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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Spule, insbesondere für eine elektrische Maschine, wobei die Spule wenigstens eine auf einen Spulenkörper aufgebrachte Drahtwicklung aufweist und das Aufbringen der Drahtwicklung auf den Spulenkörper durch Nadelwickeln erfolgt. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Herstellungseinrichtung zur Herstellung einer elektrischen Spule.
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Die elektrische Spule ist beispielsweise Bestandteil der elektrischen Maschine, insbesondere liegt sie als Rotorspule oder als Statorspule vor. Vorzugsweise verfügt die elektrische Maschine über eine Vielzahl derartiger elektrischer Spulen, wobei jede der Spulen gemäß dem hier vorgestellten Verfahren hergestellt werden kann. Die fertig hergestellte Spule weist den Spulenkörper auf, welcher beispielsweise als Blechpaket vorliegt und mithin aus mehreren Spulenblechen zusammengesetzt ist. Auf den Spulenkörper ist die wenigstens eine Drahtwicklung aufgebracht, wobei die Drahtwicklung aus einem elektrisch leitenden Draht besteht, welcher vorzugsweise über eine Isolierung, beispielsweise eine Lackisolierung oder dergleichen, verfügt.
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Bevorzugt verfügt der Spulenkörper über wenigstens eine Nut, in welche zumindest ein Teil der Drahtwicklung eingebracht wird. Das Aufbringen der Drahtwicklung beziehungsweise das Einbringen in die Nut erfolgt durch Nadelwickeln. Dabei wird der Draht der Drahtwicklung durch eine Drahtführungsnadel ausgebracht und an dem Spulenkörper positioniert. Die Drahtführungsnadel wird dabei während des Ausbringens des Drahts verlagert, sodass die Drahtwicklung derart aufgebracht wird, dass sie wenigstens einen Bereich des Spulenkörpers umgreift.
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Es kann vorgesehen sein, dass nach dem Ausbilden der Drahtwicklung beziehungsweise aller Drahtwicklungen der Spule die Drahtwicklung oder zumindest ein über den Spulenkörper endseitig überstehender Wickelkopf der Drahtwicklung geformt, bandagiert und/oder imprägniert wird. Das Formen kann beispielsweise durch Pressen erfolgen. Durch das Pressen wird die Drahtwicklung beziehungsweise der Wickelkopf in die gewünschte Form gebracht. Während des Bandagierens wird wenigstens eine Bandage auf die Drahtwicklung beziehungsweise zwischen mehrere Drahtwicklungen eingebracht. Das Imprägnieren dient schließlich dazu, eine Schutzschicht auf die Drahtwicklung aufzubringen, welche diese vor mechanischen und/oder elektrischen Einflüssen schützt.
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Beispielsweise besteht die Schutzschicht aus einem Imprägniermittel, insbesondere einem Imprägnierharz. Das Herstellen der Schutzschicht kann durch Eintauchen der Drahtwicklung beziehungsweise der Spule in das Imprägniermittel oder Träufeln des Imprägniermittels auf die Drahtwicklung vorgenommen werden. Beim Imprägnieren besteht das Ziel darin, möglichst alle Lufträume, die sich in der Drahtwicklung beziehungsweise den Drahtwicklungen befinden, mit Imprägniermittel zu durchsetzen. Das Imprägniermittel verleiht zum einen der Drahtwicklung Stabilität und dient zum anderen der Erhöhung der Isolationsfestigkeit aufgrund des höheren Isolationswiderstands des Imprägniermittels gegenüber von Luft.
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Es ist nun Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Spule vorzuschlagen, welches gegenüber bekannten Verfahren Vorteile aufweist, insbesondere ein zuverlässigeres und effektiveres Aufbringen des Imprägniermittels ermöglicht.
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Dies wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Spule mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass während des Aufbringens der Drahtwicklung ein Imprägniermittel auf die Drahtwicklung und/oder den Spulenkörper aufgetragen wird. Das Auftragen des Imprägniermittels ist insoweit nicht erst nach Fertigstellung der Spule beziehungsweise dem vollständigen Aufbringen der Drahtwicklung auf den Spulenkörper vorgesehen. Vielmehr soll das Imprägniermittel gleichzeitig mit dem Aufbringen der Drahtwicklung erfolgen. Vorzugsweise erfolgt das Auftragen des Imprägniermittels auf die Drahtwicklung und/oder den Spulenkörper durchgehend über das gesamte Aufbringen der Drahtwicklung hinweg, sodass also das Auftragen des Imprägniermittels mit dem Aufbringen der Drahtwicklung beginnt und zusammen mit diesem endet, sobald die Drahtwicklung fertiggestellt ist.
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Diese Vorgehensweise ermöglicht eine wesentlich bessere Durchsetzung der Drahtwicklung mit dem Imprägniermittel. Wird dieses erst aufgetragen, wenn die Drahtwicklung bereits fertiggestellt ist, so ist es schwierig, alle Lufträume beziehungsweise Zwischenräume der Drahtwicklung mit dem Imprägniermittel zu füllen. Geschieht das Auftragen des Imprägniermittels dagegen bereits während des Aufbringens, werden die Zwischenräume sehr zuverlässig mit dem Imprägniermittel gefüllt. Aufwendige Vorgehensweisen zum Auftragen des Imprägniermittels nach Fertigstellung der Drahtwicklung können insoweit entfallen. Gleichzeitig wird eine Spule erzielt, die eine wesentlich höhere Isolationsfestigkeit aufweist.
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Auch kann das Imprägniermittel bereits während des Aufbringens der Drahtwicklung wenigstens teilweise trocknen beziehungsweise aushärten. Entsprechend kann der Trocknungsprozess für das Imprägniermittel nach dem Aufbringen der Drahtwicklung wesentlich kürzer ausfallen. Die vorstehend beschriebenen weiteren Schritte, also beispielsweise das Formen der Drahtwicklung beziehungsweise des Wickelkopfs, das Bandagieren sowie das zusätzliche Imprägnieren können entfallen. Selbstverständlich kann es jedoch vorgesehen sein, auf das ausgehärtete Imprägniermittel eine weitere Beschichtung aufzubringen.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Imprägniermittel auf einen Wicklungsbereich der Drahtwicklung aufgetragen wird, der momentan auf den Spulenkörper aufgebracht wird oder unmittelbar vorhergehend aufgebracht wurde. Unter dem Wicklungsbereich der Drahtwicklung ist ein Bereich beziehungsweise Abschnitt der Drahtwicklung zu verstehen. Betrachtet wird nun derjenige Wicklungsbereich, der gerade aus der Drahtführungsnadel ausgetreten beziehungsweise in Anlagekontakt zu dem Spulenkörper beziehungsweise dem bereits aufgebrachten Bereich der Drahtwicklung steht.
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Es kann vorgesehen sein, das Imprägniermittel in demjenigen Zeitpunkt auf den Wicklungsbereich aufzutragen, in welchem dieser auf den Spulenkörper aufgebracht wird, also entweder mit diesem oder den bereits aufgebrachten Bereich der Drahtwicklung in Berührkontakt tritt, insbesondere in radialer Richtung bezüglich einer Längsmittelachse der Drahtwicklung.
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Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das Imprägniermittel auf einen Wicklungsbereich aufgetragen wird, welcher bereits auf den Spulenkörper beziehungsweise den bereits aufgebrachten Bereich der Drahtwicklung aufgebracht wurde. Dies erfolgt jedoch vorzugsweise unmittelbar anschließend an das Aufbringen. Insgesamt kann insoweit das Auftragen des Imprägniermittels während des Aufbringens des Wicklungsbereichs oder unmittelbar anschließend erfolgen. Zumindest erfolgt das Aufbringen des Imprägniermittels jedoch bevor der Wicklungsbereich der Drahtwicklung von einem weiteren Wicklungsbereich übergriffen wird.
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Es kann in einer weiteren Ausführungsform vorgesehen sein, dass das Imprägniermittel auf den Spulenkörper aufgetragen und unmittelbar anschließend der Wicklungsbereich der Drahtwicklung in das Imprägniermittel ausgebracht wird. Bei einer solchen Ausführungsform wird also zunächst das Imprägniermittel auf den Spulenkörper oder den bereits aufgebrachten Bereich der Drahtwicklung aufgetragen. Nachfolgend wird der auszubringende Wicklungsbereich der Drahtwicklung in das bereits aufgetragene Imprägniermittel eingebracht beziehungsweise eingelegt. Eine solche Vorgehensweise unterscheidet sich von der vorhergehend beschriebenen hinsichtlich der Reihenfolge. Während zuvor erläutert wurde, dass zunächst der Wicklungsbereich ausgebracht und anschließend das Imprägniermittel aufgetragen wird, ist dies nun genau andersherum.
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Eine bevorzugte weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Imprägniermittel zum Auftragen auf die Drahtwicklung und/oder den Spulenkörper aus einer Imprägnierdüse ausgesprüht oder aus einer Imprägniernadel ausgetropft wird, wobei die Imprägnierdüse oder die Imprägniernadel benachbart zu einer Drahtführungsnadel angeordnet wird, aus der ein Draht der Drahtwicklung ausgebracht wird. Grundsätzlich werden also zwei Varianten des Auftragens des Imprägniermittels unterschieden. In einer ersten wird das Imprägniermittel ausgesprüht und in einer weiteren ausgetropft. In ersterem Fall ist die Imprägnierdüse vorgesehen, welche einen in Richtung ihrer Austrittsöffnung sich verkleinernden Durchströmungsquerschnitt aufweist. Im Gegensatz hierzu ist der Durchströmungsquerschnitt der Imprägniernadel vorzugsweise konstant oder zumindest nahezu konstant.
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Aus der Imprägnierdüse kann das Imprägniermittel in Form eines Sprühnebels austreten, während es aus der Imprägniernadel als Tropfen austritt. Die Imprägnierdüse beziehungsweise die Imprägniernadel ist benachbart zu der Drahtführungsnadel angeordnet, mittels welcher die Drahtwicklung aufgebracht wird. Dabei tritt der Draht der Drahtwicklung aus der Drahtführungsnadel aus und wird auf den Spulenkörper aufgetragen. Die Verwendung der Imprägnierdüse ist beispielsweise für Imprägniermittel mit niedrigerer Viskosität und die Verwendung der Imprägniernadel für Imprägniermittel mit höherer Viskosität vorgesehen.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Imprägniermittel zum Auftragen auf die Drahtwicklung und/oder den Spulenkörper aus der Drahtführungsnadel ausgesprüht oder ausgetropft wird. Bei einer derartigen Ausführungsform kann auf eine separate Imprägnierdüse beziehungsweise Imprägniernadel verzichtet werden, wenngleich eine solche selbstverständlich optional zusätzlich vorhanden sein kann. Selbstverständlich weist die Drahtführungsnadel entsprechende Innenabmessungen auf, welche sich aus dem Drahtquerschnitt der Drahtwicklung beziehungsweise des Drahts der Drahtwicklung einerseits und aus dem Durchströmungsquerschnitt für das Imprägniermittel andererseits ergeben. Das Auftragen des Imprägniermittels mithilfe der Drahtführungsnadel hat den Vorteil, dass keine zusätzlichen Elemente vorhanden sein müssen und entsprechend die Herstellung engerer und/oder komplexerer Drahtwicklungen möglich ist.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Draht in der Drahtführungsnadel mittels des Imprägniermittels zentriert wird. Die Innenabmessungen der Drahtführungsnadel sind hierzu derart gewählt, dass das Imprägniermittel unter einem bestimmten Druck in ihr vorliegt, welcher ausreichend ist, um den Draht in der Drahtführungsnadel zu zentrieren. Das bedeutet, dass der Durchströmungsquerschnitt der Drahtführungsnadel für das Imprägniermittel bezogen auf den Drahtquerschnitt höchstens 25%, höchstens 50%, höchstens 75% oder höchstens 100% beträgt.
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Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Imprägniermittel während des Aufbringens der Drahtwicklung oder nach dem Aufbringen ausgehärtet, insbesondere abschnittsweise ausgehärtet, wird. Wie bereits vorstehend erläutert, kann es besonders vorteilhaft vorgesehen sein, dass das Imprägniermittel bereits ausgehärtet wird, während nachfolgend weitere Bereiche der Drahtwicklung auf den Spulenkörper aufgebracht werden. Nach der Fertigstellung der Drahtwicklung ist insoweit das Imprägniermittel bereits zumindest teilweise ausgehärtet, sodass eine entsprechende Nachbehandlung kürzer ausgeführt werden oder sogar gänzlich entfallen kann.
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Beispielsweise wird das Imprägniermittel abschnittsweise ausgehärtet. Hierzu kann es vorgesehen sein, dass das Aufbringen der Drahtwicklung vor Fertigstellung unterbrochen und eine Wärmebehandlung des Imprägniermittels eingeleitet wird. Nach dem zumindest teilweisen Aushärten des Imprägniermittels durch die Wärmebehandlung wird das Aufbringen der Drahtwicklung fortgeführt. Alternativ kann das Aushärten des Imprägniermittels selbstverständlich erst nach dem Aufbringen erfolgen, insbesondere nach dem vollständigen Aufbringen oder, wie bereits vorstehend erläutert, nach dem abschnittsweise Aufbringen.
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Eine bevorzugte weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass bei einem Phasenwechsel oder in Vorbereitung auf den Phasenwechsel der Durchsatz des Imprägniermittels temporär angehoben wird. Unter dem Phasenwechsel ist ein Wechsel der Drahtwicklung zu verstehen, welche auf den Spulenkörper aufgebracht wird. Beispielsweise wird der Phasenwechsel vorgenommen, wenn die Drahtwicklung aufgebracht wurde und nachfolgend eine weitere Drahtwicklung auf den Spulenkörper aufgebracht werden soll. Alternativ kann selbstverständlich das Aufbringen der Drahtwicklung unterbrochen und während der Unterbrechung die weitere Drahtwicklung auf den Spulenkörper aufgebracht werden. Ist das Aufbringen der weiteren Drahtwicklung fertiggestellt oder wird unterbrochen, so kann mit dem Aufbringen der erstgenannten Drahtwicklung fortgefahren werden.
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Bei einem derartigen Phasenwechsel ist es sinnvoll, die Menge des aufgebrachten Imprägniermittels zu erhöhen, um eine Isolierung der Phasen, also der Drahtwicklung von der weiteren Drahtwicklung, zu realisieren. Zu diesem Zweck wird der Durchsatz des Imprägniermittels temporär angehoben, wenn der Phasenwechsel vorgenommen wird oder zumindest bevorsteht. Nach dem Phasenwechsel, beispielsweise von der Drahtwicklung auf die weitere Drahtwicklung, kann nach einer bestimmten Zeit der Durchsatz des Imprägniermittels wieder verringert werden, insbesondere auf den Durchsatz, der vor dem temporären Anheben vorlag.
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Schließlich kann in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, dass das Aufbringen der Drahtwicklung und/oder das Auftragen des Imprägniermittels mittels einer Steuer- und/oder Regelungseinrichtung überwacht und/oder gesteuert wird. Beispielsweise weist die Steuer- und/oder Regelungseinrichtung wenigstens eine Überwachungseinrichtung, beispielsweise eine optische Überwachungseinrichtung, auf, mittels welcher das Aufbringen der Drahtwicklung und/oder das Auftragen des Imprägniermittels überwacht werden kann. Die Steuer- und/oder Regelungseinrichtung dienen dem Steuern beziehungsweise Regeln des Aufbringens der Drahtwicklung beziehungsweise des Auftragens des Imprägniermittels.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Herstellungseinrichtung zur Herstellung einer elektrischen Spule, insbesondere zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens, wobei die Spule wenigstens eine auf einen Spulenkörper aufgebrachte Drahtwicklung aufweist und das Aufbringen der Drahtwicklung auf den Spulenkörper durch Nadelwickeln erfolgt. Dabei ist vorgesehen, dass die Herstellungseinrichtung dazu ausgebildet ist, während des Aufbringens der Drahtwicklung ein Imprägniermittel auf die Drahtwicklung und/oder den Spulenkörper aufzutragen.
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Auf die Vorteile einer derartigen Ausgestaltung der Herstellungseinrichtung beziehungsweise einer derartigen Vorgehensweise wurde bereits erläutert. Sowohl die Herstellungseinrichtung als auch das Verfahren können gemäß den vorstehenden Ausführungen weitergebildet sein, sodass insoweit auf diese verwiesen wird.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt die einzige
Figur eine bereichsweise Darstellung einer Herstellungseinrichtung zur Herstellung einer elektrischen Spule sowie eines Spulenkörpers der Spule, auf welchen eine Drahtwicklung aufgebracht wird.
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Die Figur zeigt eine schematische Darstellung einer Herstellungseinrichtung 1 für eine elektrische Spule 2. Von der Spule 2 ist ein Spulenkörper 3 sowie eine mittels der Herstellungseinrichtung 1 auf den Spulenkörper 3 aufgebrachte Drahtwicklung 4 zu erkennen. Die Spule 2 ist beispielsweise als Statorspule einer elektrischen Maschine ausgebildet. Die Drahtwicklung 4 wird in wenigstens eine Nut 5, beispielsweise benachbarte Nuten 5, des Spulenkörpers 3 eingebracht. Die Drahtwicklung 4 wird dabei bevorzugt auf einen zwei Nuten 5 voneinander trennenden Steg 6 aufgewickelt.
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Das Aufwickeln beziehungsweise Aufbringen der Drahtwicklung 4 erfolgt mithilfe einer Drahtführungsnadel 7 der Herstellungseinrichtung 1, durch welche ein Draht 8 hindurchgeführt und in Form der Drahtwicklung 4 auf den Spulenkörper 3 aufgebracht wird. Ein auf Seiten der bereits auf den Spulenkörper 3 aufgebrachten Drahtwicklung 4 aus der Drahtführungsnadel 7 und mit dem Spulenkörper 3 in Berührkontakt tretender Bereich der Drahtwicklung 4 beziehungsweise des Drahts 8 stellt einen gerade aufzubringenden Wicklungsbereich 9 dar. Der Vorgang des Aufbringens der Drahtwicklung 4 auf den Spulenkörper 3 mithilfe der Drahtführungsnadel 7 wird als Nadelwickeln bezeichnet. Die Herstellungseinrichtung 1 liegt insoweit als Nadelwickelmaschine beziehungsweise Nadelwickelsystem vor.
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Es ist nun vorgesehen, dass während des Aufbringens der Drahtwicklung 4 auf den Spulenkörper 3 ein Imprägniermittel auf die Drahtwicklung 4 und/oder den Spulenkörper 3 aufgetragen wird. Vorzugsweise ist dieses Auftragen durchgehend vorgesehen, beginnt also mit Beginn des Aufbringens der Drahtwicklung 4 auf den Spulenkörper 3 und endet mit dem Ende des Aufbringens. Das Auftragen des Imprägniermittels kann mithilfe einer Imprägniernadel 10 erfolgen, welche in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel neben der Drahtführungsnadel 7 an einem gemeinsamen Führungsarm 11 angeordnet ist. Dabei liegt die Imprägniernadel 10 beispielsweise parallel beabstandet zu der Drahtführungsnadel 7 vor. Grundsätzlich kann die Imprägniernadel 10 jedoch beliebig ausgestaltet sein.
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In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Herstellungseinrichtung 1 dazu ausgebildet, das Imprägniermittel durch die Imprägniernadel 10 auf den Wicklungsbereich 9 der Drahtwicklung 4 aufzutragen, der momentan auf den Spulenkörper 3 aufgebracht wird. Es kann auch vorgesehen sein, dass wenigstens ein Teil des durch die Imprägniernadel 10 ausgebrachten Imprägniermittels auf den Spulenkörper 3 aufgetragen wird, bevor der Wicklungsbereich 9 auf den Spulenkörper 3 aufgebracht wird. In diesem Fall wird der Wicklungsbereich 9 in das Imprägniermittel eingebracht beziehungsweise eingebettet.
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Mit einer derartigen Vorgehensweise kann das Imprägniermittel so aufgetragen werden, dass in der fertig hergestellten Drahtwicklung beziehungsweise zwischen Wicklungsbereichen der Drahtwicklung 4 keine oder allenfalls kleine Lufteinschlüsse vorliegen. Die Drahtwicklung 4 ist insoweit vollständig oder zumindest nahezu vollständig in das Imprägniermittel eingebettet beziehungsweise von diesem umschlossen. Das Imprägniermittel durchsetzt also die gesamte Drahtwicklung 4 der Spule 2.
