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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Ständers
einer elektrischen Maschine, der ein aus Lamellen bestehendes Lamellenpaket aufweist.
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Stand der Technik
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Ständerpakete
für elektrische Maschinen, beispielsweise Kompaktgeneratoren
mit innenliegenden Radiallüftern, wie sie insbesondere
als Lichtmaschinen in Kraftfahrzeugen Verwendung finden, oder für
Elektromotoren, sind bekannt. Sie werden üblicherweise
aus Lamellen hergestellt. Hierbei kommen hochkantgerollte Endlos-
oder Rundlamellen wie auch segmentierte Lamellen insbesondere in
Flachpakettechnik zum Einsatz, die nach dem Paketieren der Lamellen
mit Nieten oder in moderneren Verfahren mit Schweißungen
verbunden werden. Nach einer anschließenden Isolation der
Ständerpakete erfolgt das Einbringen der Wicklung, wobei
bei Flachpakettechnik das Hochkantbiegen mit anschließender
Schweißung der Stoßstelle und abschließend
die elektrische Verschaltung, Imprägnierung und Lackierung
zur Fertigstellung der Ständer erfolgt. So ist aus der
WO 01/54254 A1 ein
Lamellenpaket für eine elektrische Maschine bekannt, das
in der sogenannten Flachpaket-Technik hergestellt ist. Hierbei werden
einzelne streifenförmige Lamellen deckungsgleich aufeinander
gestapelt. Es wird dadurch ein etwa quaderförmiges, im
Wesentlichen flaches Ständereisen gebildet, das auf einer
Seite kammartig die elektromagnetisch wirksamen Nuten und Zähne
aufweist, die für die Wechselwirkung mit einem Läufer vorgesehen
sind. In dieses kammartige Ständereisen wird eine separat
vorbereitete, flache Wicklung eingesetzt. Der aus Ständereisen
mit Wicklung erfolgte Zusammenbau wird anschließend in
einer Vorrichtung zu einem kreisringsförmigen Ständer
rundgebogen. Dabei werden gegebenenfalls vorhandene Wicklungsüberhänge,
die beim Einlegen der Wicklung in das Ständereisen zunächst
nicht in Nuten angeordnet sind, in die entsprechende Nut eingefügt. Die
sich nach dem Rundbiegen gegenüberliegenden Stirnseiten
des Ständereisens werden verbunden, beispielsweise durch
einen Schweißvorgang.
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Die
Güte der Lamellenpakete wird insbesondere durch die Maß-
und Formgenauigkeit der Schnittstellen zu den Nachbarbaugruppen
definiert, insbesondere Ständerinnenbohrung und Einpassstellen
der Lagerschilde. Ein besonders kritisches Qualitätsmerkmal
ist die Stapelgenauigkeit, also das Maß für die
geometrische Übereinstimmung der einzelnen Lamellenlagen,
bei der sich sogenannte Stapelfehler ergeben können. Da
die Nutquerschnitte mit steigender Phasen- und Nutzahl der Ständerpakete
immer kleiner werden, ist der Einfluss des Stapelfehlers nicht zu
vernachlässigen. An den bekannten Verfahren ist nachteilig,
dass die Maß- und Formgenauigkeit der Schnittstellen zu
den Nachbarbaugruppen sowie die Stapelgenauigkeit nicht in dem gewünschten
hohen Maße sichergestellt werden können.
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Offenbarung der Erfindung
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen eines Ständers
einer elektrischen Maschine bereitzustellen, das die genannten Nachteile
vermeidet und eine deutlich bessere Stapelgenauigkeit ermöglicht.
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Hierzu
wird ein Verfahren zum Herstellen eines Ständers einer
elektrischen Maschine vorgeschlagen, der ein aus Lamellen bestehendes
Lamellenpaket aufweist. Hierbei sind in dieser Reihenfolge folgende
Schritte vorgesehen:
- a) Paketieren von Lamellen
zum Lamellenpaket,
- b) Einlegen einer Lamellenisolierung,
- c) Einlegen einer Ständerwicklung, und
- d) Verschweißen der Lamellen zur Ausbildung eines fixierten
Lamellenpakets.
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Die
Lamellen werden demzufolge zunächst zu einem Lamellenpaket
der gewünschten Stärke zusammengeführt,
wobei dies in der üblichen Art und Weise erfolgen kann,
also insbesondere unter Verwendung bestehender Einrichtungen und
Werkzeuge. Sodann wird eine Lamellenisolierung eingelegt, die die
einzelnen Lamellen in ihrer Paketausbildung fixiert. Durch die Lamellenisolierung
wird folglich nicht allein die Isolierung bewirkt, sondern insbesondere
die Formhaltung beziehungsweise Bewahrung der gewünschten
Geometrie der einzelnen Lamellen untereinander. Im nächsten
Schritt wird die Ständerwicklung eingelegt, um die elektrische
Funktionalität herzustellen. Sodann werden die Lamellen
verschweißt, um ein fixiertes Lamellenpaket auszubilden.
Wesentlich ist, dass das Verschweißen der Lamellen erst
nach dem Einlegen der Ständerwicklung erfolgt, gewissermaßen
als abschließender Schritt der auf die elektrische Funktionalität
und Geometrie bezogenen Fertigungsprozesse.
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In
einer weiteren Ausführungsform wird als Lamellenisolierung
ein beidseitig die Lamellennut umgreifende Kragen aufweisendes Isolierpapier
verwendet. Die Lamellenisolierung ist hierbei so ausgebildet, dass
sie beidseitig der Lamellennut, in die sie eingelegt wird, auskragt,
und somit Vorder- und Endflächen des noch lose zusammen
liegenden Lamellenpaketes kraftbeaufschlagt, so dass sich die Lamellen
nicht oder nur in äußerst geringer Weise gegeneinander
verschieben können.
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In
einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform wird das Verfahren
so ausgeführt, dass nach Schritt c) und vor Schritt d)
das Lamellenpaket in eine gewünschte Form durch Verschieben
von Lamellen gebracht wird. Dies erlaubt insbesondere eine sogenannte
Schrägung der Ständer um bis zu etwa einer Nutteilung.
Der Prozessschritt erfolgt nach dem Einlegen der Ständerwicklung
und erlaubt durch die Schrägstellung der Nutschnitte relativ
zur Drehachse des Rotors eine deutliche Reduzierung des Magnetgeräusches,
also des Geräusches, das durch die magnetische Induktion
bewirkt wird.
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In
einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass nach
Schritt c) und vor Schritt d) die Wickelköpfe der Ständerwicklung
geformt werden. In einer Verfahrensvariante, in der die zuvor beschriebene
Schrägung stattfindet, erfolgt die Formung der Wickelköpfe
bevorzugt nach Ausführung der Schrägung, aber
vor Schritt d). Die Wickelköpfe werden folglich vor Verschweißen
der Lamellen in eine solche Form gebracht, insbesondere gebogen
und/oder angelegt, so dass die gewünschte Geometrie des Ständers,
insbesondere zur Verringerung des für den Ständer
erforderlichen Bauraums, ausgeformt wird.
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In
einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass nach
Schritt c) und vor Schritt d), jedenfalls aber vor Verschweißen
der Lamellen zur Ausbildung eines fixierten Lamellenpaketes, also
vor Schritt d), ein Ringbiegen des Lamellenpakets bei seiner Ausbildung
in Flachpakettechnik durchgeführt wird. Mit Ringbiegen
ist hier das aus dem Stand der Technik gemeinte „Hochkantbiegen"
gemeint; dieses Ringbiegen wird im ungeschweißten Zustand
des Lamellenpakets durchgeführt. Die Fixierung der einzelnen
Lamellen untereinander und relativ zueinander ergibt sich hierbei
durch die eingebrachte Lamellenisolierung und im Übrigen
durch das Umformungswerkzeug, dass das Lamellenpaket hält.
In diesem Vorgang des Ringbiegens ist durch geeignete Handhabung
mit den Biegewerkzeugen eine feine Ausrichtung der Lamellen untereinander
beim Ringschluss möglich. Insbesondere wird durch dem Umstand,
dass die einzelnen Lamellen des Lamellenpakets noch nicht verschweißt
sind, eine unerwünschte Relativbewegung der Lamellen zueinander
bei feststehenden Schweißstellen vermieden, die zu einer Abweichung
von der gewünschten Geometrie führen würde.
Die erst nach dieser Umformung zu einem Ring erfolgende Schweißung
dient hierbei der Sicherung der nunmehr erzielten Maß-
und Formhaltigkeit des zum Ring gebogenen Lamellenpakets, mithin auch
der Ständerinnenbohrung, der Einpassstelle der Lagerschilde
und der Länge des Ständerpakets (da keine Aufweitungen
um bestehende Schweißstellen vorkommen, wie dies bei einem
erst nach dem Verschweißen erfolgenden Ringbiegen in Einzelfällen
möglich sein kann).
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In
einer weiteren Verfahrensausgestaltung erfolgt nach Schritt d),
also nach dem Verschweißen der Lamellen, ein Imprägnieren
und/oder Lackieren. Auf diese Weise wird das so fertig gestellte,
umwickelte Lamellenpaket wie aus dem Stand der Technik bekannt fixiert
und mit einer weiteren Isolationsschicht versehen. Insbesondere
kann hiermit ein Verkleben und/oder Verbacken der einzelnen Wicklungsabschnitte
erzielt werden, so dass eine Relativbewegung der einzelnen Drähte/Umschlingungen der
Wicklung nicht mehr erfolgt. Weiter wird durch das Lackieren eine
besonders gute Formhaltung und Geometrieeinhaltung bewirkt.
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Die
Erfindung ermöglicht demzufolge, ohne zusätzliche
Bauteile oder Komponenten und ohne zusätzliche Herstellungsschritte
eine Qualitätssteigerung der gefertigten Ständer.
Durch die Federwirkung der einzelnen Isolierpapiere werden über
dies die beweglichen Lamellen des Lamellenpakets exakt zueinander
ausgerichtet, was vor Allem auch engere Toleranzen für
Nutschnitte und/oder eine größere Phasen- und
Nutzahl ermöglicht. Bevorzugt wird daher Isolierpapier
verwendet, das ausreichend hohe Federeigenschaften besitzt, beispielsweise
durch Einsatz eines Papiers mit einem zusätzlichen Kunststoffanteil.
Weiter kann das Paketieren von Lamellen zum Lamellenpaket und das
Einlegen einer (formgebenden und/oder -stabilisierenden) Lamellenisolierung
auch bei einem Zulieferbetrieb erfolgen. Das ohnehin benötigte
Isolationspapier dient hierbei bis zur Fertigstellung der Ständer
gewissermaßen als Transportsicherung und Formstabilisierung
der Lamellenpakete.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen
und aus Kombinationen derselben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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