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Die Erfindung betrifft ein Fertigungshilfsmittel zur Fixierung eines Statorblechpakets beim Erzeugen einer Statorwicklung. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Erzeugung einer Statorwicklung.
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Unter einer elektrischen Maschine wird allgemein ein elektromechanischer Wandler verstanden, der elektrische Energie in mechanische Energie und/oder mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt. Eine elektrische Maschine ist insbesondere ein Elektromotor (E-Motor) und/oder Generator mit einem feststehenden Stator bzw. Ständer und einem drehbar im Stator gelagerten Rotor bzw. Läufer (Innenläufer). Ein Stator der hier betreffenden Art weist einen Statorkörper und wenigstens eine Statorwicklung auf. Der Statorkörper ist aus einzelnen Statorblechen gebildet, die gestapelt angeordnet sind und ein Statorblechpaket bilden. Der aus einzelnen Statorblechen zusammengesetzte Statorkörper ist innen oder außen mit Statorwicklungsnuten zur Aufnahme der Statorwicklung ausgebildet.
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Die
DE 10 2008 007 578 A1 zeigt ein innengenutetes Statorblechpaket für den Stator eines elektromotorischen Antriebs.
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Für die Fertigung eines Stators ist eine Vielzahl von einzelnen Produktionsschritten notwendig. Einer der Schritte ist das Einbringen der Statorwicklung in das Statorblechpaket. Die Statorwicklung kann z. B. durch Aufwickeln wenigstens eines Spulendrahts auf das Statorblechpaket, bspw. mittels der Nadelwickeltechnik, erzeugt werden. Es gibt aber auch andere Möglichkeiten und Verfahren. Hierbei muss das Blechpaket in geeigneter Weise gehalten werden.
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Die nächstliegende
DE 10 2010 034 180 A1 beschreibt einen Werkstückhalter für die Herstellung eines Statorpakets für einen Elektromotor, mit einer im Wesentlichen ebenen Halteplatte, mit einer Oberseite und einer Unterseite und einer diese Halteplatte zentrisch durchdringenden Werkstückaufnahme, wobei die Werkstückaufnahme Spannbacken umfasst. Diese Spannbacken sind dazu geeignet, das Statorpaket kraftschlüssig aufzunehmen.
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Mit der Erfindung soll die Herstellung eines Stators für eine elektrische Maschine der oben beschriebenen Art vereinfacht werden.
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Zu diesem Zweck wird ein erfindungsgemäßes Fertigungshilfsmittel mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen. Mit dem nebengeordneten Patentanspruch erstreckt sich die Erfindung auch auf ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Erzeugung einer Statorwicklung unter Verwendung des erfindungsgemäßen Fertigungshilfsmittels. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich analog für beide Erfindungsgegenstände aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung.
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Das erfindungsgemäße Fertigungshilfsmittel zur Fixierung eines Statorblechpakets beim Erzeugen einer Statorwicklung umfasst:
- - einen Träger, der insbesondere als Grundplatte ausgebildet ist; und
- - eine am Träger befestigte Klemmhalterung, die einen im Wesentlichen zylindrischen, beidseitig, d. h. zu beiden axialen Enden hin offenen und reversibel verengbaren Aufnahmebereich aufweist, in dem das zu bewickelnde Statorblechpaket über seinen Umfang, insbesondere über seinen gesamten Umfang, flächig eingespannt werden kann.
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Unter „verengbar“ wird insbesondere verstanden, dass der Aufnahmebereich bspw. durch Umfangs- und/oder Durchmesserreduzierung rohrschellenartig verkleinert werden kann und dadurch das zu bearbeitende Statorblechpaket an seiner Außenumfangsfläche festgespannt bzw. festgeklemmt wird. Dabei wird eine sehr genaue und reproduzierbare Fixierung des Statorblechpakets erzielt, die fest und dennoch materialschonend ist. Das erfindungsgemäße Fertigungshilfsmittel fungiert quasi als Montagehalterung für das Statorblechpaket. Die Statorwicklungsnuten sind an beiden Seiten des Statorblechpakets sehr gut zugänglich. Nach dem Einbringen der Statorwicklung kann die Fixierung wieder reversibel gelöst werden. Das mit einer Statorwicklung versehene Statorblechpaket kann entnommen und einer weiteren Verarbeitung zugeführt werden. Gegebenenfalls kann das Statorblechpaket zur Ausführung von Folgeprozessen in einer Fertigungslinie, bspw. dem Erzeugen einer Verschaltung, auch eingespannt bleiben. Das erfindungsgemäße Fertigungshilfsmittel ist wiederverwendbar.
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Der Träger des erfindungsgemäßen Fertigungshilfsmittels bildet die Basis für die Klemmhalterung. Bevorzugt ist der Träger so ausgebildet, dass damit auch ein sicheres Abstellen bzw. Absetzen sowie ein stabiler Stand des Fertigungshilfsmittels ermöglicht wird. Der Träger kann bspw. als Platte, Rahmen, Gestell oder dergleichen ausgebildet sein. Ferner ermöglicht der Träger das Handling des Fertigungshilfsmittels beim Transfer oder Transport und kann hierzu entsprechende Einrichtungen oder Elemente, bspw. Aufnahmen für ein Transfer-/Transportsystem (oder bspw. auch für einen Roboter oder dergleichen), aufweisen. Mittels des Trägers kann auch eine Ausrichtung des Fertigungshilfsmittels in einer Bearbeitungsstation bzw. -maschine, z. B. einer Nadelwickelmaschine, erfolgen, wozu der Träger entsprechende (d. h. die Ausrichtung ermöglichende) Einrichtungen oder Elemente aufweisen kann. Bevorzugt sind diese Einrichtungen oder Elemente derart ausgebildet, dass damit zugleich auch eine Ausrichtung in mehreren einzelnen Stationen einer Fertigungslinie möglich ist.
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Die Klemmhalterung des erfindungsgemäßen Fertigungshilfsmittels weist zwei miteinander verspannbare Teile auf, die den Aufnahmebereich umschließen, wobei eines der Teile fest mit dem Träger verbunden und das andere Teil beweglich oder lose sein kann. Bevorzugt sind die Teile als Halb(rohr)schalen ausgebildet. In einer ersten Ausführungsvariante sind die Teile bzw. Halbrohrschalen an zwei Verbindungsstellen verspannbar. In einer zweiten Ausführungsvariante sind die Teile bzw. Halbrohrschalen an einer ersten Verbindungsstelle gelenkig miteinander verbunden und an einer zweiten Verbindungsstelle verspannbar.
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Als Spannmittel kann wenigstens eine Schraube, eine Schnellspanneinrichtung, ein Federspanner oder dergleichen verwendet werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung bzw. zum Erzeugen einer Statorwicklung auf einem genuteten, insbesondere innengenuteten, Statorblechpaket umfasst die Schritte:
- - Bereitstellen eines erfindungsgemäßen Fertigungshilfsmittels;
- - Einsetzen des Statorblechpakets in den Aufnahmebereich des Fertigungshilfsmittels und Ein- bzw. Festspannen des Statorblechpakets;
- - Erzeugen (wenigstens) einer Statorwicklung, bspw. mittels Nadelwickeltechnik oder Einziehtechnik;
- - gegebenenfalls Lösen der Ein- bzw. Festspannung und Entnahme des mit (wenigstens) einer Statorwicklung versehenen Statorblechpakets oder Verbleib des Statorblechpakets im Fertigungshilfsmittel und Ausführung wenigstens eines Folgeprozesses, wozu das Fertigungshilfsmittel zusammen mit dem darin eingespannten Statorblechpaket zu wenigstens einer weiteren Bearbeitungsstation bzw. -maschine transferiert bzw. transportiert werden kann.
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Das Statorblechpaket kann aus losen Statorblechen bestehen, die beim Festspannen über die gemeinsame Einspannung am Außenumfang ohne weitere Hilfsmittel zueinander ausgerichtet bzw. zentriert werden. Durch die Einspannung wird im Weiteren auch ein Verrutschen der Statorbleche verhindert. Die Statorbleche können auch vorpaktiert und bspw. verschweißt, verlötet, verklebt oder verklammert sein, so dass beim Einspannen das Statorblechpaket insgesamt ausgerichtet und zentriert wird.
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Das mit einer Statorwicklung versehene Statorblechpaket kann zu einem Stator für eine elektrische Maschine, insbesondere für Kraftfahrzeuganwendungen, weiter verarbeitet werden. Eine elektrische Maschine für Kraftfahrzeuganwendungen ist insbesondere ein Antriebs- bzw. Fahrmotor für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug.
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Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Unabhängig von bestimmten Merkmalskombinationen können die in der einzigen Figur der Zeichnung gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale allgemeine Merkmale der Erfindung sein und die Erfindung entsprechend weiterbilden.
- 1 zeigt in einer perspektivischen Darstellung eine Ausführungsmöglichkeit des erfindungsgemäßen Fertigungshilfsmittels zur Fixierung eines Statorblechpakets.
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Das aus einzelnen Statorblechen 210 zusammengesetzte Statorblechpaket 200 soll mit einer Statorwicklung versehen werden, die in den Innennuten 220 erzeugt werden soll. Hierzu wird das Statorblechpaket 200 in dem bereitgestellten Fertigungshilfsmittel 100 eingespannt bzw. festgespannt und dann mit wenigstens einem Spulendraht bewickelt, was insbesondere automatisch, z. B. mit einer Nadelwickelmaschine, erfolgt.
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Das Fertigungshilfsmittel 100 weist einen als untenliegende Grundplatte ausgebildeten Träger 110 auf, an dem eine Klemmvorrichtung bzw. Klemmhalterung 120 befestigt ist, die einen zylindrischen und axial beidseitig offenen Aufnahmebereich 130 umfasst. Die metallische und insbesondere aus Stahl gebildete Grundplatte 110 ist mit einer entsprechenden Öffnung 115 versehen. Der Innendurchmesser des Aufnahmebereichs 130 ist an den Außendurchmesser der Statorbleche 210 bzw. des daraus gebildeten Statorblechpakets 200 angepasst. Der Durchmesser kann bspw. 100 mm bis 300 mm betragen, kann aber auch größer oder kleiner sein.
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Die Klemmhalterung 120 weist zwei metallische und insbesondere aus Stahl gebildete Halbrohrschalen 121 und 123 auf, die den Aufnahmebereich 130 für das Statorblechpaket 200 umschließen. Eine der Halbrohrschalen 121 ist fest und steif mit der Grundplatte 110 verbunden, bspw. mechanisch befestigt oder wie gezeigt verschweißt (siehe Schweißnaht 122). Der Innendurchmesser dieser feststehenden Halbschale 121 kann möglichst exakt dem Außendurchmesser des Statorblechpakets 200 entsprechen. Die andere Halbschale 123 ist beweglich oder lose ausgebildet. In einer ersten Ausführungsvariante sind die beiden Halbrohrschalen 121 und 123 an den Verbindungsstellen 124 und 125 mittels Schrauben 140 oder dergleichen verspannbar, wie in der Figur gezeigt. In einer zweiten (nicht gezeigten) Ausführungsvariante sind die Halbrohrschalen 121 und 123 an der einen Verbindungsstelle 124 mittels Gelenk bzw. Scharnier verbunden und an der anderen Verbindungsstelle 125 mittels Schrauben 140 oder dergleichen verspannbar, wie gezeigt. Anstelle der Spannschrauben 140 kann auch ein Spannhebel, wie bspw. von Backspringformen bekannt, oder eine sonstige Schnellspanneinrichtung vorgesehen sein.
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Das Statorblechpaket 200 wird typischerweise in der gezeigten Ausrichtung, d. h. axial von oben, in den Aufnahmebereich 130 des Fertigungshilfsmittels 100 eingesetzt und die Halbrohrschalen 121 und 123 werden durch Anziehen der Schrauben 140 verspannt. Dabei verengt sich der. Aufnahmebereich 130, wodurch das Statorblechpaket 200 im Wesentlichen über seinen gesamten Umfang flächig eingespannt wird und eine definierte Position einnimmt. D. h., zwischen der Innenwandung der Klemmhalterung 120 und der Außenumfangsfläche des Statorblechpakets 200 entsteht eine Presspassung, durch die das Statorblechpaket 200 fixiert ist. Ferner wird das Statorblechpaket 200 beim Einspannen an der feststehenden Halbrohrschale 121 radial ausgerichtet und zentriert, bzw. die einzelnen Statorbleche 210 werden radial ausgerichtet und zentriert. Eine axiale Ausrichtung kann mithilfe von nicht gezeigten Fingern erfolgen, die bspw. am Grundträger 110 angebracht sind und an der Unterseite des Statorblechpakets 200 angreifen. Das Fertigungshilfsmittel 100 kann ferner nicht gezeigten Elemente aufweisen, die eine Dreh- bzw. Winkelausrichtung des Statorblechpakets 200 bzw. der Statorbleche 210 ermöglichen. Der beidseitig bzw. oben und unten offene Aufnahmebereich 130 ermöglicht die vollständige Zugänglichkeit zu den Nuten 220 des in der Klemmhalterung 120 eingespannten und fixierten Statorblechpakets 200.
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Nun kann maschinell die Statorwicklung erzeugt werden, wozu gegebenenfalls das Fertigungshilfsmittel 100 zusammen mit dem darin befindlichen Statorblechpaket 200 noch in einer Bearbeitungsstation bzw. -maschine, bspw. in einer Nadelwickelmaschine, positioniert werden muss. Da die Halbrohrschale 121 steif mit der Grundplatte 110 verbunden ist kann mithilfe von Ausrichtungselementen 150 eine mittelbare Ausrichtung des Statorblechpakets 200 relativ zur Bearbeitungsstation bzw. -maschine erfolgen (Referenzierung). Die axiale Ausrichtung (Referenzierung) kann mithilfe der Fingern erfolgen (s. o.), wobei solche Finger zusätzlichen Schutz bieten und bspw. Verletzungen einer empfindlichen Nutgrundisolation verhindern können. Die Finger können auch maschinenseitig angeordnet sein.
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Die vollumfängliche Einspannung des Statorblechpakets 200 gewährleistet eine zuverlässige und materialschonende Fixierung sowohl in Umfangrichtung als auch in axialer Richtung, wobei aufgrund einer vergleichsweise geringen Flächenpressung Beschädigungen und Deformationen am Statorblechpaket 200 bzw. an den Statorblechen 210 vermieden werden. Die axiale Positionierung und Fixierung kann gegebenenfalls mithilfe der bereits erwähnten Finger, die ohne Verdeckung der Statorwicklungsnuten 220 in den Aufnahmebereich 130 hineinragen, verbessert werden.
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Durch Lösen der Spannschrauben 140 wird der Aufnahmebereich 130 der Klemmhalterung 120 wieder reversibel aufgeweitet und die Fixierung des Statorblechpakets 200 beendet, so dass das bewickelte Statorblechpaket 200 entnommen werden kann. Die Klemmhalterung 120 des Fertigungshilfsmittels 100 verfügt also über einen reversibel verengbaren und aufweitbaren Aufnahmebereich 130.
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Die axiale Höhe der Klemmhalterung 120 bzw. des durch die Halbrohrschalen 121 und 123 gebildeten Aufnahmebereichs 130 ist so bemessen, dass das Statorblechpaket 200 zumindest über eine definierte bzw. notwendige axiale Länge (d. h. über einen axialen Teilbereich) eingespannt werden kann und insbesondere vollständig (d. h. über die gesamte axiale Länge bzw. Höhe) eingespannt werden kann. Die axiale Länge bzw. Höhe eines Statorblechpakets 200 beträgt bspw. 100 mm bis 250 mm. In dem Fertigungshilfsmittel 100 können also Statorblechpakete mit unterschiedlicher Länge bzw. Höhe eingespannt werden. Das Fertigungshilfsmittel 100 ist somit flexibel für verschiedene Statorentypen einsetzbar, wodurch Platzbedarf und Kosten eingespart und der Logistikaufwand reduziert werden.
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Bei einer anderen (nicht gezeigten) Ausführungsmöglichkeit des Fertigungshilfsmittels 100 ist anstelle der beiden Halbrohrschalen 121 und 123 ein einteiliges Rohrstück (bzw. ein einteiliger Ring) vorgesehen, das einen Schlitz aufweist und an diesem Schlitz in der zuvor erläuterten Weise verspannt werden kann. Das Rohrstück kann bspw. in etwa über der Hälfte seines Umfangs (entsprechend der Halbrohrschale 121) am Träger 110 befestigt sein, wobei der nicht befestigte Abschnitt (entsprechend der Halbrohrschale 123) beweglich ist und elastisch ausgelenkt werden kann. Dadurch kann das Rohrstück am Schlitz geöffnet bzw. aufgeweitet werden, um das Statorblechpaket 200 einzusetzen.
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Die Erfindung weist ferner folgende Vorteile auf (keine abschließende Aufzählung):
- - Das Fertigungshilfsmittel 100 ist günstig herstellbar, einfach handhabbar, robust und stör- bzw. fehlerunanfällig.
- - Das Fertigungshilfsmittel 100 ist gut für eine Automatisierung geeignet.
- - Innerhalb einer Fertigungslinie für Statoren kann die Anzahl der Stationen reduziert werden (bspw. kann eine separate Zentrierstation entfallen), wodurch sich Platz- und Kosteneinsparungen ergeben. Ferner werden kürzere Prozesstaktzeiten und Nebenzeiten ermöglicht und die Logistik wird vereinfacht.
