DE102021115862A1 - Holding device for aligning wave winding wires, joining device and joining method - Google Patents
Holding device for aligning wave winding wires, joining device and joining method Download PDFInfo
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- H02K15/0435—Wound windings
- H02K15/0478—Wave windings, undulated windings
Abstract
Die Erfindung betrifft Einrichtungen, Vorrichtungen und Verfahren zur Verwendung im Zuge der Herstellung von Bauteilen für elektrische Maschinen, insbesondere Statoren. Gemäß Ausgestaltungen der Erfindung ist eine geradlinige Rechenstruktur oder Kammstruktur (24) zum Halten wenigstens eines Wellenwicklungsdrahtes (12) beim Überführen auf einen Fügedorn (18) oder dergleichen (auch z.B. ein Bauteil) mit nach außen öffnenden Nuten vorgesehen. Die Rechenstruktur oder Kammstruktur (24) weist ein geradliniges starres Basiselement (28) mit davon abstrebenden Zähnen (30) auf. Dabei sind die Zahnflanken (32a, 32b) der Zähne (30)a) derart gekrümmt und/oder schrägstehend verlaufend und/oderb) 1) durch nachgiebig elastische Ausgestaltung der Zähne (30)und/oder2) durch bewegliche Anlenkung der Zähne (30) an das starre Basiselementderart beweglich,dass die zwischen den Zahnflanken (32a, 32b) definierten Aufnahmeschlitze (34) an eine bogenförmige Bewegung der sich geradlinig erstreckenden Drahtabschnitte (20) bei einem Aufrollen auf die ringförmige Anordnung derart angepasst sind, dass Abstände zwischen den geradlinigen Drahtabschnitten (20) auch bei dieser Bewegung im Wesentlichen gleichbleiben.The invention relates to devices, devices and methods for use in the production of components for electrical machines, in particular stators. According to embodiments of the invention, a rectilinear rake structure or comb structure (24) is provided for holding at least one wave winding wire (12) during transfer to a joining mandrel (18) or the like (also e.g. a component) with outwardly opening grooves. The rake structure or comb structure (24) has a linear rigid base member (28) with teeth (30) extending therefrom. The tooth flanks (32a, 32b) of the teeth (30) are curved and/or inclined in this way and/or b) 1) due to the flexible, elastic configuration of the teeth (30) and/or 2) due to the movable articulation of the teeth (30) movable on the rigid base element in such a way that the receiving slots (34) defined between the tooth flanks (32a, 32b) are adapted to an arcuate movement of the rectilinearly extending wire sections (20) when rolled onto the ring-shaped arrangement such that distances between the rectilinear wire sections (20) also remain essentially the same in this movement.
Description
Die Erfindung betrifft eine Halteeinrichtung zum linearen Ausrichten wenigstens eines Wellenwicklungsdrahtes, der eine Reihe von geradlinigen Drahtabschnitten aufweist, die durch U-förmig oder dachförmig gebogene Drahtbereiche verbunden sind, auf eine ringförmige Anordnung radial nach außen öffnender Nuten im Zuge der Herstellung eines Bauteils einer elektrischen Maschine, umfassend eine Rechen- oder Kammstruktur mit einem sich starr in einer Längsrichtung erstreckenden linearen Basiselement und einer Reihe sich von dem starren linearen Basiselement quer zur Längsrichtung weg erstreckenden Zähnen mit Zahnflanken, die jeweils zwischen zwei benachbarten Zähnen einen Aufnahmeschlitz zur Aufnahme je wenigstens eines der sich geradlinig erstreckenden Drahtabschnitte des wenigstens einen Wellenwicklungsdrahtes definieren. Weiter betrifft die Erfindung eine Fügevorrichtung und ein Fügeverfahren zum Einfügen wenigstens eines Wellenwicklungsdrahtes in ein Blechpaket eines Stators unter Verwendung einer solchen Halteeinrichtung.The invention relates to a holding device for the linear alignment of at least one wave winding wire, which has a series of straight wire sections, which are connected by U-shaped or roof-shaped bent wire areas, to an annular arrangement of radially outward-opening grooves in the course of the manufacture of a component of an electrical machine , comprising a rake or comb structure with a linear base element extending rigidly in a longitudinal direction and a row of teeth extending transversely to the longitudinal direction away from the rigid linear base element with tooth flanks, each having a receiving slot between two adjacent teeth for receiving at least one of the define linearly extending wire sections of the at least one wave winding wire. The invention further relates to a joining device and a joining method for inserting at least one wave winding wire into a laminated core of a stator using such a holding device.
Eine solche Halteeinrichtung, eine solches Fügevorrichtung und ein solches Fügeverfahren sind aus der
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Herstellung von Bauteilen von elektrischen Maschinen, d.h. insbesondere Statoren oder Rotoren von Generatoren und Elektromotoren. Insbesondere sollen Spulenwicklungen für Bauteile von Elektromotoren hergestellt werden, die als Fahrmotoren für Elektrofahrzeuge in Großserie hergestellt werden sollen, und vorzugsweise eine Nennleistung im Bereich von 20kW bis 400 kW aufweisen sollen.The invention lies in the field of manufacturing components for electrical machines, i.e. in particular stators or rotors for generators and electric motors. In particular, coil windings are to be produced for components of electric motors which are to be mass-produced as traction motors for electric vehicles and are preferably to have a rated output in the range from 20 kW to 400 kW.
Für eine elektrische Maschine, wie insbesondere Elektromotor oder Generator, ist es aus dem weiter unten erläuterten Stand der Technik bekannt, eine verteilte Wellenwicklung vorzusehen. Hierbei wird als ein Verfahren die Wellenwicklung außerhalb des Bauteils, wie insbesondere Stator, vorgefertigt, üblicherweise als eine lineare Spule. Dabei können die einzelnen Drähte einzeln übereinander gestapelt sein, oder auch ineinander verwoben sein, wie dies in
Eine Spulenmatte, wie sie auch bei Ausführungsbeispielen der Erfindung einzusetzen ist, besteht z.B. aus mehreren einzelnen S-förmig gebogenen Leitern - Wellenwicklungsdraht -, insbesondere in Form von Kupferstäben, die jeweils gerade Bereiche - geradlinig verlaufender Drahtabschnitt - aufweisen, welche mit Wickelköpfen - U-förmig oder dachförmig gebogene Drahtabschnitte - verbunden sind. Der gerade Bereich befindet sich später in der Bauteilnut, wie insbesondere Statornut, und im sogenannten Wickelkopf springt der Leiter oder Draht eine entsprechende Anzahl Nuten.A coil mat, as is also to be used in exemplary embodiments of the invention, consists, for example, of several individual S-shaped conductors - wave winding wire -, in particular in the form of copper rods, each of which has straight areas - wire section running in a straight line - which are connected to winding heads - U- shaped or roof-shaped bent wire sections - are connected. The straight area is located later in the component slot, such as the stator slot in particular, and the conductor or wire jumps a corresponding number of slots in the so-called end winding.
Derartige Spulenmatten und deren Herstellung sind insbesondere aus den Dokumenten
Um diese lineare Spule in ein ringförmiges Bauteil einer elektrischen Maschine, wie insbesondere einen zylinderförmigen Stator, mit innenliegenden Nuten einzubringen, wird bei Ausgestaltungen der Erfindung ein Fügeverfahren verwendet, bei dem diese lineare Spule - Spulenmatte - auf ein zylinderförmiges Übertragungswerkzeug - auch Fügewerkzeug oder je nach Ausführung auch Fügedorn genannt - aufgewickelt wird und somit von einer linearförmigen Wicklung in eine rotationsförmige Wicklung überführt wird. Hierbei kann auch die Wicklung mehrere Lagen auf dem Übertragungswerkzeug einnehmen. Es können auch mehre linearen Spulen - Spulenmatten - übereinander gelegt und aufgewickelt werden. Es können auch mehrere einzelne lineare Teilmatten gleichzeitig auf ein Fügewerkzeug aufgewickelt werden, deren Anfang an der gleichen Stelle oder auch an unterschiedlichen Stellen sein kann -z.B. bei spiralförmig eingebrachten Teilspulen. Auch kann ein einzelner Wicklungsdraht aufgenommen und aufgewickelt werden. Das Fügewerkzeug oder Übertragungswerkzeug (auch Fügedorn genannt) wird anschließend in das vorbereitete Bauteil, insbesondere Stator, eingetaucht, und die Wicklung wird vom Fügewerkzeug in das Bauteil durch eine vorwiegend radiale Bewegung der einzelnen Drahtabschnitte übertragen. Die radiale Übertragung kann für alle Drahtabschnitte gleichzeitig oder auch abschnittsweise oder nacheinander erfolgen. Hierbei hat vorzugsweise das Fügewerkzeug gleich viele Nuten an der gleichen Stelle wie das Bauteil. Vorzugsweise wird das jeweils lineare Teilstück - geradliniger Drahtabschnitt - des Wellenwicklungsdrahtes, welches sich in der Nut des Fügewerkzeuges befindet, und in die Bauteilnut überführt werden soll, entsprechend eng vom Fügewerkzeug geführt, um den Leiter ohne Beschädigung - z.B. einer Isolierschicht - in die eng tolerierten Nuten zu überführen.In order to insert this linear coil into a ring-shaped component of an electrical machine, such as in particular a cylindrical stator, with internal grooves, a joining method is used in embodiments of the invention in which this linear coil - coil mat - is placed on a cylindrical transfer tool - also called joining tool or depending on the Design also called joining mandrel - is wound up and is thus converted from a linear winding into a rotary winding. The winding can also take on several layers on the transfer tool. Several linear coils - coil mats - can also be placed one on top of the other and wound up. It is also possible for several individual linear partial mats to be wound onto a joining tool at the same time, the start of which can be at the same point or also at different points - for example in the case of partial coils introduced in a spiral shape. A single winding wire can also be picked up and wound up. The joining tool or transfer tool (also known as the joining mandrel) is then immersed in the prepared component, in particular the stator, and the winding is transferred from the joining tool into the component by means of a predominantly radial movement of the individual wire sections. The radial transmission can take place simultaneously for all wire sections or also in sections or one after the other. In this case, the joining tool preferably has the same number of grooves in the same place as the component. In front Preferably, the respective linear section - straight wire section - of the wave winding wire, which is located in the groove of the joining tool and is to be transferred into the component groove, is guided correspondingly narrowly by the joining tool in order to insert the conductor without damage - e.g. an insulating layer - into the tightly toleranced to transfer grooves.
Bei bisherigen in der Praxis eingesetzten Herstellverfahren erfolgt folgende Prozessabfolge:
- i) Herstellen der linearen Spulenmatte, z.B. wie in einer der obigen Dokumente beschrieben;
- ii) Ausrichten der Spulenmatte durch ein lineares Übertragungs- oder Haltewerkzeug - im Folgenden Halteeinrichtung genannt;
- iii) Übertragen der Spulenmatte auf ein rotatorisches Fügewerkzeug, welches eine Anordnung radial nach außen offener Nuten aufweist;
- iv) gegebenenfalls Komprimieren der Wicklung oder Spulenmatte auf den Innendurchmesser des Fügewerkzeugs mit einzelnen oder mehreren Pressfingern;
- v) Eintauchen des rotatorischen Fügewerkzeugs mit der Spulenmatte (Wicklung) in das ringförmige Bauteil, wie insbesondere Stator(blechpaket),
- vi) Übertragen der Spulenmatte in das Bauteil, wie insbesondere Stator.
- i) producing the linear coil mat, eg as described in one of the above documents;
- ii) aligning the coil mat by a linear transfer or holding tool - hereinafter referred to as holding device;
- iii) transferring the coil mat to a rotary joining tool which has an arrangement of grooves which are open radially to the outside;
- iv) optionally compressing the winding or coil mat to the inside diameter of the joining tool with one or more press fingers;
- v) Dipping the rotary joining tool with the coil mat (winding) into the ring-shaped component, such as in particular the stator (laminated core),
- vi) Transferring the coil mat into the component, such as the stator in particular.
Ausführungsbeispiele und Einzelheiten von Schritten des vorgenannten Verfahrens finden sich in den folgenden Literaturstellen:
- •
WO 2017/102892 A2 - • frühere internationale Patentanmeldung PCT/
DE2020/100194 - •
DE 10 2019 106 711 A1 - • frühere europäische Patentanmeldung mit der Anmeldenummer
EP20185121.9
- •
WO 2017/102892 A2 - • earlier international patent application PCT/
DE2020/100194 - •
DE 10 2019 106 711 A1 - • earlier European patent application with the application number
EP20185121.9
Ausgestaltungen der Erfindung befassen sich mit Verbesserungen der Schritte ii) und iii).Embodiments of the invention deal with improvements in steps ii) and iii).
Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, eine Halteeinrichtung der im Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche genannten Art derart zu verbessern, dass damit ein zuverlässigeres Überführen des wenigstens einen Wellenwicklungsdrahtes mit noch weiter verringertem Risiko von Beschädigungen ermöglicht ist.The object of the invention is to improve a holding device of the type mentioned in the preamble of the independent claims in such a way that a more reliable transfer of the at least one wave winding wire is made possible with an even further reduced risk of damage.
Zum Lösen dieser Aufgabe schafft die Erfindung eine Halteeinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 und 8. Weiter schafft die Erfindung eine Fügevorrichtung und ein Fügeverfahren unter Verwendung einer solchen Halteeinrichtung gemäß den weiteren Nebenansprüchen.In order to solve this problem, the invention creates a holding device according to one of claims 1 to 3 and 8. The invention also creates a joining device and a joining method using such a holding device according to the additional dependent claims.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous configurations are the subject matter of the dependent claims.
Die Erfindung schafft gemäß einem ersten Aspekt davon eine Halteeinrichtung zum linearen Ausrichten wenigstens eines Wellenwicklungsdrahtes, der eine Reihe von geradlinigen Drahtabschnitten aufweist, die durch U-förmig oder dachförmig gebogene Drahtbereiche verbunden sind, und zum Überführen auf eine ringförmige Anordnung radial nach außen öffnender Nuten im Zuge der Herstellung eines Bauteils einer elektrischen Maschine, umfassend eine Rechen- oder Kammstruktur mit einem sich starr in einer Längsrichtung erstreckenden linearen Basiselement und einer Reihe sich von dem starren linearen Basiselement quer zur Längsrichtung weg erstreckenden Zähnen mit Zahnflanken, die jeweils zwischen zwei benachbarten Zähnen einen Aufnahmeschlitz zur Aufnahme je wenigstens eines der sich geradlinig erstreckenden Drahtabschnitte des wenigstens einen Wellenwicklungsdrahtes definieren, wobei die Aufnahmeschlitze entsprechend einer bogenförmigen Bewegung der sich geradlinig erstreckenden Drahtabschnitte bei einem Aufrollen des wenigstens einen Wellenwicklungsdrahtes auf die ringförmige Anordnung gekrümmt sind.According to a first aspect thereof, the invention provides a holding device for linearly aligning at least one wave winding wire, which has a series of straight wire sections which are connected by U-shaped or roof-shaped bent wire areas, and for transferring to an annular arrangement of radially outwardly opening grooves in the During the manufacture of a component of an electrical machine, comprising a rake or comb structure with a linear base element extending rigidly in a longitudinal direction and a row of teeth extending away from the rigid linear base element transversely to the longitudinal direction, with tooth flanks each between two adjacent teeth Defining a receiving slot for receiving at least one of the linearly extending wire sections of the at least one wave winding wire, the receiving slots corresponding to an arcuate movement of the linearly extending wire sections a rolling of the at least one wave winding wire are curved onto the annular arrangement.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung schafft die Erfindung eine Halteeinrichtung zum linearen Ausrichten wenigstens eines Wellenwicklungsdrahtes, der eine Reihe von geradlinigen Drahtabschnitten aufweist, die durch U-förmig oder dachförmig gebogene Drahtbereiche verbunden sind, und zum Überführen auf eine ringförmige Anordnung radial nach außen öffnender Nuten im Zuge der Herstellung eines Bauteils einer elektrischen Maschine, umfassend eine Rechen- oder Kammstruktur mit einem sich starr in einer Längsrichtung erstreckenden linearen Basiselement und einer Reihe sich von dem starren linearen Basiselement quer zur Längsrichtung weg erstreckenden Zähnen mit Zahnflanken, die jeweils zwischen zwei benachbarten Zähnen einen Aufnahmeschlitz zur Aufnahme je wenigstens eines der sich geradlinig erstreckenden Drahtabschnitte des wenigstens einen Wellenwicklungsdrahtes definieren, wobei die Zähne oder zumindest deren Zahnflanken elastisch nachgiebig ausgestaltet sind, um den Aufnahmeschlitz bei einem Aufrollen des wenigstens einen Wellenwicklungsdrahtes auf die ringförmige Anordnung an eine bogenförmige Bewegung der sich geradlinig erstreckenden Drahtabschnitte anzupassen.According to an alternative embodiment, the invention creates a holding device for linearly aligning at least one wave winding wire, which has a series of straight wire sections that are connected by U-shaped or roof-shaped bent wire areas, and for transferring to an annular arrangement of radially outward-opening grooves in the course the production of a component of an electrical machine, comprising a rake or comb structure with a linear base element extending rigidly in a longitudinal direction and a row of teeth with tooth flanks extending away from the rigid linear base element transversely to the longitudinal direction, each having a receiving slot between two adjacent teeth for receiving at least one of the rectilinearly extending wire sections of the at least one wave winding wire, wherein the teeth or at least their tooth flanks are designed to be elastically yielding, around the receiving slot a rolling of the at least one wave winding wire onto the ring-shaped arrangement to adapt it to an arcuate movement of the wire sections extending in a straight line.
Gemäß einer weiteren alternativen Ausgestaltung schafft die Erfindung eine Halteeinrichtung zum linearen Ausrichten wenigstens eines Wellenwicklungsdrahtes, der eine Reihe von geradlinigen Drahtabschnitten aufweist, die durch U-förmig oder dachförmig gebogene Drahtbereiche verbunden sind, und zum Überführen auf eine ringförmige Anordnung radial nach außen öffnender Nuten im Zuge der Herstellung eines Bauteils einer elektrischen Maschine, umfassend eine Rechen- oder Kammstruktur mit einem sich starr in einer Längsrichtung erstreckenden linearen Basiselement und einer Reihe sich von dem starren linearen Basiselement quer zur Längsrichtung weg erstreckenden Zähnen mit Zahnflanken, die jeweils zwischen zwei benachbarten Zähnen einen Aufnahmeschlitz zur Aufnahme je wenigstens eines der sich geradlinig erstreckenden Drahtabschnitte des wenigstens einen Wellenwicklungsdrahtes definieren, wobei die Zähne beweglich an das Basiselement angelenkt sind, um den Aufnahmeschlitz bei einem Aufrollen des wenigstens einen Wellenwicklungsdrahtes auf die ringförmige Anordnung an eine bogenförmige Bewegung der sich geradlinig erstreckenden Drahtabschnitte anzupassen.According to a further alternative embodiment, the invention creates a holding device for the linear alignment of at least one shaft winding wire, which has a series of straight wire sections, which are connected by U-shaped or roof-shaped bent wire areas, and for conversion to an annular arrangement of radially outwardly opening grooves in the course of the manufacture of a component of an electrical machine, comprising a rake or comb structure with a linear base element extending rigidly in a longitudinal direction and a row of teeth with tooth flanks extending away from the rigid linear base element transversely to the longitudinal direction, each having a receiving slot between two adjacent teeth for receiving at least one of the wire sections of the at least one wave winding wire extending in a straight line define, wherein the teeth are movably hinged to the base member to adapt the receiving slot to an arcuate movement of the rectilinearly extending Dr adjust seam sections.
Vorzugsweise sind bei konkreten Ausführungsformen mehrerer der oben genannten Alternativen in Kombination vorgesehen.In specific embodiments, several of the above-mentioned alternatives are preferably provided in combination.
Es ist bevorzugt, dass die Zähne sich von dem Basiselement gebogen erstrecken.It is preferred that the teeth extend arcuately from the base member.
Es ist bevorzugt, dass die Zähne sich bei einer Belastung durch Ausheben der geradlinigen Drahtabschnitte verformen.It is preferred that the teeth deform under stress from lifting of the straight wire sections.
Es ist bevorzugt, dass Zähne mit unterschiedlicher Dicke vorgesehen sind.It is preferred that teeth with different thicknesses are provided.
Es ist bevorzugt, dass sich die Aufnahmeschlitze von einem nahe dem Basiselement angeordneten Fußbereich zu einem offenen Endbereich hin gesehen verengen.It is preferable that the accommodating slots narrow as viewed from a foot portion located near the base member toward an open end portion.
Gemäß einer weiteren Alternative, die auch in Kombination mit einer der zuvor genannten Ausgestaltungen vorgesehen sein kann, schafft die Erfindung eine Halteeinrichtung zum linearen Ausrichten wenigstens eines Wellenwicklungsdrahtes, der eine Reihe von geradlinigen Drahtabschnitten aufweist, die durch U-förmig oder dachförmig gebogene Drahtbereiche verbunden sind, auf eine ringförmige Anordnung radial nach außen öffnender Nuten im Zuge der Herstellung eines Bauteils einer elektrischen Maschine, umfassend eine Rechen- oder Kammstruktur mit einem sich starr in einer Längsrichtung erstreckenden linearen Basiselement und einer Reihe sich von dem starren linearen Basiselement quer zur Längsrichtung weg erstreckenden Zähnen mit Zahnflanken, die jeweils zwischen zwei benachbarten Zähnen einen Aufnahmeschlitz zur Aufnahme je wenigstens eines der sich geradlinig erstreckenden Drahtabschnitte des wenigstens einen Wellenwicklungsdrahtes definieren, wobei die Zähne sich schräg weg von dem Basiselement erstrecken, so dass die Aufnahmeschlitze sich schräg weg von dem Basiselement neigen.According to a further alternative, which can also be provided in combination with one of the aforementioned configurations, the invention creates a holding device for the linear alignment of at least one wave winding wire, which has a series of straight wire sections that are connected by wire areas bent in a U-shape or roof-shape , to an annular arrangement of radially outwardly opening grooves in the course of the manufacture of a component of an electrical machine, comprising a rake or comb structure with a linear base element extending rigidly in a longitudinal direction and a row extending transversely to the longitudinal direction away from the rigid linear base element Teeth with tooth flanks, each defining a receiving slot between two adjacent teeth for receiving at least one of the rectilinearly extending wire sections of the at least one wave winding wire, the teeth sloping away from the base ement extend so that the receiving slots incline obliquely away from the base member.
Es ist bevorzugt, dass die Zähne an ihren Enden spitz auslaufen.It is preferred that the teeth are tapered at their ends.
Es ist bevorzugt, dass die Aufnahmeschlitze Bereiche unterschiedlicher Krümmung und/oder geradlinig verlaufende Bereiche unterschiedlicher Schrägstellung zu dem Basiselement aufweisen. Die Aufnahmeschlitze können auch wenigstens einen gekrümmten Bereich und einen geradlinigen Bereich, z.B. schräg verlaufend, aufweisen.It is preferred that the receiving slots have areas of different curvature and/or areas that run in a straight line and are at different angles to the base element. The receiving slots may also have at least one curved portion and one straight portion, e.g., sloping.
Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung eine Fügevorrichtung zum Einfügen eines Wellenwicklungsdrahtes oder mehrerer zu einer Spulenmatte gruppierten Wellenwicklungsdrähten in ein Blechpaket eines Stators einer elektrischen Maschine, umfassend eine Halteeinrichtung nach einer oder mehrerer der voranstehend erläuterten Ausgestaltungen, einen Fügedorn mit der ringförmigen Anordnung von radial nach außen öffnenden Nuten, der unter Drehung relativ zu Halteeinrichtung in Längsrichtung des Basiselements bewegbar ist und einer Überführungseinrichtung zum Überführen des wenigstens einen Wellenwicklungsdrahtes von der Halteeinrichtung auf den Fügedorn.According to a further aspect, the invention creates a joining device for inserting a wave winding wire or a plurality of wave winding wires grouped into a coil mat into a laminated core of a stator of an electrical machine, comprising a holding device according to one or more of the configurations explained above, a joining mandrel with the annular arrangement from radial to rear grooves opening on the outside, which can be moved in the longitudinal direction of the base element while rotating relative to the holding device, and a transfer device for transferring the at least one wave winding wire from the holding device to the joining mandrel.
Es ist bevorzugt, dass die Überführungseinrichtung dazu eingerichtet ist, die geradlinigen Drahtabschnitte zunächst von dem Basiselement um einen vorbestimmten Abstand zu beabstanden und anschließend aus der Halteeinrichtung auszuheben und auf den Fügedorn zu übertragen.It is preferred that the transfer device is set up to initially space the straight wire sections from the base element by a predetermined distance and then lift them out of the holding device and transfer them to the joining mandrel.
Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung ein Fügeverfahren zum Einfügen eines Wellenwicklungsdrahtes oder mehrerer zu einer Spulenmatte gruppierten Wellenwicklungsdrähten in ein Blechpaket eines Stators, umfassend Bereitstellen des wenigstens einen Wellenwicklungsdrahtes auf einer Halteeinrichtung nach einer oder mehrerer der voranstehend erläuterten Ausgestaltungen, Überführen des wenigstens einen Wellenwicklungsdrahtes auf einen Fügedorn mit der ringförmigen Anordnung von sich radial nach außen öffnenden Nuten, Einführen des Fügedorns in das Blechpaket und Überführen des wenigstens einen Wellenwicklungdrahtes von dem Fügedorn in das Blechpaket.According to a further aspect, the invention creates a joining method for inserting a wave winding wire or several wave winding wires grouped into a coil mat into a laminated core of a stator, comprising providing the at least one wave winding wire on a holding device according to one or more of the configurations explained above, transferring the at least one wave winding wire a joining mandrel with the annular arrangement of radially outwardly opening grooves, inserting the joining mandrel into the laminated core and transferring the at least one wave winding wire from the joining mandrel into the laminated core.
Es ist bevorzugt, dass die Halteeinrichtung derart bereitgestellt wird, dass ein gleichbleibender Abstand zwischen in den Aufnahmeschlitzen geführten Drahtabschnitten zueinander beim Überführen aus der Halteeinrichtung auf den Fügedorn aufrechterhalten bleibt.It is preferred that the holding device is provided in such a way that a constant distance between the wire sections guided in the receiving slots from one another during transfer is maintained from the holding device on the mandrel.
Es ist bevorzugt, dass der Wellenwicklungsdraht einen länglichen Drahtquerschnitt aufweist und die Halteeinrichtung derart bereitgestellt wird, dass sich der jeweils nahe dem geradlinigen Drahtabschnitt befindliche Bereich der Zahnflanken beim Überführen aus der Halteeinrichtung auf den Fügedorn im Verlauf der bogenförmigen Bewegung der geradlinigen Drahtabschnitte im Wesentlichen senkrecht zu der Längsrichtung des Drahtquerschnitts erstreckt.It is preferred that the wave winding wire has an elongate wire cross-section and the holding device is provided in such a way that the area of the tooth flanks located near the straight wire section is essentially perpendicular to each other during transfer from the holding device to the joining mandrel in the course of the curved movement of the straight wire sections of the longitudinal direction of the wire cross-section.
Ausführungsformen der Erfindung betreffen eine Aufnahme und Aufrollhilfe von Drahtmatten.Embodiments of the invention relate to a receiving and rolling-up aid for wire mats.
Gemäß Ausgestaltungen der Erfindung ist eine geradlinigen Rechenstruktur oder Kammstruktur zum Halten wenigstens eines Wellenwicklungsdrahtes beim Überführen auf einen Fügedorn oder dergleichen (auch z.B. ein Bauteil mit nach außen öffnenden Nuten vorgesehen. Die Rechenstruktur oder Kammstruktur weist ein geradliniges starres Basiselement mit davon abstrebenden Zähnen auf. Dabei sind die Zahnflanken der Zähne
- a) derart gekrümmt und/oder schrägstehen verlaufend und/oder
- b) 1) durch nachgiebig elastische Ausgestaltung der Zähne und/oder 2) durch bewegliche Anlenkung der Zähne an das starre Basiselement derart beweglich sind,
dass die zwischen den Zahnflanken definierten Aufnahmeschlitze an eine bogenförmige Bewegung der sich geradlinig erstreckenden Drahtabschnitte bei einem Aufrollen auf die ringförmige Anordnung derart angepasst sind, dass Abstände zwischen den geradlinigen Drahtabschnitten auch bei dieser Bewegung im Wesentlichen gleichbleiben.According to embodiments of the invention, a straight rake structure or comb structure is provided for holding at least one wave winding wire during transfer to a joining mandrel or the like (also, for example, a component with outwardly opening grooves. The rake structure or comb structure has a straight, rigid base element with teeth striving away from it are the tooth flanks of the teeth
- a) curved and/or inclined in this way and/or
- b) 1) are movable in such a way due to the flexible, elastic design of the teeth and/or 2) due to the movable articulation of the teeth on the rigid base element,
that the receiving slots defined between the tooth flanks are adapted to an arcuate movement of the wire sections extending in a straight line when they are rolled onto the ring-shaped arrangement in such a way that distances between the straight wire sections also remain essentially the same during this movement.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung haben gegenüber entsprechenden Halteeinrichtungen für Spulenmatten oder Wellenwicklungsdrähten aus dem Stand der Technik den Vorteil, dass eine exakte Führung des Drahtes beim Überführen ermöglicht ist und dabei Relativreibungen zwischen Draht und Werkzeug deutlich verringerbar sind und Spannungen in dem Draht deutlich verringerbar oder vermeidbar sind. Dennoch sind die Halteeinrichtungen einfach aufgebaut und einfach handhabbar. Durch den einfachen Aufbau sind sie entsprechend kostengünstig. Wird bei einer Fertigungsanlage ein Wechsel der Fertigung von einem Bauteil zu einem unterschiedlichen Bauteil benötigt, so lässt sich die Fügevorrichtung einfach durch Austausch der Halteeinrichtung an eine geänderte Spulenmatte und einen entsprechend geänderten Bewegungsablauf beim Überführen auf den Fügedorn anpassen.Preferred embodiments of the invention have the advantage over corresponding holding devices for coil mats or wave winding wires from the prior art that the wire can be guided precisely during transfer and relative friction between the wire and tool can be significantly reduced and stresses in the wire can be significantly reduced or avoided . Nevertheless, the holding devices have a simple structure and are easy to handle. Due to the simple structure, they are correspondingly inexpensive. If a change in production from one component to a different component is required in a production plant, the joining device can be easily adapted to a changed coil mat and a correspondingly changed movement sequence when transferring to the joining mandrel by exchanging the holding device.
Einige Vorteile bevorzugter Ausgestaltungen der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik sind:
- - keine bzw. reduzierte Verformung der Drahtgeometrie am Draht
- - weniger Beschädigungspotential
- - ein Klemmen des Drahtes / Wickelmatte beim Ausheben durch eine Abrollbewegung wird verhindert.
- - no or reduced deformation of the wire geometry on the wire
- - Less damage potential
- - the wire/wrapping mat is prevented from getting stuck when it is lifted out by a rolling movement.
Ausführungsbeispiele werden im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt:
-
1 eine perspektivische Ansicht einer herkömmlichen Halteeinrichtung mit Rechen- oder Kammstruktur, an der eine aus mehreren Wellenwicklungsdrähte zusammengesetzte Spulenmatte gehalten ist; -
2 einen Längsschnitt durch die Halteeinrichtung von1 mit der Spulenmatte; -
3 eine vereinfachte Darstellung von1 mit nur einem Wellenwicklungsdraht wobei ein Aushebevorgang angedeutet ist; -
4 eine schematische Ansicht einer herkömmlichen Fügevorrichtung mit der Halteeinrichtung von1 und einem relativ hierzu linear beweglichen und drehbarem Fügewerkzeug in Form eines Fügedorns; -
5 eine schematische Schnittansicht der Halteeinrichtung wie in2 mit einer Darstellung der Vorgänge beim Überführen der Spulenmatte von der Halteeinrichtung auf den Fügedorn; -
6 eine schematische Seitenansicht einer Halteeinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung mit einer Darstellung der Vorgänge beim Überführen der Spulenmatte von der Halteeinrichtung auf den Fügedorn; -
7 weitere schematische Seitenansicht der Halteeinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform mit einer mehrlagigen Spulenmatte während eines Überführens der Spulenmatte von der Halteeinrichtung auf den Fügedorn; -
8 eine schematische Seitenansicht der Halteeinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform ohne Spulenmatte oder Wellenwicklungsdraht; -
9a eine schematische Schnittansicht einer Halteeinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung in unbelasteten Zustand; -
9b eine Ansicht wie in9a , wobei Zähne der Halteeinrichtung unter Belastung gebogen sind; -
10 eine schematische Seitenansicht, vergleichbar8 , einer Halteeinrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung; -
11 eine schematische Seitenansicht, vergleichbar8 , einer Halteeinrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung; -
12 eine schematische Seitenansicht, vergleichbar8 , einer Halteeinrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung; -
13 eine schematische Seitenansicht, vergleichbar8 , einer Halteeinrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung; -
14a eine schematische Schnittansicht einer Halteeinrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform der Erfindung in unbelasteten Zustand; -
14b eine Ansicht wie in14a , wobei Zähne der Halteeinrichtung um einen Drehpunkt verdreht sind, um die Spulenmatte aufzuwickeln; und -
15 eine schematische Seitenansicht wie in6 bei einer abgewandelten Vorgehensweise des Überführens der Spulenmatte von der Halteeinrichtung auf den Fügedorn.
-
1 a perspective view of a conventional holding device with a rake or comb structure on which a coil mat composed of a plurality of wave winding wires is held; -
2 a longitudinal section through the holding device of1 with the coil mat; -
3 a simplified representation of1 with only one wave winding wire, with a lifting process being indicated; -
4 a schematic view of a conventional joining device with the holding device of1 and a joining tool in the form of a joining mandrel that is linearly movable and rotatable relative thereto; -
5 a schematic sectional view of the holding device as in FIG2 with a representation of the processes involved in transferring the bobbin mat from the holding device to the joining mandrel; -
6 a schematic side view of a holding device according to a first embodiment of the invention with a representation of the processes involved in transferring the coil mat from the holding device to the joining mandrel; -
7 further schematic side view of the holding device according to the first embodiment with a multi-layer bobbin mat during a transfer of the bobbin mat from the holding device to the joining mandrel; -
8th a schematic side view of the holding device according to the first embodiment without coil mat or wave winding wire; -
9a a schematic sectional view of a holding device according to a second embodiment of the invention in the unloaded state; -
9b a view as in9a wherein teeth of the retainer are flexed under load; -
10 a schematic side view, comparable8th , a holding device according to a third embodiment of the invention; -
11 a schematic side view, comparable8th , a holding device according to a fourth embodiment of the invention; -
12 a schematic side view, comparable8th , a holding device according to a fifth embodiment of the invention; -
13 a schematic side view, comparable8th , a holding device according to a sixth embodiment of the invention; -
14a a schematic sectional view of a holding device according to a seventh embodiment of the invention in the unloaded state; -
14b a view as in14a wherein teeth of the holder are twisted about a fulcrum to wind up the coil mat; and -
15 a schematic side view as in6 with a modified procedure for transferring the coil mat from the holding device to the joining mandrel.
Einrichtungen, Vorrichtungen und Verfahren gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung werden im Folgenden unter Bezug auf die Zeichnungen anhand des Beispiels eines Teilschritt eines Einfügens einer Spulenwicklung in einen Stator beschrieben. Bei der Herstellung von Statoren mit dem Verfahren „Wellenwicklung“ (continuous Hairpin), werden Drahtmatten - im Folgenden Spulenmatten genannt - hergestellt. Diese ebenen Matten werden vorteilhaft in Halteeinrichtungen 10 mit „Rechen oder Kämmen“ eingelegt, sodass die einzelnen Leiter / Drähte sich nicht überkreuzen und in einer bestimmten Ordnung bereitgestellt werden.Devices, devices and methods according to exemplary embodiments of the invention are described below with reference to the drawings using the example of a partial step of inserting a coil winding into a stator. In the manufacture of stators using the "wave winding" (continuous hairpin) process, wire mats - hereinafter referred to as coil mats - are produced. These flat mats are advantageously placed in holding
Anschließend werden die Matten auf einen Dorn aufgewickelt wie in der europäischen Patentanmeldung mit der Anmeldenummer 20 185 121.9 sowie deren entsprechenden früheren deutschen Patentanmeldung
Im Folgenden werden anhand der beigefügten Zeichnungen unterschiedliche Ausgestaltungen einer Halteeinrichtung 10 für einen Wellenwicklungsdraht 12 oder für eine aus mehreren derartiger Wellenwicklungsdrähten 12 gebildete Spulenmatte 14 näher erläutert. Die Halteeinrichtung 10 wird insbesondere in einer Fügevorrichtung 16 beim Durchführen eines Fügeverfahrens zum Einfügen des wenigstens einen Wellenwicklungsdrahtes 12 in ein Bauteil einer elektrischen Maschine (nicht dargestellt) verwendet. Hierzu wird der Wellenwicklungsdraht 12 oder die mehreren zu einer Spulenmatte 14 gruppierten Wellenwicklungsdrähte auf eine Anordnung 19 radial nach außen öffnende Nuten (nicht explizit dargestellt) an einem Fügewerkzeug - im Folgenden Fügedorn 18 genannt - aufgebracht, z. B. indem der Fügedorn 18 in der in
Die Halteeinrichtung 10 dient somit zum linearen Ausrichten wenigstens eines Wellenwicklungsdrahtes 12, der eine Reihe von geradlinigen Drahtabschnitten 20 aufweist, die durch U-förmig oder dachförmig gebogene Drahtbereiche - Wicklungskopf 22 - verbunden sind, und zum Überführen des wenigstens einen Wellenwicklungsdrahtes 12 auf eine ringförmige Anordnung 19 radial nach außen öffnender Nuten im Zuge der Herstellung eines Bauteils einer elektrischen Maschine. Anstelle bei einer Überführung auf ein Fügewerkzeug kann die Halteeinrichtung 10 auch beim Überführen des wenigstens einen Wellenwicklungsdrahts 12 direkt auf ein Bauteil (wie z.B. einen Rotor oder einen Stator eines Außenläufermotors) mit sich nach außen öffnenden Nuten verwendet werden.The holding
Die
Die Halteeinrichtung 10 weist eine Rechen- oder Kammstruktur 24, im Folgenden einfach Rechen 26 genannt, auf. Die Rechen- oder Kammstruktur 24 weist ein sich starr in einer Längsrichtung erstreckendes selbsttragendes Basiselement 28, zum Beispiel ausgebildet als lange Grundplatte, Latte oder Stange, auf. An dem Basiselement 28 ist eine Reihe von in Längsrichtung aufeinanderfolgender Zähne 30 vorgesehen. Die Zähne 30 erstrecken sich in einer Richtung quer zu der Längsrichtung von dem Basiselement 28 weg. Die Zähne 30 weisen jeweils Zahnflanken 32a, 32b auf, wobei einander zu gerichtete Zahnflanken 32a, 32b benachbart aufeinanderfolgender Zähne 30 jeweils einen Aufnahmeschlitz 34 definieren, der zur Aufnahme je wenigstens eines geradlinigen Drahtabschnitts 20 dient. Bei einer mehrlagigen Spulenmatte können pro Aufnahmeschlitz 34 auch zwei oder mehr geradlinige Drahtabschnitte 20 aufeinanderliegend aufgenommen sein.The holding
Bei der herkömmlichen Bauart sind die Zähne 30 geradlinig verlaufend. Die Aufnahmeschlitze 34 verlaufen rechtwinklig zu der Längsrichtung des Basiselements 28, d.h. mit anderen Worten die durch jeweils gleichen Abstand zu den entsprechenden Zahnflanken definierte Mittelebene verläuft senkrecht zu der Längsrichtung des Basiselements 28.In the conventional design, the
Die Spulenmatte 14 bzw. in der vereinfachten Darstellung der Wellenwicklungsdraht 12 wird nach und nach (nicht gleichmäßig) aus dem Rechen 26 herausgedrückt. Wie man
Bei einigen früheren Lösungsansätzen hat man deswegen insgesamt im Wesentlichen kegelförmige Zähne vorgesehen, was aber dazu führt, dass die Mündung sehr breit ist und der Übergang zwischen Aufnahmeschlitz 34 und Nut nicht definiert ist. Auch dies kann zu Verbiegungen und Beschädigungen am Draht führen.For this reason, in some earlier approaches to a solution, essentially conical teeth were provided overall, but this means that the mouth is very wide and the transition between the receiving
Bei Ausgestaltungen der Erfindung, wie sie im Folgenden anhand der
Durch die Anpassung des Verlaufs der Aufnahmeschlitze 34 an die Bewegungsbahn können die Zahnflanken 32a, 32b derart eng beabstandet werden, dass der geradlinige Drahtabschnitt 20 mit geringfügigem Spiel über im Wesentlichen den gesamten Verlauf des Aufnahmeschlitzes 34 geführt wird. Bei bevorzugten Ausgestaltungen gibt es weder am Fußbereich 38 des Aufnahmeschlitzes 34 nahe am Basiselement 28 noch im offenen Mündungsbereich 40 nahe dem offenen Ende des Aufnahmeschlitzes 34 aufgrund der Führung durch den Aufnahmeschlitz 34 eine Längenänderung des Abstandes zwischen jeweils durch einen Wicklungskopf 22 verbundenen geradlinigen Drahtabschnitten 20. Zumindest ist eine derartige Längenänderung gegenüber den herkömmlichen Halteeinrichtungen 10 der
Der Draht kann auch entlang einer beliebigen Kurvenbahn langsam nach oben befördert werden, dabei steht im Optimalfall der Drahtquerschnitt rechtwinklig zur Rechennutwand. Es kann ein Einzeldraht - Wellenwicklungsdraht 12 - oder eine mehrlagige Drahtmatte - Spulenmatte 14 - auf diese Weise aushoben werden.The wire can also be slowly conveyed upwards along any curved path, in the best case the wire cross-section is at right angles to the wall of the slot. A single wire - wave winding wire 12 - or a multi-layer wire mat - coil mat 14 - can be excavated in this way.
Die mehrlagige Spulenmatte 14 wird über eine Kurvenbahn ausgehoben. Der Verlauf beider Zahnflanken 32a, 32b eines jeden Aufnahmeschlitzes 34 ist entsprechend der Kurvenbahn derart angepasst, dass der Drahtabschnitt 20 beidseitig geführt wird und dennoch keine oder nur geringe Längenänderung des Abstands zwischen den Drahtabschnitten 20 auftritt, bis der Drahtabschnitt 20 am offenen Ende ausgedrückt wird.The
Aufgrund der Biegung sind die Enden der Zähne 30 gegenüber deren Fußbereichen entgegen der Bewegungsrichtung 42, mit der sich die Halteeinrichtung relativ zu dem Fügedorn 18 bewegt, nach hinten versetzt.Because of the bending, the ends of the
Die in die Bewegungsrichtung 42 weisenden vorderen Zahnflanken 32a sind konvex gebogen und die entgegen die Bewegungsrichtung 42 weisenden hinteren Zahnflanken 32b sind konkav gebogen. Der Abstand zwischen den Zahnflanken 32a, 32b und somit die Breite des Aufnahmeschlitzes 34 ist über einen Großteil des Aufnahmeschlitzes 34 hinweg gleichbleibend und entspricht der Längserstreckung des Drahtquerschnitts plus ein geringes Spiel.The
Um die Längenänderung des Abstands zwischen den geradlinigen Drahtabschnitten 20 und die daraus entstehende Verformung am Wellenwicklungsdraht 12 beim Ausdrücken / Herausziehen so gering wie möglich zu halten, werden die Zähne 30 des Rechens 26 gebogen angefertigt.In order to keep the change in length of the distance between the
Der Radius der Biegung bzw. die Kontur des Rechens 26 kann an jede Drahtgeometrie angepasst werden und ist in der Form frei gestaltbar.The radius of the bend or the contour of the
Der Draht kann auch entlang einer beliebigen Kurvenbahn langsam nach oben befördert werden, dabei steht im Optimalfall der Drahtquerschnitt rechtwinklig zur Zahnflanke. Es kann ein Einzeldraht - Wellenwicklungsdraht 12 - oder eine mehrlagige Drahtmatte - Spulenmatte 14 - auf diese Weise aushoben werden.The wire can also be slowly conveyed upwards along any curved path, ideally the wire cross-section is at right angles to the tooth flank. A single wire - wave winding wire 12 - or a multi-layer wire mat - coil mat 14 - can be excavated in this way.
Die Zähne 30 des Rechens 26 können zudem auch eine unterschiedliche Dicke aufweisen, dadurch entstehen weitere Vorteile beim Aufwickelprozess.The
Der Aufnahmeschlitz 34, in dem der geradlinige Drahtabschnitt 20 geführt wird, verengt sich nach oben hin, um eine genauere Übergabe an den Fügedorn 18 zu gewährleisten. In
Selbstverständlich sind die oben beschriebenen Merkmale der unterschiedlichen Ausführungsformen der Halteeinrichtung 10 gemäß der Erfindung beliebig miteinander kombinierbar. Zum Beispiel können schräg gestellte Zähne auch elastisch, mit unterschieldichen Dickenbereichen und/oder drehbeweglich angelenkt ausgebildet sein. Weitere Kombinationen sind möglich.Of course, the features described above of the different embodiments of the holding
Gemäß Ausgestaltungen der Erfindung ist eine geradlinigen Rechenstruktur oder Kammstruktur 24 zum Halten wenigstens eines Wellenwicklungsdrahtes 12 beim Überführen auf einen Fügedorn 18 oder dergleichen (auch z.B. ein Bauteil) mit nach außen öffnenden Nuten vorgesehen. Die Rechenstruktur oder Kammstruktur 24 weist ein geradliniges starres Basiselement 28 mit davon abstrebenden Zähnen 30 auf. Dabei sind die Zahnflanken 32a, 32b der Zähne 30
- a) derart gekrümmt und/oder schrägstehen verlaufend und/oder
- b) 1) durch nachgiebig elastische Ausgestaltung der Zähne und/oder 2) durch bewegliche Anlenkung der Zähne an das starre Basiselement derart beweglich,
dass die zwischen
- a) curved and/or inclined in this way and/or
- b) 1) due to the flexible, elastic design of the teeth and/or 2) due to the flexible articulation of the teeth on the rigid base element such that they can be moved in such a way that
that the receiving
BezugszeichenlisteReference List
- 1010
- Halteeinrichtungholding device
- 1212
- Wellenwicklungsdrahtwave winding wire
- 1414
- Spulenmattecoil mat
- 1616
- Fügevorrichtungjoining device
- 1818
- Fügedornjoining mandrel
- 1919
- Anordnungarrangement
- 2020
- geradliniger Drahtabschnittstraight section of wire
- 20a20a
- erster Drahtabschnittfirst wire section
- 20b20b
- zweiter Drahtabschnittsecond section of wire
- 20c20c
- dritter Drahtabschnittthird section of wire
- 2222
- Wicklungskopfwinding head
- 2424
- Rechen- oder KammstrukturRake or comb structure
- 2626
- Rechenrake
- 2828
- Basiselementbase element
- 3030
- ZahnTooth
- 32a32a
- vordere Zahnflankefront tooth flank
- 32b32b
- hintere Zahnflankerear tooth flank
- 3434
- Aufnahmeschlitzreceiving slot
- 3636
- Diagonalediagonal
- 3838
- Fußbereichfooter
- 4040
- Mündungsbereichmouth area
- 4242
- Relativbewegungsrichtung der Halteeinrichtung (relativ zu der Anordnung von radial nach außen offenen Nuten)Relative direction of movement of the holding device (relative to the arrangement of radially outwardly open grooves)
- 4646
- Drehpunktpivot point
- B1B1
- Breite im Fußbereichwidth in the foot area
- B2B2
- Breite im MündungsbereichWidth in the mouth area
- E1E1
- erste Ebenefirst floor
- E2E2
- zweite Ebenesecond level
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
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