-
Die
Erfindung betrifft einen Spulenträger für einen elektrischen Antrieb
oder Generator, welcher mehrere in Axialrichtung geschichtet angeordnete
lamellenartige Elemente aus dünnem
Blechwerkstoff aufweist, von denen jedes Element mehrere Vorsprünge mit
jeweils einem Zahn zwischen zwei Ausnehmungen aufweist, und wobei
sich radial außerhalb
zu jeder Ausnehmung ein Joch befindet.
-
Aus
der WO 00/28638 ist ein Stator und ein Verfahren zur Herstellung
eines Stators bekannt. Zur Verbesserung der Werkstoffausnutzung
sind die einzelnen lamellenförmigen
Elemente über
Stege direkt miteinander verbunden. Die Stege sind an einer Elementaußenseite
einstückig
angeformt und fixieren die Elemente aneinander. Die Stege sind so
geformt dass diese eine, beim Biegen in die Kreisform auftretende,
elastische Verformung aufnehmen, so dass die Elemente frei von elastischen
Verformungen bleiben. Allerdings ist die Handhabung der Elemente
im Rahmen der Herstellung verbesserungsfähig. Denn präzise Biegevorgänge lassen
sich nur mit erhöhtem vorrichtungstechnischem
Aufwand durchführen,
vor allem wenn besonders dünner
Blechwerkstoff mit Blechdicken im Zehntelmillimeterbereich verwendet wird.
-
Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten
Spulenträger
und ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Spulenträgers der
eingangs genannten Art anzugeben, welcher ein verbessertes verfahrenstechnisches
Handling dünner
Elemente erlaubt, und die Nachteile nach dem Stand der Technik vermeidet.
-
Die
Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Spulenträger durch
die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst, indem die Elemente einstückig sowie
lösbar
mit einem Steg an einem streifenförmigen Band vorgesehen sind.
Erfindungsgemäß erfolgt eine
stoffschlüssige
Anbindung der Elemente an ein gesondertes, streifenförmiges Band.
Das Band nimmt plastische Verformungen auf, welche beim Biegen in
die Ringform auftreten. Der anbindende Steg ist durch Haltekräfte für jedes
Element beaufschlagt. Dadurch wird eine prinzipielle Aufgabentrennung
erzielt, und eine komplexe Beanspruchung von Stegen zwischen Elementen
entfällt.
Die Gefahr eines Stegbruches infolge komplexer Beanspruchung ist
daher nicht gegeben. Im Ergebnis wird eine verbesserte Prozesssicherheit
bei der Herstellung erzielt.
-
In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist der Steg und/oder das
Band als Positionierhilfe eine oder mehrere Aussparungen auf. Dadurch
wird es ermöglich
die einzelnen aufeinander geschichteten Elemente präzise und
dennoch rasch relativ zueinander auszurichten. Eine aufwändige Sortier- oder
Ausrichtstation entfällt.
Die Positionierhilfen befinden sich im wesentlichen außerhalb
eines Joches in einem späteren
Abfallabschnitt, so dass der magnetische Fluss im Spulenträger durch
diese Maßnahme
nicht gestört
wird.
-
Eine
besonders präzise
und gleichzeitig einfache Ausrichtung mit einem einfachen Positionierwerkzeug
wird erreicht, wenn jede Aussparung von dem Werkstoff des Steges
oder Bandes umgeben ist. In der einfachsten Form sind die Aussparungen
kreisförmig
ausgebildet, so dass als Positionierwerkzeug einfache Rundstempel
Verwendung finden können, die
am Ende abgerundet oder konifiziert sind, um eine Selbstzentrierung
des Elementes in Relation zu dem Stempel zu ermöglichen. Die Indexierung mit Hilfe
der Stempel gleicht einem Aufspießvorgang, wobei jedoch die
Lochung der Aussparungen bereits vorgenommen wurde.
-
Die
weitere Bearbeitung, insbesondere das Abtrennen der Elemente, wird
erleichtert, wenn Aussparungen im Bereich einer vorgesehenen (geplanten)
Trennfuge zwischen Werkstück
und Abfallabschnitt angeordnet sind.
-
Der
Biegeprozess in die Kreisform wird verbessert, wenn das Band parallel
zu den einander benachbarten Elementen vorgesehen ist, und jeweils zwischen
benachbarten Elementen mindestens eine Einschnürung aufweist, welche den Bandquerschnitt reduziert.
Auf diese Weise wird ein besonders niedriges Biegewiderstandsmoment
erzielt, was dem Biegeprozess zu gute kommt.
-
Ein
wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Elemente
jedes Bandes identisch ausgebildet sind, und dass jedes Element asymmetrisch
ausgebildet ist, indem das in eine erste Richtung weisende Joch
in seiner Länge
anders ausgebildet ist, als das in die andere Richtung weisende Joch.
Durch diesen Aufbau wird einerseits eine besonders ökonomische
Verschachtelung von Blechausschnitten – mit geringem Verschnitt – ermöglicht. Ferner
ist lediglich ein einziges Werkzeug erforderlich, was den logistischen
Aufwand reduziert. Gleichzeitig kann ein voll ausgebildeter Statorträger erzielt werden,
indem die Bänder
mit den Elementen abwechselnd derart gestapelt werden, dass verzahnte Strukturen
mit in Draufsicht symmetrischen Segmenten gebildet werden, die sodann
mit Wicklungsdraht zu versehen sind.
-
Ein
Verfahren zur Herstellung erfindungsgemäßer Spulenträger zeichnet
sich durch die zeitliche Abfolge folgender Schritte aus. Zunächst werden mehrere
Bänder
in Abhängigkeit
von der erforderlichen Zähnezahl
identisch abgelängt,
sodann werden die Bänder
derart abwechselnd gestapelt, dass symmetrische Zahnsegmente mit
verzahnten Jochen entstehen, und schließlich werden die gestapelten Bänder mittels
zumindest partieller Kunstoffummantelung vorläufig aneinander fixiert. Durch
dieses Verfahren wird die oben genannte, verschachtelte Anordnung
der Elemente mit geringem Verschnitt und ohne Stanzpaketierung ermöglicht,
was bis dato nicht möglich
war.
-
Die
erste Kunststoffummantelung wird vorrangig außerhalb einer künftigen
Biegezone vorgesehen, um den Biegevorgang nicht zu behindern, und dennoch
eine ausreichende mechanische Kompaktierung und Fixierung der Elmente
aneinander zu ermöglichen.
Es ist in diesem Zusammenhang insbesondere denkbar, dass die erste
Kunststoffummantelung ausschließlich
im Zahnbereich vorgesehen ist, und gleichzeitig zur Nutisolation
aus elektrischem Isolierwerkstoff ausgebildet ist. Mit anderen Worten wird
die Kunststoffummantelung in dem Bereich vorgesehen, welcher später in Berührung mit
Wicklungsdrähten
gelangen kann. Durch die multifunktionalen Eigenschaften der Kunststoffummantelung wird
es ermöglicht,
auf eine gesonderte Nutisolation aus Pappe, Papier oder ähnlichen
Isolierwerkstoffen zu verzichten.
-
Der
Herstellungsprozess wird daraufhin abgeschlossen, indem
- a) die Zähne
mit Wicklungen versehen werden,
- b) Stege getrennt werden,
- c) der Spulenträger
in die Ringform gebracht wird, und zumindest eine weitere Kunststoffummantelung
erfolgt, um einen definierten Zusammenhalt des Spulenträgers in
der gewünschten
Ringform und mit dem gewünschten
Durchmesser zu erzielen.
-
Die
Erfindung wird nachstehend anhand einer Ausführungsform, die in der Zeichnung
dargestellt ist, näher
erläutert.
In der Zeichnung zeigt:
-
1 ein
Streifen mehrerer zusammen hängender
Elemente für
einen Spulenträger,
-
2 ein
um 180° gewendeter
Streifen mit Elementen,
-
3 zwei
abwechselnd aufeinander geschichtete Streifen gemäß 1 und 2 für einen Spulenträger, und
-
4 Streifenplatzierung
auf einem Blechwerkstoff zur Verdeutlichung einer möglichst
effizienten Werkstoffausnutzung.
-
1 verdeutlicht
einen Streifen 1 aus mehreren, zusammen hängenden,
lamellenartigen Elementen 10, 20, 30,
die aufeinander geschichtet zur Bildung eines Spulenträgers mit
definierter Axiallänge
herangezogen werden. Zu diesem Zweck werden sie aus einem magnetischen,
streifenförmigen
Blechwerkstoff 2 herausgetrennt, vorzugsweise gestanzt oder
lasergeschnitten. Bei dem Blechwerkstoff handelt es sich vorzugsweise
um Dünnblech
mit einer Dicke im Bereich von einem oder mehreren Zehntel-Millimetern. Wie
zu ersehen ist, weist jedes Element 10, 20, 30 abwechselnd
Vorsprünge 11, 21, 31 in
Form von Zähnen 12, 22, 32 und
Ausnehmungen 13, 14, 23, 24, 33, 34 auf.
Benachbart, das heißt
radial zu einer Ausnehmung verfügt
jedes Element über
Joche 15, 16; 25, 26; 35, 36 mit – bezogen
auf das einzelne Element 10, 20, 30 – ungleicher
Länge. Diese
Struktur ermöglicht
eine, (in 4 verdeutlichte) verdichtete
Anordnung der Streifen 1 wobei die einzelnen Elemente 10, 20, 30 jeweils
abwechselnd T-förmig ineinandergreifend
verschachtelt angeordnet sind, so dass ein äußerst geringer Werkstoffverschnitt
(Abfall) bei hoher Werkstoffausnutzung des Blechwerkstoffes 2 – insbesondere
im Vergleich mit ringförmig
ausgestanzten Elementen – ermöglicht wird.
-
Wie
aus 1 weiterhin zu ersehen ist, sind die einzelnen
Elemente 10, 20, 30 jeweils einstückig, stoffschlüssig über schmale
Stege 17, 27, 37 mit einem streifenförmigen Band 3 verbunden,
das sich parallel zu den Elementen 10, 20, 30 erstreckt.
Zum Lösen
eines Elementes 10, 20, 30 von dem Band 3 ist
jeweils der zugehörige
Steg 17, 27, 37 längs einer, in 1 gestrichelt
verdeutlichten Trennfuge T zu durchtrennen. Prinzipiell ist man
bestrebt, den Verbund aus Elementen 10, 20, 30 und
Band 3 möglichst spät, zumindest
erst nach einer ersten Kunststoffummantelung – wie nachstehend noch erläutert wird – aufzutrennen.
-
Aus
der 1 geht weiterhin hervor, dass das Band 3 als
Positionierhilfe Aussparungen 4, 5, 6 aufweist,
deren Sinn ebenfalls nachfolgend erläutert wird. Ferner können Aussparungen 18, 28, 38 können prinzipiell
ergänzend
oder ausschließlich
(in Alleinstellung) in jedem Steg 17, 27, 37 vorgesehen sein.
Denn eine entsprechende Querschnittsschwächung des Steges 17, 27, 37 vereinfacht
einen Abtrennvorgang infolge verringerter Stanzkräfte. Die Aussparungen 4, 5, 6; 18, 28, 38 sind
der Einfachheit halber kreisförmig
ausgebildet, so dass sowohl zum Austrennen derselben als auch für die Positionierzwecke
Rundstempel 7, 8 eingesetzt werden können, wie
dies exemplarisch verdeutlicht ist. Unter Berücksichtigung dieser Zusammenhänge sind selbstverständlich auch
andere Formen für
die Aussparungen und für
die Werkzeugstempel denkbar. Jedenfalls sind die Aussparungen 18, 28, 38 im
Bereich des schmalen Stege 17, 27, 37 vorzugsweise im
Bereich der späteren
Trennfuge T angeordnet, um Stanzkräfte zu minimieren. Gleichzeitig
ergibt sich die Möglichkeit
für eine
anders platzierte oder ergänzende
Positionierhilfe.
-
Die 1 lässt weiterhin
erkennen, dass das Band 3 jeweils zwischen benachbarten
Elementen 10, 20, 30 eine Querschnittseinschnürung 9 aufweist, welche
den Bandquerschnitt und damit insbesondere das Biegewiderstandsmoment
des Bandes reduziert.
-
Die
asymmetrischen Elemente 10, 20, 30 eines
Streifes 1 sind identisch ausgebildet und mit identischer
Richtungsorientierung angeordnet. Besonders bemerkenswert ist jedoch,
dass die Joche 15, 16; 25, 26; 35, 36 eines
jeden Elementes 10, 20, 30, welche in
die eine wie auch in die andere (Umfangs-)Richtung weisen, ungleich
ausgebildet sind, so dass jedes lamellenförmige Element 10, 20, 30 für sich alleine
betrachtet asymmetrisch ausgebildet ist.
-
Grundsätzlich gleiches
gilt naturgemäß für einen,
um 180°,
gewendeten Streifen 1a gemäß 2. In den
Figuren sind mit 1 prinzipiell übereinstimmende
Merkmale eines gewendeten Streifens 1a mit übereinstimmenden
Bezugsziffern und zusätzlich
mit dem Index a gekennzeichnet. Weitere Streifen von prinzipiell
beliebiger Anzahl sind mit dem Index n gekennzeichnet.
-
Ein
Spulenträger
wird hergestellt, indem zunächst
eine vorbestimmte Menge an Streifen 1, 1a bis 1n entsprechend
den gewünschten
gemometrischen Daten wie insbesondere Spulenträgerdurchmesser und Axiallänge – identisch
gleich abgelängt werden.
Danach erfolgt eine abwechselnde Aufeinanderstapelung der Streifen 1, 1a bis 1n wie
in 3 verdeutlicht – um symmetrische, miteinander über die
Joche 15, 16; 25, 26; 35, 36 verzahnte
Zahnsegmente zu bilden. Bei der Aufsicht nach 3 liegt
ein Streifen 1 mit Orientierung gemäß 1 oberhalb von
einem Streifen 1a mit Orientierung gemäß 2. Unsichtbare
Körperkonturen
sind in diesem Zusammenhang gestrichelt verdeutlicht.
-
Die
derart aufeinander geschichteten Streifen 1, 1a bis 1n werden
in einem exemplarisch skizzierten Bereich B mit einer – zumindest
partiell aufgebrachten – Kunststoffummantelung
zumindest vorläufig
aneinander fixiert. Diese Kunststoffummantelung erfolgt außerhalb
einer Biegezone (zur Herstellung einer Kreisform) und vorzugsweise
in dem Bereich, welcher später
in Kontakt mit Wicklungsdraht steht. In diesem Zusammenhang spricht
man auch von einer sogenannten Nutisolierung, und der Kunststoffwerkstoff
wird zur elektrischen Isolierung aus einem Isolierwerkstoff ausgebildet.
-
Prinzipiell
ist es auch denkbar, die Erstumspritzung im Bereich von einem Rücken eines
Jochs 15, 16; 25, 26; 35, 36 auszubilden – stets
jedoch außerhalb
der Biegezone, um Biegeprozesse nicht zu behindern.
-
In
Hinblick auf den ringförmigen
Aufbau des Wicklungsträgers, die
Verzahnung der Joche von Elementen sowie in Hinblick auf die Kunststoffummantelung
wird auf unsere nicht vorveröffentlichte Patentanmeldung
DE 103 59 577 (Internes
Aktenzeichen P 10799) vom 18.12.2003 hingewiesen, deren diesbezüglicher
Offenbarungsgehalt in vollem Umfang mit einbezogen wird.
-
Es
ist nun möglich,
den Biegeprozess zu vereinfachen, wenn das Band 3 im Bereich
der Querschnittseinschnürung 9 nach
der ersten Ummantelung durchtrennt wird. Dies lässt sich insbesondere dadurch
prozessicher umsetzen, indem eine präzise Positionierung der Streifen 1, 1a bis 1n mittels
der Aussparungen 18, 28, 38; 4, 5, 6 in
den Stegen 17, 27, 37 oder im Band 3 erfolgt.
Denn diese Aussparungen 18, 28, 38; 4, 5, 6 stellen
sicher, dass die aufeinander geschichteten Elemente 10, 20, 30 verschiedener
Streifen 1, 1a bis 1n in die gewünschte Lage
gebracht werden können,
und danach auch sicher in dieser Position verharren, indem ein Rundstempel 7, 8 – gewissermaßen zur
Indexierung – in die
Ausparung 18, 28, 38; 4, 5,6 eingefahren
wird. Dieselbe Indexierung kann vorteilhaft beim Herstellen der
gewünschten
Kreisform ausgenutzt werden.
-
Nachdem
ein vorläufig
fixierter Wicklungsträger
geschaffen ist, steht der nachfolgende Wicklungsprozess an. Beispielsweise
können
die Wicklungen aus Draht direkt auf einen geraden, ungebogenen Wicklungsträger gewickelt
werden. Andererseits ist es denkbar, den gebildeten Statorrohling
mittels einem Kurvensegment derart zu biegen, dass jeweils in einem
Kulminationspunkt einer Kurve ein aktueller Wickelprozess durchgeführt wird.
Diese Vorgehensweise ist zu bevorzugen, weil eine vereinfachte Automatisierung,
ohne lange, lineare Verfahrwege der Wickelvorrichtung möglich ist,
und der Wicklungsträger
wesentliche Teile dieser Verfahrbewegungen übernimmt. Nachdem der Wicklungsträger bewickelt
und in die gewünschte
Kreisform gebracht ist, erfolgt eine abschließende Kunststoffummantelung
zur Fixierung der Kreisform.
-
In
einem abschließenden
Prozessbestandteil können
die Stege 17, 27, 37 durchtrennt und
wiederverwertet werden. Eine andere potentielle Lösung beruht
darauf, dass die genannten Stege einfach – ohne Abtrennung – in den
Werkstoff der zweiten Kunststoffummantelung eingebettet werden.
-
Die
Benutzung der Erfindung ist leicht anhand der Elemente erkennbar,
indem jedes Element lediglich einen Stanzgrat für eine Stegabtrennung aufweist,
während
bei Elementen nach dem Stand der Technik jeweils zwei Stanzgrate
infolge von jeweils zwei Stegen vorgesehen sind.
-
Der
Wicklungsträger
ist insbesondere zur Verwendung bei bürstenlosen Elektromotoren oder Generatoren
vorgesehen. Eine abweichende Verwendung – beispielsweise bei Bürstenmotoren – ist jedoch
ebenfalls möglich.
-
- 1
- Streifen
- 2
- Blechwerkstoff
- 3
- Band
- 4
- Aussparung
- 5
- Aussparung
- 6
- Aussparung
- 7
- Rundstempel
- 8
- Rundstempel
- 9
- Querschnittseinschnürung
- 10
- Element
- 11
- Vorsprung
- 12
- Zahn
- 13
- Ausnehmung
- 14
- Ausnehmung
- 15
- Joch
- 16
- Joch
- 17
- Steg
- 18
- Aussparung
- 19
-
- 20
- Element
- 21
- Vorsprung
- 22
- Zahn
- 23
- Ausnehmung
- 24
- Ausnehmung
- 25
- Joch
- 26
- Joch
- 27
- Steg
- 28
- Aussparung
- 29
-
- 30
- Element
- 31
- Vorsprung
- 32
- Zahn
- 33
- Ausnehmung
- 34
- Ausnehmung
- 35
- Joch
- 36
- Joch
- 37
- Steg
- 38
- Aussparung
- T
- Trennfuge
- B
- Bereich
- a,
n
- Kennzeichnungsindex
für Streifen