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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen
Maschine nach der Gattung des Anspruchs 1 sowie eine nach diesem
Verfahren hergestellte elektrische Maschine.
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Aus
der Druckschrift
WO
01/54254 A1 ist eine elektrische Maschine mit einem Ständer
bekannt, dessen Blechpaket als quaderformiges Flachpaket mit auf
einer Seite kammartig nebeneinander angeordneten Nuten vorgefertigt
wird. In die Nuten dieses Flachpaktes wird eine ebenfalls vorgefertigte, flache,
mehrphasige Ständerwicklung eingesetzt und das Ganze dann
zu einem kreisringförmigen Ständer-Blechpaket
gebogen und fixiert. Die Ständerwicklung kann dabei als
Schleifen- oder Wellenwicklung ausgeführt sein. Gemäß
16 der Druckschrift wird dort als so genannte
verteilte Wellenwicklung zunächst für jede Phase
als Wicklungstrang ein Leiter in eine Richtung wellenförmig
gewickelt, dann wird die Wickelrichtung gewechselt und ein zweiter wellenförmiger
Wickelstrang wird gegenläufig zum ersten Wicklungsstrang
gewickelt, wodurch jeweils Spulen mit zwei Spulenseiten und zwei
Spulenköpfen entstehen. Die Spulen des so gebildeten Phasenstranges
werden später mit dem Abstand einer Polteilung in die Nuten
des Flachpaktes eingesetzt, wobei jeweils zwei Leiter je Nut übereinander
liegen.
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Werden
mehr als zwei Leiter je Nut benötigt, muss für
jeden weiteren Leiter erneut die Wickelrichtung für einen
weiteren wellenförmigen Wickelstrang gewechselt werden.
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Diese
Art der Herstellung einer verteilten Wellenwicklung ist fertigungstechnisch
sehr aufwändig, da aufgrund der mehrfachen Umkehr der Wickelrichtung
der Leiter fortlaufend wellenförmig gebogen werden muss.
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Aus
der Druckschrift
WO
99/344 99 A1 ist ferner bekannt, die Phasen einer so genannten
verteilten Wellenwicklung als vorgefertigte Phasenstränge
in gewellter Sternform herzustellen. Je Phase wird dort zunächst
der Leiter mit großen polygonen Windungen zu einer ersten
Stranghälfte in einer Richtung gewickelt und dann wird
mit einer Umkehrschleife eine zweite Stranghälfte in entgegen
gesetzter Richtung gewickelt. Nach einem anschließenden
sternförmigen Verformen der beiden übereinander
liegenden Stranghälften werden diese dann noch um eine Polteilung
(Wickelschritt) gegeneinander versetzt. Die so gebildeten Phasenstränge
mit ihren gegenläufig wellenförmig übereinander
liegenden Stranghälften werden schließlich in
die Nuten eines ringförmigen Ständer-Blechpaktes
eingezogen.
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Hier
werden zwar alle Leiter einer Phase nicht fortlaufend sondern gleichzeitig
wellenförmig gebogen, jedoch erfordert diese Herstellungsart
zusätzliche Arbeitsgänge für die Umkehr
der Wickelrichtung sowie für das Verdrehen der beiden Stranghälften
gegen einander.
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Mit
der vorliegenden Lösung wird angestrebt, eine verteile
Wellenwicklung für mehrphasige elektrische Maschinen so
auszubilden, dass die vorgefertigten Phasenstränge ohne
eine Umkehr der Wickelrichtung hergestellt werden können.
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Offenbarung der Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass für jede
Phase ein Phasenstrang durchgehend und ohne Wicklungsumkehr in einer von
der Polzahl der Maschine vorgegebenen wellenförmigen Wicklungsstruktur
vorgefertigt werden kann. Durch die Aufteilung der Phasenstränge
in je zwei Stranghälften ergibt sich als weiterer Vorteil, dass
die gegenläufig wellenförmig gebogenen beiden
Stranghälften plan übereinander geschoben werden,
so dass die Spulenseiten ohne einen so genannten Lagensprung geordnet
aufeinander liegen. Die Phasenstränge der Wellenwicklung
sind auf diese Weise einfach und mit wenigen Arbeitsschritten herzustehlen
und die Wickelzeit wird damit kurz gehalten.
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Durch
die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen
ergeben sich zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen
der im Anspruch 1 angegebenen Merkmale.
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So
ist es besonders vorteilhaft, jeden Phasenstrang der mehrphasigen
Wellenwicklung zunächst als ringförmigen, vorzugsweise
gerundet rechteckförmigen Phasenstrang aus mehreren großen
Windungen herzustellen, wobei in einfacher Weise die beiden Längsseiten
der großen Windungen die zwei Stranghälften bilden.
Außerdem kann in vorteilhafter Weise die Leiterzahl in
den Nuten des Blechpaktes frei gewählt werden, indem zur
Erzielung einer geraden Leiterzahl der Phasenstrang in mehreren
vollen Windungen beziehungsweise zur Erzielung einer ungeraden Leiterzahl
mit einer zusätzlichen halben Windung gewickelt wird. Beim
Wickeln der großen Windungen eines Phasenstranges werden
zur Erzielung eines guten Nutenfüllfaktors die Leiter des
Phasenstranges übereinander liegend gewickelt, so dass
nach dem Verformen des Phasenstranges im Bereich der Spulenseiten
alle Leiter parallel übereinander liegen.
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Um
im Betrieb der elektrischen Maschine die Wickelköpfe der
Wellenwicklung möglichst optimal kühlen zu können,
wird in Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, dass beim Verformen
der Phasenstränge in ihre wellenförmigen Spulen
die Leiter im Bereich der Spulenköpfe mit einer vorzugsweise um
jeweils eine Leiterdicke abgestuften axialen Ausladung gebogen werden.
Dabei wird beginnend mit der ersten großen Windung des
Phasenstranges der Leiter abwechselnd am Wickelkopf auf der einer Stirnseite
der wellenförmigen Spulen mit der größten axialen
Ausladung und am Wickelkopf auf der anderen Stirnseite mit der kleinsten
axialen Ausladung gebogen. Mit jeder weiteren Windung werden nun
die Ausladungen auf der einen Stirnseite um je eine Leiterdicke
abgestuft verringert beziehungsweise auf der gegenüberliegenden
anderen Stirnseite soweit vergrößert, bis schließlich
mit der letzten großen Windung der Leiter am Wickelkopf
auf der einen Stirnseite der Spulen mit der kleinsten axialen Ausladung und
auf der anderen Stirnseite mit der größten axialen
Ausladung gebogen wird.
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Des
Weiteren wird vorgeschlagen, dass vorzugsweise vor dem Einsetzten
der Phasenstränge in die Nuten des Blechpaktes die Leiter
an den Spulenköpfen so verformt werden, dass sie mit ihrer
abgestuften Ausladung im mittleren Bereich der Spulenköpfe
axial parallel zueinander verlaufen. Durch diese Maßnahmen
wird erreicht, dass die Wickelköpfe der verteilten Wellenwicklung
einen gleichmäßigen symmetrischen Aufbau haben,
wodurch Strömungsgeräusche und Kühlwirkung
optimiert werden und beim Rundbiegen des Blechpaktes ein nahezu
konstanter Biegewiderstand auftritt, der zu einer optimalen Rundheit
am fertig gebogenen ringförmigen Ständer führt.
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Bei
Phasensträngen mit ungeraden Leiterzahlen je Nut durch
einen zusätzlichen Leiter in der oberen oder unteren Stranghälfte
werden die benachbarten Spulenköpfe an den Stirnseiten
der Spulen des Phasenstranges abwechselnd mit einem Leiter mehr
oder weniger ausgebildet. Dadurch ergeben sich zwar an den beiden
Wickelköpfen des Ständers Unsymmetrien, die sich
jedoch dadurch wieder aufheben, dass die Unsymmetrien an den beiden
Stirnseiten des Ständers zueinander um jeweils eine Polteilung
versetzt sind. Durch eine geschickte Anordnung der Phasenstränge
zueinander können die Asymmetrien in den Wickelköpfen
noch mehr ausgeglichen werden. Hierzu wird vorgeschlagen, dass die Phasenstränge
benachbarter Phasen soweit zueinander in Umfangsrichtung des Blechpaktes
versetzt werden, dass fortschreitend die Spulenköpfe mit
der kleinen Leiterzahl der jeweils vorherigen Phase von den Spulenköpfen
mit der größeren Leiterzahl der jeweils nachfolgenden
Phase überdeckt werden.
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Bei
der verteilten Wellenwicklung beginnt und endet jeder Phasenstrang
bei vollständigen Windungsumläufen an derselben
Spule und am selben Spulenkopf. Bei Phasensträngen mit
einem zusätzlichen halben Windungsumlauf beginnt und endet
die Wicklung an zwei gegenüberliegenden Enden des Phasenstrangs
am gleichen Wickelkopf, so dass sie erst nach dem Rundbiegen des
Ständer-Blechpaktes im gleichen Umfangsbereich des Wickelkopfes
liegen. Der Leiter für die jeweiligen Phasenstränge kann
dabei sowohl als Einfachdraht oder als Mehrfachdraht ausgeführt
sein, wobei im letzteren Fall mindestens zwei lackisolierte Drähte
zueinander parallel verlaufen. Die übereinander liegenden
wellenförmigen Stranghälften eines Phasenstranges
bilden die Spulen der Wellenwicklung, wobei die Anzahl der Wellen
durch die Polpaarzahl der Maschine festgelegt ist. Prinzipiell ist
dabei die Anzahl der Phasen frei wählbar. Zur Stromversorgung
von Bordnetzen in Kraftfahrzeugen werden jedoch bevorzugt elektrische
Maschinen als Drehstromgeneratoren eingesetzt. Für solche
Maschinen werden zweckmäßigerweise drei, nach
den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hergestellte Phasenstränge
verwendet. Das Prinzip ist auch für Systeme mit 5 oder mehr
Phasen anwendbar, der Wickelschritt ändert sich entsprechend.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird im Folgenden beispielsweise anhand der Figuren näher
erläutert. Es zeigen:
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1 eine
elektrische Maschine im Längsschnitt, dessen Ständer
eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte
Wellenwicklung aufweist,
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2 zeigt
einen zunächst aus drei vollständigen großen
Windungen geformten gerundet rechteckförmigen Phasenstrang,
wobei die Längsseiten zwei Stranghälften bilden;
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3 zeigt
die jeweils gegenläufig wellenförmig verformten
beiden Stranghälften,
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4 zeigt
in perspektivischer Ansicht einen Endbereich des Phasenstranges
nach 2 mit mehreren Verformfingern vor dem Verformen
des Phasenstranges,
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5 zeigt
eine Stirnseite des Phasenstranges nach 4 mit den
vorgeschobenen Verformfingern,
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6 zeigt
einen vollständig vorgeformten Phasenstrang mit seinen
flach übereinander liegenden Spulen,
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7 zeigt
einen Abschnitt des Phasenstrangs nach 6 mit den
Spulenköpfen und ihren abgestuft axial ausladenden Leitern
in vergrößerter raumbildlicher Darstellung,
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8 zeigt
einen vergrößerten Ausschnitt des Phasenstranges
nach 6 mit benachbarten Spulenköpfen in raumbildlicher
Darstellung,
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9 zeigt
ein vorgefertigtes quaderförmiges Ständer-Blechpaket
und eine darüber angeordnete dreiphasige verteilte Wellenwicklung
und
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10 zeigt
das ringförmig gebogene Ständer-Blechpaket mit
eingesetzter Wellenwicklung aus 9.
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11 zeigt
als weiteres Ausführungsbeispiel einen zunächst
aus großen gerundet rechteckförmigen Windungen
geformten Phasenstrang aus zweieinhalb großen Windungen,
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12 zeigt
die gegenläufig in Wellenform gebogenen beiden Stranghälften
des Phasenstrangs nach 11 und
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13 zeigt
den fertig vorgeformten Phasenstrang mit seinen flach aufeinander
liegenden Spulen.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt
in vereinfachter Form eine elektrische Maschine 10 im Längsschnitt,
die als Wechselstrom-Synchrongenerator mit einem Klauenpolläufer
mit geregelter elektrischer Erregung des Polrades zum Einsatz in
Kraftfahrzeugen ausgebildet ist. Die elektrische Maschine 10 hat
ein mehrteiliges Metallgehäuse 11, bestehend aus
je einem Lagerflansch 11a, 11b an beiden Stirnseiten.
Die Lagerflansche sind topfförmig ausgebildet mit stirn-
und umfangsseitigen Aussparungen 11c für die Kühlluftführung. Zwischen
den beiden Lagerflanschen 11a und 11b ist ein
Ständer 12 befestigt, der aus einem Bleckpaket 13 besteht,
das in bekannter Weise aus einer Vielzahl von Blechlamellen hergestellt
ist. In dem Bleckpaket 13 ist eine dreiphasige Wellenwicklung 14 als
Ständerwicklung eingesetzt, welche in axial zueinander parallel
verlaufende, radial nach innen offene Nuten des Bleckpaketes 13 untergebracht
ist. Innerhalb des zylindrischen Bleckpaketes 13 ist ein
Klauenpolläufer 15 angeordnet und mit seiner Läuferwelle 16 in
den Lagerflanschen 11a, 11b drehbar gelagert.
Der Klauenpolläufer 15 besteht aus zwei auf der
Läuferwelle 16 befestigten Polradhälften 15a, 15b,
zwischen denen ein Polkern 17 eingespannt ist, der eine
ringförmige Erregerwicklung 18 trägt.
Jede der beiden topfförmigen Polradhälften 15a und 15b ist
aus massivem Eisen hergestellt und weist entlang des Umfangs eine
Vielzahl von sich in Achsrichtung erstreckenden Klauen 15c auf,
die in Umfangsrichtung mit gleichmäßiger Winkelteilung
voneinander beabstandet ineinander greifen. Die Klauen 15c überdecken dabei
wechselseitig die Erregerwicklung 18 und bilden am Läuferumfang
abwechselnde Süd- und Nordpole aus. An den außen
liegenden Stirnseiten der beiden Polradhälften 15a, 15b ist
jeweils ein Lüfter 19 befestigt, der im Betrieb
der Maschine Kühlluft über die Aussparungen 11c der
Lagerflansche 11a und 11b ansaugt. Die durch die
beiden Lüfter angesaugten Kühlluftströme
treten radial durch weitere Aussparungen am Umfang der beiden Lagerflansche 11a und 11b wieder
aus, so dass die an den beiden Stirnseiten des Bleckpaketes 13 von
der Wellenwicklung 14 ausgebildeten ringförmigen
Wickelköpfe 14a und 14b unmittelbar im
radialen Kühlluftstrom liegen. Am hinteren freien Wellenende 16a ist
zur Stromversorgung der Erregerwicklung ein Schleifringpaar 20 angeordnet,
das mit zwei in einem Bürstenhalter 21 gelagerten
Kohlebürsten zusammenwirkt. Der von der Wellenwicklung 14 abgegebene
Drehstrom wird über eine Gleichrichteranordnung 22 dem
Bordnetz des Kraftfahrzeugs zugeführt, wobei die Gleichrichteranordnung
außen am hinteren Lagerflansch 11b angeordnet
ist. Dort ist ferner ein Regler 23 angeordnet, der die
Stromversorgung der Erregerwicklung 18 derart beeinflusst,
dass die von der Gleichrichteranordnung 22 dem Bordnetz
des Kraftfahrzeugs zugeführte Spannung unabhängig
von der Drehzahl und Last der Maschine konstant gehalten wird. Die
Gleichrichteranordnung 22 sowie der Regler 23 sind
von einer Schutzkappe 24 abgedeckt.
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Zur
Herstellung des Ständers 12 der elektrischen Maschine 10 wird
in bekannter Weise zunächst ein quaderförmiges
Flachpaket mit nebeneinander liegenden Nuten vorgefertigt. Dann
werden die ebenfalls vorgefertigten planen Phasenstränge
der Wellenwicklung in die Nuten des Flachpaktes eingelegt und danach
wird das Ganze zu einem Ring verformt, wobei die beiden Enden des
Flachpaketes aneinander stoßen und beispielsweise durch
Verschweißen miteinander fixiert werden.
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Um
bei der Vorfertigung der dreiphasigen Wellenwicklung 14 die
einzelnen Phasenstränge ohne eine Umkehrung der Wickelrichtung
herstellen zu können, werden erfindungsgemäße
Verfahrensschritte verwendet, die im Folgenden anhand der 2 bis 13 näher
erläutert werden. Dabei wird mit den 2 bis 10 ein
erstes Ausführungsbeispiel und mit den 11 bis 13 ein
zweites Ausführungsbeispiel beschrieben.
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Gemäß 2 wird
für jede Phase der Wellenwicklung 14 zunächst
ein Leiter 26 mit drei vollständigen großen,
aneinander liegenden Windungen 26a zu einem ersten Phasenstrang 25 vorgefertigt. Die
Windungen 26a werden dabei rechteckförmig mit gerundeten
Ecken ausgebildet. Die Länge einer vollständigen
Windung dieses Phasenstranges 25 entspricht dabei der doppelten
Länge eines Windungsumlaufes der Wellenwicklung 14 über
den gesamten Umfang des Ständers 12 aus 1.
Die beiden Längsseiten der rechteckförmigen Windungen 26a bilden
dabei zwei Stranghälften 25a und 25b des Phasenstranges 25,
die nunmehr unabhängig voneinander verformt werden.
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3 zeigt
in schematischer Darstellung die Verformung der beiden Stranghälften 25a, 25b zu
jeweils flachen, gegenläufigen wellenförmigen
Spulen 27, wobei jede Spule 27 aus zwei Längsseiten 27a und
zwei Spulenköpfen 27c besteht, welche jeweils eine
vorherige Längsseite 27a mit einer folgenden Längsseite
der flachen Stranghälfte 25a beziehungsweise 25b verbinden.
Die benachbarten Längsseiten 27a der Spule haben
dabei voneinander jeweils einen Abstand von einer Polteilung, was
bei einer dreiphasigen Wellenwicklung 14 einem Wickelschritt
von drei Nuten des Ständer-Blechpaktes 13 entspricht. Die
wellenförmige Verformung der Stranghälften 25a und 25b erfolgt
in diesem Ausführungsbeispiel schrittweise durch je zwei
gegenläufige, in 4 erkennbare
Verformfinger 28 bis 31 in Richtung der Pfeile 28a bis 31a.
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4 zeigt
in räumlicher Darstellung den vorderen Teil des Phasenstranges 25 mit
den vier Verformfingern 28 bis 31 vor einem Verformvorgang. Dabei
ist erkennbar, dass die beiden Stranghälften 25a, 25b des
Phasenstranges 25 in zwei parallelen Ebenen X und Y derart
zueinander versetzt werden, dass sie sich beim Verformen nicht gegenseitig
behindern. Die Verformfinger 28 bis 31 haben gerundete
Köpfe 28b bis 31b, welche jeweils mit
Abstufungen 32 versehen sind. Mit diesen Abstufungen 32 wird beim
Verformen der beiden Stranghälften 25a, 25b erreicht,
dass an den Spulenköpfen 27c die einzelnen Leiter
unterschiedliche axiale Ausladungen bekommen.
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In
einem ersten Schritt werden nun die beiden Verformfinger 28 und 29 zueinander
gegenläufig in Richtung der Pfeile 28a, 29a vorgeschoben,
bis sie an den Windungen des Phasenstranges 25 anliegen. In 5 ist
diese Position in der Seitenansicht dargestellt. Dabei ist auch
erkennbar, dass die jeweils gegenläufigen Verformfinger 28 und 29 ebenfalls
in den zwei parallelen Ebenen X und Y zueinander versetzt sind.
Das gleiche gilt auch für die zwei dahinter liegenden gegenläufigen
Verformfinger 30 und 31. In einem weiteren Verfahrensschritt
werden nun diese beiden Verformfinger 30 und 31 gegenläufig
in Richtung der Pfeile 30a und 31a vorgeschoben,
wodurch nun in jeder Stranghälfte 25a beziehungsweise 25b eine
erste Halbwelle der Spulen 27 geformt wird. In gleicher
Weise werden nachfolgend alle weiteren Halbwellen in den Stranghälften 25a und 25b durch gegenläufig
in Richtung der Pfeile in 3 arbeitende
Verformfinger 28 bis 31 hergestellt, bis schließlich mit
der letzten Halbwelle ein vollständiger Phasenstrang 25 mit
gegenläufig wellenförmigen Spulen 27 entstanden
ist. Alternativ kann die Verformung der beiden Stranghälften
mit Hilfe der Verformfinger auch am rechten Ende des Phasenstranges 25 begonnen und
dann bis zum linken Ende fortgeführt werden.
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Die 6 zeigt
einen solchen Phasenstrang 25 in der Draufsicht.
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7 zeigt
einen Ausschnitt des Phasenstranges 25 nach 6 in
raumbildlicher Darstellung. Man erkennt, dass die beiden Stranghälften 25a und 25b der
drei großen Windungen 26a des vorgefertigten Phasenstranges 25 nach 2 mit
Hilfe der Verformfinger 28 bis 31 gleichmäßig
symmetrisch in wellenförmige Spulen 27 mit geraden
Spulenseiten 27a und abwechselnd nach rechts und links
gebogenen Spulenköpfen 27c umgeformt wurden. Dabei wurden
die beiden Stranghälften 25a und 25b soweit übereinander
geschoben, dass die geraden Spulenseiten 27a paarweise
in einer oberen und unteren Lage 27x und 27y übereinander
liegen. Die Spulenköpfe 27c der unteren Stranghälfte 25a sind
dabei gegenüber den Spulenköpfen 27c der
oberen Stranghälfte 25b um jeweils eine Polteilung
beziehungsweise einem Wickelschritt versetzt. Dadurch erhält
man eine so genannte verteilte Wellenwicklung, bei der an den beiden
Stirnseiten des Bleckpaketes 13 an den Enden einer jeden
Nut nach links und rechts verteilte Spulenköpfe ausgebildet
werden. Da die Leiter 26 zunächst beim Herstellen
der großen Windungen 26a gemäß 2 nebeneinander
liegend gewickelt werden, erreicht man, dass nach dem Verformen
der Stranghälften 25a und 25b im Bereich der
Spulenseiten 27a alle Leiter 26 parallel übereinander
liegen. Des Weiteren wird beim Verformen der Stranghälften 25a und 25b durch
die Verformfinger 28 bis 31 mit Hilfe der Abstufungen 32 an
den Köpfen der Verformfinger erreicht, dass die Leiter 26 im
Bereich der Spulenköpfe 27c mit einer um jeweils
eine Leiterdicke abgestuften axialen Ausladung 33 gebogen
werden. Beginnend mit der ersten großen Windung 26a des
Phasenstranges 25 nach 2 wird der
untere Leiter der beiden Stranghälften 25a und 25b abwechselnd
am Spulenkopf 27c der oberen Stirnseite der wellenförmigen
Sputen 27 mit der größten axialen Ausladung 33a und
am Spulenkopf 27c auf der unteren Stirnseite mit der kleinsten
axialen Ausladung 33b gebogen. Bei der zweiten großen Windung
des Phasenstrangs 25 werden die Leiter sodann abwechselnd
an den Spulenköpfen 27c auf beiden Stirnseiten
der Spulen 27 mit gleich großer, mittlerer axialer
Ausladung 33c und 33d gebogen. Schließlich
wird mit der letzten großen Windung 26a des Phasenstranges 25 an
den beiden Stranghälften 25a und 25b der
obere Leiter am Spulenkopf 27c der oberen Stirnseite der
Spulen 27 mit der kleinsten Ausladung 33e und
an der unteren Stirnseite mit der größten Ausladung 33f gebogen.
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8 zeigt
mehrere nebeneinander liegende Spulenköpfe 27c in
einer weiter vergrößerten Darstellung. Dabei wird
erkennbar, dass in einem weiteren Verfahrensschritt die Leiter an
den Spulenköpfen 27c so verformt werden, dass
sie mit ihrer abgestuften Ausladung 33a, 33c, 33e im
mittleren Bereich der Spulenköpfe 27c in Achsrichtung
der Maschine 10 parallel zueinander verlaufen. Dabei wird
die kleinere Ausladung 33e um mindestens eine Leiterdicke
nach unten gedrückt und die größerer
Ausladung 33a wird jeweils um mindestens eine Leiterdicke
nach oben gedrückt.
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In
gleicher Weise werden für die dreiphasige elektrische Maschine 10 zwei
weitere Phasenstränge 25 gemäß 6 vorgefertigt.
Zu Herstellung des Ständers 12 werden die drei
Phasenstränge 25 in ein vorgefertigtes quaderförmiges
Bleckpaket 13 eingesetzt. 9 zeigt
in raumbildlicher Darstellung das vorgefertigte flache Bleckpaket 13 mit
seinen nach oben offenen, nebeneinander liegenden Nuten 13a. Zunächst
wird der untere Phasenstrang 25 mit den geraden Längsseiten 27a seiner
Spulen 27 in Richtung der Pfeile A in die Nuten 13a des
Bleckpaketes 13 mit einer Schrittweite von drei Nuten 13a eingesetzt.
In gleicher Weise wird der zweite Phasenstrang 25 um eine
Nut nach rechts versetzt in Richtung der Pfeile B in das Bleckpaket 13 eingesetzt
und schließlich wird um eine weitere Nut 13a nach
rechts versetzt noch der obere Phasenstrang 25 in Richtung der
Pfeile C in das Bleckpaket 13 eingesetzt. Alle sechs Leiterenden
treten dabei geordnet an der oberen Stirnseite des Bleckpaketes
aus sechs nebeneinander liegenden Nuten 13a aus, wo sie
je nach Verschaltung der Phasenstränge 25 miteinander
oder mit der Gleichrichteranordnung 22 gemäß 1 zu verbinden
sind.
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Das
flache Bleckpaket 13 mit den Phasensträngen 25 wird
zu einem Ring gemäß 10 gebogen,
wobei die jeweils am rechten Ende frei liegenden Spulenseiten 27a in
diejenigen Nutzen 13a eingelegt werden können,
in denen bereits die Spulenseiten 27a am linken Anfang
der drei Phasenstränge 25 eingefügt sind.
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10 zeigt
den fertigen Ständer 12 von der Stirnseite. Dabei
sind teilweise die Spulenköpfe 27c an der Stirnseite
des Bleckpaketes 13 erkennbar, die einen gleichmäßig
symmetrisch strukturierten Wickelkopf 14a bilden.
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In
dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung wurde zur
Erzielung einer geraden Leiterzahl in den Nuten 13a des
Bleckpaketes 13 der Phasenstrang 25 in mehreren
vollen Windungen 26a gewickelt. Im zweiten Ausführungsbeispiel
soll nun als Variante die Herstellung eines Phasenstranges 35 mit einer
ungeraden Leiterzahl in den Nuten des Bleckpaketes dargestellt und
beschrieben werden. Zu diesem Zweck wird gemäß 11 zunächst
für jeden der drei Phasenstränge 35 der
Leiter 26 in zwei großen vollständigen
sowie einer zusätzlichen halben großen Windung 26a gewickelt.
Die Windungen 26a sind dabei ebenfalls rechteckförmig
mit gerundeten Ecken ausgebildet. Der so vorgefertigte Phasenstrang 35 wird
ebenfalls über seine beiden Längsseiten in zwei
Stranghälften 35a und 35b gegliedert.
Dabei werden mit den zwei vollständigen großen
Windungen am Phasenstrang 35a zwei Leiter und am Phasenstrang 35b drei
Leiter nebeneinander liegend gewickelt. In gleicher Weise wie im
ersten Ausführungsbeispiel gemäß 3 bis 5 werden
nun die beiden Stranghälften 35a und 35b in
Richtung der Pfeile 28a bis 31a mit Hilfe der
Verformfinger 28 bis 31 derart verformt, dass
sich gemäß 12 jeweils gegenläufige
wellenförmige Spulen 27 bilden. Durch die gestufte
Ausladung der Leiter an den Spulenköpfen 27c erkennt
man, dass die Spulen 27 der Stranghälfte 35a lediglich
zwei Leiter aufweisen, wogegen die Spule 27 der Stranghälfte 35b drei
Leiter haben. Die Spulen 27 der beiden Stranghälften 25a und 25b werden
dabei soweit übereinander geschoben, dass die geraden Spulenseiten 27a in
einer oberen und unteren Lage gemäß 7 übereinander
liegen. Obwohl die beiden Stranghälften 35a und 35b übereinander
liegen, sind sie in 12 verfälscht nebeneinander
liegend dargestellt. Dadurch wird jedoch deutlich, dass die Spulenköpfe 27c der
oberen Stranghälfte 35a gegenüber den
Spulenköpfen 27c der unteren Stranghälfte 35b um
jeweils eine Polteilung beziehungsweise einen Wickelschritt versetzt
sind.
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13 zeigt
den fertigen flachen Phasenstrang 35 in der Draufsicht
mit den abgestuften axialen Ausladungen 33a bis 33e.
Durch das Übereinanderschieben der Spulen 27 beider
Phasenstränge 25a und 25b wird aufgrund
der unterschiedlichen Leiterzahlen in den beiden Stranghälften
erreicht, dass an beiden Stirnseiten der Spulen 27 die
Spulenköpfe des Phasenstranges 35 abwechselnd
mit einem Leiter mehr oder weniger ausgebildet werden.
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In
der linken Hälfte der 13 sind
drei übereinander angeordnete Phasenstränge 35 raumbildlich
dargestellt, die um jeweils eine Nutteilung zueinander versetzt
sind. Beim Einfügen in ein Bleckpaket 13 werden
die Spulenköpfe eines unteren Phasenstranges 35 nahezu
vollständig von den Spulenköpfen 27c des
darüber liegenden Phasenstranges 35 überdeckt.
Um beim Rundbiegen des Ständers 12 über
den gesamten Umfang eine möglichst gleich bleibenden Biegewiderstand
zu bekommen, ist vorgesehen, dass fortschreitend die Spulenköpfe 27c mit
der kleineren Leiterzahl des jeweils vorherigen Phasenstranges 35 von
den Spulenköpfen 27c mit der größeren
Leiterzahl des jeweils nachfolgenden Phasenstranges 35 weitgehend überdeckt
werden. Wie bereits zum ersten Ausführungsbeispiel erläutert,
wird das Bleckpaket 13 mit den eingesetzten drei Phasensträngen 35 anschließend
zu einem den Ständer 12 der Maschine bildenden
Ring gebogen. Auch hier liegen Anfang und Ende der drei Phasenstränge 35 auf
einer Stirnseite des Bleckpaketes 13 in jeweils benachbarten
Nuten. Aufgrund des zusätzlichen Leiters in der Stranghälfte 35b durch
die halbe zusätzliche große Windung gemäß Figur 11 wird
das Ende des Phasenstrangs 35 hier bereits einen Wickelschritt
vor dem linken Ende des Phasenstrangs 35 aus diesem herausgeführt.
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Die
Erfindung ist nicht auf die elektrische Maschine und das in den
Ausführungsbeispielen beschriebenen Herstellverfahren beschränkt,
sondern umfasst ebenfalls alternative Varianten der einzelnen Verfahrensschritte.
So ist es möglich, die Phasenstränge nicht in
großen rechteckigen Windungen mit gerundeten Ecken vorzufertigen,
sondern den Phasenstrang als Ringspule auszubilden, der anschließend
zum Beispiel wellenförmig zu einer Art Krone verformt wird.
Dieses Gebilde wird dann derart zusammen gedrückt, dass
sich zwei aufeinander liegende Stranghälften ergeben mit
jeweils gegenläufigen wellenförmigen Abschnitten
gemäß 6. Außerdem ist es
möglich, anstelle der einzeln betätigbaren Verformfinger 28 bis 31 eine
Vorrichtung zu verwenden, bei der vier kammartige Verformschieber vorgesehen
sind, die anstelle der Verformfinger in Richtung der Pfeile 28a bis 31a verschoben
werden und dabei gleichzeitig alle Spulen 27 des Phasenstranges 25 gemäß 3 ausformen.
Zur Herstellung der Phasenstränge 25 kann der
Leiter 26 jeweils als Einfach- oder Mehrfachdraht mit mindestens
zwei parallel geführten Drähten ausgeführt
sein. Die vorgefertigten flachen Phasenstränge 25 sind
zwar zum Einsetzen in ein flaches Bleckpaket 13 besonders
geeignet. Sie lassen sich aber im Bedarfsfall auch in ein ringförmiges
Bleckpaket mit innen- oder auch außen liegenden Nuten einsetzen,
wobei letztere Ausführung bei so genannten Außenläufer-Maschinen
vorteilhaft sein kann. Anstelle von drei Phasensträngen 25 können
in gleicher Weise auch fünf, sechs oder mehr Phasenstränge
nebeneinander in ein flaches Bleckpaket eingesetzt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 01/54254
A1 [0002]
- - WO 99/34499 A1 [0005]