 ge­ zeigten Aufbaus;

Fig. 6 eine Vorderansicht des in Fig. 3 gezeigten Auf­ baus, die entlang der Achslinie des Stators gelegt ist; und

Fig. 7 und 8 auseinandergezogene bzw. vergrößerte Teilansichten der Walze, die während des Walzformprozesses auf eine Feder drückt.

Bezugnehmend auf die beigefügten Zeichnungen wird nun die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung be­ schrieben. Fig. 1 veranschaulicht ein unbehandeltes oder vorgeformtes Statorstück 10, das durch irgendeinen bekannten Kaltformprozeß, Drahterodierprozeß, Stanzprozeß etc. geschaf­ fen wird. Das vorgeformte Statorstück 10 umfaßt einen Stator­ hauptkörper oder Nabenteil 12 und einen Reihe von im wesent­ lichen rechtwinkeligen Federn 14, die auf der inneren oder äußeren Umfangsfläche des Hauptkörperteils 10 angeordnet sind. Für eine Kraftfahrzeuganwendung, die sich die Erfinder vorstellen, würde jede Feder 14 in der Axialrichtung (entlang der Achse 'A') eine Länge von mehreren Zentimetern (Inches) und in der Umfangsrichtung eine Breite von einem Bruchteil eines Zentimeters (Inch) messen.

Wie in der Technik bekannt ist, kann eine elektrische Drehvorrichtung durch um die Federn 14 des Stators 10 ange­ ordnete Drahtwicklungen 20 gebildet werden. Diese Wicklungen sind typischerweise mit einer Schutzschicht beschichtet, um eine Beschädigung der Drähte während des Herstellungsprozes­ ses zu minimieren. Außerdem wird innerhalb jedes, jede Fedet 14 trennenden Schlitzes 16 in einem weiteren Versuch, eine Beschädigung von Drähten zu minimieren, typischerweise eine Schlitzeinlage 17 angeordnet. Die Schlitzeinlage 17 ist in Fig. 2A und 2B veranschaulicht. Nachdem das vorgeformte Statorstück 10 durch herkömmliche Techniken geschaffen ist und die Schlitzeinlage 17 innerhalb jedes Schlitzes 16 ange­ ordnet ist, werden folglich (siehe Fig. 2A) um die Federn 14 in bekannter Weise Wicklungen 20 angeordnet. Über die Wick­ lungen 20 wird dann ein Deckelhalter 18 angeordnet, um die Wicklungen 20 während der Herstellung und des Gebrauchs des Stators an Ort und Stelle zu halten.

Um den Haltedeckel 18 und Statorwicklungen 20 auf dem Stator 10 geeignet an Ort und Stelle einzufassen und zurück­ zuhalten, sieht die vorliegende Erfindung eine Walzformtech­ nik vor, die das Stirnende der Federn 14 in einer im folgen­ den beschriebenen Weise verformt, um den Schlitz 16 im we­ sentlichen abzusperren bzw. abzuriegeln.

Die vorliegende Erfindung ist im wesentlichen ein Prozeß, gemäß dem mehrere Walzen aus gehärtetem Werkzeugstahl verwen­ det werden können, um bestimmte Geometrieeigenschaften auf weicheren Metallteilen zu schaffen. In diesem Prozeß bleibt das zu formende Teil stationär, während sich die Walzen line­ ar über das Teil bewegen, wobei sie so die gewünschte Geome­ trie schaffen.

Der Prozeß der Erfindung arbeitet bei Raumtemperatur gut und reduziert die Gefahr einer Beschädigung an den Wicklun­ gen.

Die Vorrichtung und das Verfahren dieser Erfindung werden verwendet, um an einem Stator (z. B. einer elektrischen Kompo­ nente eines Drehstromgenerators in Kraftfahrzeugen), der mit mehreren gleichmäßig beabstandeten, axial orientierten Federn 14 um seinen Innen- oder Außendurchmesser gestaltet ist, ei­ nen Aufweitungsvorgang durchzuführen. Die Gestaltung des Sta­ tors erfordert, daß diese Umfangsfedern 14 ein aufgeweitetes äußeres Stirnende 14a besitzen, was eine abgerundete Hohl­ raumkontur zwischen den benachbarten Federn erzeugt (siehe Fig. 2B). Die Federn bzw. Nuten werden vor dem Wicklungsvor­ gang mittels eines bekannten Prozesses, eines Drahterodier­ prozeß, eines Stanzprozesses, eines Kaltformprozesses etc. in die zylindrische Oberfläche des Stators eingearbeitet.

Nach den Fig. 3-6 schafft diese Erfindung einen Pro­ zeß, gemäß dem eine Reihe von Walzen 32 aus gehärtetem Werk­ zeugstahl verwendet werden kann, um bestimmte geometrische Merkmale auf weicheren Metallteilen zu erzeugen. In der be­ vorzugten Ausführungsform bleibt das zu formende Teil (der vorgeformte Stator 10) stationär, während die Walzen 32 über das Teil linear bewegt werden, wobei so die Geometrie ge­ schaffen wird. Um den aufgeweiteten äußeren Teil 14a zu bil­ den, ist es erwünscht, eine Reihe von Formwalzen 32 zu ver­ wenden, die in Längsrichtung entlang jeder Feder 14 vorbeige­ führt werden, um die äußere Oberfläche der Feder 14 allmäh­ lich und sequentiell aufzuweiten. Jede Walze 32 verformt das Material geringfügig, wobei das Material in der Umfangsrich­ tung gespreizt wird, und die aufeinanderfolgenden Walzen sind so gestaltet, daß eine zusätzliche zunehmende Verformung auf der selben Oberfläche geschaffen wird, so daß, nachdem mehre­ re Walzen über die Feder geführt wurden, die aufgeweitete Geometrie erreicht ist. Zu diesem Zweck ist jede aufeinander­ folgende Walze mit einer geringfügig verschiedenen Kontakto­ berfläche versehen, die sequentiell auf das Stirnende jeder Feder 14 wirkt. Fig. 7 und 8 zeigen, daß eine relativ scharfe bzw. spitze Kontaktfläche auf der ersten Walze 32a (Fig. 7) vorgesehen sein kann, während eine relativ flachere stumpfere Kontaktfläche auf einer nachfolgenden Walze 32b vorgesehen sein kann (Fig. 8). Wie in der Walzformtechnik bekannt verformen diese verschiedenen Kontaktflächen das Stirnende der Feder 14 wirksam, so daß der aufgeweitete Teil 14a gebildet wird.

In der bevorzugten Ausführungsform sind die Walzen 32 in einem großen Schlitten 30 enthalten, der so gestaltet ist, daß er die Walzen 32 im korrekten Abstand in bezug aufeinan­ der und in bezug auf die zu bearbeitende Komponente (z. B. den Stator 10) trägt. Jede Walze ist vorzugsweise auf (nicht dar­ gestellten) geeigneten Lagern montiert, um zu erlauben, daß sie dreht, während sie gegen die Statorkomponente 10 gefahren wird. Der Schlitten selbst bewegt sich in einer Richtung par­ allel zur Achse des Komponententeils 10, das wiederum auf ei­ ner festen stationären Plattform montiert ist, und wird durch eine lineare Antriebsvorrichtung wie z. B. einen (in der Zeichnung nicht gezeigten) hydraulischen Zylinder angetrie­ ben.

Die zu formende Statorkomponente 10 ist vorzugsweise durch einen abstützenden Klemmdorn 44a, 44b an Ort und Stelle festgeklemmt, der dazu dient, das Rotormaterial gegen die Verformungskraft abzustützen, und auch dazu dient, die Federn 14 in bezug auf die Lage der Walzen 32 auszurichten. Dieser selbe Klemmdorn 44a, 44b wird auch in Drehrichtung schritt­ weise weitergerückt, um aufeinanderfolgende Federn dem glei­ chen Formvorgang zu unterziehen. Das Ergebnis hiervon ist, daß mit einem einzigen Hub des Schlittens eine vollständig ausgebildete Aufweitung 14a auf einer Feder 14 auf einmal ge­ schaffen wird. Aufeinanderfolgende Hube des Schlittens werden durchgeführt, nachdem die Komponente zur in Umfangsrichtung zu der behandelten Feder 14 benachbarten nächsten Feder in Drehrichtung weitergerückt ist, bis der gesamte Umfang der Komponente in dieser Weise vollständig geformt ist. Natürlich soll die Erfindung in dieser Hinsicht nicht beschränkt sein;

der Schlitten kann mit mehreren Walzen 32 entworfen sein, die gleichzeitig auf mehr als eine Feder einwirken.

Es wird besonders betont, daß, obgleich die Fig. 3-8 die Statorkomponente 10 ohne die Wicklungen 20 veranschau­ lichen, eine solche Veranschaulichung vorgesehen ist, um das Verfahren und den Aufbau, die sich aus dieser Erfindung erge­ ben, zu verdeutlichen. In jeder Darstellung der Fig. 3-8 wurden die Wicklungen 20 der Einfachheit halber weggelassen. Fig. 2A und 2B bieten eine strukturelle Darstellung sowohl des Stators als auch der Wicklungen, wie sie in dieser Erfin­ dung vorgesehen sind.

Obgleich die vorliegende Erfindung mit Verweis auf die bevorzugte Ausführungsform und das bevorzugte Verfahren ge­ zeigt und beschrieben worden ist, versteht der Fachmann, daß verschiedene Änderungen in Form und Detail daran vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Erfindung abzu­ weichen.

Claims (8)

1. Verfahren zum Herstellen eines Stators, der für eine elektrische Drehvorrichtung geeignet ist, aufweisend die Schritte:
Bereitstellen einer vorläufigen Statorkomponente (10) mit einem Statorhauptkörper (12) und mehreren Federn (14), die von einer inneren oder äußeren Umfangsfläche des Statorhaupt­ körpers (12) radial vorstehen;
Aufbringen zumindest einer Drahtwicklung (20) in einem zwischen zwei benachbarten Federn (14) definierten Schlitz; Walzformen eines Kontaktendes (14a) von zumindest den beiden benachbarten Federn, um einen Verfortnungsprozeß an dem Kontaktende (14a) auszuführen, um dadurch einen aufgeweiteten Teil (14a) am Kontaktende herzustellen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt eines Walzformens ein Anlegen jeder der Mehrzahl Federn (14) an zu­ mindest eine Walze (32) umfaßt, die aus einem Material mit einer größeren Härte als der Härte der Feder (14) geschaffen ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die zumindest eine Walze (32) eine Reihe von Walzen (32) umfaßt und wobei auf­ einanderfolgende Walzen der Reihe Walzen (32) eine Kontakt­ fläche mit einer unterschiedlichen Form aufweisen, um an den aufeinanderfolgenden Walzen einen abgewandelten Verformungs­ prozeß auf das Stirnende (14) anzuwenden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, ferner aufweisend den Schritt eines Festhaltens der Statorkomponente (10) in einer stationären Lage, während die Reihe Walzen bewegt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, ferner aufweisend den Schritt eines Festhaltens der Statorkomponente (10) über ei­ nen Klemmdorn (44a, 44b), der die Walzen mit den Federn (14) ausrichtet und die Statorkomponente während des Verformungs­ prozesses gegen eine Verformungskraft abstützt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, ferner aufweisend den Schritt eines Weiterrückens der Statorkomponente (10) in Drehrichtung, um aufeinanderfolgende Federn (14) dem Verfor­ mungsprozeß zu unterziehen.

7. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Walzen innerhalb eines Schlittenelements (30) drehend getragen werden.

8. Verfahren nach Anspruch 1, worin der Schritt eines Walzformens ein Zurückhalten der Statorkomponente (10) in ei­ ner stationären Lage umfaßt, während zumindest eine Walze (32) entlang den beiden benachbarten Federn während des Ver­ formungsprozesses linear verschoben wird.