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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen wenigstens einer Wicklung auf einen hohlzylinderförmigen Stator. Daneben betrifft die Erfindung ein Wickelwerkzeug und eine elektrische Maschine.
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Eine Möglichkeit, Wicklungen auf einen Stator aufzubringen, ist die Nadelwickeltechnik. Eine Nadel fährt durch die Nuten des Stators und legt dort den Spulendraht ab. Um eine korrekte Positionierung des Drahtes sicherzustellen, werden an den Stirnseiten des Stators Endscheiben angebracht, die typischerweise aus Kunststoff bestehen. Im Rahmen des Wickelvorgangs wird der Spulendraht an Halteelementen der Endscheiben entlang geführt, um ihn zu haltern. Nach dem Wickeln liegen somit mehrere Windungen des Spulendrahtes unter Spannung an den Endscheiben an.
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Die Endscheiben verbleiben nach dem Wickeln am Stator. Dies verhindert ein Pressen der Wicklungen im Bereich der Stirnfläche des Stators, und erhöht den Bauraumbedarf für den Stator.
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Das Patentdokument
DE 19 56 420 A offenbart ein an einem Stator angebrachtes Wickelwerkzeug, das ein in der Nut zwischen Statorstirnfläche und Formteil vorgesehenes Stützelement aufweist, das so angeordnet ist, das beim Bewickeln die einzelnen Drähte der Spulen in Richtung des Nutgrundes geleitet werden.
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Das Patentdokument
DE 10 2005 037 375 A1 offenbart einen Wicklungskörper, der Endscheiben ersetzt und die Gestalt eines Kreisbogenabschnittes aufweist. Die in Nadelwickeltechnik gewickelten Leiter werden mittels des Wickelhilfskörpers an der Stirnseite umgelenkt und der Wickelhilfskörper an schließend wieder entfernt. Das Wickelsystem soll so im Bereich der Stirnseiten sehr eng am Grundkörper anliegen.
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Das Patentdokument
AT 262 443 B offenbart ein Wickelstützaggregat, bei dem Hilfsstützen im Bereich der Ständerstirnseiten während des Wickelvorgangs eingesetzt werden, welche anschließend wieder entfernt werden können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Aufbringen von Wicklungen auf einen Stator anzugeben, das einen kompakteren Aufbau des Stators mit stirnseitig gepressten Wicklungen ermöglicht.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, das die folgenden Schritte umfasst:
- – Anbringen wenigstens eines Wickelwerkzeugs an dem Stator, derart, dass ein hohlzylindersegmentförmiger Axialabschnitt des Wickelwerkzeuges an einer radialen Innenfläche oder Außenfläche des Stators an den Statorzähnen anliegt, ein an den Axialabschnitt angrenzender Auflageabschnitt des Wickelwerkzeugs, der sich senkrecht zu dem Axialabschnitt erstreckt, an einer Stirnfläche des Stators anliegt, und wenigstens ein an dem Auflageabschnitt angeordneter Niederhalteabschnitt sich radial bezüglich des Stators über den Auflageabschnitt hinaus erstreckt und von der Stirnfläche des Stators axial beabstandet ist,
- – Aufbringen wenigstens einer Wicklung auf den Stator, wobei ein Spulendraht durch wenigstens zwei Nuten des Stators und entlang der Stirnfläche des Stators durch wenigstens einen durch die Stirnfläche des Stators, den Niederhalteabschnitt und den Auflageabschnitt begrenzten Aufnahmeraum geführt wird, und
- – Pressen des entlang der Stirnseite des Stators geführten Spulendrahtes, wobei das Wickelwerkzeug an dem Stator angebracht bleibt, wobei der Niederhalteabschnitt vor oder während dem Pressen bezüglich dem Auflageabschnitt bewegt oder durch Öffnen wenigstens einer Haltevorrichtung reversibel von dem Auflageabschnitt getrennt wird.
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Um eine korrekte Positionierung des Drahtes sicherzustellen, wird erfindungsgemäß vor dem Wickelvorgang wenigstens ein Wickelwerkzeug an dem Stator angebracht. Unter dem Stator ist in diesem Kontext das noch nicht bewickelte bzw. erst teilweise bewickelte Statorblechpaket zu verstehen. Das Wickelwerkzeug kann axial in den Stator eingebracht und dort verklemmt werden. Im Rahmen des Wickelvorgangs wird der Spulendraht an dem Wickelwerkzeug entlang geführt, um ihn zu haltern. Nach dem Wickeln liegen somit mehrere Windungen des Spulendrahtes unter Spannung an dem Wickelwerkzeug an. Eine Nutzung einer eingangs beschriebenen, am Stator verbleibenden Endscheibe ist nicht erforderlich.
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Nach dem Bewickeln des Stators sollen die Windungen im Bereich der Stirnfläche des Stators gepresst werden. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, das Pressen nach dem Aufbringen wenigstens einer Wicklung derart durchzuführen, dass ein Niederhalteabschnitt des Wickelwerkzeugs vor oder während dem Pressen bezüglich des Auflageabschnitts und somit bezüglich des Stators bewegt oder durch Öffnen wenigstens einer Haltevorrichtung reversibel von dem Auflageabschnitt getrennt wird, wodurch der Auflageabschnitt vom Stator entfernbar ist, während das Wickelwerkzeug an dem Stator angebracht bleibt.
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Der Spulendraht wird, um ein Abrutschen des Spulendrahts von dem Stator zu verhindern, beim Aufbringen der Wicklungen jeweils durch einen Aufnahmeraum geführt, der durch die Stirnfläche des Stators, den Niederhalteabschnitt und den Auflageabschnitt begrenzt ist. Der Auflageabschnitt kann die Nuten des Stators, die im Bereich des Wickelwerkzeugs liegen, abdecken und somit für spätere Bewicklungen freihalten. Der Auflageabschnitt wirkt somit als ein nach innen begrenzendes Bauteil, das eine Bewegung des entlang der Stirnseite verlaufenden Spulendrahtes zu den im aktuellen Wickelschritt nicht zu bewickelnden Nuten verhindert.
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Im Aufnahmeraum bildet sich ein Drahtpaket, das im Pressschritt komprimiert werden soll. Das Pressen soll in Axialrichtung des Stators erfolgen. Ein Zugang für Presswerkzeuge, beispielsweise einen Pressstempel, wird jedoch dadurch erschwert, dass der Spulendraht in Axialrichtung zwischen der Stirnseite des Stators und dem Niederhalteabschnitt geführt ist. Durch das erfindungsgemäße Vorgehen kann der Niederhalteabschnitt jedoch derart bewegt oder von dem Auflageabschnitt getrennt werden, dass der durch den Aufnahmeraum geführte Spulendraht in Axialrichtung des Stators zugänglich ist. Der Niederhalteabschnitt kann beispielsweise radial verschoben oder verklappt werden. Zugleich wird der Spulendraht durch den Auflageabschnitt weiterhin radial gehaltert, so dass sowohl ein Abrutschen von dem Stator, als auch ein Rutschen in den Bereich von noch nicht bewickelten Nuten verhindert werden kann. Eine Bewegung des Niederhalteabschnitts während dem Pressen ist zweckmäßig, um den Niederhalteabschnitt selbst als Presswerkzeug oder als Teil eines Presswerkzeuges zu nutzen, insbesondere indem der Niederhalteabschnitt axial bezüglich des Stators in Richtung der Stirnfläche des Stators geschoben wird.
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Durch das erfindungsgemäße Vorgehen kann ein Pressen erfolgen, ohne dass das Wickelwerkzeug von dem Stator demontiert wird. Zugleich kann der Auflageabschnitt im Rahmen des Pressvorgangs als ein nach innen begrenzendes Bauteil dienen, das ein Abrutschen der Spulendrähte und eine Blockierung anderer Nuten verhindert. Dies vereinfacht den Wickelprozess, womit die Prozesszeit verringert, Kosten gespart und der Logistikaufwand gesenkt werden können. Das erfindungsgemäße Vorgehen hat zudem den Vorteil, dass vor dem Pressen durch den am Wickelwerkzeug anliegenden Spulendraht Kräfte auf das Wickelwerkzeug wirken, womit Arbeiter oder Roboter, die die Wickelwerkzeuge demontieren, relativ große Kräfte aufbringen müssen. Diese Kräfte sind reduziert, wenn das Wickelwerkzeug erst nach dem Pressen entnommen wird.
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Der Axialabschnitt und der Auflageabschnitt des Wickelwerkzeuges können einteilig ausgebildet sein oder mehrere Komponenten umfassen. An dem Wickelwerkzeug, insbesondere an dem Axialabschnitt, kann eine Klemmvorrichtung angeordnet sein, die wenigstens einen Statorzahn klemmt, um das Wickelwerkzeug an dem Stator anzubringen. Die genannten Richtungsangaben sind derart aufzufassen, dass sie auch eine Abweichung von der angegebenen Richtung um bis zu 10° oder bis zu 5° umfassen. Entsprechende Abweichungen können durch Fertigungstoleranzen oder aufgrund einer Anpassung des Wickelwerkzeugs an einen konkret zu bewickelten Stator auftreten.
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Zum Pressen kann ein Pressstempel an der Stirnfläche des Stators auf die Wicklung aufgesetzt werden, wobei der Pressstempel wenigstens eine Ausnehmung aufweist, in die der Auflageabschnitt des Wickelwerkzeugs während des Pressens eingreift. Der Pressstempel kann eine im Wesentlichen ebene Pressfläche bilden, in der die Ausnehmung vorgesehen ist. Die Ausnehmung kann Abmessungen in der Ebene der Pressfläche aufweisen, die im Wesentlichen den Abmessungen des Auflageabschnitts in radialer und in Umfangsrichtung bezüglich des Stators entsprechen. Dies ist vorteilhaft, wenn der Niederhalteabschnitt vor dem Pressen von dem Auflageabschnitt getrennt oder derart bewegt wird, dass er radial und in Umfangsrichtung bezüglich des Stators nicht über den Auflageabschnitt hinausragt.
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Die Abmessungen der Ausnehmung können jedoch auch so gewählt sein, dass zusätzlich zum Auflageabschnitt der Niederhalteabschnitt vollständig oder teilweise in den Pressstempel eingreifen kann. Während dem Pressen kann der Niederhalteabschnitt in der Ausnehmung derart aufgenommen werden, dass eine dem Stator zugewandte Fläche des Niederhalteabschnitts gemeinsam mit einer dem Stator zugewandten Fläche des Pressstempels eine im Wesentlichen ebene und zur Stirnfläche des Stators parallele Pressfläche bildet, wonach der Niederhalteabschnitt bei dem Pressen gemeinsam mit dem Pressstempel axial bezüglich des Stators verschoben wird.
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Im erfindungsgemäßen Verfahren kann der Niederhalteabschnitt durch den Auflageabschnitt beweglich gelagert werden, wobei der Niederhalteabschnitt vor und/oder während dem Pressen axial oder radial bezüglich des Stators verschoben und/oder um eine Schwenkachse verschwenkt wird. Im Falle einer axialen Verschiebung erfolgt das Pressen des Spulendrahtes durch den Niederhalteabschnitt als Pressfläche. Der Niederhalteabschnitt kann an dem Auflageabschnitt an Stiften und/oder Achsen gelagert sein, um eine Verschiebung oder Verschwenkung zu ermöglichen. Sind an dem Auflageabschnitt mehrere Niederhalteabschnitte angeordnet, können sie einzeln oder gemeinsam bewegbar sein. Die Verschwenkung des Niederhalteabschnitts kann derart erfolgen, dass der Niederhalteabschnitt von einer ersten Stellung, in der er im Wesentlichen parallel zu dem Auflageabschnitt liegt, in eine zweite Stellung, in der er im Wesentlichen parallel zu dem Axialabschnitt liegt, oder in eine dazwischen liegende Zwischenstellung verschwenkbar ist. Der Niederhalteabschnitt kann somit von der Stirnfläche des Stators weggeschwenkt werden, um einen axialen Zugang zum Pressen des im Aufnahmeraum geführten Spulendrahts zu ermöglichen.
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Ein Verschieben oder Verschwenken des Niederhalteabschnitts in einer Ebene, die senkrecht auf dem Axialabschnitt steht, kann dadurch erschwert sein, dass der im Aufnahmeraum geführte Spulendraht gegen den Niederhalteabschnitt drückt und somit zu einer hohen Reibung führt, die ein Verschieben oder Verschwenken erschwert. Es ist daher möglich den Spulendraht zunächst benachbart zum Niederhalteabschnitt auf die Stirnfläche des Stators zu pressen, um den Niederhalteabschnitt zu entlasten und eine Verschiebung oder Verschwenkung zu erleichtern.
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Der Niederhalteabschnitt kann gegen eine durch wenigstens ein Rückstellelement bereitgestellte Rückstellkraft verschoben und/oder gegen ein durch das oder wenigstens ein weiteres Rückstellelement bereitgestelltes Rückstellmoment verschwenkt werden. Als Rückstellelement können eine Feder und/oder ein Element aus einem Elastomer, beispielsweise Gummi, genutzt werden.
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Der Niederhalteabschnitt kann während des Aufbringens der Wicklung durch ein Feststellelement festgestellt werden, so dass eine Verschiebung und/oder eine Verschwenkung zwischen dem Niederhalteabschnitt und dem Auflageabschnitt im Wesentlichen unterbunden wird. Ergänzend oder alternativ kann durch das Feststellelement oder ein weiteres Feststellelement der Niederhalteabschnitt auch in einer verschwenkten oder verschobenen Position festgestellt werden. Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn der Niederhalteabschnitt gegen eine Rückstellkraft verschoben oder verschwenkt wurde, um den Niederhalteabschnitt ohne weitere Kraftaufwendung in der verschwenkten oder verschobenen Position zu halten.
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In dem erfindungsgemäßen Verfahren kann ein Wickelwerkzeug mit mehreren Niederhalteabschnitten genutzt werden, die am Auflageabschnitt separat voneinander beweglich gelagert sind. Insbesondere können die Niederhalteabschnitte separat voneinander verschoben oder verschwenkt werden. Eine Nutzung mehrerer Niederhalteabschnitte mit geringerer Ausdehnung in Umfangsrichtung des Stators kann eine Verschiebung oder Verschwenkung erleichtern, da bei einer großen Ausdehnung des Niederhalteabschnitts in Umfangsrichtung, aufgrund der Ringform des Stators, lange Verschiebewege und/oder von dem Stator radial deutlich beabstandete Lagen von Verschwenkachsen erforderlich sein können.
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Nach dem Aufbringen der Wicklung auf den Stator kann der Spulendraht derart an dem Auflageabschnitt anliegen, dass er eine Kraft auf diesen ausübt. Es kann eine Bewegung oder Demontage des Niederhalteabschnitts erschweren. Es ist daher möglich, dass der Spulendraht in einem ersten und einem zweiten Pressschritt gepresst wird, wobei in dem ersten Pressschritt ein Pressen in wenigstens einem Pressbereich durchgeführt wird, der benachbart zu dem Niederhalteabschnitt liegt, wonach der Niederhalteabschnitt bezüglich des Auflageabschnitts bewegt oder von dem Auflageabschnitt getrennt wird, um einen zweiten Pressbereich freizugeben, wonach in dem zweiten Pressschritt der Spulendraht sowohl in dem ersten als auch in dem zweiten Pressbereich gepresst wird.
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In dem ersten Pressschritt kann ein erster Pressstempel an der Stirnfläche des Stators auf die Wicklung aufgesetzt werden, wobei der. Pressstempel wenigstens eine Ausnehmung aufweist, in die der Niederhalteabschnitt eingreift, wobei nach dem Bewegen oder Trennen des Niederhalteabschnitts in dem zweiten Pressschritt ein zweiter Pressstempel auf den ersten Presstempel derart aufgesetzt wird, dass jeweils ein Vorsprung des zweiten Pressstempels in die Ausnehmung des ersten Pressstempels eingreift. Der erste und/oder der zweite Pressstempel können wenigstens eine Ausnehmung aufweisen, in die der Auflageabschnitt des Wickelwerkzeugs während des Pressens eingreift.
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Alternativ kann ein Pressstempel verwendet werden, der wenigstens einen elastisch bezüglich einem zweiten Pressabschnitt gelagerten ersten Pressabschnitt aufweist, wobei in dem ersten Pressschritt der Pressstempel derart an der Stirnfläche des Stators auf die Wicklung aufgesetzt wird, dass der erste Pressabschnitt den ersten Pressbereich kontaktiert und der zweite Pressabschnitt axial von dem zweiten Pressbereich beabstandet ist, wonach in dem ersten Pressschritt der Pressstempel in Richtung des Stators geführt wird, um den ersten Pressbereich zu pressen. Hierdurch wird der Spulendraht zunächst im ersten Pressbereich komprimiert, wodurch eine von dem Spulendraht auf den Niederhalteabschnitt ausgeübte Kraft reduziert wird. Dies ermöglicht es, den Niederhalteabschnitt im Wesentlichen entlastet bezüglich des Auflageabschnitts zu bewegen oder von diesem zu trennen, um den zweiten Pressbereich freizugeben. Wird anschließend der Pressdruck auf den Presstempel erhöht, so wird die elastische Lagerung komprimiert, wodurch der zweite Pressabschnitt des Pressstempels axial an den ersten Pressabschnitt angenähert wird und den zweiten Pressbereich kontaktiert und presst.
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Der erste und der zweite Pressabschnitt können über eine Feder oder ein anderes elastisches Element miteinander verbunden sein. Der erste und der zweite Pressabschnitt können aneinander geführt sein, so dass eine Relativbewegung zwischen dem ersten und dem zweiten Pressabschnitt nur in eine Richtung möglich ist, die nach dem Aufsetzen des Pressstempels der Axialrichtung des Stators entspricht.
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Neben dem erfindungsgemäßen Verfahren betrifft die Erfindung ein Wickelwerkzeug zur Anordnung an einem hohlzylinderförmigen Stator zur Halterung eines Spulendrahtes während eines Aufbringens von wenigstens einer Wicklung auf den Stator, wobei das Wickelwerkzeug einen hohlzylindersegmentförmigen Axialabschnitt, der an einer Innenfläche oder an einer Außenfläche des Stators an den Statorzähnen anliegend in einer Montageposition befestigbar ist, einen an den Axialabschnitt angrenzenden Auflageabschnitt, der sich senkrecht zu dem Axialabschnitt derart erstreckt, dass er nach Anordnung des Wickelwerkzeuges in der Montageposition auf einer Stirnfläche des Stators aufliegt, und wenigstens einen an dem Auflageabschnitt angeordneten Niederhalteabschnitt, der sich über den Auflageabschnitt hinaus erstreckt und der in der Montageposition von der Stirnfläche beabstandet ist, aufweist, wobei der Niederhalteabschnitt beweglich an dem Auflageabschnitt gelagert oder durch Öffnen wenigstens einer Haltevorrichtung des Wickelwerkzeugs reversibel von dem Auflageabschnitt trennbar ist.
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Das erfindungsgemäße Wickelwerkzeug ist vorzugsweise in dem erfindungsgemäßen Verfahren nutzbar. Das Wickelwerkzeug betreffende Merkmale, die zum erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, lassen sich auf das erfindungsgemäße Wickelwerkzeug mit den dort genannten Vorteilen übertragen. Umgekehrt können auch Merkmale, die zum erfindungsgemäßen Wickelwerkzeug erläutert werden, auf das erfindungsgemäße Verfahren übertragen werden.
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Der Auflageabschnitt kann vorzugsweise so ausgebildet sein, dass er in der Montageposition die im Bereich des Wickelwerkzeuges liegenden Nuten des Stators vollständig bedeckt. Somit wird erreicht, dass diese Nuten für weitere Wickelvorgänge freibleiben können. Das Wickelwerkzeug kann derart geformt sein, dass der Auflageabschnitt und der Axialabschnitt in einer senkrecht zum Axialabschnitt geschnittenen Ansicht ein L-förmiges Profil ausbilden. Richtungsangaben im Rahmen der Beschreibung des Wickelwerkzeugs beziehen sich, soweit nicht anders angegeben, auf Zylinderkoordinaten bezüglich jenes Zylinders, für den der Axialabschnitt ein hohlzylinderförmiges Segment bildet. Bei einer Anordnung des Wickelwerkzeugs in der Montageposition fällt dieses Koordinatensystem mit dem auf den Stator bezogenen Koordinatensystem zusammen, auf das im Rahmen der Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens Bezug genommen wurde.
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Die Niederhalteabschnitt kann an dem Auflageabschnitt derart gelagert sein, dass er axial oder radial bezüglich des Axialabschnitts verschiebbar und/oder um eine Schwenkachse verschwenkbar ist. Der Niederhalteabschnitt kann insbesondere aus einer Stellung, in der er im Wesentlichen senkrecht zu dem Axialabschnitt verläuft, in eine Stellung oder in Richtung einer Stellung verschwenkt werden, in der er im Wesentlichen parallel zu dem Axialabschnitt verläuft.
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Zwischen dem Auflageabschnitt und dem Niederhalteabschnitt kann wenigstens ein Rückstellelement angeordnet sein, das bei einer Verschiebung und/oder einer Verschwenkung des Niederhalteabschnitts bezüglich des Auflageabschnitts eine Rückstellkraft und/oder ein Rückstellmoment auf den Niederhalteabschnitt ausübt.
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Das Wickelwerkzeug kann wenigstens ein Feststellelement umfassen, wobei in einer Blockierstellung des Feststellelements die Verschiebung und/oder die Verschwenkung des Niederhalteabschnitts bezüglich des Auflageabschnitts blockiert ist.
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Es ist möglich, dass das Wickelwerkzeug mehrere der Niederhalteabschnitte aufweist, die separat voneinander beweglich an dem Auflageabschnitt gelagert sind. Hierdurch kann eine Verschwenkung und/oder Verschiebung, wie vorangehend erläutert, in einigen Fällen leichter umgesetzt werden.
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Die Erfindung betrifft zudem eine elektrische Maschine, die einen Stator umfasst, auf den wenigstens eine Wicklung durch das erfindungsgemäße Verfahren aufgebracht ist. Insbesondere kann der Stator vollständig gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren bewickelt sein.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den folgenden Ausführungsbeispielen sowie den zugehörigen Zeichnungen. Dabei zeigen schematisch:
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1 bis 3 die Nutzung eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Wickelwerkzeuges in einem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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4 bis 6 die Nutzung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Wickelwerkzeugs in einem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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7 und 8 die Nutzung eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Wickelwerkzeugs in einem dritten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
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9 ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wickelwerkzeugs.
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1 bis 3 zeigen ausgewählte Schritte eines Verfahrens zum Aufbringen wenigstens einer Wicklung auf einen hohlzylinderförmigen Stator 1. 1 zeigt ein Wickelwerkzeug 2, das im Rahmen des Aufbringens der Wicklungen zur Halterung eines Spulendrahtes genutzt wird. Das Wickelwerkzeug 2 umfasst einen hohlzylindersegmentförmigen Axialabschnitt 3, einen an den Axialabschnitt 3 angrenzenden Auflageabschnitt 4 und einen an dem Auflageabschnitt 4 beweglich gelagerten Niederhalteabschnitt 5. Wie in 2 dargestellt, werden zunächst mehrere der Wickelwerkzeuge 2 an dem Stator 1 angebracht. Dies erfolgt derart, dass der Axialabschnitt 3 an einer radialen Innenfläche des Stators 1 an den Statorzähnen 6 und der Auflageabschnitt 4 an einer Stirnfläche des Stators 1 anliegt. Der Auflageabschnitt 4 des Wickelwerkzeugs 2 ist so dimensioniert, dass die Nuten 7 des Stators 1, die im Bereich des Wickelwerkzeuges 2 liegen, an der Stirnfläche vollständig durch den Auflageabschnitt 4 abgedeckt sind. Hierdurch wird erreicht, dass der um das Wickelwerkzeug 2 geschlungene Draht von diesen Nuten 7 beabstandet ist, wodurch diese für folgende Wickelvorgänge freigehalten werden.
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Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, beziehen sich alle gezeigten Ausführungsbeispiele auf eine Bewicklung eines Stators, dessen Statorzähne radial nach innen gerichtet sind. Das beschriebene Verfahren bzw. das beschriebene Wickelwerkzeug 2 lassen sich jedoch leicht derart anpassen, dass sie auch bei einem Stator mit radial nach außen gerichteten Statorzähnen anwendbar sind. Wären die Statorzähne radial nach außen gerichtet, würde ein Wickelwerkzeug mit einem Axialabschnitt genutzt, der nach dem Anbringen an den Stator an einer radialen Außenfläche des Stators an den Statorzähnen anliegt. Der Auflageabschnitt sowie der Niederhalteabschnitt würden sich in diesem Fall bezüglich des Stators radial nach innen erstrecken.
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Nachdem das Wickelwerkzeug 2, wie in 2 dargestellt, an dem Stator 1 angebracht ist, können die Wicklungen auf den Stator aufgebracht werden, indem ein Spulendraht durch wenigstens zwei Nuten 7 des Stators 1 und entlang der Stirnfläche des Stators 1 durch wenigstens einen, durch die Stirnfläche des Stators 1, den Niederhalteabschnitt 5 und dem Auflageabschnitt 4 begrenzenden Aufnahmeraum 8 geführt wird. Das Aufbringen der Wicklungen erfolgt durch Nadelwickeln und soll hier nicht detailliert erläutert werden.
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Nach dem Aufbringen der Wicklungen erfolgt ein Pressen des entlang der Stirnseite des Stators 1 geführten Spulendrahtes. Dies ist in 3 dargestellt, wobei die Darstellung als geschnittene Ansicht entlang der in 2 gezeigten Linie III-III erfolgt. Im Aufnahmeraum 8 befindet sich ein Drahtbündel 9, das aus mehreren Strängen des Spulendrahts besteht, der mehrfach durch den Aufnahmeraum 8 geführt ist. Aus Übersichtlichkeitsgründen ist das Drahtbündel 9 im Wesentlichen kreisförmig und beabstandet von dem Auflageabschnitt 4 und dem Niederhalteabschnitt 5 dargestellt. Da das Wickeln der Wicklungen unter Zug erfolgt, wäre das Drahtbündel nach einer realen Wicklung in Radialrichtung des Stators 1 gegen den Auflageabschnitt 4 und in Axialrichtung des Stators 1 gegen die Stirnfläche des Stators 1 und den Niederhalteabschnitt 5 gepresst.
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Das Drahtbündel 9 soll sowohl im Bereich der Nuten 7, durch die der Spulendraht geführt ist, als auch im Aufnahmeraum 8 gepresst werden. Daher wird an der Stirnfläche des Stators 1 ein Pressstempel 10 auf die Wicklung aufgesetzt, um eine Pressfläche 11 zu bilden, die sich über das Wickelwerkzeug hinaus zumindest bis zu den zu dem Wickelwerkzeug benachbarten Nuten 7 erstreckt. Die Pressfläche 11 des Pressstempels 10 kann im Wesentlichen kreis- oder ringförmig sein und die gesamte Stirnfläche des Stators 1 bedecken. Im Pressstempel 10 sind jedoch Ausnahmen 13 vorgesehen, die beim Pressen sowohl den Niederhalteabschnitt 5 als auch den Auflageabschnitt 4 aufnehmen. Wie in 3 dargestellt, ist die Ausnehmung 13 derart ausgebildet, dass eine dem Stator 1 zugewandte Fläche des Niederhalteabschnitts 5 gemeinsam mit einer dem Stator 1 zugewandten Fläche des Pressstempels 10 eine im Wesentlichen ebene und zur Stirnfläche des Stators 1 parallele Pressfläche 11 bilden.
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Um das Drahtbündel 9 zu pressen, wird der Presstempel 10 axial auf den Stator 1 zu bewegt. Da der Niederhalteabschnitt 5 am Auflageabschnitt 4 in Axialrichtung beweglich gelagert ist, wird der Niederhalteabschnitt 5 gemeinsam mit dem Presstempel 10 in Richtung des Stators bewegt. Der Niederhalteabschnitt 5 kann durch den Auflageabschnitt 4 geführt sein. Hierzu können mehrere Führungselemente vorgesehen sein. In 3 ist ausschließlich eine Führung eines Gehäuseabschnitts 14 des Auflageabschnitts 4 in einer Ausnahme 15 des Niederhalteabschnitts 5 gezeigt. Zusätzlich könnte beispielsweise eine Führung durch nicht gezeigte, an dem Auflageabschnitt angeordnete Stifte vorgesehen sein, die in axiale Ausnehmungen des Niederhalteabschnitts 15 eingreifen.
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Um den Niederhalteabschnitt 5 während des Aufbringens der Wicklungen von der Stirnfläche des Stators 1 zu beabstanden, ist ein Rückstellelement 12, beispielsweise eine Feder, vorgesehen. Ergänzend können weiter nicht gezeigte Rückstellelement zwischen dem Niederhalteabschnitt 5 und dem Auflageabschnitt 4 angeordnet sein, um bei einer Verschiebung des Niederhalteabschnitts 5 bezüglich des Auflageabschnitts 4 eine Rückstellkraft auszuüben.
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Nach dem Pressen des Drahtbündels 9 kann der Pressstempel 10 abgehoben werden und die Wickelwerkzeuge 2 können von dem Stator 1 entfernt werden.
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Die 4 bis 6 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Aufbringen von Wicklungen auf einen Stator. Hierbei wird ein anderes Wickelwerkzeug 16 genutzt, das dem in 1 gezeigten Wickelwerkzeug 2 bezüglich seines grundsätzlichen Aufbaus weitgehend entspricht. Wesentlicher Unterschied ist, dass der Niederhalteabschnitt 18 an dem Auflageabschnitt 17 nicht beweglich gelagert ist, sondern an diesem durch zwei Haltevorrichtungen 19 befestigt ist. Bei den Haltevorrichtungen 19 kann es sich um Schrauben handeln, die in Gewinde 20 an dem Auflageabschnitt 17 eingreifen.
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Das Anbringen des Wickelwerkzeugs 16 an dem Stator 1 sowie das Aufbringen der Wicklungen erfolgt, wie zu 1 bis 3 erläutert. Anschließend liegt der in 4 gezeigte Zustand vor, in dem ein Drahtbündel 9 durch die Nuten 7 des Stators 1 und durch den Aufnahmeraum geführt ist, der durch die Stirnfläche des Stators 1, den Auflageabschnitt 17 und den Niederhaltabschnitt 18 gebildet ist. Zur größeren Übersichtlichkeit ist in der Zeichnung das Drahtbündel 9 von den Rändern der Nuten 7 und dem Auflageabschnitt 17 beabstandet dargestellt. Da das Wickeln unter Spannung erfolgt, liegt das Drahtbündel 9 üblicherweise an diesen Komponenten straff an.
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Vor dem Pressen des Drahtbündels 9 werden die Haltevorrichtungen 19 geöffnet, das heißt beispielsweise die Schrauben aus den Gewinden 20 geschraubt, und der Niederhalteabschnitt 18 abgehoben. Der resultierende Zustand ist in 5 gezeigt. Anschließend wird ein Pressstempel 21 an der Stirnfläche des Stators 1 auf die Wicklung aufgesetzt. Wie in 6 dargestellt, ist der Stator 1 vollständig durch den Pressstempel 21 bedeckt. Der Pressstempel 21 weist Ausnehmungen 22 auf, in die die Auflageabschnitte 17 der vier an dem Stator 1 angeordneten Wickelwerkzeuge 16 eingreifen. Hierdurch kann der Pressstempel 21 ungehindert in Richtung der Stirnfläche des Stators 1 geführt werden, wodurch das Drahtbündel 9 gepresst wird.
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Das gezeigte Vorgehen ist dann umsetzbar, wenn sich der Auflageabschnitt 17 ausreichend weit in Axialrichtung über den Stator 1 hinaus erstreckt, so dass das Drahtbündel 9 bzw. die einzelnen Wicklungen des Spulendrahtes auch nach der Trennung des Niederhalteabschnitts 18 von dem Wickelwerkzeug 16 zuverlässig gehaltert werden und nach dem Wickeln keinen oder nur geringen Druck auf den Niederhalteabschnitt 18 ausüben, so dass dieser leicht von dem Auflageabschnitt 17 getrennt werden kann. Ist dies nicht der Fall, kann es vorteilhaft sein, das Drahtbündel 9 zunächst in einem Bereich, der sich benachbart zu dem Niederhalteabschnitt 18 erstreckt, zu pressen. Beispiele für ein derartiges Vorgehen werden im Folgenden für ein weiteres Beispiel eines Verfahrens zum Aufbringen von Wicklungen auf einen Stator erläutert. Das im Folgenden erläuterte Vorgehen nutzt hierbei einen anderen Aufbau des Wickelwerkzeugs. Das bezüglich dieses Ausführungsbeispiels erläuterte Pressen in zwei Pressschritten lässt sich jedoch auch auf das Ausführungsbeispiel gemäß der 4 bis 6 übertragen.
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Die 7 und 8 zeigen ausgewählte Schritte eines weiteren Verfahrens zum Aufbringen von Wicklungen auf einen Stator. Hierbei wird der Spulendraht bzw. das Drahtbündel in zwei getrennten Pressschritten gepresst. Dies ist aufgrund der Ausbildung des genutzten Wickelwerkzeugs 23 vorteilhaft. Die Anordnung des Wickelwerkzeugs 23 am Stators 1 sowie das Aufbringen der Wicklungen des Spulendrahtes erfolgt wie zu 1 bis 3 erläutert. Einziger Unterschied ist hierbei, dass das Wickelwerkzeug 23 drei separate Niederhalteabschnitte 25 aufweist. Der Spulendraht wird im Rahmen der Wicklung somit durch drei Aufnahmeräume geführt, die jeweils durch die Stirnfläche des Stators 1, den Auflageabschnitt 23 und jeweils einen der Niederhalteabschnitte 25 begrenzt sind. Die Niederhalteabschnitte 25 sind durch an dem Auflageabschnitt 24 befestigte Stifte 26 geführt. Sie sind gegen die Kraft eines nicht gezeigten Rückstellelements in Richtung des Pfeils 28 radial bezüglich des Stators verschiebbar, um ein Pressen des Drahtbündels 9 im Bereich der Aufnahmeräume durch einen axial bezüglich des Stators geführten Pressstempel zu ermöglichen.
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Problematisch ist hierbei, dass das Drahtbündel wie vorangehend erläutert gegen die Niederhalteabschnitte 25 drücken kann, womit zur Verschiebung der Niederhaltabschnitte 25 ein hoher Kraftaufwand erforderlich ist und wodurch bei einem Verschieben der Niederhalteelemente 25 starke Kräfte auf den Spulendraht wirken, wodurch dieser reißen kann oder ähnliches. Daher erfolgt in einem ersten Pressschritt, der in 7 dargestellt ist, zunächst ein Pressen in einem ersten Pressbereich, der benachbart zu den Niederhalteabschnitten 25 liegt. Dies wird dadurch erreicht, dass zunächst ein im Wesentlichen ringförmiger Pressstempel 29 an der Stirnfläche des Stators auf die Wicklung aufgesetzt wird. Der Pressstempel 29 weist Ausnehmungen 31 auf, in die die Auflageabschnitte 24 und die Niederhalteabschnitte 25 der Wickelwerkzeuge 23 eingreifen. Dies bedeutet, dass der Pressstempel 29 derart geformt ist, dass er in den Bereichen des Stators 1, in denen keine Wickelwerkzeuge 23 angeordnet sind, eine erste Breite aufweist und in den Bereichen, in denen die Wickelwerkzeuge 23 angeordnet sind, eine schmalere variable Breite aufweist, so dass er an den Auflageabschnitten 24 und den Niederhalteabschnitten 25 vorbeigeführt werden kann. Wird dieser erste Pressstempel 29 axial in Richtung des Stators 1 gepresst, so wird das Drahtbündel 9 benachbart zu den Niederhaltebereichen 25 ebenfalls in Richtung des Stators 1 gepresst, womit das Drahtbündel 9 im Bereich der Aufnahmeräume von den Niederhalteabschnitten weggeführt wird, so dass das Drahtbündel 9 die Niederhalteabschnitte 25 nicht mehr oder nur noch mit geringer Kraft kontaktiert.
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Da die Niederhalteabschnitte 25 nun entlastet sind, können sie entlang der Stifte 26 leicht in Richtung des Pfeils 28 geführt werden. Dieser Zustand ist in 8 dargestellt, wobei 8 einen Schnitt entlang der Linie VIII-VIII in 7 zeigt. Anschließend wird in einem zweiten Pressschritt ein zweiter Pressstempel 30 auf den ersten Pressstempel 29 aufgesetzt, wobei der zweite Pressstempel 30 Vorsprünge 32 aufweist, die in die Ausnehmungen 31 des ersten Pressstempels 29 eingreifen. Anschließend wird der zweite Pressstempel 30 zunächst axial in Richtung des Stators 1 geführt, bis die dem Stator 1 zugewandte Fläche des zweiten Pressstempels gemeinsam mit der dem Stator 1 zugewandten Fläche des ersten Pressstempels 29 eine im wesentlichen ebene Pressfläche bildet, durch die das Drahtbündel 9 weiter gepresst werden kann.
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Nach dem Pressen können die Pressstempel 29, 30 abgehoben und die Wickelwerkzeuge 23 können vom Stator 1 demontiert werden.
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In einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel können der erste Pressstempel 29 und der zweite Pressstempel 30 zu einem gemeinsamen Pressstempel zusammengefasst werden, indem der erste Pressstempel 29 elastisch, beispielsweise über Federn, an dem zweiten Pressstempel 30 gelagert wird. Der erste Pressstempel 29 bildet in diesem Fall einen ersten Pressabschnitt, der bezüglich eines zweiten Pressabschnitts, der durch den Pressstempel 30 gebildet wird, elastisch gelagert ist. Wird dieser kombinierte Pressstempel an der Stirnfläche des Stators auf die Wicklung aufgesetzt, so kontaktiert zunächst der erste Pressabschnitt das Drahtbündel 9 und kann dieses Pressen. Nach Erreichen eines bestimmten Sollpressdrucks können die Niederhalteabschnitte 25 in Richtung des Pfeils 28 zurückgezogen werden. Anschließend wird der Pressdruck erhöht. Durch das Erhöhen des Pressdrucks wird die elastische Kopplung zwischen dem ersten und dem zweiten Pressabschnitt zusammengedrückt, wodurch nun auch der zweite Pressabschnitt das Drahtbündel 9 kontaktieren und pressen kann. Die Funktion entspricht somit im Wesentlichen der Nutzung zweier separater Pressstempel 29, 30, wobei durch die elastische Lagerung der Pressabschnitte aneinander die Handhabung des resultierenden Pressstempels verbessert ist.
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9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Wickelwerkzeugs 33, das insbesondere in dem mit Bezug auf 4 bis 6 und in dem mit Bezug auf 7 und 8 erläuterten Verfahren statt der dort genutzten Wickelwerkzeuge 16, 23 nutzbar ist. Der grundliegende Aufbau des Wickelwerkzeugs 33 entspricht ebenfalls dem in 1 gezeigten Wickelwerkzeug. An einem hohlzylindersegmentförmigen Axialabschnitt 34 ist ein Auflageabschnitt 35 angeordnet, an dem ein Niederhalteabschnitt 36 gelagert ist. Wesentlicher Unterschied zu den vorangehend beschriebenen Wickelwerkzeugen ist, dass der Niederhalteabschnitt 36 an dem Auflageabschnitt 35 um eine Rotationsachse 37 verschwenkbar gelagert ist. Durch ein Verchwenken des Niederhalteabschnitts 36 kann dieser aus jenem Bereich entfernt werden, in dem ein Spulendraht bzw. ein Drahtbündel komprimiert werden soll. Somit sind die vorangehend beschriebenen Verfahren zum Pressen des Drahtbündels nutzbar. In einem nicht gezeigten weiteren Ausführungsbeispiel könnte der Niederhalteabschnitt auch um eine axial bezüglich des Stators verlaufende Achse verschwenkbar sein.
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Wie vorangehend erläutert, wirken auf den Niederhalteabschnitt 36 während des Aufbringens der Wicklungen Kräfte in Axialrichtung des Stators. Um ein Verschwenken des Niederhalteabschnitts 36 aufgrund dieser Kräfte zu unterbinden, ist an dem Wickelwerkzeug 33 ein Feststellelement 38 vorgesehen. Dieses ist durch einen Bolzen gebildet, der durch eine Bohrung des Niederhalteabschnitts 36 und durch auf beiden Seiten des Niederhalteabschnitts 36 an dem Auflageabschnitt 35 angeordnete Laschen 39 geführt ist. In dieser Blockierstellung wird ein Verschwenken des Niederhalteabschnitts 36 im Wesentlichen verhindert. Durch ein Herausziehen des Bolzens, also ein Verstellen des Feststellelements 38 aus der Blockierstellung, kann nach dem Wickeln und optional nach einem ersten Pressschritt, wie er zu 7 beschrieben wurde, der Bolzen 38 entfernt werden und der Niederhalteabschnitt 36 somit verschwenkt werden. Das Pressen des Drahtbündels sowie das anschließende Entfernen des Wickelwerkzeugs erfolgen wie vorhergehend erläutert.
