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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie eine Verfahren zur Ausrichtung, insbesondere der Gewährleistung eines radialen Abstands, der miteinander zu verbindenden Hairpinenden bei Herstellung von Hairpinwicklungen für eine elektrische Maschine.
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Im Stand der Technik ist beispielsweise aus
DE 10 2011 002 173 A1 bekannt, dass bei unterschiedlich geformte Hairpins nacheinander in die Nuten eingebracht werden, wodurch ein radialer Abstand zwischen den Kontaktenden aufgrund der unterschiedlichen vorgeformten Hairpins vorgenommen wird.
Probleme des Standes der Technik liegen unter anderem in der Vielzahl unterschiedlich vorzuformender Hairpins, was einen hohen Fertigungsaufwand zur Folge hat, sowie dem hohen Montageaufwand.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Vorrichtung, welche ebenfalls eine genaue Positionierung der Kontaktenden ermöglicht, einfach herzustellen ist sowie eine hohe Prozesssicherheit bietet.
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Gelöst wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen.
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Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung zum Ausrichten der Kontaktenden von Hairpins einer Hairpinwicklung, wobei die Kontaktenden der Hairpinwicklung in Umfangsrichtung verlaufenden Doppellagen und einer Nutzahl entsprechenden Anzahl radial verlaufender Reihen angeordnet sind, wobei mindestens zwei Doppellagen vorhanden sind, und wobei zwei in einer Doppellage einer Reihe benachbarte Kontaktenden ein Kontaktpaar bilden, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spreizer vorgesehen ist, mit welchem zumindest einen Teil der Kontaktenden überdeckbar ist, dass der Spreizer zumindest ein Keilelement aufweist, welches sich in tangentialer Richtung erstreckt, dass das Keilelement an seinem der Kontaktenden zugewandten axialen Ende eine Spitze aufweist, wobei die Spitze in radialer Richtung eine Breite aufweist, welche kleiner als die halbe Breite eines Kontaktendes ist, dass sich die Breite des Keilelements in radialer Richtung von der Spitze ausgehend vergrößert, und dass das Keilelement zumindest über einer der Länge eines nicht isolierten Bereichs des Kontaktendens entsprechenden Länge in axialer Richtung ein Breite von 3mm bis 6mm aufweist, und dass der Spreizer in axialer Richtung bewegbar ist.
Bei einer Hairpinwicklung werden U-förmig gebogene Leiterelemente verwendet, welche derart in den Nuten eines Stators oder Rotors einer elektrischen Maschine eingesetzt werden, dass ihre offenen Enden, welche die Kontaktenden darstellen, an einem axialen Ende, und alle geschlossenen Wendebereiche am anderen axialen Ende angeordnet sind. Die Hairpins sind in mehreren Lagen angeordnet, wobei die beiden Schenkel eines U-förmigen Leiterelements jeweils in unterschiedlichen Lagen angeordnet sind. Die Kontaktenden werden pro Lage im Wesentlichen pro Lage in unterschiedliche tangentiale Richtungen umgeformt, sogenanntes Twisten, um Kontaktenden von in Umfangsrichtung beabstandeter Hairpins einander anzunähern, wodurch eine elektrisch leitende Kontaktierung und somit eine Bildung einer Spule aus einer Vielzahl von Hairpins ermöglicht wird. Die Verbindung erfolgt jeweils zwischen zwei benachbarten Kontaktenden unterschiedlicher Lagen, welche somit ein Kontaktpaar bilden und zu Doppellagen zusammengefasst werden. Die Doppellagen werden bevorzugt in einer der Nutzahl entsprechenden Anzahl radiale Reihen angeordnet, wobei die Nutzahl der Anzahl der Nuten zur Aufnahme der Leiterelemente im Stator oder Rotor entspricht.
Um eine üblicherweise durch Schweißen vorgenommene elektrisch leitende Verbindung zwischen Kontaktenden einer Doppellage beziehungsweise einem Kontaktpaar herstellen zu können, müssen die Kontaktenden eines Kontaktpaars zueinander ausgerichtet werden. Insbesondere müssen die Kontaktpaare zueinander einen Abstand aufweisen, um eine Isolierung gegeneinander aufzuweisen und eine bessere Zugänglichkeit für weitere Fertigungsschritte, wie Verschweißen, zu ermöglichen. Ein Abstand in tangentialer Richtung ist durch die Nuten und den durch diese Nuten bedingten Abstände gegeben. In radialer Richtung sind jedoch bei einer bevorzugten Verwendung gleichartiger Hairpins die Kontaktenden blockartig positioniert, wodurch kein ausreichender Abstand gegeben ist. Hierfür weißt die Vorrichtung einen Spreizer auf, welcher zumindest axial bewegbar ausgeführt ist.
Der Spreizer umfasst zumindest ein Keilelement, welches in tangentialer Richtung verläuft, das heißt, dass das Keilelement in tangentialer Richtung eine Erstreckung aufweist, welche bei einem Kontakt mit Kontaktenden eine Verformung der Kontaktenden in radialer Richtung sicherstellen kann, daher erstreckt sich das Keilelement vorzugsweise zumindest über ein der Abmessung eines Kontaktendes in tangentialer Richtung entsprechender Länge. An dem axialen Ende, welches den Kontaktenden zugewandt ist, weist das Keilelement eine Spitze auf. Um ein Einschieben der Spitze des Keilelements zwischen Kontaktenden, vorzugsweise Kontaktpaare, zu vereinfachen, ist die Spitze mit einer geringen Erstreckung in radialer Richtung ausgeführt, welche bevorzugt kleiner als die halbe Breite eines Kontaktendes ist. Zur Unterstützung weisen vorzugsweise die Kontaktenden an zumindest einer Seite eine Abschrägung auf, um ein Einschieben des Keilelements zu erleichtern und insbesondere bei sehr scharf ausgebildeten Spitzen eine Beschädigung der Kontaktenden zu vermeiden.
Zumindest die radiale Erstreckung des Keilelements vergrößert sich von der Spitze ausgehend in axialer Richtung, wodurch bei einem Einschieben zwischen Kontaktenden diese in radialer Richtung verformt werden. Die Vergrößerung erfolgt vorzugsweise kontinuierlich, um eine gleichmäßige Verformung zu erreichen und ein Knicken aufgrund einer Verkeilung der Kontaktenden mit Stufen einer sprunghaften Vergrößerung zu vermeiden. Durch die Breite des Keilelements in radialer Richtung wird auch der radialer Abstand der Kontaktenden unter anderem für die Isolation erzeugt, weshalb sich die Breite des Keilelements bis auf eine Breite zwischen 3mm bis 6mm vergrößert, was etwa einer Richtgröße des VDE (VDE Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e.V.) für einen isolierenden Luftspalt entspricht. Da die Kontaktenden einen nicht isolierten Bereich, für eine spätere Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung der Kontaktpaare aufweisen, sollte das Keilelement einen Breite in diesem Bereich daher zumindest über eine Länge aufweisen, welche der Länge der nicht isolierten Bereiche der Kontaktenden entspricht. Der Spreizer ist zumindest in axialer Richtung bewegbar, wodurch ein Einschieben des Keilelements zwischen die Kontaktenden ermöglicht wird.
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Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sind dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Keilelemente in Umfangsrichtung und/oder radialer Richtung angeordnet sind, und dass die mehrere Keilelemente durch einen Grundkörper verbunden sind. Hairpinwicklungen weist oft mehrere Doppellagen, beispielsweise drei oder vier Doppellagen, auf, weshalb für vorzugsweise mehrere Keilelemente in radialer Richtung angeordnet werden, um alle Doppellagen gleichzeitig mit zueinander beabstandeten Kontaktenden beziehungsweise Kontaktpaaren zu verformen. Die Keilelemente können hierbei einen gleichen Querschnitt oder unterschiedliche Querschnitte aufweisen, entsprechend der zu erreichenden Verformung der Kontaktenden.
Alternativ oder kumulativ können auch mehrere Keilelemente in tangentialer Richtung benachbart sein, um mehrere Reihen oder eine ganze Doppellage gleichzeitig zu verformen, wodurch die Bearbeitungszeit verringert wird.
Die Keilelemente sind über einen Grundkörper miteinander verbunden, durch welche die Positionierung der Keilelemente zueinander gewährleistet ist und eine gemeinsame Bewegung der Keilelemente erreicht wird.
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Vorrichtung bevorzugter Ausführungsformen sind dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper und die Keilelemente einteilig oder mehrteilig ausgeführt sind. Die Keilelemente können mit dem Grundkörper einteilig ausgeführt sein, was die Anzahl der Bauteile verringert sowie den Montageaufwand geringhält. Jedoch wird durch eine einteilige Ausführung gegebenenfalls den Fertigungsaufwand erhöht, weshalb dies vor allem für Spreizer interessant ist, welche nur einzelne Reihen beziehungsweise einen kleinen Teil des Umfangs überdecken oder beispielsweise nur ein oder zwei Keilelemente in radialer Richtung aufweisen.
Durch eine ebenfalls mögliche mehrteilige Ausbildung von Grundkörper und Keilelemente wird der Fertigungsaufwand, zum Beispiel pro Keilelement, verringert. Weiter erhöht sich die Flexibilität beim Aufbau beziehungsweise der Ausbildung des Spreizers, da gegebenenfalls ein Grundkörper eventuell inklusive eines Teils der Keilelemente für unterschiedliche dimensionierte Hairpinwicklungen verwendet werden, und der Wartungsaufwand kann verringert werden, da bei Beschädigung oder ungleichmäßigem Verschließ nur Teile des Spreizers gewechselt werden können.
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Erfindungsgemäße Ausführungsformen der Vorrichtung sind dadurch gekennzeichnet, dass sich das Keilelement in tangentialer Richtung über mehrere Reihen von Kontaktenden erstreckt. In tangentialer Richtung ist ein Keilelement bevorzugt über mehrere Reihen ausgeführt, um die benötigte Zeit zur Bearbeitung einer Hairpinwicklung zu verringern. Dies kann durch ein umlaufendes ringförmiges oder ringsegmentförmiges Keilelement mit kontantem Querschnitt oder auch bevorzugt mehrere tangential benachbarte, vorzugsweise einstückig ausgebildete, Keilelemente mit dazwischenliegenden Unterbrechungen ausgeführt sein.
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Weitere erfindungsgemäße Vorrichtungen gemäß Ausführungsformen sind dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Keilelemente in radialer Richtung benachbart angeordnet sind, dass die Spitzen der Keilelemente in radialer Richtung einen Abstand aufweisen, welcher dem 1,1-fachen bis 2,5-fachen eines Kontaktendes beträgt, und dass die Keilelemente über ihren weiteren axialen Verlauf mindestens diesen Abstand aufweisen, um einen Aufnahmeraum zwischen den Keilelementen zu bilden. Die Keilelemente werden mit ihrer Spitze zu den Kontaktenden positioniert, um bei einer axialen Bewegung zwischen die Kontaktenden einschiebbar zu sein, Hierfür sind bei mindestens zwei radial benachbarten Keilelementen, für beispielsweise eine Hairpinwicklung mit drei Doppellagen, die Spitzen der Keilelemente mit einem entsprechenden Abstand voneinander angeordnet. Der Abstand ist vor allem davon abhängig, ob zwischen den Spitzen beim Einschieben ein einzelnes Kontaktende oder ein Kontaktpaar aufgenommen wird, weshalb zwischen den Spitzen theoretisch ein Abstand entsprechend der einfachen beziehungsweise doppelten Breite eines Kontaktelements ausreichend wäre. Vor dem Hintergrund von Toleranzen bei der Fertigung, Positionierung, der Breite der Spitze sowie des Einschiebens der Kontaktenden zwischen die Keilelemente wird jedoch ein größerer Abstand vom 1,1-fachen bis 2,5-fachen der Breite eines Kontaktendes bevorzugt.
Um beim axialen Einschieben der Keilelemente die Kontaktenden zwischen diese Keilelemente bewegen zu können, weisen die Keilelemente im weiteren axialen Verlauf zueinander mindestens eine lichte Weite mit diesem Abstand vom 1,1 -fachen bis 2,5-fachen der Breite eines Kontaktendes auf. Besonders bevorzugt erweitert sich der Abstand auf einen Bereich vom 1,5-fachen bis 3-fachen der Breite eines Kontaktendes, um entsprechenden Bewegungsspielraum zu gewährleisten.
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Bevorzugte Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sind dadurch gekennzeichnet, dass die Keilelemente symmetrisch angeordnet sind. Durch für einen Radius in radialer Richtung symmetrisch angeordneter Keilelemente werden die auftretenden Kräfte bei der Verformung gleichmäßiger verteilt und der maximale Umformungsgrad, insbesondere der radial äußeren Kontaktenden, kann verringert werden.
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Erfindungsgemäße Ausführungsformen einer Vorrichtung sind dadurch gekennzeichnet, dass der Spreizer zumindest eine Begrenzung aufweist, welche sich in axialer Richtung parallel zu dem Keilelement erstreckt, und mit einem benachbarten Keilelement einen Aufnahmeraum für Kontaktenden bildet. Für die weitere Fertigung der Hairpinwicklung sind die in der Regel nicht isolierten Bereiche der Kontaktenden vorzugsweise parallel in axialer Richtung angeordnet. Bei einer Umformung durch ein Keilelement kann diese axiale Ausrichtung durch ein benachbartes Keilelement erfolgen. Insbesondere bei den äußeren Lagen ist dies können hierfür Begrenzungen am Spreizer vorgesehen sein, welche zusammen mit dem Keilelement einen Aufnahmeraum bilden und die durch das Keilelement verformte Kontaktenden in eine axiale Richtung leiten und somit die parallele Ausrichtung der nicht isolierten Bereiche der Kontaktenden sicherstellen.
Es können auch Begrenzungen vorgesehen sein, welche tangential neben den Keilelementen und vor allem in radial Richtung zwischen den Keilelementen liegen, um eine Verformung der Kontaktenden in tangentialer Richtung zu vermeiden.
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Vorrichtungen gemäß weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsformen sind dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein Führungselement aufweist, welches in axialer Richtung unterhalb der Spitze des Keilelements angeordnet ist, wobei das Führungselement scheibenförmig ausgebildet ist und Aussparungen zum Durchtritt der Kontaktenden aufweist, wobei die Aussparungen radiale Seitenwänden zur tangentialen Führung der Kontaktenden und zumindest eine tangentiale Stirnwand umfasst, und wobei die Länge der Aussparung in radialer Richtung mindestens der Summe aus der Erstreckung der Kontaktenden in radialer Richtung und der addierten Breite der Keilelemente entspricht.
Das Führungselement kann separat zum Spreizer ausgeführt und unabhängig von diesem bewegt werden oder auch gemeinsam bewegt sowie gegebenenfalls auch fest mit dem Spreizer verbunden sein. Das Führungselement ist unterhalb der Spitze des Keilelements angeordnet, also zwischen dem Spreizer und dem Stator oder Rotor, welcher die Hairpinwicklung trägt.
Um einen Durchtritt der Kontaktenden zu ermöglichen, weist das Führungselement eine Scheibenform mit Aussparungen auf. Die Aussparungen können innerhalb des Führungselements liegen und von diesem somit komplett umschlossen sein, oder auch zu einer Umfangsfläche des Führungselements offen sein. Entsprechend weist die Aussparung in radialer Richtung eine oder zwei Stirnwände und in tangentialer Richtung radial verlaufende Seitenwände auf. Die Seitenwände verlaufen parallel zu der entsprechenden Reihe der Kontaktenden und führt diese in tangentialer Richtung, um eine bei der radialen Aufweitung unerwünschte Verformung in tangentialer Richtung zu vermeiden. Damit das Führungselement die radiale Aufweitung nicht behindert und das Führungselement nach der Aufweitung wieder von der Hairpinwicklung entfernt werden kann, ist die beziehungsweise sind die Stirnwände entsprechend weit voneinander beabstandet, was auch der Länge der Seitenwände entspricht. Die Seitenwände weisen hierfür mindestens eine Länge auf, die der Länge aller Kontaktenden in radialer Richtung zuzüglich der Summe der Breite der Keilelemente entspricht, da dies der radialen Erstreckung der verformten Kontaktenden entspricht.
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Weitere alternative Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sind dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Mehrzahl an Führungselementen aufweist, welche in axialer Richtung unterhalb der Spitze des Keilelements angeordnet sind, wobei die Führungselemente keilförmig oder stiftförmig ausgebildet sind, wobei die Führungselemente zur tangentialen Führung der Kontaktenden zwischen die Reihen der Kontaktenden einschiebbar sind. Auch hier sind die Führungselemente unterhalb der Spitze des Keilelements angeordnet, also zwischen dem Spreizer und dem Stator oder Rotor, welcher die Hairpinwicklung trägt. Im Unterschied zu der zuvor beschriebenen Ausführungsform sind allerdings mehrere separate Führungselemente vorgesehen, welche stiftförmig oder keilförmig ausgebildet sind und radial zwischen die Reihen geschoben werden. Auch hier dienen die Führungselemente dazu die Kontaktenden tangential zu führen.
Bevorzugte keilförmige Führungselemente, deren tangentiale Breite sich über den radialen Verlauf verändert, können hierbei jeweils zwei benachbarte Reihen von Kontaktenden in entgegengesetzter tangentialer Richtung führen. Dies stellt gegenüber stiftförmigen Führungselementen mit relativ konstanter Breite einen Vorteil dar, da weniger Führungselemente benötigt werden. Dahingegend können stiftförmige Führungselemente flexibler für unterschiedlich dimensionierte Hairpinwicklungen verwendet werden.
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Ausführungsformen erfindungsgemäßer Vorrichtungen sind dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zumindest ein Halteelement umfasst, welches zum Halten und zur Positionierung der Hairpinwicklung zum Spreizer ausgebildet ist. Um die Hairpinwicklung beziehungsweise genauer den Stator oder Rotor mit der Hairpinwicklung sicher zu halten und den Spreizer zu den Kontaktenden der Hairpinwicklung zu positionieren, weist die Vorrichtung zumindest ein Halteelement auf. Das Halteelement greift von innen und/oder außen an den Rotor oder Stator, insbesondere über entsprechende den Durchmesser ändernde Backenfutter. Aufgrund der definierten Halteposition durch die Halteelemente kann ein sich über den Umfang erstreckender Spreizer koaxial zur Hairpinwicklung positioniert werden. Bei Ausführungsformen mit einem Spreizer, welcher nur einen Teil des Umfangs überdeckt, kann durch die Vorrichtung eine entsprechende achsparallele Positionierung des Spreizers erfolgen. Der Spreizer und die Halteelemente sind bevorzugt zueinander um die Drehachse des Rotors oder Stators drehbar vorgesehen, wobei zumindest der Spreizer oder die Halteelemente drehbar sind.
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Insbesondere bei der Verwendung von radial eingeschobenen Führungselementen können diese Führungselemente mit den Halteelementen gekoppelt und gemeinsam mit diesen bewegt werden.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Ausrichten der Kontaktenden von Hairpins einer Hairpinwicklung, wobei die Kontaktenden der Hairpinwicklung in Umfangsrichtung verlaufenden Doppellagen und einer Nutzahl entsprechenden Anzahl radial verlaufender Reihen angeordnet sind, wobei mindestens zwei Doppellagen vorhanden sind, und wobei zwei in einer Doppellage einer Reihe benachbarte Kontaktenden ein Kontaktpaar bilden, mit einer Vorrichtung, bei welcher ein Spreizer vorgesehen ist, mit welchem zumindest einen Teil der Kontaktenden überdeckt wird, wobei der Spreizer zumindest ein Keilelement aufweist, welches sich in tangentialer Richtung erstreckt und an seinem der Kontaktenden zugewandten axialen Ende eine Spitze aufweist, beinhaltend die Schritte, dass der Spreizer benachbart zu den Kontaktenden positioniert wird, dass der Spreizer axial in Richtung der Kontaktenden bewegt wird, um das Keilelement zwischen Kontaktenden, insbesondere zwischen Kontaktpaare zu schieben, wodurch die Kontaktenden in radialer Richtung verformt werden.
Hinsichtlich der Hairpinwicklung und des Spreizers wird auch auf die weitere Beschreibung verwiesen, bei der bereits auch zum Teil Verfahrensmerkmale mit erläutert sind.
Der Spreizer wird zu den Kontaktenden positioniert, damit die Spitze des Keilelements beziehungsweise der Keilelemente mit einem Abstand in axialer Richtung zwischen Kontaktenden positioniert sind. Anschließend wird der Spreizer in axialer Richtung auf die Kontaktenden zu bewegt, wodurch zunächst die Spitzen der direkt benachbarten Keilelemente mit den Kontaktenden in Kontakt kommen. Aufgrund der Positionierung zwischen den Kontaktenden und der Spitze des Keilelements taucht das Keilelemente zwischen die Kontaktenden ein und erzeugt wegen der sich in axialer Richtung vergrößernden Breite des Keilelements in radialer Richtung eine Kraftwirkung in radialer Richtung. Die am Keilelement anliegenden Kontaktenden, welche durch die Kraftwirkung beaufschlagt werden, verformen sich entsprechend in radialer Richtung, was zu ein Beabstandung der Kontaktenden in radialer Richtung führt.
Bei mehreren in radialer Richtung benachbarten Keilelementen werden die Kontaktenden zwischen zwei Keilelementen in dem zwischen diesen ausgebildeten freien
Aufnahmeraum geführt. Dies kann zu einer entsprechenden Verformung insbesondere des oberen, vorzugsweise nicht isolierten, Teils der Kontaktenden in entgegengesetzter radialer Richtung führen, wodurch die oberen Bereiche der Kontaktenden parallel insbesondere in axialer Richtung ausgerichtet werden. Für die äußeren Kontaktenden, welche mit nur einem Keilelement in Kontakt kommen, kann dies durch entsprechende am Spreizer vorgesehene Begrenzungen erreicht werden.
Bei den vorgenannten durch die Keilelemente verformten Kontaktenden kann es sich jeweils entweder um einzelnen Kontaktenden oder um Kontaktpaare handeln. Abhängig von der Ausgestaltung des folgenden Fertigungsschritts, wie einem twisten, für die Hairpinwicklung oder des Kontaktendes, welches beispielsweise wegen eines Anschluss an eine Leistungselektronik nicht mit einem anderen Kontaktende elektrisch leitend verbunden wird, kann eine Separierung einzelner Kontaktenden oder von Kontaktpaare vorteilhaft sein.
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Ausführungsformen erfindungsgemäßer Verfahren sind dadurch gekennzeichnet, dass das Keilelement anschließend in tangentialer Richtung zwischen die Reihen bewegt wird und danach in axialer Richtung von den Kontaktenden entfernt wird. Vor allem bei mehreren radial benachbarten Keilelementen kann durch die Verformung der Kontaktenden der Fall auftreten, dass zumindest ein Teil der verformten Kontaktenden in radialer Richtung eine größere Erstreckung aufweist, als die lichte Weite zwischen den Spitzen zweier Keilelemente und das Kontaktende somit ein Keilelement hinter greift, wodurch ein Abheben des Spreizers in axialer Richtung verhindert wird beziehungsweise zu einer ungewollten weiteren Verformung des Kontaktendes kommt. Für derartige Fälle sind Spreizer und Hairpinwicklung zueinander drehbar ausgebildet und der Spreizer wird nach Erreichen der abgesenkten Stellung, in der die Kontaktenden verformt sind, in tangentialer Richtung verschoben, damit das Keilelemente zwischen die Reihen der Kontaktenden tritt. Durch die tangentiale Bewegung, welche anstelle vom Spreizer auch durch die Hairpinwicklung erfolgen kann, tritt das Kontaktende seitlich aus dem Aufnahmeraum, wodurch eine ungewollte weitere Verformung des Kontaktendes vermieden wird. Nachdem das Keilelement in tangentialer Richtung in eine freie Stellung zwischen die Reihen bewegt wurde, wird der Spreizer in axialer Richtung von den Kontaktenden entfernt.
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Erfindungsgemäße Verfahren sind in Ausführungsformen dadurch gekennzeichnet, dass zunächst die Hairpinwicklung durch zumindest ein Halteelement fixiert wird. In einem vorgeschalteten Verfahrensschritt wird die Hairpinwicklung beziehungsweise der Stator oder Rotor mit der Hairpinwicklung durch Halteelemente der Vorrichtung aufgenommen und räumlich fixiert. Durch eine entsprechende konstruktive Auslegung der Vorrichtung kann hierbei gleichzeitig die Positionierung des Spreizers zu den Kontaktenden erfolgen, wodurch die Bauteile räumlich fixiert werden und die Bearbeitungszeit verkürzt werden kann.
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Die Erfindung betrifft in einem weiteren Aspekt eine elektrische Maschine mit einer Hairpinwicklung, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktpaare durch ein erfindungsgemäßes Verfahren zueinander in radialer Richtung beabstandet angeordnet sind. Durch eine beschriebenes Verfahren lassen sich, wie ausgeführt, vorteilhafte Hairpinwicklungen hinsichtlich einer Ausrichtung der Kontaktenden zueinander herstellen.
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Ausführungsformen erfindungsgemäßer elektrischer Maschinen sind dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktenden jeweils zumindest auf einer Seite eine Einlaufschräge aufweisen. Durch eine Einlaufschräge, zum Beispiel durch Anphasen, der Kontaktenden kann zwischen den radiale direkt benachbarten Kontaktenden an ihrem oberen Ende eine vorteilhafte Lücke bereitstellen. Diese Lücke erleichtert die Positionierung sowie das Eintauchen der Spitzen beziehungsweise der Keilelemente zwischen die Kontaktenden, wodurch die Prozesssicherheit erhöht wird.
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Die Ausführungsformen sind nicht auf die obigen Beispiele beschränkt und können durch weitere entsprechende Ausbildungen erreicht werden. Die Merkmale der Ausführungsformen können beliebig miteinander kombiniert werden.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Gleiche oder ähnliche Elemente werden mit einheitlichen Bezugszeichen bezeichnet. Die Figuren zeigen im Einzelnen:
- 1 zeigt einen Teilschnitt durch Elemente einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
- 2 zeigt einen Teilschnitt durch Elemente einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
- 3A zeigt eine schematische Ausführungsform eines Führungselements.
- 3B, 3C zeigen Teilschnitte eines Führungselements gemäß 3A.
- 4 zeigt schematische Teile einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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1 zeigt einen Teil der Elemente eine erfindungsgemäßen Ausführungsform, wobei Bereiche geschnitten dargestellt sind. Die Vorrichtung umfasst einen Spreizer (1), welcher in tangentialer Richtung zumindest die Kontaktenden (4) einer Reihe (KR) überdeckt oder sich über einen Bereich, insbesondere kreisringförmig über den kompletten Umfang, erstreckt.
Dargestellt ist nur ein Randbereich eines Stators (5), welcher mit einer Hairpinwicklung versehen wird und die eingebrachten Hairpins stehen mit ihren Kontaktenden (4) über das Blechpaket des Stators (5) vor. Die in der Darstellung oberen Bereiche (4.1) der Kontaktenden (4) sind nicht isoliert, weshalb sie eine etwas geringere Abmessung aufweisen. Die Bereitstellung der nicht isolierten Bereiche (4.1) erfolgt vorzugsweise bereits mit der Fertigung der Hairpins vor dem Einsetzen in den Stator (5), da zu diesem Zeitpunkt die Bereiche (4.1) noch besser zugänglich sind und gleichzeitig im nicht isolierten Bereich (4.1) der direkt benachbarten Kontaktenden (4) ein entsprechender Abstand entsteht, welcher das Aufweiten erleichtert. Es ist eine Variante mit sechs Lagen von Kontaktenden (4), wobei hier je zwei Lagen in einer Doppellage gemeinsam durch den Spreizer (1) umzuformen sind.
Der Spreizer (1) umfasst im gezeigten Beispiel zwei Keilelemente (2), welche jeweils eine den Kontaktenden (4) zugewandte Spitze (3) aufweisen. Die Keilelemente sind über einen Grundkörper (7) miteinander verbunden und derart zueinander beabstandet, dass zwischen den Spitzen (3) eine lichte Weite vorliegt, welche zur Aufnahme eines Kontaktpaares, also zwei in späteren Fertigungsschritten miteinander elektrisch leitend zu verbindenden Kontaktenden (4), geeignet ist. Zwischen den Keilelementen (2) ist ein Aufnahmeraum (A) definiert, welcher mindestens eine lichte Weite, wie zwischen den Spitzen (3) aufweist, um die Kontaktenden (4) aufzunehmen. Um ebenfalls für die äußeren Kontaktenden (4) beziehungsweise hier Kontaktpaare der Doppellagen einen Aufnahmeraum (A) bereitzustellen, weist der Spreizer zusätzliche Begrenzungen (6) auf, die sich in axialer Richtung mit einem entsprechenden Abstand von den Keilelementen (2) erstrecken.
In 1 sind der Grundkörper (7), die Keilelemente (2) sowie die Begrenzungen (6) einteilig ausgebildet. Die Keilelemente (2) weisen eine relativ einfache Geometrie auf und sind symmetrisch ausgeführt, wodurch eine verhältnismäßig einfach einteilige Herstellung ermöglicht ist.
Bei einer axialen Absenkung des Spreizers (1) in Richtung der Kontaktenden (4) tauchen die Spitzen (3) zwischen die Doppellagen der Kontaktenden (4) beziehungsweise der nicht isolierten Bereiche (4.1) ein. Beim weiteren Absenken des Spreizers (1) werden in dem dargestellten Beispiel die beiden mittleren Kontaktenden (4) nicht verformt und gerade in den Aufnahmeraum (A) zwischen den Keilelementen (2) aufgenommen. Die äußeren Kontaktenden (4) kommen mit den Keilelementen (2) in Kontakt und gleiten an diesen entlang. Aufgrund der sich vergrößernden Breite der Keilelemente (2) in axialer Richtung werden die Kontaktenden (2) in radialer Richtung abgelenkt und in die Richtung entsprechend verformt. Je tiefer die Keilelemente (2) zwischen die Kontaktenden (4) eintauchen, desto weiter werden die Kontaktenden (2) nach radial außen verformt. Sobald die Kontaktenden (2) eine bestimmte Verformung in radialer Richtung erfahren haben, kommen sie mit den Begrenzungen (6) in Kontakt und eine weitere Verformung wird durch die Begrenzungen (6) in axialer Richtung umgelenkt, um die nicht isolierten Bereiche (4.1) parallel auszurichten.
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2 zeigt einen Spreizer (1) ähnlich der 1, weshalb obige Beschreibung analog anwendbar ist.
Im Unterschied zu 1 ist der Spreizer (1) in 2 mehrteilig ausgebildet. Die Keilelemente (2) sind jeweils einzeln ausgeführt und werden in radialer Richtung benachbart angeordnet und mit dem Grundkörper (7) verbunden. Ebenso sind die Begrenzungen (6) separat ausgeführt und mit dem Grundkörper (7) verbunden. Um die Aufnahmeräume (A) zu gewährleisten, kann der Abstand zwischen den Keilelementen (2) beziehungsweise zwischen Keilelement (2) und Begrenzung (6) über die Verbindung mit dem Grundkörper (7) und/oder über an den Keilelementen (2) vorgesehenen Absätzen, wie dargestellt, erfolgen.
Es sind fünf Keilelemente (2) vorgesehen, um in diesem Ausführungsbeispiel die Kontaktenden (4) jeweils einzeln aufzuweiten. Hierzu sind die Spitzen (3) im Vergleich zu 1 entsprechend näher zueinander angeordnet. Durch die breiter werdenden Keilelemente (2) und die benötigten Aufnahmeräume (A) ergeben sich Keilelemente mit entsprechend gebogenen Verläufen. Auch sind die Keilelemente (2) nicht symmetrisch ausgeführt, wodurch eine größere Verformung in die hier radial äußere Richtung erfolgt, wodurch gegebenenfalls der vorhandene Bauraum besser genutzt werden kann.
Ein weiterer Unterschied in 2 sind die Einlaufschrägen (4.2) die an den nicht isolierten Bereichen (4.1) der Kontaktenden (4) vorgesehen sind. Durch die Einlaufschrägen (4.2) wird der Abstand zwischen den oberen Enden der Kontaktenden (2) vergrößert, wodurch das Positionieren sowie Eintauchen der Spitzen (3) beim Absenken der Keilelemente (2) erleichtert wird.
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Anstelle der dargestellten sechs Lagen können auch mehr, wie beispielsweise acht oder zehn, oder weniger, wie vier, Lagen vorgesehen werden, wobei die Anzahl und Form der Keilelemente (2) entsprechend angepasst wäre. Auch ist ein symmetrischer Aufbau der Keilelemente (2) nicht zwingend.
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3A zeigt eine Ausführungsform eines Führungselements (10) für eine erfindungsgemäße Vorrichtung. Das Führungselement (10) ist scheibenförmig ausgeführt und weist über seinen Umfang verteilte Aussparungen (11) auf, durch diese jeweils die entsprechenden Reihen (KR) der Kontaktenden (4) durchtreten können.
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3B und 3C zeigen jeweils einen Teilausschnitt eines Führungselements (10) gemäß 3A im Bereich einer Aussparung (11) in verschiedenen Ansichten. Es ist ein Schnitt in radialer Richtung - 3B - beziehungsweise eine Ansicht von oben - 3C - gezeigt, wobei Kontaktenden (4), welche teilweise mit den nicht isolierten Bereichen (4.1) durch die Aussparung (11) durchgetreten sind, durch das Führungselement (10) geführt sind. Die Aussparung (11) weist parallel zu der Reihe (KR) der Kontaktenden (4) verlaufende radiale Seitenwände (11.1) sowie in tangentialer Richtung verlaufende Stirnwände (11.2) auf. Um eine die Kontaktenden (4) in tangentialer Richtung zu führen, ist die lichte Weite der Aussparung (11) und somit der Abstand zwischen den Seitenwänden (11.1) nicht viel größer als die tangentiale Abmessung der Kontaktenden (4), vorzugsweise nicht größer als die doppelte Breite der Kontaktenden (4), ausgebildet. Die lichte Weite zwischen den Stirnwänden (11.2) ist deutlich größer ausgebildet, als die radiale Erstreckung der Reihe (KR) der direkt benachbarten Kontaktenden (4), um nach der radialen Verformung der Kontaktenden (4) noch einen Durchtritt durch die Aussparung (11) und damit ein Abheben des Führungselements (10) zu ermöglichen. Die lichte Weite zwischen den Stirnwänden (11.2) sollte hierbei mindestens um die Summe der maximalen Breiten der die Aufnahmeräume (A) in radialer Richtung begrenzenden Keilelemente (2) größer sein. Es ist ebenfalls möglich die Aussparung (11) nur mit einer Stirnwand (11.2) vorzusehen und auf der Gegenseite radial nach innen oder außen offen auszuführen.
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Eine schematische Ansicht von Teilen einer erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Vorrichtung sind in 4 gezeigt. Hier ist ebenfalls ein Stator (5) mit aus diesem in Reihen (KR) vorstehenden und aufzuweitenden Kontaktenden (4) in einer Ansicht von oben gezeigt. Der Stator (5) zum einen durch ein inneres Halteelement (8) vorpositioniert und zusätzlich durch, in diesem Beispiel zwei, äußere Halteelemente (8), welche vom Zentrum beziehungsweise der Drehachse (Z) des Stators (5) in radialer Richtung bewegbar sind. Die Halteelemente (8) sind mit einem Gestell (9) verbunden.
In diesem Beispiel wird der Stator (5) zunächst auf das innere Halteelement (8) aufgeschoben, wobei die äußeren Halteelemente (8) in einer geöffneten Stellung sind. Anschließend werden die äußeren Halteelemente (8) in radialer Richtung aufeinander zu bewegt, um den Stator (5) zwischen ihnen zu klemmen und somit zu halten. Anstelle der äußeren Haltebacken als Halteelemente (8) kann das Prinzip auch umgekehrt mit inneren beweglichen Haltebacken ausgeführt werden. Genauso kann eine Vorrichtung ohne ein festes Halteelement nur mit inneren und/oder äußeren beweglichen Haltebacken als Halteelemente (8) ausgeführt werden, wodurch die Vorrichtung flexibler für unterschiedlich dimensionierte Bauteile verwendet werden kann. Allgemein sind mehrere gleichmäßig über den Umfang verteilte Halteelemente (8) bevorzugt, da hierdurch eine gleichmäßigere Kraftverteilung erfolgt. Weiter alternativ können die Haltelemente (8) auch in spätere Montagemittel eingreifen, mit denen der Stator (5) bei der Montage mit einer elektrischen Maschine oder einem Gehäuse oder dergleichen verbunden wird.
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Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungen eingeschränkt. Es können wie oben ausgeführt, auch nur einzelne vorteilhafte Merkmale vorgesehen werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Spreizer
- 2
- Keilelement
- 3
- Spitze
- 4
- Kontaktende
- 4.1
- nicht isolierter Bereich
- 4.2
- Einlaufschräge
- 5
- Stator
- 6
- Begrenzung
- 7
- Grundkörper
- 8
- Halteelement
- 9
- Gestell
- 10
- Führungselement
- 11
- Aussparung
- 11.1
- Seitenwand
- 11.2
- Stirnwand
- A
- Aufnahmeraum
- KR
- Reihe (von Kontaktenden)
- Z
- Drehachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011002173 A1 [0002]
