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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Stators für eine elektrische Maschine mit einem im Wesentlichen hohlzylindrischen Statorkern, der mehrere in einer Umfangsrichtung beabstandet angeordnete Nuten aufweist, die eine in radialer Richtung verlaufende Tiefe aufweisen.
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Bei elektrischen Maschinen, die einen Stator mit einem hohlzylindrischen Statorkern aufweisen, also als Innenläufermaschine ausgebildet sind, kann eine Statorwicklung aus einem Runddraht beispielsweise mittels eines Einzugsverfahrens eingebracht werden. Elektrische Maschinen, die für eine Anwendung als Traktionsantrieb eines Fahrzeugs ausgebildet sind, weisen oftmals eine Statorwicklung mit einem rechteckigen Querschnitt auf, um den eine höhere Leistungsdichte zu erreichen. Derartige Statorwicklungen lassen sich nicht mittels des Einzugsverfahrens in den Statorkern einbringen.
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Bei elektrischen Maschinen für Fahrzeuge werden die Statorwicklungen daher typischerweise als Hairpin-Wicklungen ausgebildet. Hierbei werden im Wesentlichen U-förmige Drahtsegmente von einer Stirnseite des Statorkerns aus in die Nuten eingebracht und dann an einer gegenüberliegenden Stirnseite umgeformt und beispielsweise durch Schweißen verbunden. Hierbei entsteht somit ein erhöhter Arbeitsaufwand.
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Eine Alternative zu einer Hairpin-Wicklung stellt die Verwendung einer Stabwellenwicklung dar, die separat von dem Statorkern vorgefertigt werden kann. Zum Einbringen in die Nuten des Statorkerns wird die Stabwellenwicklung typischerweise in radialer Richtung des Statorkern gestaucht um ihren Durchmesser zu reduzieren und dann anschließend in radialer Richtung aufgeweitet, um den Wicklungsleiter der Stabwellenwicklung in die Nuten des Statorkerns einzubringen. Bei diesem Vorgang kann es zu unerwünschten Beschädigungen an dem Wicklungsleiter kommen.
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Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Gefahr einer Beschädigung des Wicklungsleiters beim Einbringen in den Statorkern zu reduzieren.
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Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren zur Herstellung eines Stators für eine elektrische Maschine mit einem im Wesentlichen hohlzylindrischen Statorkern vorgeschlagen, der mehrere in einer Umfangsrichtung beabstandet angeordnete Nuten aufweist, die eine in radialer Richtung verlaufende Tiefe aufweisen, mit folgenden Verfahrensschritten:
- - Bereitstellen mindestens einer bandförmigen Wicklungseinheit, die einen ersten Wicklungsleiter umfasst, der mehrere gerade in einer Querrichtung der Wicklungseinheit verlaufende Nutabschnitte aufweist, die zueinander parallel angeordnet sind;
- - Fixieren eines ersten Endes der bandförmigen Wicklungseinheit an einer Mantelfläche eines Dorns, wobei der Dorn einen Außendurchmesser aufweist, der kleiner ist als ein Innendurchmesser des Statorkerns;
- - Aufwickeln der bandförmigen Wicklungseinheit auf den Dorn, so dass die bandförmige Wicklungseinheit, insbesondere spiralförmig verlaufend, um die Mantelfläche des Dorns gebogen ist;
- - Einbringen des Dorns zusammen mit der bandförmigen Wicklungseinheit in einen Hohlraum des Statorkerns;
- - Abwickeln der bandförmigen Wicklungseinheit von dem in den Hohlraum eingebrachten Dorn, wobei die Nutabschnitte der bandförmigen Wicklungseinheit in die Nuten des Statorkerns eingebracht werden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es nicht erforderlich, die bandförmige Wicklungseinheit in radialer Richtung des Statorkerns zu stauchen und aufzuweiten. Vielmehr wird die vorgefertigte bandförmige Wicklungseinheit um den Dorn derart aufgewickelt, dass sie in dem aufgewickelten Zustand einen Außendurchmesser aufweist, der geringer ist als der Innendurchmesser des Statorkerns. Zusammen mit dem Dorn wird die aufgewickelte bandförmige Wicklungseinheit in den Hohlraum des Statorkern eingebracht und innerhalb des Hohlraums abgewickelt, um die Nutabschnitte der bandförmigen Wicklungseinheit in die Nuten des Statorkern einzubringen. Auf diese Weise wird eine radiale Stauchung und Aufweitung des Wicklungsleiters vermieden. Die Gefahr unerwünschter Verformungen und/oder Beschädigungen des Wicklungsleiters kann reduziert werden, so dass ein den Wicklungsleiter schonendes Einbringen in den Statorkern ermöglicht wird.
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Der Statorkern des Stators ist bevorzugt als Blechpaket ausgebildet.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Dorn zum Aufwickeln der bandförmigen Wicklungseinheit in einer ersten Drehrichtung gedreht wird und der Dorn zum Abwickeln der bandförmigen Wicklungseinheit in eine der ersten Drehrichtung entgegengesetzte, zweite Drehrichtung gedreht wird. Eine derartige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens bietet den Vorteil, dass sowohl das Aufwickeln als auch das Abwickeln durch eine Drehbewegung des Dorns erfolgen kann. Es ist daher nicht erforderlich, die mindestens eine bandförmige Wicklungseinheit gegenüber dem Dorn zu verdrehen. Vorteilhaft ist es, wenn die bandförmige Wicklungseinheit durch einen Radialanschlag in radialer Richtung begrenzt wird, während der Dorn zum Aufwickeln gedreht wird. Hierdurch kann die bandförmige Wicklungseinheit in Richtung der Mantelfläche des Dorns verbracht werden.
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Gemäß einer alternativen, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Dorn zum Aufwickeln der bandförmigen Wicklungseinheit in einer ersten Drehrichtung gedreht wird und der Statorkern zum Abwickeln der bandförmigen Wicklungseinheit in die erste Drehrichtung gedreht wird, wobei der Dorn stillsteht.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden mehrere bandförmige Wicklungseinheiten bereitgestellt und die Enden dieser bandförmigen Wicklungseinheiten werden mit einem vorgegebenen Winkelabstand an der Mantelfläche des Dorns fixiert. Durch die Verwendung mehrerer Wicklungseinheiten, deren an der Mantelfläche fixierte Enden jeweils voneinander beabstandet sind, kann eine als gestufte Wellenwicklung ausgebildete Statorwicklung gebildet werden.
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In diesem Zusammenhang hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die mehreren bandförmigen Wicklungseinheiten auf den Dorn aufgewickelt werden, so dass die bandförmigen Wicklungseinheiten spiralförmig verlaufend um die Mantelfläche des Dorns gebogen angeordnet sind. Das Aufwickeln der bandförmigen Wicklungseinheiten auf den Dorn erfolgt bevorzugt durch Drehen des Dorns. Das Abwickeln der bandförmigen Wicklungseinheiten nach dem Einbringen in den Hohlraum des Statorkern kann ebenfalls durch Drehen des Dorns - allerdings in entgegengesetzter Drehrichtung - erfolgen, wie dies bereits zuvor erläutert worden ist.
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Bevorzugt weist der erste Wicklungsleiter einen rechteckigen, insbesondere quadratischen, Querschnitt auf. Der Wicklungsleiter der bandförmigen Wicklungseinheit kann somit in dem Statorkern eine Stabwicklung, insbesondere eine Stabwellenwicklung, bilden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Mantelfläche des Dorns eine sich in radialer Richtung erstreckende Aufnahmewandung umfasst, an welcher das erste Ende der bandförmigen Wicklungseinheit fixiert wird. Unter der radialen Richtung wird in Bezug auf den Dorn eine Richtung verstanden, die senkrecht zu einer Längsachse des Dorns angeordnet ist, insbesondere einer Längsachse, um die der Dorn zum Aufwickeln der mindestens einen bandförmigen Wicklungseinheit gedreht wird. Bevorzugt ist die Aufnahmewandung Teil einer Stufe in der Mantelfläche. Bevorzugt entspricht die Höhe der Stufe bzw. die radiale Erstreckung der Aufnahmefläche der Dicke der bandförmigen Wicklungseinheit. Hierdurch wird es möglich, dass die Mantelfläche jenseits der Stufe zusammen mit einer Außenseite der an der Aufnahmefläche fixierten Wicklungseinheit eine gemeinsame Außenkontur bildet. Auf dieser Außenkontur kann wahlweise eine weitere bandförmige Wicklungseinheit aufgewickelt werden.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich eine Ausgestaltung erwiesen, bei welcher der erste Wicklungsleiter in einer ersten und einer zweiten Lage der Wicklungseinheit geführt ist und umfasst:
- a. mehrere erste gekrümmte Endabschnitte, die jeweils zwei Nutabschnitte miteinander verbinden und auf einer ersten Längsseite der Wicklungseinheit angeordnet sind,
- b. mehrere zweite gekrümmte Endabschnitte, die jeweils zwei Nutabschnitte miteinander verbinden und auf einer der ersten Längsseite gegenüberliegenden, zweiten Längsseite der Wicklungseinheit angeordnet sind,
wobei
- c. alle ersten gekrümmten Endabschnitte jeweils einen Nutabschnitt in der ersten Lage und einen Nutabschnitt in der zweiten Lage miteinander verbinden,
- d. genau ein zweiter gekrümmter Endabschnitt zur Bildung eines Umkehrpunkts des Wicklungsleiters entweder
- i. zwei Nutabschnitte in der ersten Lage oder
- ii. zwei Nutabschnitte in der zweiten Lage miteinander verbindet,
und alle übrigen zweiten gekrümmten Endabschnitte jeweils einen Nutabschnitt in der ersten Lage und einen Nutabschnitt in der zweiten Lage miteinander verbinden.
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Bei einer derartigen bandförmigen Wicklungseinheit sind die in Querrichtung verlaufenden Nutabschnitte jeweils in einer von zwei Lagen angeordnet, so dass eine bandförmige Wicklungseinheit mit einer geringen Dicke, insbesondere mit einer Dicke von nur zwei Lagen, erhalten wird. Hierdurch wird eine Wicklungseinheit erhalten, die mit verringertem Aufwand in die Nuten eines Statorkerns eingebracht werden kann. Durch die Bildung eines Umkehrpunkts des Wicklungsleiters wird es möglich, dass die Wicklungseinheit zwei Wicklungsanschlüsse aufweist, die auf derselben Längsseite der bandförmigen Wicklungseinheit und in derselben Lage der Wicklungseinheit vorgesehen sind. Bei einer Anordnung der Wicklungseinheit in einem Statorkern können diese Wicklungsanschlüsse auf derselben Stirnseite des Statorkerns und entweder beide radial innenliegend oder beide radial außenliegend angeordnet sein, so dass der Aufwand zum Kontaktieren der Wicklungsanschlüsse reduziert wird Unter einem geraden Nutabschnitt wird im Sinne der Erfindung ein gerade verlaufender Abschnitt des Wicklungsdrahts verstanden, der in eine Nut eines Statorkern eingebracht werden kann, um eine Statorwicklung zu bilden. Solche Nutabschnitte die in derselben Lage der Wicklungseinheit angeordnet sind, sind bevorzugt über identische Abstände voneinander parallel beabstandet vorgesehen. Alternativ bevorzugt ist vorgesehen, dass die Nutabschnitte über unterschiedliche Abstände voneinander parallel beabstandet sind. Hierzu können die gekrümmten Endabschnitte unterschiedliche Ausgestaltungen aufweisen, insbesondere unterschiedliche Ausgestaltungen hinsichtlich ihrer Länge und/oder ihrer Krümmung. Ein gekrümmter Endabschnitt ist im Sinne der Erfindung ein nicht gerade verlaufender Endabschnitt. Der Endabschnitt kann eine Umkehr des Wicklungsleiters um im Wesentlichen 180° bewirken. Der gekrümmte Endabschnitt kann eine bogenartige Krümmung aufweisen und/oder einen Biegepunkt. Beispielsweise kann der gekrümmte Endabschnitt einen ersten und einen zweiten im Wesentlichen geraden Teilabschnitt umfassen, die über einen Biegepunkt miteinander verbunden sind. Bei solchen gekrümmten Endabschnitten, die einen Nutabschnitt in der ersten Lage und einen Nutabschnitt in der zweiten Lage miteinander verbinden, ist bevorzugt der erste gerade Teilabschnitt in der ersten Lage und der zweite gerade Teilabschnitt in der zweiten Lage angeordnet, so dass in dem Biegepunkt ein Lagenwechsel realisiert ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Wicklungsleiter zwei Anschlussabschnitte aufweist, die entweder beide auf der ersten Längsseite oder beide auf der zweiten Längsseite angeordnet sind. Über die Anschlussabschnitte kann der Wicklungsleiter der Wicklungseinheit kontaktiert werden. Die Anordnung der Anschlussabschnitte auf derselben Seite erleichtert das Kontaktieren der Anschlussabschnitte, insbesondere das Kontaktieren von Anschlussabschnitten einer ersten bandförmigen Wicklungseinheit mit einer zweiten bandförmigen Wicklungseinheit.
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In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn die Anschlussabschnitte entweder beide in der ersten Lage oder beide in der zweiten Lage angeordnet sind. Durch eine Anordnung der Anschlussabschnitte in derselben Lage, wird es möglich, dass die Anschlussabschnitte bei Anordnung der Wicklungseinheit in einem Statorkern, alle radial außenliegend angeordnet werden können. Hierdurch kann der Aufwand zum Kontaktieren der Anschlussabschnitte verringert werden. Alternativ können die Anschlussabschnitte
alle radial innenliegend in dem Statorkern angeordnet werden. Weiter alternativ ist es möglich, dass ein erster der beiden Anschlussabschnitte in der ersten Lage und ein zweiter der beiden Anschlussabschnitte in der zweiten Lage angeordnet ist.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Wicklungseinheit einen oder mehrere zweite Wicklungsleiter umfasst, die identisch zu dem ersten Wicklungsleiter ausgebildet und derart versetzt angeordnet sind, dass der erste und die zweiten Wicklungsleiter in denselben ersten und zweiten Lage der Wicklungseinheit angeordnet sind. Bevorzugt sind die Nutabschnitte der zweiten Wicklungsleiter gegenüber den Nutabschnitten des ersten Wicklungsleiters versetzt angeordnet. Somit kann eine Wicklungseinheit mit mehreren Wicklungsdrähten erhalten werden, die eine geringe Dicke von nur zwei Lagen aufweist. Ein solche Wicklungseinheit mit mehreren Wicklungsdrähten soll nachfolgend auch als Wicklungsmatte bezeichnet werden. Die Wicklungsdrähte der Wicklungseinheit können wahlweise seriell oder parallel miteinander verschaltet werden. Hierzu werden bevorzugt die Anschlussabschnitte der ersten Wicklungseinheit bzw. einer oder mehrerer der zweiten Wicklungseinheit in geeigneter Weise miteinander verbunden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Statorkern mehrere in einer Umfangsrichtung beabstandet angeordnete Nuten aufweist, die eine in radialer Richtung verlaufende Tiefe aufweisen und die Anordnung von Nutabschnitten der bandförmige Wicklungseinheit in mehreren radial beabstandeten Radialpositionen ermöglicht, wobei die Nutabschnitte derart in den Nuten des Statorkerns aufgenommen werden, dass die bandförmige Wicklungseinheit spiralförmig in dem Statorkern angeordnet ist. Dass die bandförmige Wicklungseinheit spiralförmig in dem Statorkern angeordnet ist, bedeutet im Sinne der Erfindung, dass die einzelnen Nutabschnitte der Wicklungseinheit derart in verschiedenen Radialpositionen in den Nuten des Statorkerns aufgenommen sind, dass eine erste Radialposition eines ersten Nutabschnitts, der einen größeren Abstand von dem Umkehrpunkt der Wicklungseinheit aufweist radial weiter außen liegt als eine zweite Radialposition eines zweiten Nutabschnitts, der einen geringeren Abstand von dem Umkehrpunkt aufweist. Bevorzugt liegt eine dritte Radialposition eines dritten Nutabschnitts radial weiter innen als die zweite Radialposition, wobei der dritte Nutabschnitt einen noch geringeren Abstand zu dem Umkehrpunkt aufweist, als der zweite Nutabschnitt. Insofern sind die einzelnen Nutabschnitte der Wicklungseinheit derart in verschiedenen Radialpositionen in den Nuten des Statorkerns aufgenommen, dass die Radialpositionen der Nutabschnitte in Abhängigkeit von ihrem Abstand von dem Umkehrpunkt der Wicklungseinheit radial weiter innenliegend vorgesehen sind.
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In diesem Zusammenhang ist es bevorzugt, wenn die Nutabschnitte über unterschiedliche Abstände voneinander parallel beabstandet sind, so dass die Nutabschnitte in unterschiedlichen Radialpositionen angeordnet werden können. Hierdurch kann die Gefahr unerwünschter Verformungen des Wicklungsleiters insbesondere im Bereich der Nutabschnitte reduziert werden und/oder das Einbringen der Nutabschnitte in die Nuten des Statorkerns kann erleichtert werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Einbringen der Nutabschnitte der bandförmigen Wicklungseinheit in die Nuten des Statorkerns mittels einer Positioniereinrichtung erfolgt. Bevorzugt positioniert die Positioniereinrichtung einen Nutabschnitt parallel zu einer Nut, so dass dieser in die Nut eingebracht werden kann. Alternativ kann die Positioniereinrichtung mehrere benachbarte Nutleiter parallel zu mehreren Nuten positionieren. Besonders bevorzugt erfolgt das Einbringen der Nutabschnitte der bandförmigen Wicklungseinheiten in die Nuten des Statorkerns mittels mehrerer Positioniereinrichtungen, wobei die Nutabschnitte jeweils einer Wicklungseinheit mittels genau einer Positioniereinrichtung positioniert werden. Vorteilhaft ist es, wenn die mehreren Positioniereinheiten die Nutabschnitte der mehreren Wicklungseinheiten zeitgleich parallel zu den jeweiligen Nuten positionieren.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen nachfolgend anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert werden. Hierin zeigt:
- 1 eine bandförmige Wicklungseinheit gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in einer perspektivischen Darstellung;
- 2 die Wicklungseinheit gemäß 1 in einer Aufsicht auf eine Längsseite;
- 3 die Wicklungseinheit gemäß 1 in einer Seitenansicht;
- 4 eine bandförmige Wicklungseinheit gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel in einer perspektivischen Darstellung;
- 5 die Wicklungseinheit gemäß 4 in einer Aufsicht auf eine Längsseite;
- 6 die Wicklungseinheit gemäß 4 in einer Seitenansicht;
- 7 einen Dorn mit mehreren Wicklungseinheiten in einer perspektivischen Darstellung;
- 8 einen Dorn mit den Enden mehrerer Wicklungseinheiten in einer Seitenansicht;
- 9 einen Dorn mit mehreren Wicklungseinheiten beim Aufwickeln der Wicklungseinheiten auf den Dorn in einer perspektivischen Darstellung;
- 10 einen Dorn mit mehreren Wicklungseinheiten beim Aufwickeln der Wicklungseinheiten auf den Dorn in einer Seitenansicht;
- 11 einen Dorn mit mehreren Wicklungseinheiten beim Aufwickeln der Wicklungseinheiten auf den Dorn und einen Statorkern in einer perspektivischen Darstellung;
- 12 einen Dorn mit mehreren Wicklungseinheiten beim Aufwickeln der Wicklungseinheiten auf den Dorn und einen Statorkern in einer Seitenansicht.
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In der 1, 2 und 3 ist eine bandförmige Wicklungseinheit 1 mit genau einem Wicklungsleiter 2 dargestellt, der in einer ersten Lage L1 und einer zweiten Lage L2 der Wicklungseinheit 1 geführt ist. Die Wicklungseinheit 1 umfasst mehrere gerade in einer Querrichtung Q der Wicklungseinheit 1 verlaufende Nutabschnitte 3, die zueinander parallel angeordnet sind. Der Abstand zwischen den Nutabschnitten 3 des Wicklungsleiters 2 ist derart bemessen, dass benachbarte Nutabschnitte 3 in verschiedene Statornuten eines Statorkerns einer elektrischen Maschine eingebracht werden können. Die Nutabschnitte 3 sind über Endabschnitte 5, 6, 6' miteinander verbunden, die in einem Zustand, in welchem die Nutabschnitte 3 der Wicklungseinheit 1 in die Statornuten eines Statorkern eingebracht sind stirnseitig aus dem Statorkern herausstehen.
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Die Nutabschnitte 3 sind auf einer ersten Längsseite der Wicklungseinheit 1 über mehrere erste gekrümmte Endabschnitte 5 miteinander verbunden. Dabei verbinden die ersten gekrümmten Endabschnitte 5 jeweils einen ersten Nutabschnitt 3 in der ersten Lage L1 und einen zweiten Nutabschnitt 3 in der zweiten Lage L2 miteinander. Insofern wird durch die ersten Endabschnitt 5 jeweils ein Lagenwechsel des Wicklungsleiters 2 ermöglicht. Auf einer der ersten Längsseite gegenüberliegenden zweiten Längsseite der Wicklungseinheit 1 sind mehrere zweite gekrümmte Endabschnitte 6, 6' vorgesehen, die jeweils zwei Nutabschnitte 3 miteinander verbinden und auf einer der ersten Längsseite gegenüberliegenden, zweiten Längsseite der Wicklungseinheit 1 angeordnet sind. Genau ein zweiter gekrümmter Endabschnitt 6' ist dabei zur Bildung eines Umkehrpunkts des Wicklungsleiters 2 derart ausgestaltet, dass er zwei Nutabschnitte 3 in der zweiten Lage L2 miteinander verbindet. Alle übrigen zweiten gekrümmte Endabschnitte 6 verbinden hingegen jeweils einen ersten Nutabschnitt 3 in der ersten Lage L1 und einen zweiten Nutabschnitt 3 in der zweiten Lage L2 miteinander.
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Gemäß einer Abwandlung dieses Ausführungsbeispiels kann vorgesehen sein, dass der zur Bildung des Umkehrpunkts vorgesehene eine zweite gekrümmte Endabschnitt 6' zwei Nutabschnitte in der ersten Lage miteinander verbindet.
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Die bandförmige Wicklungseinheit 1 weist somit einen Wicklungsleiter 2 auf, der ausgehend von einem ersten Anschlussabschnitt 4 bis zu dem Umkehrpunkt einen wellenförmigen Verlauf beschreibt. Der Wicklungsleiter 2 kehrt am Umkehrpunkt um und beschreibt dann ausgehend von dem Umkehrpunkt bis zu einem zweiten Anschlussabschnitt 4 wiederum einen wellenförmigen Verlauf.
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Die gekrümmten Endabschnitte 5, 6, 6' des Wicklungsleiters 2 bewirken eine Umkehr des Wicklungsleiters um im Wesentlichen 180°. Die gekrümmten Endabschnitte 5, 6, 6'umfassen jeweils einen ersten im Wesentlichen geraden Teilabschnitt 7 und einen zweiten im Wesentlichen geraden Teilabschnitt 8 umfassen, die über einen Biegepunkt 9 miteinander verbunden sind.
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Der Wicklungsleiter 2 umfasst ferner zwei Anschlussabschnitte 4, über welche der Wicklungsleiter kontaktiert werden kann. Die Anschlussabschnitte 4 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel beide auf der zweiten Längsseite der Wicklungseinheit 1 angeordnet und beide in derselben - hier der ersten Lage L1 der Wicklungseinheit 1 vorgesehen.
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Die Darstellungen in 4, 5 und 6 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel einer bandförmigen Wicklungseinheit 1', die sich von der Wicklungseinheit 1 gemäß des ersten Ausführungsbeispiels dadurch unterscheidet, dass diese zusätzlich zu dem ersten Wicklungsleiter 2 mehrere zweite Wicklungsleiter 2' umfasst. Die zweiten Wicklungsleiter 2' sind identisch zu dem ersten Wicklungsleiter 2 ausgebildet und derart versetzt angeordnet, dass der erste Wicklungsleiter 2 und die zweiten Wicklungsleiter 2' in derselben ersten Lage L1 und derselben zweiten Lage L2 der Wicklungseinheit 1' angeordnet sind. Insofern bildet die Wicklungseinheit 1' eine Wicklungsmatte mit mehreren Wicklungsleitern 2, 2', die über eine Vielzahl an Anschlussabschnitten 4 kontaktiert werden können.
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Nachfolgend soll anhand der Darstellungen in 7 und 8 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Stators für eine elektrische Maschine erläutert werden, bei dem eine oder mehrere der in 1 bis 6 gezeigten bandförmigen Wicklungseinheiten Verwendung finden kann. Bei dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel werden zunächst mehrere, hier fünf, bandförmige Wicklungseinheiten 1' bereitgestellt. Die Wicklungseinheiten 1' sind nach Art von Wicklungsmatten ausgestaltet, die jeweils mehrere Wicklungsleiter 2, 2' mit rechteckigem, insbesondere quadratischem, Querschnitt aufweisen. Wie vorstehend bereits erläutert, weisen die Wicklungsleiter 2, 2' mehrere gerade in einer Querrichtung Q der Wicklungseinheit 1' verlaufende Nutabschnitte 3 auf, die zueinander parallel angeordnet sind.
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Die bandförmigen Wicklungseinheiten 1' werden in einem weiteren Verfahrensschritt an einem Dorn 30 befestigt. Der Dorn 30 weist eine zylindrische oder hohlzylindrische Form auf und kann als separates Bauteil oder als Teil einer Fertigungsvorrichtung zur Herstellung des Stators ausgebildet sein. Der verwendete Dorn 30 weist einen Außendurchmesser D1 auf, der kleiner ist als ein Innendurchmesser D2 des Statorkerns 11, in welche die Wicklungseinheiten 1' zur Bildung des Stators eingebracht werden sollen, vgl. 12.
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Wie beispielsweise in 8 erkennbar, wird jeweils ein Ende der bandförmigen Wicklungseinheiten 1' an der Mantelfläche 31 des Dorns 30 fixiert. Die Mantelfläche 31 weist hierzu mehrere Stufen 32 auf, die eine Aufnahmewandung 33 zur Aufnahme des Endes der Wicklungseinheit 1' umfasst. Die Stufen 32 sind jeweils um einen identischen, vorgegebenen Winkelabstand voneinander versetzt an der Mantelfläche 31 vorgesehen. Bei dem Ausführungsbeispiel beträgt dieser Winkelabstand 72°. In Abweichung von dem in 8 gezeigten Ausführungsbeispiel können die Stufen 32 jeweils um unterschiedliche, vorgegebenen Winkelabstände voneinander versetzt an der Mantelfläche 31 vorgesehen sein.
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In einem dem Fixieren nachfolgenden Verfahrensschritt werden die bandförmigen Wicklungseinheiten 1' auf den Dorn 30 aufgewickelt, so dass sich eine spiralförmige Biegung der bandförmigen Wicklungseinheiten 1' um den Dorn 30 ergibt. Die Darstellungen in 9 und 10 zeigen jeweils einen Zustand, in welchem dieses Aufwickeln bereits begonnen hat. Bei dem Ausführungsbeispiel erfolgt das Aufwickeln der Wicklungseinheiten 1' durch Drehen des Dorns 30 in einer erste Drehrichtung R1 um eine Drehachse D, die der Längsachse des Dorns 30 entspricht. Die bandförmigen Wicklungseinheiten 1' werden infolge der Drehung des Dorns 30 in Richtung der Mantelfläche 31 verbracht, wie dies in 10 durch die Pfeile F angedeutet ist. Insofern werden die Wicklungseinheiten 1' spiralförmig verlaufend um die Mantelfläche 31 des Dorns 30 gebogen angeordnet.
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Die Darstellungen in 11 und 12 zeigen einen Zustand, der sich durch weiteres Drehen des Dorns 30 in der ersten Drehrichtung R1 ergibt. Das Drehen erfolgt solange, bis alle den ersten Enden der Wicklungseinheiten 1' gegenüberliegenden zweiten Enden der Wicklungseinheiten 1' in Anlage mit einer Außenkontur einer der Wicklungseinheiten 1' gelangt sind - also bis alle Wicklungseinheiten 1' vollständig auf dem Dorn 30 aufgewickelt sind. In diesem - in den Zeichnungen nicht gezeigten Zustand - weist die durch die auf dem Dorn aufgewickelten Wicklungseinheiten 1' gebildete Statorwicklung einen Außendurchmesser auf, der kleiner ist als der Innendurchmesser D2 des Statorkerns 11. Dieser Umstand ermöglicht das Einbringen des Dorns 30 zusammen mit den auf den Dorn 30 aufgewickelten bandförmigen Wicklungseinheiten 1' in einen Hohlraum 12 des Statorkerns 11. Das Einbringen erfolgt bevorzugt entlang einer Längsachse L des Statorkerns 11.
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Der Statorkern 11 umfasst mehrere in einer Umfangsrichtung beabstandet angeordnete Nuten N, die eine in radialer Richtung verlaufende Tiefe aufweisen und die Anordnung von Nutabschnitten 3 der bandförmige Wicklungseinheiten 1' in mehreren radial beabstandeten Radialpositionen ermöglicht.
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Nach dem Einbringen des Dorns 30 in den Statorkern werden die bandförmigen Wicklungseinheiten 1' von dem Dorn abgewickelt. Hierzu wird der Dorn 30 in einer zweiten Drehrichtung gedreht, die der ersten Drehrichtung R1 entgegengerichtet ist. Dabei werden die Nutabschnitte 3 der bandförmigen Wicklungseinheiten 1' in die Nuten N des Statorkerns 11 eingebracht. Auf diese Weise wird eine radiale Stauchung und Aufweitung der Wicklungsleiter 2, 2' der Wicklungseinheiten 1' vermieden. Die Gefahr unerwünschter Verformungen und/oder Beschädigungen kann reduziert werden, so dass ein den Wicklungsleiter 2, 2' schonendes Einbringen in den Statorkern 11 ermöglicht wird. Nach dem Einbringen in den Statorkern 11 sind die die Nutabschnitte 3 derart in den Nuten N des Statorkerns 11 aufgenommen, dass die bandförmigen Wicklungseinheiten 1' spiralförmig in dem Statorkern 11 angeordnet ist.
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In einem nachfolgenden Verfahrensschritt können dann die ersten Enden der Wicklungseinheiten 1' von dem Dorn 30 gelöst werden. Der Dorn kann dann, bevorzugt durch eine Bewegung entlang der Längsachse L des Statorkerns 11, aus dem Hohlraum 12 des Statorkerns 11 entfernt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 1'
- Wicklungseinheit
- 2, 2'
- Wicklungsleiter
- 3,
- Nutabschnitt
- 4
- Anschlussabschnitt
- 5
- erster Endabschnitt
- 6, 6'
- zweiter Endabschnitt
- 7
- erster Teilabschnitt
- 8
- zweiter Teilabschnitt
- 9
- Biegepunkt
- 10
- Stator
- 11
- Statorkern
- 12
- Hohlraum
- 20
- Statorwicklung
- 21
- Teil einer Statorwicklung
- 30
- Dorn
- 31
- Mantelfläche
- 32
- Stufe
- 33
- Aufnahmewandung
- D
- Drehachse
- L
- Längsachse
- L1, L2
- Lage der Wicklungseinheit
- N
- Nut
- Q
- Querrichtung
- R1
- Drehrichtung
