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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Elektromotors sowie eine Vorrichtung.
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Zum Isolieren der Nuten von Statoren oder Rotoren von elektrischen Maschinen werden Isolationsmaterialien verwendet, welche in die Nuten eingelegt werden. Hierbei handelt es sich z. B. um Folien aus den unterschiedlichsten Materialien. Beim Einbringen oder Einziehen der Leiterelemente in den Stator bzw. Rotor kann es hierbei allerdings zu dem Problem kommen, dass die empfindlichen Nutisolationen verrutschen. Insbesondere bei Elektromotoren mit Formstabtechnologie kann es durch die Krafteinflüsse beim Einbringen der Formstäbe in die Nuten zu einem Verschieben der Isolationen kommen. Aus der
WO 2015/055445 A2 ist in diesem Zusammenhang eine Vorrichtung sowie ein Verfahren bekannt, welche ein axiales Verschieben der Nutisolierungen beim Einbringen von Formstäben verhindern. Das vorgeschlagene Verfahren sowie die Vorrichtung sind allerdings aufwendig bzw. komplex aufgebaut.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines Elektromotors sowie eine Vorrichtung anzugeben, welche prozesssicher und unkompliziert das Einbringen von Leiterelementen, insbesondere von Formstäben, in Spulenkerne elektrischer Maschinen ermöglichen, ohne dass die Nutisolierungen, insbesondere deren Lage oder Position, hierbei negativ beeinflusst werden.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Herstellen eines Elektromotors gemäß Anspruch 1 sowie durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 11 gelöst. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
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Erfindungsgemäß umfasst ein Verfahren zum Herstellen eines Elektromotors mit zumindest einer Spule die Schritte:
- - Bereitstellen eines Spulenkerns, wobei der Spulenkern zumindest eine Nut aufweist, welche sich entlang einer Längsrichtung des Spulenkerns erstreckt;
- - Einbringen einer Nutisolierung in die zumindest eine Nut, insbesondere derart, dass diese den Spulenkern entlang der Längsrichtung überragt und einen Überstand formt;
- - Lagenweises Einbringen von Leitermaterial in die zumindest eine Nut;
- - Verwenden einer ersten Lage von Leitermaterial zum Halten der Nutisolierung, insbesondere im Bereich des Überstands beim Einbringen zumindest einer weiteren Lage bzw. beim Einbringen weiteren Leitermaterials.
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Die Nutisolierung kann in verschiedenen Formen ausgeführt sein. Gemäß einer Ausführungsform weist die Nutisolierung beispielsweise im Querschnitt eine O-Form auf, wobei hierbei nur der Nutgrund bedeckt ist. Alternativ kann die Nutisolierung eine B-Form aufweisen, wodurch beispielsweise eine Isolierung zwischen zwei stromführenden Leitern oder Leiterabschnitten verschiedener Phasen bewirkt werden kann. Alternative Formen sind ebenfalls möglich. Ein Querschnitt der Nutisolierung kann z. B. auch offen oder geschlossen sein etc. Der vorgenannte Überstand der Nutisolierung bzw. der Isolation über dem Blechpaket dient in technischer Hinsicht zunächst insbesondere dazu, Luft- und Kriechstrecken einzuhalten. Zweckmäßigerweise ist dieser an beiden Enden des Spulenkerns vorgesehen, wobei an dieser Stelle erwähnt sei, dass es sich bei dem Spulenkern vorzugsweise um ein Blechpaket handelt, insbesondere um ein Statorblechpaket. Mit Vorteil wird nun der Überstand bzw. bereits in die Nut eingebrachtes Leitermaterial dazu genutzt, die Nutisolierung axial beim Einbringen von (weiterem) Leitermaterial zu fixieren bzw. zu halten. Ermöglicht wird dies insbesondere dadurch, dass das Leitermaterial schicht- bzw. schrittweise bzw. insbesondere lagenweise eingebracht wird. Mit anderen Worten erfolgt ein „Füllen“ eines Nutquerschnitts mit Leitermaterial sozusagen sequentiell, wobei die erste Lage (von Leitermaterial), die eingebracht wird, wobei deren radiale Position frei gewählt sein kann, zum Halten oder Fixieren der Nutisolierung verwendet wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Halten der Nutisolierung durch Drücken der Nutisolierung gegen die erste Lage, oder umgekehrt, im Bereich des Überstands beim Einbringen der zumindest einen weiteren Lage.
Mit anderen Worten wird im Bereich des Überstands ein Kraftschluss zwischen der Nutisolierung und der ersten Lage bzw. des in einem ersten oder vorangegangenen Schritt eingebrachten Leitermaterials erzeugt, wobei dieser Kraftschluss derart gestaltet ist, dass die Nutisolierung entlang der Längsachse, mit anderen Worten also axial, ausreichend fixiert ist, um beim Einbringen weiteren Leitermaterials nicht verschoben zu werden. Zweckmäßigerweise ist die erste Lage bzw. das in einem ersten Schritt eingebrachte Leitermaterial (bereichsweise) formschlüssig in der Nutisolierung angeordnet. Dieser Formschluss wird nun mit Vorteil durch Aufbringen einer Kraft, beispielsweise durch Zusammendrücken oder Zusammenquetschen der Nutisolierung im Bereich des Überstands auf die erste Lage um den Kraftschluss ergänzt, welcher die Nutisolation sicher in der Nut hält.
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Die Nut bzw. die zumindest eine Nut weist einen Nutquerschnitt auf, wobei die erste Lage des Materials bzw. das in einem ersten Schritt eingebrachte Leitermaterial einen ersten Querschnittsbereich des Nutquerschnitts ausfüllt. Das Verfahren umfasst mit Vorteil den Schritt:
- - Halten der Nutisolierung beim Einbringen der ersten Lage durch stirnseitiges Abstützen der Nutisolierung im Bereich eines zweiten Querschnittsbereichs, welcher zur Anordnung der zumindest einen weiteren Lage bzw. des weiteren Leitermaterials vorgesehen ist.
Dieser Schritt zeichnet sich insbesondere durch seine Einfachheit aus, da durch das lagenweise bzw. sequentielle Einbringen des Leitermaterials die Möglichkeit besteht, die Nutisolierung einfach stirnseitig bzw. axial in dem Bereich abzustützen, welcher in einem ersten oder vorangegangenen Schritt nicht mit Leitermaterial gefüllt ist oder wird.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Vollflächiges oder bereichsweises Abstützen der Nutisolierung im Bereich des zweiten Querschnittsbereichs.
Das Verfahren zeichnet sich damit insbesondere durch eine hohe Flexibilität aus, da die axiale Abstützung der Nutisolation beim Einbringen der ersten Lage nicht unnötig exakt ausgeführt sein muss. Es muss lediglich sichergestellt sein, dass durch die Abstützung nicht das Einbringen bzw. Einführen der ersten Lage in die Nutisolation verhindert ist.
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Gemäß einer Ausführungsform weist der Spulenkern eine Vielzahl von Nuten auf, und wobei das Verfahren den Schritt umfasst:
- - Gleichzeitiges Einbringen einer ersten Lage bzw. erster Lagen in die Nuten bzw. in die Vielzahl von Nuten.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden als Leitermaterial Formstäbe verwendet. Das Verfahren umfasst mit Vorteil den Schritt:
- - Formen eines ring- oder korbförmigen Formstab-Layers zu einer ersten Lage bzw. zu ersten Lagen.
Auf diese Weise können mehrere Lagen schnell und prozesssicher eingebracht werden. Hinzu kommt, dass ein derartiger ring- oder korbförmiger Formstab-Layer gut vormontiert werden kann und, aufgrund seiner innewohnenden Stabilität, gut handhabbar ist.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Halten der Nutisolierung(en) beim Einbringen der ersten Lage mittels eines scheiben- oder ringförmigen Halteelements, welches den oder die zweiten Querschnittsbereiche überdeckt.
Mit Vorteil kann ein derartiges Halteelement äußerst einfach geformt werden. Es muss keine komplizierte Geometrie aufweisen, sondern lediglich dahingehend ausgelegt sein, die Nutisolierung gegen ein axiales Verschieben oder Verrutschen zu sichern.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Halten der Nutisolierung bzw. der Nutisolierungen beim Einbringen der ersten Lage(en) durch umfängliches Einbringen einer Kraft auf den oder die Überstande.
Mit anderen Worten wird der Überstand quasi quer zu dessen Längserstreckung mit einer Kraft, beispielsweise auch mit einer Quetschkraft, beaufschlagt, wodurch eine alternative Variante geschaffen ist, um die Nutisolierung beim Einbringen der ersten Lage bzw. beim Einbringen von Leitermaterial in einem ersten Schritt zu halten bzw. zu fixieren.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Einführen eines Stützelements in den Überstand.
Damit kann beim vorgenannten umfänglichen oder radialen Einbringen der Kraft auf den Überstand verhindert werden, dass die Nutisolierung eingedrückt oder sogar zerstört wird. Mit Vorteil kann quasi das Stützelement, welches axial fixiert ist, eine ähnliche Funktion übernehmen, wie die erste Lage von Leiterelementen. Das Stützelement wird entfernt bzw. das Anlegen der Kraft wird aufgehoben, wenn die erste Lage beim Einbringen oder Einschieben in den Bereich des Überstands gelangt. Gemäß einer Ausführungsform wird ein Werkzeug verwendet, welches eine Vielzahl von Stützelementen aufweist, sodass alle Nutisolierungen gleichzeitig „gestützt“ werden können. Das Stützelement bzw. das Werkzeug wird quasi gegenüberliegend derjenigen Seite des Spulenkerns angesetzt bzw. eingeführt, an der das Einführen der Leiterelemente erfolgt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Spulenkern durch einen Rotor oder einen Stator eines Elektromotors gebildet. Mit Vorteil handelt es sich also um ein Verfahren zum Herstellen eines Elektromotors, und insbesondere um dessen Stator und/oder Rotor. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich um eine stromerregte Synchronmaschine, welche zwei Spulen, nämlich im Stator und im Rotor, umfasst. Diese sind gemäß einer bevorzugten Ausführungsform beide mit dem Verfahren hergestellt. Grundsätzlich ist das Verfahren aber für alle elektrischen Maschinen, welche Nutisolierungen aufweisen, verwendbar.
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Die Erfindung richtet sich auch auf eine Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die im Zusammenhang mit dem Verfahren erwähnten Vorteile und Merkmale gelten analog und entsprechend für die Vorrichtung.
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Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform des Verfahrens mit Bezug auf die beigefügten Figuren.
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Es zeigen:
- 1: eine Seitenansicht eines Stators, in welchen eine erste Lage eines Leiterelements eingebracht ist;
- 2: einen Stator entlang dessen Längsachse gesehen sowie ein Halteelement, zum Halten bzw. Fixieren mehrerer Nutisolierungen;
- 3: einen Überstand einer Nutisolierung und eine Möglichkeit zu dessen Fixierung;
- 4: das Verwenden einer ersten Lage eines Leiterelements zum Halten einer Nutisolierung beim Einbringen weiterer Leiterelemente.
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1 zeigt in einer Seitenansicht schematisch dargestellt einen Spulenkern 10, wobei es sich bei dem hier dargestellten Spulenkern 10 beispielsweise um einen Stator einer elektrischen Maschine handelt. Dieser erstreckt sich entlang einer Längsachse bzw. Rotationsachse oder Statorachse L. In den Spulenkern 10 ist eine Nutisolierung 16 eingebracht, wobei eine Länge der Nutisolierung 16 derart gewählt ist, dass diese an beiden Stirnseiten des Spulenkerns 10 definierte Überstände 24 bildet. In die Nutisolierung 16 bzw. in die Nut, welche in der vorliegenden Skizze allerdings nicht erkennbar ist, ist eine erste Lage 21 eines Leiterelements entlang einer Anordnungsrichtung A eingebracht. Um ein Verschieben der Nutisolierung 16 beim Einbringen der ersten Lage 21, entlang der Anordnungsrichtung A, zu verhindern, wird mit Vorteil ein Halteelement 30, welches z. B. als einfache Scheibe, insbesondere Kreisscheibe, ausgebildet sein kann, stirnseitig angeordnet.
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2 zeigt insbesondere, wie ein Halteelement 30, welches bereits aus der 1 bekannt ist, zum Halten der Nutisolierungen beim Einbringen von ersten Lagen 21 eines Leiterelements angesetzt wird. Die beiden Skizzen der 2 zeigen jeweils Ausschnitte eines Spulenkerns 10 entlang deren Längsrichtungen gesehen, wobei jeweils drei Nuten 12 zu erkennen sind. Die Längsachse bzw. Rotationsachse ist aus Platzgründen weiter nicht dargestellt, verläuft aber quasi senkrecht zur Zeichenebene. Zu erkennen ist, dass die Nut 12 bzw. die Nuten 12 jeweils einen, im vorliegenden Fall, etwa rechteckigen Nutquerschnitt aufweisen, wobei eine erste Lage 21 eines Leiterelements einen ersten Querschnittsbereich 13 des Nutquerschnitts ausfüllt und ein zweiter Querschnittsbereich 14 quasi zunächst „leer“ bleibt. Mit Vorteil wird nun im zweiten Querschnittsbereich 14 das Halteelement 30 angeordnet, wodurch ein Verschieben der (hier nicht dargestellten) Nutisolierungen beim Einbringen der ersten Lagen 21 verhindert wird. Zu erkennen ist in der hier gezeigten Skizze auch, dass es sich bei der ersten Lage 21 jeweils um einen Formstab bzw. um einen sogenannten Hairpin handelt, welcher einen etwa rechteckigen Querschnitt aufweist. Die Nuten erstrecken sich hier radial zu einer Längsachse des Stators, können aber auch andere Konfigurationen aufweisen und sich beispielsweise umfänglich erstrecken. Die erste Lage 21 muss auch nicht außen angeordnet sein, sondern kann an anderen Stellen, beispielsweise insbesondere innen, aber auch in der Mitte der Nut angeordnet werden. Entscheidend ist, dass sozusagen Raum zur Anordnung eines Halteelements bleibt, wobei insbesondere aus der rechten Skizze der 2 ersichtlich wird, dass bei der Anordnung des Halteelements 30 durchaus mit größeren Toleranzen gearbeitet werden kann, was das Verfahren deutlich erleichtert.
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3 zeigt eine alternative Ausgestaltung bzw. Verfahrensführung zum Halten eines Überstands 24 einer Nutisolierung 16, welche in einer Nut 12 angeordnet ist. Eine hier nicht eingezeichnete Längsachse eines Spulenkerns bzw. der Nut 12 verläuft ebenfalls wieder quer zur Zeichenebene. Ein derartiger Überstand 24 wird beispielsweise durch umfängliches Anlegen einer Kraft, wie beispielsweise durch die Kraftrichtungspfeile F skizziert, erreicht.
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4 zeigt nun, wie eine erste Lage 21 zum Halten einer Nutisolierung 16 im Bereich eines Überstands 24 beim Einbringen zumindest einer weiteren Lage 22 eines Leiterelements bzw. von Leitermaterial verwendet wird. Dies geschieht beispielsweise durch ein Zusammendrücken, wie durch die Kraftrichtungspfeile F skizziert. Damit kann auf komplizierte Vorrichtungen verzichtet werden, da vorteilhafterweise das sich bereits in der Nut befindliche Leiterelement bzw. Leitermaterial, vgl. insbesondere das Bezugszeichen 21, verwendet wird, um die Nutisolierung 16 gegen ein Verrutschen oder Verschieben beim Einbringen der weiteren Leiterelemente zu sichern. Eine hier nicht dargestellte Längsachse eines Spulenkerns bzw. der Nut 12 verläuft senkrecht zur Zeichenebene.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Spulenkern
- 12
- Nut
- 13
- erster Querschnittsbereich
- 14
- zweiter Querschnittsbereich
- 16
- Nutisolierung
- 21
- erste Lage eines Leiterelements
- 22
- zweite Lage eines Leiterelements
- 24
- Überstand
- 30
- Halteelement
- L
- Längsachse, Rotationsachse, Statorachse
- A
- Anordnungsrichtung
- F
- Kraftrichtungspfeil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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