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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung
einer Wicklung für
elektrische Maschinen nach der Gattung des Anspruchs 1 und 7, sowie
eine elektrische Maschine mit einer nach dem Verfahren hergestellten
Wicklung.
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Aus
der WO 01/54 25 4 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung der Wicklung
von elektrischen Maschinen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1
bereits bekannt. Dabei werden die Spulen einer dreiphasigen Statorwicklung
der Maschine in drei separat hergestellten, durchgewickelten Wicklungssträngen vorgefertigt.
Die Spulen werden später
mit ihren Längsseiten
in Nuten eines zunächst
flach gestreckten Statorblechpaketes in so genannter Flachpakettecknik
eingelegt, das anschließend
mitsamt der Wicklung zu einem Ring mit innen liegenden Nutöffnungen
gebogen und fixiert wird. Um ein möglichst gutes Leistungsgewicht
zu erzielen, ist ein hoher Nutfüllfaktor
anzustreben. Zu diesem Zweck werden in bekannter Weise jeweils die
Spulenleiter einer jeden Nut in einer Prägestation in die Nutform gepresst
und dabei in ihrem Querschnitt umgeformt, bevor die Wicklung in
die Nuten des flachen Statorblechpaketes eingefügt wird. Dabei werden die Spulen
auch im Wickelkopfbereich schwach verformt.
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Da
nach dem Wickeln der Spulen die einzelnen Drahtwindungen durch die
Biegeelastizität
des Wicklungsdrahtes unterschiedlich stark auffedern, liegen die
Leiter im Bereich der Spulenlängsseiten oftmals
in der Prägestation
gekreuzt übereinander, was
dazu führt,
dass die Leiter durch den Prägevorgang
in ihren einander kreuzenden Abschnitten stark im Querschnitt verformt
oder gar gequetscht und eingeschnürt werden. Dies kann im späteren Einsatz
der elektrischen Maschine zu örtlich
erhöhten
Erhitzungen bis hin zu einem Windungsschluss führen.
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Mit
der vorliegenden Lösung
wird angestrebt, beim Prägen
der Spulenquerschnitte in die jeweilige Nutform des Statorblechpaketes
Kreuzungen der neben- und übereinander
liegenden Leiter im Bereich der Spulenlängsseiten zu vermeiden.
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Vorteile der
Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 und die dafür verwendete
erfindungsgemäße Vorrichtung mit
den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 7 hat den Vorteil, dass
mit dem parallelen Ausrichten der Spulenleiter im Bereich der Spulenlängsseiten
in den Prägekammern
der Vorprägestation
Drahtkreuzungen weitgehend vermieden beziehungsweise in die beidseitigen
Wickelköpfe
verlegt werden. Das hat zur Folge, dass die Querschnittsverformungen
der Leiter in die jeweilige Nutform an der Nachprägestation
ohne Beeinträchtigung
des Nutfüllfaktors
verringert werden. Dadurch wird ferner das Risiko von Beschädigungen
der Lackisolation des Wickeldrahtes verringert und Verquetschungen
des Wickeldrahtes werden vermieden. Als weiterer Vorteil ist anzusehen,
dass durch eine geringere Verformung der Spulenleiterquerschnitte
der Phasenwiderstand der einzelnen Spulenstränge verringert und damit folglich der
Wirkungsgrad und das Leistungsgewicht der Maschine verbessert wird.
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Durch
die in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
ergeben sich zweckmäßige Ausgestaltungen
und Weiterbildungen der im Anspruch 1 und 7 angegebenen Merkmale.
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Um
das spätere
Rundbiegen des Statorblechpaketes mit der darin eingesetzten Wicklung
zu erleichtern, ist es besonders zweckmäßig, wenn an den Wickelköpfen der
Spulen unterschiedlich weit ausladende Leiter in der Vorprägestation
im gleichen oder im nachfolgenden Arbeitsgang derart verformt werden,
dass die Wickelkopf dicke der einzelnen Spulen auf etwa halber Nuttiefe
reduziert wird. Damit lassen sich die einzelnen Wicklungsstränge leichter ineinander
fügen und
zusammen mit dem Ständer-Blechpaket zu einem
Wickelkopfring umformen. Des Weiteren ergibt sich insbesondere bei
der Ausbildung einer einschichtigen Schleifenwicklung der Vorteil
von flach ausgebildeten Wickelköpfen,
wenn die Spulen von vorzugsweise drei zueinander versetzten, jeweils
durchgewickelten Wicklungssträngen
der Wicklung nacheinander in die Prägekammern eingelegt und so
verformt werden, dass die Leiter in dem Prägekammern zueinander parallel,
vorzugsweise paarweise aufeinander liegend ausgerichtet werden,
und dabei die Wickelköpfe
der Spulen in ihren sich kreuzenden Bereichen jeweils ineinander verschachtelt
werden. In zweckmäßiger Weise
werden dazu jeweils nach dem Einlegen eines Wicklungsstranges in
die Prägekammern
die Leiter der Spulen dieses Wicklungsstranges im Bereich der Spulenlängsseiten
ausgerichtet und im Bereich der Wickelköpfe verformt und verschachtelt.
Somit ist erst nach dreimaligem Vorprägen eine dreiphasige Ständerwicklung
komplett vorgeprägt.
Ein nahezu gleiches Ergebnis lässt
sich aber in abgekürzter
und einfacherer Weise dadurch erzielen, dass nach dem Einlegen der
Spulen aller Wicklungsstränge
in die Prägekammern
die Spulenleiter gemeinsam im Bereich der Spulenlängsseiten
ausgerichtet und im Bereich der Wickelköpfe verformt und verschachtelt werden.
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Da
bei einer mehrphasigen Wicklung die verschiedenen Wicklungsstränge nacheinander
in die Prägekammern
der Vorprägestation
eingelegt werden, liegen sie damit zwangsläufig in den Prägekammern
unterschiedlich hoch, das heißt,
dass die Leiter des ersten Wicklungsstranges im unteren Bereich der
Prägekammern,
die Leiter des zweiten Wicklungsstranges im mittleren Bereich und
die des dritten Wicklungsstranges im oberen Bereich der Prägekammern
eingelegt sind, bevor der Prägestempel
in die Prägekammern
einfährt.
Um nun sämtliche
Leiter in den Prägekammern
möglichst
mit Beginn des Absenkens des Prägestempels
zueinander parallel ausrichten zu können, wird in Weiterbildung
der Erfindung vorgeschlagen, dass die Böden der Prägekammern vor dem Einlegen
der Spulen der drei in Etagen übereinander
liegenden Wicklungsstränge
zunächst in
entsprechend abgestufter Höhe
gehalten werden und erst mit dem Ausrichten der Spulenlängsseiten und
dem Verformen der Wickelköpfe
durch Prägeleisten
des Prägestempels
in den Prägekammern
auf ein gemeinsames unteres Niveau abgesenkt werden.
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Zum
parallelen Ausrichten der Leiter im Bereich der Spulenlängsseiten
der Wicklung wird die Vorrichtung der Vorprägestation zweckmäßiger Weise
derart ausgestaltet, dass in einer kammförmig ausgebildeten Prägematrize
mit nebeneinander angeordneten Prägekammern, deren Länge mindestens
der Breite des Statorblechpaketes entspricht, dass diese Prägekammern
für die
Längsseiten
der Wicklung zwischen hoch stehenden, zueinander parallel verlaufenden
Kammplatten angeordnet sind, wobei die Breite der Prägekammern
der Breite mehrerer, vorzugsweise zweier nebeneinander liegender Spulenleiter
entspricht und deren Höhe
ein mehrfaches, vorzugsweise mehr als das Dreifache der Höhe von aufeinander
liegenden Leitern einer Spule entspricht. Die Prägekammern sind unten durch
jeweils einen Boden geschlossen und oben zum Einlegen der Spulenlängsseiten
offen, wobei ein Prägestempel
von oben in die Prägekammern
einführbar
und zum parallelen Ausrichten der Leiter in die jeweilige Prägekammer
absenkbar ist. In einfacher Weise sind dabei Prägeleisten für die Prägekammern an einem gemeinsamen
Joch des Prägestempels
befestigt, der nach dem Einlegen der Spulen in die Prägekammern über die
Prägeplatte
positionierbar und zum Vorprägen
der Spulen in Prägerichtung
absenkbar ist. Außerdem
ist zur Erzielung eines kompakten Wickelkopfes in vorteilhafter
Weise auf jeder Wickelkopfseite der Prägematrize eine Anschlagleiste
derart angeordnet, dass sie jeweils die längste der unterschiedlich weit
ausladenden Windungen der Spulen axial fixiert, wobei jeweils die
kürzeste
Windung durch die Länge
der Prägekammern
zentriert und axial fixiert ist. Für eine optimale Verformung
des Wickelkopfes in der Vorprägestation
mit den ineinander verschachtelten und verschlungenen Wicklungsdrähten wird
in vorteilhafter Weise an den Stirnseiten der beidseitig über die
Prägekammern
etwas hinaus reichenden Prägeleisten
des Prägestempels
jeweils eine Niederhalterleiste angeordnet.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist ferner vorgesehen, dass die Böden der
Prägekammern
im Ausgangszustand vorzugsweise federnd bis in den oberen Bereich
der Prägekammern
hochschiebbar und mit dem Einlegen der Spulen zunächst teilweise absenkbar
und beim Vorprägen
der Spulen mittels der Prägestempel
bis auf ein gemeinsames unteres Niveau absenkbar sind. Dadurch üben die
Böden der Prägekammern
auf die Spulendrähte
im Nutbereich von Anfang an eine Haltefunktion für eine kontrollierte Lage der
Spulendrähte
zueinander und zusammen innerhalb der Prägekammer aus. Das heißt, dass
die Spulendrähte
im Nutbereich keinen Bewegungsspielraum haben, auch dann nicht,
wenn die Spulendrähte im
Wickelkopfbereich in der Vorprägestation
verformt werden.
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Zeichnung
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Die
Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Figuren näher erläutert. Es
zeigen
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1 eine
elektrische Maschine im Längsschnitt,
dessen Ständerwicklung
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellt ist,
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2 die
vorgefertigten, durchgewickelten Spulen eines Wicklungsstranges
in raumbildlicher Darstellung,
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3 einen
Querschnitt einer Spule nach III-III aus 2,
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4 zeigt
die Prägematrize
einer Vorprägestation
für die
Ständerwicklung
der Maschine nach 1 in raumbildlicher Darstellung,
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5 zeigt
die Prägematrize
mit den eingelegten Spulen dreier Wicklungsstränge in der Seitenansicht,
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6 zeigt
die Prägematrize
in der Ansicht nach VI-VI aus 5,
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7 zeigt
die Vorprägestation
mit über
der Prägematrize
angeordneten Prägestempel,
teils vor- und teils nach dem Vorprägen der Wicklung,
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8 zeigt
die Vorprägestation
im Querschnitt nach VIII-VIII
aus 7,
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9 zeigt
einen Ausbruch einer Prägekammer
der Prägematrize
mit lose eingesetzten Leitern im Querschnitt und in vergrößerter Darstellung
und
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10 zeigt
den gleichen Ausbruch nach dem Vorprägen der Wicklung mit geordnet
neben- und übereinander
liegenden Leitern einer Spulenlängsseite.
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11 zeigt
einen Ausbruch einer Nachprägestation
beim Verprägen
der Leiter der Spulenlängsseiten
in die endgültige
Nutform.
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12 zeigt
in einem zweiten Ausführungsbeispiel
die Vorprägestation
mit teils eingelegtem und teils vorgeprägtem ersten Wicklungsstrang,
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13 die
gleiche Ausführung
mit einem zweiten Wicklungsstrang und
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14 die
gleiche Ausführung
mit einem dritten Wicklungsstrang teils nach dem Einlegen, teils nach
dem Vorprägen
teilweise im Querschnitt.
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15 zeigt
in einem weiteren Ausführungsbeispiel
die Prägematrize
und eine darunter angeordnete Grundplatte mit federnd verschiebbaren
Bodenplatten für
die Prägekammer,
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16 zeigt
einen Ausbruch der Prägematrize
aus 15 in Vorderansicht mit in die Prägekammern
hochgeschobenen Bodenplatten,
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17 zeigt
den Ausbruch nach 16, nunmehr im Querschnitt mit
eingefügten
drei Wicklungssträngen
vor dem Vorprägen
und
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18 zeigt
den gleichen Ausbruch nach 17 mit
abgesenkten Prägestempel
und vorgeprägter
Wicklung.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt
in vereinfachter Form eine elektrische Maschine 10 im Längsschnitt,
die als Drehstromgenerator zum Einsatz in Kraftfahrzeuge ausgebildet
ist. Sie hat einen zwischen zwei Lagerflanschen 11a, 11b eingespannten
Ständer 12,
der aus einem Blechpaket 13 und einer darin angeordneten dreiphasigen
Ständerwicklung 14 besteht.
Die Ständerwicklung 14 ist
in axial zueinander parallel verlaufende, radial nach innen offene
Nuten des Blechpaketes 13 untergebracht. Innerhalb des
zylinderförmigen
Blechpaketes 13 ist ein Klauenpolläufer 15 angeordnet
und in den Lagerflanschen 11a, 11b drehbar gelagert.
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Bei
der Herstellung der elektrischen Maschine werden speziell zur Herstellung
des Ständers 12 in
jüngerer
Zeit neue Wege beschritten, wonach das Blechpaket 13 zunächst als
quaderförmiges
Flachpaket mit zu einer Seite hin offenen Nuten hergestellt wird.
Die Ständerwicklung 14 wird
dabei zunächst
mit einer vorbestimmten Anzahl von Spulen mehrerer Wicklungsstränge mit
vorgegebener Windungszahl auf einen Wickelautomaten hergestellt
und danach dem endgültigen
Nutquerschnitt der Nuten des Blechpaketes 13 entsprechend
im Bereich der Spulenlängsseiten
geprägt,
wobei die Leiter im Bereich der Spulenlängsseiten im Querschnitt mehr
oder weniger verformt und im Bereich der Wickelköpfe gebogen werden. Die so
vorgefertigte Ständerwicklung 14 wird
sodann in bekannter Weise durch die Nutöffnungen in die Nuten des flachen
Blechpaketes 13 eingefügt,
bevor das Ganze dann in die endgültige
Form des Ständers 12 zu
einem Zylinderring gerollt beziehungsweise rund gebogen wird.
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In 2 ist
eine der drei Wicklungsstränge der
Ständerwicklung 14 raumbildlich
dargestellt und mit 16 bezeichnet. Der Wicklungsstrang 16 besteht hier
aus sechs Spulen 17, die auf einem Wickelautomaten als
so genannte einschichtige Schleifenwicklung durchgewickelt werden.
Die Spulen 17 sind hier mit paarweise nebeneinander liegenden
Leitern 18 aus lackisoliertem Wickeldraht mit rundem Querschnitt
hergestellt, wobei die parallelen Leiter 18 jeweils von
der oberen Windung einer Spule zur unteren Windung der nachfolgenden
Spule 17 überführt werden.
In den so gebildeten Spulenübergängen 17a werden
die beiden Wickeldrähte
durch die Wickeltechnik bedingt zueinander gekreuzt. Da die einzelnen
Leiter der Spulenwindungen nach dem Durchwickeln des Wicklungsstranges 16 noch
elastisch auffedern, treten weitere Kreuzungen der Leiter 18 auch innerhalb
der einzelnen Spulen 17 des Wicklungsstranges 16 und
auch im Bereich der Spulenlängsseiten
auf. An den Längsseiten 17b der
Spulen 17 liegen die Leiter 18 mit Zwischenräumen lose
neben- und übereinander.
Sie verlaufen dabei im Wesentlichen parallel zueinander.
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3 zeigt
eine solche Anordnung der Leiter 18 einer Spule 17 im
Bereich der Spulenlängsseiten 17b im
Querschnitt nach der Schnittlinie III-III aus 2.
Die Spulen 17 haben an ihren beiden Wickelköpfen 17c unterschiedlich
weite Ausladungen, indem die ersten, unteren zwei Windungen der
paarweisen Leiter an den Wickelköpfen 17c um
etwa den doppelten Wickeldrahtdurchmesser weiter vorstehen als die
zwei nachfolgenden oberen Windungen der Leiterpaare. Damit ist es
möglich,
die Dicke der Wickelköpfe 17c später durch
Verformungen zu reduzieren.
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In 4 ist
eine Prägematrize
einer Vorprägestation
in raumbildlicher Darstellung erkennbar, mit der die Leiter 18 der
Ständerwicklung 14 im
Bereich der Spulenlängsseiten 17b zueinander
parallel ausgerichtet und im Bereich der Wickelköpfe 17c durch Biegen
umgeformt werden sollen. Die kammförmig ausgebildete Prägematrize 20 besteht
aus einer längs
gestreckten Prägeplatte 21,
auf der eine Vielzahl zueinander parallel verlaufender Kammplatten 22 senkrecht
hoch stehend befestigt sind. Zwischen den voneinander beabstandeten
Kammplatten 22 befinden sich nebeneinander entsprechend
parallel zueinander verlaufende Prägekammern 23 für die Aufnahme
der Längsseiten 17b aller
Spulen 17 der Ständerwicklung 14.
Die Länge
der Prägekammern 13 ist
etwas größer gewählt als
die Breite des Blechpaketes 13 der elektrischen Maschine 10.
Sie wird bestimmt von der Länge
der Kammplatten 22, die so bemessen ist, dass sie beim
Einlegen der Spulen 17 die oberen, kürzeren Windungen zentriert
und axial fixiert. Die Breite der Prägekammern 23 ist so
gewählt,
dass lediglich zwei Leiter der Spulen 17 nebeneinander
Platz haben. Die Höhe
der Prägekammern 23 ist
höher gewählt als
es der Höhe
von paarweise aufeinander liegenden Leitern 18 dreier Spulen
entspricht. Die Prägekammern 23 sind
unten durch Böden 23a der
Prägeplatte 21 geschlossen und
im oberen Bereich zum Einlegen der Spulenlängsseiten 17b mit
leicht erweiterten Öffnungen 23b versehen,
um darin die Leiter besser einfädeln
zu können.
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Die 5 bis 10 zeigen
in einem ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung ein Vorprägen
der Ständerwicklung 14 der
elektrischen Maschine 10 zum parallelen Ausrichten der
Spulenleiterlängsseiten 17b ohne
Querschnittsverformung der Leiter 18. 5 zeigt
die Prägematrize 20 in
der Vorderansicht mit den in die Prägekammern 23 eingesetzten
Spulen dreier Wicklungsstränge 16a, 16b und 16c.
Alle drei Wicklungsstränge
sind gemäß 2 mit
ihren durchgewickelten Spulen 17 von Wickelautomaten separat
hergestellt und nacheinander in die Prägekammern 23 eingefügt. Dabei
werden zunächst
die Spulen 17 des ersten Wicklungsstranges 16a in
die Prägekammern 23 lose
eingelegt, so dass sich deren untere Windung am Boden 23a der
Prägekammern abstützt. Die
linke Spule liegt dabei mit ihrer linken Längsseite in der ersten linken
Prägekammer 23.
Danach werden die Spulen des zweiten Wicklungsstranges 16b um
jeweils zwei Prägekammern 23 nach
rechts versetzt eingelegt, wobei sich die Spulen 17 lediglich
im Bereich ihrer Wickelköpfe
auf die des ersten Wicklungsstranges 16a abstützen. Schließlich werden
auch noch die Spulen 17 des dritten Wicklungsstranges 16c um
zwei Kammern nach rechts versetzt in die Prägekammern 23 eingesetzt,
die sich in gleicher Weise lediglich im Bereich ihrer Wickelköpfe 17c auf
den Wickelköpfen
des zweiten Wicklungsstranges 16b abstützen. Die Spulen der drei Wicklungsstränge liegen
somit in drei Etagen übereinander,
wobei die Leiter des zweiten und dritten Wicklungsstranges im Bereich
der Spulenlängsseiten
frei in der Luft hängen.
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6 zeigt
die Seitenansicht der Prägematrize 20 mit
den darin eingesetzten Spulen der drei Wicklungsstränge 16 im
Querschnitt nach der Linie VI-VI aus 5. Dort
ist auch erkennbar, dass jeweils die unteren zwei Lagen der Spulenwindungen im
Bereich der Wickelköpfe 17c weiter
ausladen als die darüber
liegenden Lagen der Spulen 17. Während die kürzer ausladenden Windungen
der Spulen 17 durch die Länge der Prägekammern 23 beziehungsweise
Kammplatten 22 in den Prägekammern 23 zentriert
und axial fixiert werden, wird auf jeder Wickelkopfseite der Prägematrize 20 eine
Anschlagleiste 24 derart angebracht, dass sie jeweils die
weiter ausladenden Windungen der Spulen 17 axial fixieren.
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7 zeigt
die Vorprägestation
als Vorrichtung 25 zum parallel Ausrichten der Leiter 18 im
Bereich der Spulenlängsseiten 17b und
zum Verschachteln der Spulenwickelköpfe 17c ineinander.
In der linken Hälfte
der 7 ist die Prägematrize 20 mit
den dort eingelegten drei Wicklungssträngen 16a, 16b und 16c gemäß 5 dargestellt,
wobei nunmehr oberhalb der Prägematrize
ein Prägestempel 26 positioniert
ist, der eine Vielzahl zueinander parallel verlaufender, nach unten
gerichteter Prägeleisten 27 trägt, die
jeweils oberhalb der Prägekammern 23 angeordnet
sind. Die Prägeleisten 27 sind
an ihren beiden Stirnseiten jeweils an einer Niederhalteleiste 28 befestigt,
welche an der Unterseite eines Joches 29 des Prägestempels 26 angeordnet
und oberhalb der Wickelköpfe 17c der
Spulen 17 positioniert sind. Der Prägestempel wird aus dieser Position
heraus in Richtung des Pfeiles 30 abgesenkt und dabei werden die
Prägeleisten 27 in
die Öffnungen 23b der
Prägekammern 23 eingeführt und
darin sodann bis in ihre untere Position gemäß der rechten Hälfte von 7 abgesenkt.
In 8 ist die Vorrichtung 25 mit dem abgesenkten
Prägestempel 26 nochmals
im Querschnitt gemäß der Linie
VIII-VIII aus 7 dargestellt. Die Prägeleisten 27 werden
dabei soweit in die Prägekammern 23 eingefahren,
dass auch die Leiter 18 der Spulenlängsseiten 17b des
zweiten und dritten Wicklungsstranges 16b und 16c bis
auf den Boden 23a der Prägekammern 23 geschoben
werden. Wesentlich ist, dass auf diese Weise die Spulenleiter 18 der
drei Wicklungsstränge 16 nach
dem Einlegen aller Spulen 17 in die Prägekammern 23 gemeinsam im
Bereich der Spulenlängsseiten 17b so
verformt werden, dass sie zueinander parallel und paarweise aufeinander
liegend ausgerichtet werden. Außerdem werden
dabei die Spulenleiter 18 im Bereich der Wickelköpfe 17c von
den beiden Niederhalteleisten 28 des Prägestempels 26 in ihren
sich kreuzenden Bereichen jeweils ineinander verschachtelt. Die
Wickelkopfdicke der einzelnen Spulen wird dabei auf etwa halbe Nuttiefe
beziehungsweise Spulenhöhe
reduziert. Wesentlich ist ferner, dass dabei die elastischen Spannungen
innerhalb der Spulen ohne eine Querschnittsverformung der Spulenleiter
weitgehend abgebaut werden und dass die Spulenleiter im Wickelkopfbereich
durch ihre unterschiedliche Ausladung ineinander verschachtelt werden,
so dass auch in den sich kreuzenden Bereichen der Wickelköpfe die Leiter
ineinander greifen und ineinander verschlungen werden. Man erhält auf diese
Weise eine sehr formstabile Ständerwicklung,
die für
den weiteren Fertigungsprozess der elektrischen Maschine sicher zu
handhaben ist.
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9 zeigt
einen vergrößert dargestellten Ausbruch
der Prägematrize 20 mit
einer Prägekammer 23 und
einer dort lose eingesetzten Spule 17, deren insgesamt
acht Leiter 18 noch ungeordnet und zum Teil mit Abstand
zueinander angeordnet sind. 10 zeigt
den gleichen Ausbruch der Prägematrize 20 mit
der in die Prägekammer 23 abgesenkten Prägeleiste 27 des
Prägestempels 26.
Dort ist erkennbar, dass nunmehr alle acht Leiter 18 der
Spule 17 in kontrollierter Lage ohne Abstand zueinander paarweise
nebeneinander und in vier Lagen übereinander
ausgerichtet und fixiert sind.
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Zur
Weiterverarbeitung der Ständerwicklung 14 wird
diese nun nach dem Hochfahren des Prägestempels 26 aus
der Prägematrize 20 entnommen und
an eine Nachprägestation 33 übergeben,
die in 11 in einem Ausbruch vergrößert dargestellt
ist. Dort werden die Spulen 17 der Ständerwicklung 14 mit
ihren gemäß 10 ausgerichteten
Leitern 18 in Prägenuten 32 der
Nachprägestation 33 eingelegt, deren
Querschnitt im wesentlichen dem endgültigen Nutquerschnitt des Ständerblechpaketes 13 der
elektrischen Maschine 10 entspricht. Die lackisolierten Leiter 18 werden
dann in bekannter Weise mit entsprechenden Leisten 34 eines
Prägewerkzeugs 35 in ihrem
Querschnitt derart verformt, dass die Spulenlängsseiten 17 zur Erzielung
eines hohen Nutfüllfaktors
den Querschnitt der Blechpaketnuten erhalten.
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Die 12 bis 14 zeigen
in einem zweiten Ausführungsbeispiel
das Verfahren zum Vorprägen
der Ständerwicklung 14 in
etwas abgeänderter Schrittfolge.
In der linken Hälfte
der 12 sind die Spulen 17 eines ersten Wicklungsstrangs 16a der Ständerwicklung 14 in
die Prägekammern 23 der Prägematrize 20 lose
eingesetzt, wobei die untere Wickellage sich am Boden 23a der
Prägekammern 23 abstützt. Der
linke Abschnitt der 12 ist dabei im Querschnitt
dargestellt. Anschließend
wird der Prägestempel 26 oberhalb
der Prägematrize 20 positioniert
und – wie
in der rechten Hälfte
der 12 dargestellt – in Richtung des Pfeils 30 abgesenkt,
so dass die Prägeleisten 27 des
Prägestempels 26 in die
Prägekammern 23 bis
in ihre untere Position einfahren. Dabei werden die Spulenleiter 18 ohne
Querschnittsverformung zueinander parallel ausgerichtet, so dass
sie gemäß 10 paarweise
nebeneinander und in vier Lagen übereinander
in den Prägekammern 23 festgeklemmt
werden. Die Wickelköpfe 17c werden
dabei von den Niederhalteleisten 28 des Prägestempels 26 bis
auf die einfache Spulenhöhe
zusammengedrückt.
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Danach
wird gemäß 13 der
zweite Wicklungsstrang 16b versetzt zum dort belassenen
ersten Wicklungsstrang 16a in die Prägematrize 20 lose
eingesetzt. Die Spulen dieses Wicklungsstranges stützen sich
dabei mit ihren Wickelköpfen 17c an
den Wickelköpfen
des unteren Wicklungsstranges 16a ab. Nun wird wiederum – wie in
der rechten Hälfte
der 13 erkennbar – der
teilweise im Querschnitt dargestellte Prägestempel 26 über der
Prägematrize 20 positioniert
und seine Prägeleisten 27 werden
in Richtung des Pfeiles 30 erneut in die Prägekammern 23 bis
zur unteren Position abgesenkt. Dabei werden nun die Spulenleiter 18 im
Bereich der sich nunmehr kreuzenden Wickelköpfe 17c aufgrund ihrer
unterschiedlichen Ausladung in einander verschachtelt und verschlungen.
Dabei werden gleichzeitig die Spulenleiter 18 im Bereich
der Spulenlängsseiten 17b des
zweiten Wicklungsstranges 16b in gleicher Weise wie beim
ersten Wicklungsstrang 16a von den Prägeleisten 27 gegen
den Boden 23a der Prägekammern 23 gedrückt und
dabei gemäß 10 zueinander
parallel ausgerichtet. Die Wickelköpfe 17c werden dabei
von den Niederhalteleisten 28 des Prägestempels 26 aufgrund
der unterschiedlichen Ausladungen ihrer Leiter auf etwa halbe Spulenhöhe reduziert.
Im rechten Abschnitt der 13 ist
erkennbar, dass dabei die Leiter 18 teilweise verformt
und ineinander verschachtelt werden. Beide Wicklungsstränge werden
nun in der Prägematrize 20 belassen und
gemäß 14,
linke Hälfte,
wird nunmehr der dritte Wicklungsstrang 16c zu den Wicklungssträngen 16a und 16b versetzt
in die Prägekammern 13 der
Prägematrize 20 lose
eingesetzt, wobei sich auch hier die Spulen 17 mit den
Wickelköpfen 17c auf
den darunter liegenden Wickelköpfen
der Wicklungsstränge 16a und 16b abstützen. Wie
in der rechten Hälfte
von 14 dargestellt, wird nunmehr erneut der Prägestempel 26 oberhalb
der Prägematrize 20 positioniert
und mit seinen Prägeleisten 27 in
die Prägekammern 23 in
Richtung des Pfeiles 30 abgesenkt. Dabei werden nun alle
Spulen der drei Wicklungsstränge 16 gemeinsam
vorgeprägt.
Dadurch werden einerseits die Leiter 18 der Spulenlängsseiten 17b des
dritten Wicklungsstrangs 16c gegen den Boden 23a der
Prägekammern 23 gedrückt und
dabei gemäß 10 zueinander
parallel ausgerichtet. Außerdem
werden die Wickelköpfe 17c von
den Niederhalteleisten 28 des Prägestempels 26 ohne
Verformung der Leiterquerschnitte in ihre endgültige Form geprägt und gemäß dem rechten
Abschnitt der 14 mit etwa halber Spulenhöhe ineinander
verschachtelt und verschlungen. Die dann komplett vorgeprägte Ständerwicklung
wird danach aus der Vorprägestation
entnommen und gemäß 11 in
einer Nachprägestation 33 weiter
behandelt.
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Die 15 bis 18 zeigen
ein weiteres Ausführungsbeispiel
mit einer aufgerüsteten
Vorprägestation.
Da bei den bisherigen zwei Ausführungsbeispielen
die Spulen des zweiten und dritten Wicklungsstranges 16b und 16c beim Einlegen
in die Prägekammern 23 sich
lediglich an den Wickelköpfen des
darunter liegenden Wicklungsstranges abstützen und somit die unteren
Leiter im Bereich der Spulenlängsseiten
in ihren Prägekammern 23 frei
hängen, besteht
die Gefahr, dass die zunächst
noch elastisch vorgespannten Leiter sich teilweise kreuzen und diese
Lage auch beim Absenken bis zum Boden 23a der Prägekammern 23 beibehalten
und dann schließlich von
den Prägeleisten 27 im
Bereich solcher Leiterkreuzungen gequetscht werden können, mit
der Gefahr von Querschnittseinschnürungen und Beschädigungen
der Lackisolation der Leiter 18. Diese Gefahr lässt sich
durch eine Unterstützung
der Spulen 17 in den Prägekammern 23 während des
gesamten Absenkvorganges des Prägestempels 26 deutlich
verringern. Gemäß 15 ist
unterhalb der im Querschnitt dargestellt Prägematrize 20 der Vorprägevorrichtung 25a eine
Grundplatte 37 angeordnet, die in ihren Abmessungen im
Wesentlichen denen der Prägeplatte 21 entspricht.
Die Prägeplatte 21 ist
hier im Bereich der Prägekammern 23 mit
Bodenöffnungen 38 versehen,
unter denen Bodenplatten 39 angeordnet sind, die an der
Grundplatte 37 befestigt und durch Federelemente 40 in
eine obere Ausgangslage gehalten werden.
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16 zeigt
einen Ausbruch der Vorprägevorrichtung 25a in
der Vorderansicht im Querschnitt nach der Linie XVI-XVI aus 15 mit
der in Pfeilrichtung 41 hochgefahrenen Grundplatte 37.
Dabei ragen die Bodenplatten 39 der Grundplatte 37 durch die
Bodenöffnungen 38 der
Prägeplatte 21 bis
in eine obere Position in die Prägekammern 23,
welche für das
Vorprägen
der Ständerwicklung 14 eine
Ausgangslage darstellt. Nun können ähnlich wie
in 5 des ersten Ausführungsbeispieles die drei Wicklungsstränge 16 der
Ständerwicklung 14 mit
ihren Spulen 17 nacheinander in die Prägekammern 23 der Prägematrize 20 eingesetzt
werden.
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17 zeigt
einen Querschnitt durch einen Teil der Vorprägevorrichtung 25a gemäß 16,
jedoch mit eingelegten Wicklungssträngen 16a, 16b und 16c.
Dabei werden beim Einfügen
der Spulenlängsseiten 17b in
die Prägekammern 23 die
Bodenplatten 39 abhängig
von der jeweiligen Position der Phasenstränge 16 auf unterschiedliche
Höhen in
den Prägekammern 23 federelastisch
zurückgedrängt. Dadurch
werden die benachbarten Spulen 17 der drei Wicklungsstränge 16 zunächst jeweils
in abgestufter Höhe
gehalten und im Bereich ihrer Längsseiten 17b abgestützt. Danach
wird gemäß 18 der Prägestempel 26 oberhalb
der Prägematrize 20 positioniert
und in Richtung des Pfeiles 30 abgesenkt. Die dabei in
die Prägekammern
einfahrenden Prägeleisten 27 richten
dabei zunächst
die Leiter der Spulenlängsseiten
des oberen Wicklungsstranges 16c parallel zueinander aus,
bevor die darunter liegenden Bodenplatten 39 federelastisch
nachgeben. Das Gleiche wiederholt sich sodann bei weiterer Absenkung
der Prägeleisten 27 an
den Spulenlängsseiten des
zweiten Wicklungsstranges 16b, bis schließlich auch
die Spulenlängsseiten
des unteren Wicklungsstranges 16a von den Prägeleisten 27 erfasst,
zueinander parallel ausgerichtet und fixiert werden.
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18 zeigt
die endgültige
Lage der Leiter 18 im Bereich der Spulenlängsseiten 17b im
Querschnitt. Man erkennt dass die Bodenplatten 39, die nunmehr
die Böden
der Prägekammern 23 bilden, erst
mit dem Ausrichten der Spulenlängsseiten
und dem Verformen der Wickelköpfe
auf ein gemeinsames unteres Niveau federelastisch abgesenkt worden
sind, was hier etwas oberhalb der Prägeplatte 23 liegt.
Dadurch ist es möglich,
die beidseitigen Wickelköpfe
der Spulen 17 durch entsprechend geformte Niederhalteleisten 28a des
Prägestempel 27 noch
etwas weiter bis zur Prägeplatte 21 nach
unten zu drücken,
um beim späteren
Zusammenbau der elektrischen Maschine mehr Platz für die am
Klauenpolläufer 15 anzubringenden
Lüfter
zu erhalten.
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Auch
hier wird die nunmehr formstabil vorgeprägte Ständerwicklung nach dem Hochfahren
des Prägestempels 26 und
dem Absenken der Grundplatte 37 mit den Bodenplatten 39 der
Prägematrize 20 entnommen
und der Nachprägestation 33 zugeführt, wo
gemäß 11 die
Spulenleiter 18 im Bereich der Spulenlängsseiten 17b in ihrem
Querschnitt derart verformt werden, dass der Spulenquerschnitt dem
späteren
Nutquerschnitt des Blechpaketes entspricht. Danach wird die fertig
geprägte
Ständerwicklung
in bekannter Technik in die Nuten eines vorgefertigten gestreckten
Blechpaketes eingelegt und dieses mitsamt der Ständerwicklung zu einem Ständerring
gebogen und fixiert.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Vorprägen der Ständerwicklung
werden gegebenenfalls Drahtkreuzungen in den Spulenlängsseiten
der Spulen 17 bis in die Wickelköpfe verschoben, so dass die
Leiter in den Nuten des Ständerblechpaketes
zueinander parallel ausgerichtet sind. Außerdem werden dabei die Leiter
in den sich kreuzenden Bereichen der Wickelköpfe ohne Querschnittsverformungen
ineinander verschachtelt und verschlungen. Drahtquetschungen mit
großem
Verformungsgrad werden auf diese Weise vermieden.
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Die
Erfindung ist jedoch nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele
beschränkt.
Ebenso ist es im Rahmen der Erfindung möglich, die Windungen der einzelnen
Spulen im Bereich der Wickelköpfe
in mehr als zwei Stufen unterschiedlich weit auszuladen, um auf
diese Weise gegebenenfalls die Dicke der Wickelköpfe noch weiter reduzieren
zu können. Des
Weiteren ist es möglich,
anstelle der Einschicht-Schleifenwicklung die einzelnen Wicklungsstränge als
Mehrschicht-Schleifenwicklung oder als Einschicht- oder Mehrschicht-Wellenwicklung
auszubilden. Bei einer größeren Leiterzahl
pro Nut können gegebenenfalls
in der Vorprägestation
die Prägekammern 23 so
breit bemessen werden, dass maximal auch drei Spulenleiter nebeneinander
Platz haben. Selbst wenn dabei Kreuzungen der Leiter im Nutbereich
nicht vollständig
auszuschließen
sind, führt
dies nicht zu gefährlichen
Querschnittsverformungen durch Quetschungen und Einschnürungen der
Leiter im Kreuzungsbereich, da durch die parallele Ausrichtung der
Leiter der Spulenlängsseiten
in der Vorprägestation
die durch das Auffedern der Spulen verursachten Leiterkreuzungen
aus den Prägekammern 23 heraus
in die Wickelköpfe
verschoben werden.