DE102013221205A1

DE102013221205A1 - Verfahren und Vorrichtung zum zumindest teilumfänglichen Herstellen einer Wicklung einer elektrischen Maschine

Info

Publication number: DE102013221205A1
Application number: DE201310221205
Authority: DE
Inventors: Stephan Loistl; Dragoljub Duricic; Jeremia Völlinger
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2013-10-18
Filing date: 2013-10-18
Publication date: 2015-05-07

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum zumindest teilumfänglichen Herstellen einer Wicklung einer elektrischen Maschine, wobei die Wicklung aus einer Vielzahl von miteinander verschalteter Wicklungselemente aufgebaut ist, wobei die Wicklungselemente wiederum aus einer Vielzahl von Teilleitern aufgebaut sind, wobei die elektrische Maschine eine Vielzahl von Nuten aufweist, die für die Aufnahme der Wicklungselemente ausgebildet sind, mit den Schritten: Wickeln eines ersten Wicklungselements auf eine Wickelschablone, wobei die auf die Wickelschablone aufgewickelten Teilleiter eine erste Anordnungsreihenfolge aufweisen, Wickeln eines zweiten Wicklungselements auf die Wickelschablone, wobei die auf die Wickelschablone aufgewickelten Teilleiter eine zweite Anordnungsreihenfolge aufweisen, die von der ersten Anordnungsreihenfolge verschieden ist, Einziehen des ersten Wicklungselements in eine erste Nut, Einziehen des zweiten Wicklungselements in eine zweite Nut, die von der ersten Nut verschieden ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum zumindest teilumfänglichen Herstellen einer Wicklung einer elektrischen Maschine, wobei die Wicklung aus einer Vielzahl von miteinander verschalteter Wicklungselemente aufgebaut ist, wobei die Wicklungselemente wiederum aus einer Vielzahl von Teilleitern aufgebaut sind, wobei die elektrische Maschine eine Vielzahl von Nuten aufweist, die für die Aufnahme der Wicklungselemente ausgebildet sind.
Elektrische Maschinen können in vielfältiger Weise eingesetzt werden, so auch in jüngster Vergangenheit als Antriebsmaschine im Automobilbau. Die Fahrzeuge können dabei als Hybridfahrzeug oder als Elektrofahrzeug ausgebildet sein. Bei einem Hybridfahrzeug wird neben der elektrischen Maschine ein weiteres Aggregat für den Antrieb eingesetzt, in der Regel ein Verbrennungsmotor. Wohingegen ein Elektrofahrzeug ausschließlich durch eine elektrische Maschine angetrieben wird. Die zum Einsatz kommenden elektrischen Maschinen sind in der Regel als Innenläufermaschinen ausgelegt, bei denen ein drehbar gelagerter Rotor von einem ortsfesten Stator umschlossen ist, wobei der Stator wiederum in einem Statorgehäuse angeordnet ist. Der Stator erzeugt ein sich drehendes Magnetfeld, durch das der Rotor mitgenommen wird. Der Rotor weist eine Rotorwelle auf, die wirktechnisch mit einer Antriebswelle des Fahrzeugs verbunden ist.
Als Antriebsmaschinen können Synchronmaschinen, insbesondere Hybrid-Synchronmaschinen zum Einsatz kommen. Synchronmaschinen können als permanent oder elektrisch erregte Synchronmaschinen ausgebildet sein. Unter einer Hybrid-Synchronmaschine soll hier eine permanent erregte Synchronmaschine verstanden werden, die zusätzlich einen stark ausgeprägten, durch eine entsprechend gewählte Rotorgeometrie bedingten Reluktanzeffekt aufweist, der für die Erzeugung des auf den Rotor wirkenden Drehmoments mit genutzt wird.
Zur Erzeugung des sich drehenden Statormagnetfelds weist der Stator eine Anzahl von Statorwicklungen auf. So weist beispielsweise eine dreiphasig ausgelegte Synchronmaschine oder Hybridsynchronmaschine drei Statorwicklungen auf. Die Statorwicklungen wiederum sind jeweils aus einer Vielzahl von untereinander verschalteter Wicklungselemente aufgebaut, die in der Regel in Reihe geschaltet sind. Bei den Wicklungselementen handelt es um Spulen; im Fall des Stators somit um Statorspulen. Die Wicklungselemente bzw. Statorspulen sind in sogenannte Statornuten, d. h. im Stator angeordnete Nuten eingebracht. Die Spulen wiederum sind für gewöhnlich aus einzelnen, elektrisch parallel geschalteten Teilleitern aufgebaut. Bei den Teilleitern handelt es sich um Kupferlackdrähte, die einen entsprechend gewählten Drahtdurchmesser aufweisen.
Für das Einbringen der Spulen in die Statornuten sind derzeit zwei Verfahren bzw. Methoden bekannt. Zum einen das Nadelwickelverfahren und zum anderen das Einziehverfahren. Beim Nadelwickelverfahren wird der Kupferlackdraht, aus dem die Spule bzw. die Wicklung aufgebaut ist, unter Verwendung einer Nadel, an der eine Düse für den Auslass des Kupferlackdrahtes angebracht ist, direkt in den Statornuten abgelegt. Hierzu fährt die Nadel mit einer definierten Hubbewegung durch den Nutschlitz einer ersten Statornut um nach erfolgtem Austritt aus der ersten Statornut in umgekehrter Bewegungsrichtung durch den Nutschlitz einer anderen, beispielsweise der direkt benachbarten Statornut zu fahren. Dieser Bewegungsablauf wiederholt sich für diese beiden Statornuten solange, bis die Endlänge der Spule erreicht ist. Die Spule entsteht somit durch das kontinuierliche Einbringen des Kupferlackdrahts in die beiden Statornuten.
Wohingegen beim Einziehverfahren die Kupferlackdrähte auf eine außerhalb des Stators befindliche Schablone, die sogenannte Wickelschablone gewickelt werden, und zwar solange, bis die Endlänge der Spule erreicht ist. Die Spule wird somit außerhalb des Stators bzw. der Statornuten gewickelt. Nachdem die Spule fertiggestellt ist, wird diese in die Statornuten eingezogen.
Wie bereits ausgeführt, sind Wicklungselemente bzw. Spulen für gewöhnlich aus einer Vielzahl von elektrisch parallel geschalteten Teilleitern bzw. Kupferlackdrähten aufgebaut. Beim Einziehverfahren werden die Teilleiter bzw. Kupferlackdrähte üblicherweise auf eine sich drehende Wickelschablone gewickelt, und zwar solange, bis die Endlänge des Wicklungselements bzw. der Spule erreicht ist. Dabei gibt die Endlänge die Anzahl der auf die Wickelschablone aufzuwickelnden Windungen bzw. der sich am Ende des Wickelvorgangs auf der Wickelschablone befindlichen Windungen vor. Vorzugsweise werden die Teilleiter so auf die Wickelschablone aufgebracht, dass die einzelnen Windungen nebeneinander und nicht übereinander auf der Wickelschablone angeordnet sind, d. h. die Teilleiter bzw. Kupferlackdrähte sind in einer Lage nebeneinanderliegend auf die Wickelschablone gewickelt. Jede der auf der Wickelschablone parallel nebeneinanderliegenden Windungen besteht aus derselben Vielzahl von Teilleitern bzw. Kupferlackdrähten, wobei die Teilleiter bzw. Kupferlackdrähte für jeder der Windungen in derselben Abfolge angeordnet sind bzw. dieselbe zu dem Wicklungselement zugehörige Anordnungsreihenfolge aufweisen. Somit beginnt jede Windung mit demselben ersten Teilleiter und endet mit demselben letzten Teilleiter und die restlichen Teilleiter sind in einer gleichbleibenden Reihenfolge zwischen diesen beiden Teilleitern angeordnet. Ist ein erstes Wicklungselement bzw. eine erste Spule fertig gewickelt, d. h. sind alle seine bzw. ihre Windungen auf der Wickelschablone aufgebracht, wird anschließend ein weiteres Wicklungselement bzw. eine weitere zweite Spule auf die Wicklungsschablone aufgewickelt, und zwar in derselben Art und Weise, wie es für das erste Wicklungselement bzw. die erste Spule der Fall war. Dies führt dazu, dass auch für das zweite Wicklungselement bzw. die zweite Spule alle Windungen und somit alle Teilleiter bzw. Kupferlackdrähte so angeordnet sind, wie dies für das erste Wicklungselement bzw. die erste Spule der Fall ist. Nach Fertigstellung werden die Wicklungselemente bzw. Spulen dann in den Stator der elektrischen Maschine eingezogen.
Die vorstehend beschriebene gleichbleibende bzw. konstante Wickelreihenfolge auf die Wickelschablone führt dazu, dass jedes Wicklungselement bzw. jede Spule in ihrer Teilleiterreihenfolge bzw. Drahtreihenfolge identisch aufgebaut ist. D. h. für alle Wicklungselemente bzw. Spulen sind die Teilleiter bzw. Kupferlackdrähte, und zwar Windung für Windung, in derselben Anordnungsreihenfolge angeordnet. Diese identische Drahtreihenfolge wirkt sich ungünstig auf den Wirkungsgrad der elektrischen Maschine aus. Die Ursache hierfür ist die in den Teilleitern bzw. Kupferlackdrähten auftretende Stromverdrängung („Nachbarschafts-Effekt” bzw. „Proximity-Effekt”), aufgrund derer die Widerstände der Spulen unterschiedlich sind. Dies kann bedeuten, dass jedes der Wicklungselemente bzw. jede der Spulen für sich selbst keine einheitliche bzw. homogene Widerstandsverteilung aufweist und/oder die einzelnen Wicklungselemente bzw. Spulen, jeweils als Ganzes betrachtet, untereinander unterschiedliche Widerstandswerte aufweisen. Als Folge davon entstehen unterschiedliche Spulentemperaturen, was dazu führt, dass die elektrische Maschine nicht bei den optimalen Betriebsbedingungen betrieben wird.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum zumindest teilumfänglichen Herstellen einer Wicklung einer elektrischen Maschine zu schaffen, mit dem bzw. mit der eine Wicklung hergestellt werden kann, die beim Betrieb der elektrischen Maschine, genauer gesagt, deren Teilleiter, eine geringere Stromverdrängung aufweisen und somit die Wicklungselemente und demzufolge die Wicklung insgesamt ein verbessertes Temperurverhalten zeigen, was letztlich ermöglicht, die elektrische Maschine mit einem verbesserten Wirkungsgrad betreiben zu können. Zudem sollen das Verfahren und die Vorrichtung es ermöglichen, die Wicklung unaufwändig, kostengünstig, mit geringem Zeitaufwand und zuverlässig herstellen zu können.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei dem folgende Schritte ablaufen:

– Wickeln eines ersten Wicklungselements auf eine Wickelschablone, wobei die auf die Wickelschablone aufgewickelten Teilleiter eine erste Anordnungsreihenfolge aufweisen,
– Wickeln eines zweiten Wicklungselements auf die Wickelschablone, wobei die auf die Wickelschablone aufgewickelten Teilleiter eine zweite Anordnungsreihenfolge aufweisen, die von der ersten Anordnungsreihenfolge verschieden ist,
– Einziehen des ersten Wicklungselements in eine erste Nut,
– Einziehen des zweiten Wicklungselements in eine zweite Nut, die von der ersten Nut verschieden ist.

Die Aufgabe wird ferner durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, die dazu eingerichtet ist, das vorstehende erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen.
Dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt die Idee zugrunde, die Wicklungselemente, aus denen die Wicklung einer elektrischen Maschine aufgebaut ist, nicht mit einer gleichbleibenden bzw. konstanten Wickelreihenfolge zu wickeln, bei der jedes Wicklungselement eine identische Teilleiterreihenfolge bzw. Drahtreihenfolge und somit eine identische Anordnungsreihenfolge der Teilleiter aufweist, sondern so zu wickeln, dass die Wicklungselemente zumindest zwei unterschiedliche Teilleiterreihenfolgen bzw. Drahtreihenfolgen aufweisen. Die Wicklungselemente weisen somit zwei sich unterscheidende Anordnungsreihenfolgen der Teilleiter auf.
Vorzugsweise sind die Teilleiter bei der ersten Anordnungsreihenfolge in folgender Reihenfolge angeordnet: erster Teilleiter, zweiter Teilleiter, dritter Teilleiter und so weiter, endend mit einem letzten Teilleiter. Bei der zweiten Anordnungsreihenfolge sind die Teilleiter hingegen in folgender invertierter bzw. umgekehrter Reihenfolge angeordnet: letzter Teilleiter, vorletzter Teilleiter, vorvorletzter Teilleiter und so weiter, endend mit dem ersten Teilleiter. D. h. die beiden Anordnungsreihenfolgen zeichnen sich durch eine invertierte, d. h. umgekehrte Reihenfolge der Teilleiter aus. Dadurch dass die Wicklungselemente mit zwei unterschiedlichen, genauer gesagt mit zwei entgegengesetzten Anordnungsreihenfolgen gewickelt werden, kann eine Wicklung hergestellt werden, deren Teilleiter und somit sie selbst beim Betrieb der elektrischen Maschine eine geringere Stromverdrängung aufweisen, was in Folge dazu führt, dass die Wicklungselemente und somit auch die Wicklung selbst ein verbessertes Temperurverhalten zeigen. Die Temperatur der in der elektrischen Maschine angeordneten Wicklungselemente bleibt nahezu konstant, was in Folge dazu führt, dass die elektrische Maschine mit einem besseren Wirkungsgrad betrieben werden kann. Bei dem Wicklungselement kann es sich um eine einzelne Spule oder um einen Teil einer einzelnen Spule, sozusagen um eine Teilspule handeln.
Die obengenannte Aufgabe ist daher vollständig gelöst.
Wie bereits oben ausgeführt, weist eine elektrische Maschine für gewöhnlich einen Stator und einen Rotor auf. Vorzugsweise handelt es sich bei der Nut, in die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gewickelte Wicklungselemente bzw. Spulen eingezogen werden, um eine in den Stator eingebrachte Nut, und somit um eine Statornut. Dies soll jedoch keine einschränkende Wirkung haben. Ungeachtet dessen, dass die vorstehenden und die nachfolgenden Ausführungen mit Bezug auf einen Stator gemacht wurden, kann das erfindungsgemäße Verfahren selbstverständlich auch zum Herstellen einer Rotorwicklung oder einer Rotorspule eingesetzt werden. Entsprechendes gilt für die erfindungsgemäße Vorrichtung.
Um das erste und das zweite Wicklungselement mit zwei unterschiedlichen Anordnungsreihenfolgen der Teilleiter wickeln zu können, erfolgt vorteilhafterweise in einem weiteren Schritt, und zwar nach Fertigstellen des Wickelns des ersten Wicklungselements und vor Beginn des Wickelns des zweiten Wicklungselements, ein Wenden der Teilleiter, bei dem von der ersten Anordnungsreihenfolge hin zu der zweiten Anordnungsreihenfolge gewechselt wird. Somit können Wicklungselemente bzw. Spulen mit unterschiedlicher Drahtreihenfolge unaufwändig, kostengünstig, mit geringem Zeitaufwand und zuverlässig hergestellt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden folgende weitere Schritte ausgeführt:

– Zuführen der Teilleiter aus zumindest einer Bevorratungsvorrichtung um das Wickeln des ersten Wicklungselements durchführen zu können, und
– Durchtrennen der Teilleiter nach Fertigstellen des Wickelns des zweiten Wicklungselements zum Abtrennen eines aus dem ersten und dem zweiten Wicklungselement bestehenden Wicklungselementeverbunds von den noch in der Bevorratungsvorrichtung befindlichen Teilleitern.

Dadurch, dass das Durchtrennen der Teilleiter nach Fertigstellen des zweiten Wicklungselements erfolgt, bleiben die zu dem ersten Wicklungselement gewickelten Teilleiter und die zu dem zweiten Wicklungselement gewickelten Teilleiter untereinander verbunden. Es ergibt sich ein Wicklungselementeverbund, bei dem das erste und das zweite Wicklungselement aus jeweils durchgängigen bzw. einstückigen Teilleitern aufgebaut bzw. gefertigt sind. Die beiden in dem Wicklungselementeverbund enthaltenen Wicklungselemente sind somit untereinander bzw. miteinander verbunden. Dadurch ist sichergestellt, dass nach dem Einziehen der beiden Wicklungselemente in die Nuten die einzelnen Wicklungselemente die für die jeweilige Nut vorgesehene bzw. geforderte Anordnungsreihenfolge aufweisen, um die gewünschte Reduzierung der Stromverdrängung zu erreichen. Somit ermöglich diese Maßnahme eine zuverlässige Herstellung einer Wicklung.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Wicklungselement aus einer Vielzahl von Windungen aufgebaut, wobei die Windungen nebeneinander auf der Wickelschablone angeordnet sind, und für jede Windung die Teilleiter die zu dem Wicklungselement zugehörige Anordnungsreihenfolge aufweisen. Durch diese Maßnahme ist sichergestellt, dass sämtliche Windungen und somit auch sämtliche Teilleiter eine parallele Anordnung aufweisen. Im Umkehrschluss bedeutet dies, dass es zu keinen Überkreuzungen zwischen den Windungen bzw. den Teilleiern kommt. Dadurch lässt sich die unerwünschte Stromverdrängung besonders effektiv reduzieren.
In einer alternativen Ausgestaltung zu der zuvor genannten Maßnahme, erfolgt während des Wickelns des ersten und/oder zweiten Wicklungselements ein Zwischenwendeschritt, so dass für die Teilleiter innerhalb ein und desselben Wicklungselements ein Wechsel in der Anordnungsreihenfolge erfolgt. Es erfolgt somit kein einstufiges Wenden der Teilleiter um 180°, sondern ein Wenden der Teilleiter in zwei Abschnitten bzw. Stufen und zwar jeweils um 90°. Diese Maßnahme ermöglicht, dass innerhalb ein und derselben Nut die Teilleiter unterschiedliche Anordnungsreihenfolgen aufweisen, was sich ggf. günstig auf die Verringerung der Stromverdrängung auswirken kann.
Vorzugsweise handelt es sich bei der zweiten Nut um eine Nut, die zu der ersten Nut benachbart ist. D. h. die zweite Nut weist einen geringen Abstand zu der ersten Nut auf. Besonders vorzugsweise handelt es sich bei der zweiten Nut um diejenige Nut, die unmittelbar neben der ersten Nut angeordnet ist. Insbesondere dann, wenn es sich um zwei unmittelbar nebeneinander angeordnete Nuten handelt, lässt sich eine besonders wirkungsvolle Reduzierung der Stromverdrängung realisieren.
Um den bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehenen Wechsel in der Anordnungsreihenfolge der Teilleiter realisieren zu können, weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Wendevorrichtung auf, die zum Durchführen eben dieses Wendens ausgebildet ist. Die Wendevorrichtung, die auch als Schwenkvorrichtung bezeichnet werden kann, ist konstruktiv vor der Wickelschablone angeordnet.
Vorteilhafterweise weist die Wendevorrichtung zumindest ein Teilleiterführungselement auf. Dadurch ist sichergestellt, dass die Teilleiter gerichtet geführt werden und somit sauber, d. h. in einem hohen Maße parallel auf die Wickelschablone aufgewickelt werden, und somit das Wickeln der Wicklungselemente in hohem Maße reproduzierbar ist, was eine sehr zuverlässige Wicklungsfertigung ermöglicht.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Wickelschablone zumindest ein Segmentpaar mit einem ersten und einem zweiten Wickelschablonensegment auf, wobei das erste Wicklungselement auf das erste Wickelschablonensegment und das zweite Wicklungselement auf das zweite Wickelchablonensegment aufgewickelt wird. Dies ermöglicht eine besonders unaufwändige Fertigung der Wicklung. Vorzugsweise richtet sich die Anzahl der Wickelschablonensegmente nach der Anzahl der Spulen, die die elektrische Maschine aufweist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 anhand einer schematischen Darstellung den Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
2 anhand einer Detaildarstellung die Anordnung von Teilleitern auf einer Wickelschablone,
3 anhand einer schematischen Darstellung den Aufbau der in der erfindungsgemäßen Vorrichtung enthaltenen Wendevorrichtung,
4 anhand einer schematischen Darstellung die Ausgestaltung eines Wicklungselements, und
5 anhand einer schematischen Darstellung die Anordnung von Wicklungselementen mit jeweils unterschiedlicher Anordnungsreihenfolge der Teilleiter in einem Stator.
1 ist der prinzipielle Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu entnehmen. In als Fässer ausgebildeten Bevorratungsvorrichtungen sind Kupferdrähte als sogenanntes „Endlosmaterial” gelagert. Von den Bevorratungsvorrichtungen ist eine exemplarisch mit dem Bezugszeichen 10 gekennzeichnet. Von den Kupferdrähten ist einer exemplarisch mit dem Bezugszeichen 12 gekennzeichnet. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist zum zumindest teilumfänglichen Herstellen einer in 1 nicht dargestellten Wicklung einer elektrischen Maschine 14 ausgebildet. Die Wicklung soll dabei aus einer Vielzahl von miteinander verschalteter Wicklungselemente 16 (4) aufgebaut sein, wobei die Wicklungselemente 16 wiederum jeweils aus einer Vielzahl von Teilleitern aufgebaut sind. Bei den Wicklungselementen soll es sich um die Spulen bzw. Teilspulen einer Wicklung handeln. Bei den Teilleitern handelt es sich um die Kupferdrähte 12, bzw. die Teilleiter werden von bzw. aus den Kupferdrähten 12 gebildet. Die elektrische Maschine 14 weist eine Vielzahl von Nuten auf. Vorzugsweise soll es sich hierbei um die in einem Stator 18 angeordneten Nuten handeln. Die Nuten sind für die Aufnahme der Wicklungselemente ausgebildet. Entsprechend der Anzahl von Teilleitern TL1 bis TLn, die die einzelnen Wicklungselemente 16 aufweisen sollen, ist eine entsprechende Anzahl von Bevorratungsvorrichtungen 10 vorzusehen.
Die Kupferdrähte 12 bzw. die Teilleiter TLi (mit i = 1 bis n) werden den Bevorratungsvorrichtungen 10 entnommen und ausgehend von diesen einer Ausrichtevorrichtung 20 zugeführt. Von der Ausrichtevorrichtung 20 werden die Kupferdrähte 12 bzw. die Teilleiter TLi als eingangsseitiges Teilleiterbündel 22 einer Wendevorrichtung 24 zugeführt. Die einzelnen Teilleiter TLi des eingangsseitigen Teilleiterbündels 22 sind parallel zueinander ausgerichtet. Die Wendevorrichtung 24 ist dazu ausgebildet, zumindest zwei unterschiedliche Anordnungsreihenfolgen der Teilleiter TLi zu realisieren. D. h. ein ausgehend von der Wendevorrichtung 24 einer Wickelschablone 26 zugeführtes ausgangsseitiges Teilleiterbündel 28 kann zwei voneinander verschiedene Anordnungsreihenfolgen der einzelnen Teilleiter TLi aufweisen. Dies ermöglicht, ein erstes Wicklungselement 30 auf die Wickelschablone 26 zu wickeln, bei dem die auf die Wickelschablone 26 aufgewickelten Teilleiter TLi eine erste Anordnungsreihenfolge 32 aufweisen, und ein zweites Wicklungselement 34 auf die Wickelschablone 26 zu wickeln, bei dem die auf die Wickelschablone 26 aufgewickelten Teilleiter TLi eine zweite Anordnungsreihenfolge 36 aufweisen, die von der ersten Anordnungsreihenfolge 32 verschieden ist.
Die Wickelschablone 26 weist zumindest ein Segmentpaar 38 mit einem ersten Wickelschablonensegment 40 und einem zweiten Wickelschablonensegment 42 auf. Das erste Wicklungselement 30 wird dabei auf das erste Wickelschablonensegment 40 und das zweite Wicklungselement 34 auf das zweite Wickelschablonensegment 42 aufgewickelt.
Vom Ablauf her ist es so, dass nach Fertigstellen des Wickelns des ersten Wicklungselements 30 und vor Beginn des Wickelns des zweiten Wicklungselements 34, das Wenden der Teilleiter TLi mittels der Wendevorrichtung 24 erfolgt, wodurch von der ersten Anordnungsreihenfolge 32 hin zu der zweiten Anordnungsreihenfolge 36 gewechselt wird.
Nach Fertigstellen des Wickelns des zweiten Wicklungselements 34 erfolgt ein Durchtrennen der Teilleiter TLi. Dadurch wird ein aus dem ersten Wicklungselement 30 und dem zweiten Wicklungselement 34 bestehender Wicklungselementeverbund 44 von den noch in den Bevorratungsvorrichtungen 10 befindlichen Teilleitern TLi bzw. Kupferdrähten 12 abgetrennt. Dieses Durchtrennen kann entweder automatisiert mittels einer entsprechend eingerichteten Bearbeitungsstation 46 oder von Hand erfolgen.
Nach erfolgtem Durchtrennen bzw. Abtrennen wird das erste Wicklungselement 30 in eine erste Nut 48 eingezogen. Das zweite Wicklungselement 34 wird in eine zweite Nut 50 eingezogen, wobei die zweite Nut 50 von der ersten Nut 48 verschieden ist. Auch das Einziehen der Wicklungselemente kann entweder automatisch, beispielsweise mittels der Bearbeitungsstation 46, die dann entsprechend eingerichtet ist, oder mittels einer weiteren, in 1 nicht dargestellten Bearbeitungsstation erfolgen. Alternativ kann das Einziehen auch von Hand erfolgen.
Um das Wickeln von Wicklungselementen auf unterschiedlichen Wickelschablonensegmenten der Wickelschablone 26 zu ermöglichen, ist, wie in 1 durch einen Pfeil 52 angedeutet, die Wendevorrichtung derart beweglich ausgebildet, dass sie in Richtung der Längsachse 54 der Wickelschablone 26 verschoben werden kann. In einer alternativen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass statt dessen die Wickelschablone 26 verschiebbar ausgebildet ist.
Wie der Darstellung in 1 zu entnehmen ist, ist für das ausgangsseitige Teilleiterbündel 28 der Abstand der einzelnen Teilleiter TLi untereinander geringer als derjenige für das eingangsseitige Teilleiterbündel 22.
Die in 1 dargestellte Anzahl von Bevorratungsvorrichtungen 10, von Teilleitern TLi und Wickelschablonensegmenten soll keine einschränkende Wirkung haben. Selbstverständlich kann jeweils eine hiervon abweichende Anzahl der entsprechenden Komponenten zum Einsatz kommen. Die ggf. aus der Darstellung in 1 herleitbaren Abmessungen einzelner Komponenten oder Abstände zwischen einzelnen Komponenten untereinander sollen keine einschränkende Wirkung haben.
In 2 sind in einer Detaildarstellung beispielhaft ein erstes Wickelschablonensegment 40 und ein zweites Wickelschablonensegment 42 einer Wickelschablone 26 gezeigt. Auf das erste Wickelschablonensegment 40 ist ein erstes Wicklungselement 30 und auf das zweite Wickelschablonensegment 42 ist ein zweites Wicklungselement 34 aufgewickelt. Wie der Darstellung zu entnehmen ist, sind die beiden Wicklungselement 30, 34 jeweils aus einer Vielzahl von Windungen 56, 56' aufgebaut, wobei die Windungen 56, 56' nebeneinander auf der Wickelschablone 26 bzw. in dem jeweiligen Wickelschablonensegment 40, 42 angeordnet sind. Allerdings unterscheiden sich die Windungen 56 des ersten Wicklungselements 30 und die Windungen 56' des zweiten Wicklungselements 34 in der jeweiligen Anordnungsreihenfolge, in der die Teilleiter TLi angeordnet sind. Für sämtliche Windungen 56 sind die Teilleiter TLi in einer ersten Anordnungsreihenfolge 32 angeordnet, bei der die Teilleiter TLi folgende Reihenfolge aufweisen: erster Teilleiter TL1, zweiter Teilleiter TL2, dritter Teilleiter TL3 und so weiter, endend mit einem letzten Teilleiter TLn. Für sämtliche Windungen 56' sind die Teilleiter TLi in einer zweiten Anordnungsreihenfolge 36 angeordnet, bei der die Teilleiter TLi folgende Reihenfolge aufweisen: letzter Teilleiter TLn, vorletzter Teilleiter TLn – 1, vorvorletzter Teilleiter TLn – 2 und so weiter, endend mit dem ersten Teilleiter TL1. Im Vergleich zu der ersten Anordnungsreihenfolge sind bei der zweiten Anordnungsreihenfolge die Teilleiter in invertierter bzw. umgekehrter Reihenfolge angeordnet.
Wie der Darstellung in 2 anhand von Punkten 57 zu entnehmen ist, kann die Anzahl von Windungen 56, 56' je Wicklungselement 30, 34 an die jeweiligen Gegebenheiten der elektrischen Maschine 14 angepasst sein.
In 3 ist anhand einer schematischen Darstellung der prinzipielle Aufbau der Wendevorrichtung 24 gezeigt. Auf einer Eingangsseite 58 werden der Wendevorrichtung 24 in 3 nicht dargestellte Teilleiter TLi zugeführt. Die Teilleiter TLi werden über ein erstes Teilleiterführungselement 60 und ein zweites Teilleiterführungselement 62 zu einer Ausgangsseite 64 der Wendevorrichtung 24 geführt, um von dieser über ein Rollensystem 66 der Wickelschablone 26 zugeführt zu werden. Die beiden Teilleiterführungselemente 60, 62 sind in einem Halteelement 68 angeordnet, und zwar um einen Winkel von 90° zueinander versetzt. Das Halteelement 68 ist in seiner Grundform zylinderförmig ausgeführt. Das Halteelement 68 wiederum ist mittels zweier Aufnahmeelemente 70 drehbar gelagert. Das Halteelement 68 wird über einen an dem eingangsseitigen Aufnahmeelement 70 angeordneten Verdrehmotor 72 verdreht. Hierzu ist der Verdrehmotor 72 mit einem Verdrehmotorzahnrad 74 ausgestattet, das mit einem an dem Halteelement 68 angeordneten Halteelementzahnrad 76 zusammenwirkt. Durch das Verdrehen des Halteelements 68 können die beiden Anordnungsreihenfolgen 32, 36 der Teilleiter TLi eingestellt bzw. erreicht werden. Das Rollensystem 66 ist über ein Trägersystem 78 an dem ausgangsseitigen Aufnahmeelement 70 befestigt. Durch die beiden Teilleiterführungselemente 60, 62 und das Rollensystem 66 wird eine gerichtete Führung der Teilleiter TLi erreicht.
In 4 ist zur Veranschaulichung die Ausgestaltung eines unter Verwendung der Wickelschablone 26 gewickelten Wicklungselements 16 dargestellt.
In 5 ist ein Abschnitt 80 eines Stators 18 dargestellt, wobei der Abschnitt 80 aufgrund der abgerollten Darstellung keine Krümmung aufweist. In einer ersten Nut 48 ist ein erstes Wicklungselement 30 eingezogen, das eine erste Anordnungsreihenfolge 32 der Teilleiter TLi aufweist. In eine zweite Nut 50, die unmittelbar benachbart zu der ersten Nut 48 angeordnet ist, ist ein zweites Wicklungselement 34 eingezogen, das eine zweite Anordnungsreihenfolge 36 der Teilleiter TLi aufweist. Entsprechend der Anzahl von Phasen, die die elektrische Maschine 14 aufweist, wiederholt sich diese Anordnung in weiteren Nuten 82, die beabstandet zu der ersten und zweiten Nut 48, 50 angeordnet sind.
Eine Wicklung besteht aus mehreren ersten Wicklungselementen 30 und mehreren zweiten Wicklungselementen 34, die jeweils in über den Umfang des Stators 18 verteilte erste Nuten 48 und zweite Nuten 50 eingezogen sind. Die zu einer Wicklung gehörenden ersten und zweiten Wicklungselemente sind entsprechend einem vorgegebenen Verdrahtungsmuster miteinander verbunden.
Die Darstellung in 5, gemäß der zwischen einer Nut und einem Wicklungselement in den Eckbereichen größere Freiräume existieren, soll keine einschränkende Wirkung haben. Selbstverständlich kann eine Nut in einem sehr viel höheren Grad von einem Wicklungselement ausgefüllt sein.
Die vorliegende Erfindung ist auf dem Gebiet des Einziehverfahrens angesiedelt, weswegen sich die vorstehenden Ausführungen auf das Einziehverfahren beziehen. Dies soll jedoch keine einschränkende Wirkung haben. In entsprechend angepasster bzw. abgewandelter Weise kann das erfindungsgemäße Verfahren auch bei einem Nadelwickelverfahren zum Einsatz kommen, wenn bei diesem mehrere Kupferlackdrähte gleichzeitig direkt in die Statornuten eingebracht werden.
Bezugszeichenliste

10: Bevorratungsvorrichtung
12: Kupferdraht
14: elektrische Maschine
16: Wicklungselement
18: Stator
20: Ausrichtevorrichtung
22: eingangsseitiges Teilleiterbündel
24: Wendevorrichtung
26: Wickelschablone
28: ausgangsseitiges Teilleiterbündel
30: erstes Wicklungselement
32: erste Anordnungsreihenfolge
34: zweites Wicklungselement
36: zweite Anordnungsreihenfolge
38: Segmentpaar
40: erstes Wickelschablonensegment
42: zweites Wickelschablonensegment
44: Wicklungselementeverbund
46: Bearbeitungsstation
48: erste Nut
50: zweite Nut
52: Pfeil
54: Längsachse
56: Windung
57: Punkte
58: Eingangsseite
60: erstes Teilleiterführungselement
62: zweites Teilleiterführungselement
64: Ausgangsseite
66: Rollensystem
68: Halteelement
70: Aufnahmeelement
72: Verdrehmotor
74: Verdrehmotorzahnrad
76: Halteelementzahnrad
78: Trägersystem
80: Abschnitt
82: weitere Nuten

Claims

Verfahren zum zumindest teilumfänglichen Herstellen einer Wicklung einer elektrischen Maschine (14), wobei die Wicklung aus einer Vielzahl von miteinander verschalteter Wicklungselemente (16, 30, 34) aufgebaut ist, wobei die Wicklungselemente (16, 30, 34) wiederum aus einer Vielzahl von Teilleitern (TLi) aufgebaut sind, wobei die elektrische Maschine (14) eine Vielzahl von Nuten (48, 50) aufweist, die für die Aufnahme der Wicklungselemente (16, 30, 34) ausgebildet sind, mit den Schritten: Wickeln eines ersten Wicklungselements (30) auf eine Wickelschablone (26), wobei die auf die Wickelschablone (26) aufgewickelten Teilleiter (TLi) eine erste Anordnungsreihenfolge (32) aufweisen, Wickeln eines zweiten Wicklungselements (34) auf die Wickelschablone (26), wobei die auf die Wickelschablone (26) aufgewickelten Teilleiter (TLi) eine zweite Anordnungsreihenfolge (36) aufweisen, die von der ersten Anordnungsreihenfolge (32) verschieden ist, Einziehen des ersten Wicklungselements (30) in eine erste Nut (48), Einziehen des zweiten Wicklungselements (34) in eine zweite Nut (50), die von der ersten Nut (48) verschieden ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach Fertigstellen des Wickelns des ersten Wicklungselements (30) und vor Beginn des Wickelns des zweiten Wicklungselements (34), als weiterer Schritt ein Wenden der Teilleiter (TLi) erfolgt, bei dem von der ersten Anordnungsreihenfolge (32) hin zu der zweiten Anordnungsreihenfolge (36) gewechselt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass folgende weitere Schritte ausgeführt werden: Zuführen der Teilleiter (TLi) aus zumindest einer Bevorratungsvorrichtung (10) um das Wickeln des ersten Wicklungselements (30) durchführen zu können, und Durchtrennen der Teilleiter (TLi) nach Fertigstellen des Wickelns des zweiten Wicklungselements (34) zum Abtrennen eines aus dem ersten und dem zweiten Wicklungselement (30, 34) bestehenden Wicklungselementeverbunds (44) von den noch in der Bevorratungsvorrichtung (10) befindlichen Teilleitern (TLi).
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wicklungselement (16, 30, 34) aus einer Vielzahl von Windungen (56, 56') aufgebaut ist, wobei die Windungen (56, 56') nebeneinander auf der Wickelschablone (26) angeordnet sind, und für jede Windung (56, 56') die Teilleiter (TLi) die zu dem Wicklungselement (30, 34) zugehörige Anordnungsreihenfolge 32, 36) aufweisen.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Wickelns des ersten und/oder zweiten Wicklungselements (30, 34) ein Zwischenwendeschritt erfolgt, so dass für die Teilleiter (TLi) innerhalb ein und desselben Wicklungselements (30, 34) ein Wechsel in der Anordnungsreihenfolge (32, 36) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der zweiten Nut (50) um diejenige Nut handelt, die unmittelbar neben der ersten Nut (48) angeordnet ist.
Vorrichtung zum zumindest teilumfänglichen Herstellen einer Wicklung einer elektrischen Maschine (14), wobei die Wicklung aus einer Vielzahl von miteinander verschalteter Wicklungselemente (16, 30, 34) aufgebaut ist, wobei die Wicklungselemente (16, 30, 34) wiederum aus einer Vielzahl von Teilleitern (TLi) aufgebaut sind, wobei die Vorrichtung dazu eingerichtet ist, ein Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wendevorrichtung (24) zum Durchführen des Wendens vorhanden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wendevorrichtung (24) zumindest ein Teilleiterführungselement 60, 62) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wickelschablone (26) zumindest ein Segmentpaar (38) mit einem ersten und einem zweiten Wickelschablonensegment (40, 42) aufweist, wobei das erste Wicklungselement (30) auf das erste Wickelschablonensegment (40) und das zweite Wicklungselement (34) auf das zweite Wickelschablonensegment (42) aufgewickelt wird.