DE102021134599A1

DE102021134599A1 - Verfahren, Vorrichtung und Anordnung zum Einbringen einer Wicklung in Statornuten mittels Zentrifugalkraft

Info

Publication number: DE102021134599A1
Application number: DE102021134599.5A
Authority: DE
Inventors: Simon Fendt; Frederik Schmid; Ralf Rauscher; Dominik Fendt
Original assignee: Grob Werke GmbH and Co KG
Current assignee: Grob Werke GmbH and Co KG
Priority date: 2020-12-23
Filing date: 2021-12-23
Publication date: 2022-02-17

Abstract

Um ein Fügen von Wicklungen in Blechpakete bei der industriellen Großserienfertigung von Statoren zuverlässiger zu gestalten, schafft die Erfindung ein Verfahren zum radialen Einfügen einer Wellenwicklung, die durch Wicklungsköpfe verbundene geradlinige Drahtabschnitte (26) aufweist, in radial nach innen offene Statornuten (16) eines Statorblechpakets (14), wobei die Statornuten (16) mit einer Nutisolierung (18) versehen sind, wobei Isolationsbereiche (20) der Nutisolierung (18) zwischen Statornuten (16) aufgeklemmt werden können, umfassend:a) Aufbringen der Wellenwicklung auf ein Übertragungswerkzeug, das einen sich um eine Drehachse drehbaren Wicklungsträger (12) mit nach außen offenen Werkzeugnuten (24), Führungselementen (30) zum Führen der geradlinigen Drahtabschnitte (26) beim Überführen von den Werkzeugnuten (24) in die Statornuten (16) und radial verstellbare Klemmelementen (32) aufweist,b) Einführen des Wicklungsträgers (12) in das Statorblechpaket (14) mit zueinander ausgerichteten Werkzeugnuten (24) und Statornuten (16),c) gemeinsames Drehen des Wicklungsträgers (12) und des Statorblechpakets (14), um in den einzelnen Werkzeugnuten (24) angeordnete Gruppen geradliniger Drahtabschnitte (26) durch Zentrifugalkraft (36) in die zugeordnete Statornuten (16) zu überführen. Weiter werden eine Fügevorrichtung (38) und eine Anordnung (40) zum Durchführen des Verfahrens vorgeschlagen.

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zum Einbringen einer Wicklung in Statornuten mittels Zentrifugalkraft.
Zum technologischen Hintergrund und zum Stand der Technik wird auf folgende Literaturstellen verwiesen:

[1] WO 2019/020148 A1
[2] WO 2020/187363 A1
[3] WO 2019/166060 A1
[4] WO 2019/166061 A1
[5] WO 2017/102892 A2
[6] DE 10 2020 130 647 A1
[7] EP 3 886 303 A1
[8] GB 1 027 777 A
[9] GB 639 069 A
[10] WO 2018/019970A1
[11] DE 10 2020 117 771 A1

Aus [1], [3], [4], [6] sind Verfahren und Vorrichtungen Herstellen einer Spulenwicklung, insbesondere Spulenpaket mit wenigstens einer Wellenwickelmatte, sowie eine damit herstellbare Spulenwicklung bekannt, wie sie auch bei Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden. Aus [2], [5], [7] und [10] sind Übertragungswerkzeuge - insbesondere Fügedorne - zum Übertragen der Spulenwicklung in ein Blechpaket eines Stators sowie Verfahren und Vorrichtungen zum Aufbringen der Spulenwicklung auf das Übertragungswerkzeug bekannt. Aus [5] und [10] sind darüber hinaus auch eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Einfügen der aus Rechteckdraht gebildeten Spulenwicklung von dem Übertragungswerkzeug in die Nuten des Blechpakets bekannt. Dabei werden Wellenwicklungen, bei denen der Abstand zwischen geradlinigen Drahtabschnitten in Umfangsrichtung dem Nutabstand am Statorblechpaket entspricht, am Fügewerkzeug derart unter Spannung gehalten, dass ihr Durchmesser gegenüber dem entspannten Zustand geringer ist. Beim Einfügen expandieren die Wellenwicklungen wieder, so dass sie in den Statornuten nicht oder nur gering unter Spannung stehen. Weiter wird eine Gruppe geradliniger Drahtabschnitte über einen sich radial nach außen bewegenden Schieber, z.B. Expandierblech, nach außen in eine Nut am Statorblechpaket gefügt. Damit können in der Nut übereinander liegende geradlinige Drahtabschnitte überführt werden. Allerdings ist die Flächenpressung recht hoch, so dass Drahtbeschädigungen nicht immer ausgeschlossen werden können. Die Literaturstellen [1] bis [7] betreffen insbesondere Spulenwickelungen mit Rechteckdraht zum Schaffen eines hohen Füllgrades der Statornuten.
Demnach ist zur Herstellung eines Stators mit Wellenwicklung, auch Endloshairpin genannt, unter anderem die Variante bekannt, dass die gesamte Wicklung, oder ein Teil der Wicklung, auf ein Übertragungswerkzeug aufgebracht wird, und von diesem Übertragungswerkzeug, auch Fügewerkzeug genannt und z.B. als Fügedorn ausgeführt, in den Stator übertragen wird. Das Übertragen in den Stator kann in verschiedenen Verfahrensvarianten erfolgen.
Aus [8] und [9] sind andere Verfahren und Vorrichtungen zum Einfügen von aus Runddrähten um ein Fügewerkzeug gewickelten Wicklungen in Wicklungsnuten zwischen Polschuhen bekannt. Auch hier kann es beim Überführen der Drähte in die Wicklungsnuten zu Drahtbeschädigungen kommen.
Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, Verfahren und Vorrichtungen zu schaffen, mit denen ein Einfügen einer Wellenwicklung in Nuten eines Blechpaketes zuverlässiger erfolgen kann. Insbesondere soll das Risiko einer Drahtbeschädigung beim Einfügen verringert werden.
Zum Lösen dieser Aufgabe schafft die Erfindung das Verfahren, die Fügevorrichtung und die Anordnung gemäß den unabhängigen Ansprüchen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung betrifft insbesondere das Fügen einer Wicklung in den Stator durch Zentrifugalkraft.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung betreffen ein Verfahren, eine Anordnung und eine Fügevorrichtung zum radialen Fügen einer Wicklung in einen Stator mittels Zentrifugalkraft in einen Stator mit nach innen offenen Nuten. Es ist ein Wicklungsträger mit nach außen offenen Nuten vorgesehen, der Führungselemente aufweist, die die Wicklung beim Übertragen der Wicklung in den Stator durchführen, und radial verstellbare Klemmelemente enthält, die dazu geeignet sind, ein Nutisolationpapier oder dergleichen Nutisolierung, welche(s) vor dem Fügen der Wicklung komplett oder teilweise in der Statornut eingefügt ist, vorzugsweise radial während dem Überführen der Wicklung in den Stator nahe des Nutausgangs am Stator zu klemmen.
Ausgestaltungen der Erfindung sehen vor, dass die durch Rotation erzeugten Zentrifugalkräfte während des Fügens der Wicklung auch dazu genutzt werden, die Klemmung des Papiers durch die radial verstellbaren Elemente zu verstärken.
Es ist bevorzugt, dass das Klemmen der Papiere durch Zentrifugalkraft eine zusätzliche Klemmkraft zu einer bestehenden mechanischen Klemmkraft sein kann oder auch nur die alleinige Klemmkraft sein kann.
Es ist bevorzugt, dass die radial verstellbaren Elemente zum Klemmen des Papiers auch die Führung der Wicklung (Leitbleche) beinhalten können, und somit das Klemmelement und das Führungselement ein gemeinsames Teil sind.
Es ist bevorzugt, dass die radial verstellbaren Elemente zum Klemmen des Papiers auch so gestaltet sein können, dass sich bei der radialen Bewegung die Nutbreite im Wicklungsträger (Fügedorn) ändert.
Es ist bevorzugt, dass die Verstellung der radial verstellbaren Elemente so gestaltet ist, dass die Verstellung zusätzlich mechanisch erfolgen kann.
Es ist bevorzugt, dass die Verstellung der radial verstellbaren Elemente innerhalb der Fügevorrichtung mechanisch erfolgt, oder die Elemente über Federspeicher/Federelemente radial nach außen vorgespannt sind, und somit während der Drehbewegung keine mechanische Ansteuerung der radial verstellbaren Elemente erfolgen muss.
Es ist bevorzugt, dass die abgekoppelte mechanische Verstellung der radial verstellbaren Elemente so gestaltet ist, dass auftretende Zentrifugalkräfte zu einer Verstärkung der Papierklemmkraft führen.
Es ist bevorzugt, dass die radial verstellbaren Elemente im Wicklungsträger so gestaltet sind, dass sie bei einer radialen Bewegung nach innen die Wicklung temporär fixieren können.
Es ist bevorzugt, dass der Wicklungsträger zusätzliche radial verschiebbare Leisten enthält, die mit Hilfe der entstehenden Zentrifugalkräfte die Wicklung zusätzlich mit nach außen drücken.
Es ist bevorzugt, dass die zu übertragende Wicklung eine Wicklung mit Profildraht ist.
Es ist bevorzugt, dass die Wicklung eine Wellenwicklung ist.
Es ist bevorzugt, dass der Stator keinen Polschuh aufweist.
Es ist bevorzugt, dass der Draht der Wicklung nahezu die gleiche Breite wie die Nutbreite aufweist.
Es ist bevorzugt, dass der Wicklungsträger so gestaltet ist, dass eine geordnete Übertragung der Drähte möglich ist, d.h. sich die Reihenfolge der Drähte nicht ändert.
Es ist bevorzugt, dass die Vorrichtung Stützfinger aufweist, welche den Draht an den jeweiligen Nutausgängen des Stators beim Übertragen führen.
Es ist bevorzugt, dass diese Stützfinger zum Entnehmen des Stators mit gefügter Wicklung radial verstellbar sind.
Die Erfindung sieht ein Fügen mittels Zentrifugalkräfte vor, was für homogene Kräfte an unterschiedlichen Stellen der Wellenwicklung sorgt, so dass Flächenpressungen und Kraftspitzen und somit die Gefahr von Drahtbeschädigungen verringert sind. Es sei angemerkt, dass ein implizites Merkmal der Wicklungen, die bei den erfindungsgemäßen Ausgestaltungen gefügt werden, ist, dass die Drähte der Wicklungen alle mit einer Drahtisolierung versehen sind, die unversehrt bleiben sollte.
Bevorzugte Ausgestaltungen unterscheiden sich zur Literaturstelle [8] hinsichtlich einiger Merkmale, die insbesondere durch eine andere Wickeltechnik bedingt sind. Während bei bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung mit dem Verfahren die spezielle Form Wellenwicklung als Wicklung gefügt wird, werden bei [8] und [9] Schleifen- oder Einzugswicklungen oder Runddrahtwicklungen gefügt, was ganz andere Fügemerkmale und Vorrichtungs- oder Anordnungsmerkmale erfordert.
So weist die Anordnung von [8] einen klassischen Polschuh am Blechpaket wie bei einer üblichen Träufelwicklung/ Einzugstechnik mit Runddraht auf, bei der der Runddraht wesentlich dünner als die Nutöffnung ist, damit sich kreuzende Drähte nicht in der Nutöffnung verklemmen.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sehen dagegen ein Blechpaket für die Wellenwicklung mit dickem Rechteckdraht vor, das keinen klassischen Polschuh besitzt, damit die Rechteckdrähte, deren Drahtdurchmesser nahezu der Nutbreite entspricht, ohne Beschädigungen eingefügt werden können.
Im Gegensatz zu der Anordnung von [8] weisen bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ein völlig unterschiedliches Verhältnis von Nutbreite x zu Drahtdurchmesser y auf. Bei der bevorzugten speziellen Form der Wellenwicklung mit dickem Rechteckdraht ist die Drahtbreite nahezu so breit wie die Nutbreite. Dies ist bei der Anordnung von [8] mit einem ausgebildeten Polschuh geometrisch nicht möglich, bzw. ein radiales Fügen wäre dann nicht möglich.
Bei bevorzugten Ausgestaltungen ist außerdem die „Drahtreihenfolge“, d.h. die Reihenfolge, wie die einzelnen Drahtabschnitte der späteren Wicklung im Stator sitzen, definiert. Dies ist ein weiterer Unterschied zu der Träufelwicklung bzw. Runddrahtwicklung gemäß [8]. Während bei der Erfindung aufgrund Führungselementen und radial verstellbaren Elementen die Reihenfolge auf dem Hilfswerkzeug und auch beim Fügen definiert wird, ist dies bei dem Fügeprozess von [8] nicht möglich.
Ein weiteres Merkmal/ ein weiterer Nachteil dieser klassischen Wickelform nach [8] und [9] ist, dass sich die Position der Drähte während des Fügevorgangs ändern kann. Dadurch weist jeder gefertigte Stator geringfügig andere Eigenschaften auf, die infolge ungünstiger Drahtreihenfolgen zu höheren Verlusten führt. Bei der gemäß bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung verwendeten Wellenwicklung ändert sich die Drahtreihenfolge im Fügeprozess nicht, bei jedem Stator ist die Drahtreihenfolge gleich und in der gewünschten optimalen Reihenfolge.
Bei einer Einzugswicklung/Träufelwicklung gemäß [8] kann sich die Position des Wickeldrahtes während des Fügeprozesses im Wickelkopf ändern. Bei der Wellenwicklung gemäß bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung ändert sich hingegen die Position des Einzeldrahtes nicht, relativ gesehen zum vorherigen „Verlauf“. Jeder einzelne Drahtverlauf und die Drahtreihenfolge sind vorbestimmt und können sich bei dem Fügeprozess gemäß bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung nicht ändern, wenn der Draht nahezu so breit ist wie die Nut. Beispielsweise ist die Statornut schmäler als 2x Drahtbreite, damit die in die Statornut einzufügenden Drahtabschnitte relativ gesehen nie aneinander vorbei gleiten können.
Um den Kupferfüllfaktor bei Runddrähten in der Statornut zu erhöhen, beschreibt [8], dass die Nutgröße /Querschnitt im Hilfswerkzeug größer sein muss als die Nutgröße (Querschnitt) im Stator. Dieser Zusammenhang ergibt sich daraus, dass die Runddrähte durch die Zentrifugalkraft stark aneinander gepresst werden. Somit wird auf dem Hilfswerkzeug mehr Platz benötigt. Dieser Zusammenhang gilt für die Wellenwicklung mit dickem Profildraht gemäß Ausgestaltungen der Erfindung nicht. Der Kupferfüllfaktor wird im Fügeprozess ebenso nicht erhöht.
Insgesamt gibt es für den Fachmann gemäß [8] und [9] einige Risiken, den Draht zu beschädigen. Eine Lösung für die ausgehend von [1] bis [7] formulierte oben angegebene Aufgabe kann die [8] und [9] daher nicht bieten.
Bei Ausgestaltungen der Erfindung ist bevorzugt, dass

• die Leiter nahezu die gleiche Breite wie die Statornut aufweisen
• sich die Reihenfolge der Leiter beim Fügevorgang nicht ändert
• sich die Leiter über den ganzen Schlitz hinweg nicht kreuzen und/oder
• die Leiter aus rechteckigen Profildraht bestehen

Bei Leitern, die nahezu so breit wie die Nut sind (um einen hohen Füllfaktor zu erreichen) ist beim radialem Fügen der Leiter in die Nut kein Polschuh (Nutverengung) vorhanden.
Bei bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung entfällt somit ein Polschuh. Jedoch hat ein Polschuh bei klassischen Statoren, wie z.B. in [8] angegeben, auch die Funktion, das Isolationspapier über den Hinterschnitt zu schützen, sodass die Leiter zwischen die Papierenden treffen und das Papier beim Fügevorgang nicht in den Nutgrund geschoben wird.
Ein runder Draht trifft ggf. noch zwischen die Enden des Papieres, wird jedoch zur Erhöhung des Füllfaktors ein Rechteckdraht (mit möglichst kleinem Eckradius verwendet), sind keine „Einfuhrschrägen“ am Draht mehr vorhanden. Damit dieser Draht zwischen die Papierenden des sich in der Nut platzierten U-förmigen Papieres trifft, ist eine Adaption vorteilhaft. Andernfalls wird das Papierende stirnseitig vom Draht erfasst und in die Nut geschoben.
Um dies zu vermeiden, wird bei erfindungsgemäßen Ausgestaltungen nun zusätzlich die Nutisolierung, z.B. das Nutisolations-Papier fixiert (was bei [8] aufgrund des Polschuhs nicht vorgesehen und auch nicht möglich ist).
Um das Papier nicht einkleben zu müssen (teurer und problematischer Prozess aufgrund Klebstoffverschleppung, Aushärtezeiten im Ofen, notwendige Scherfestigkeit des Klebers etc.) findet bei bevorzugten Ausgestaltungen das teilgesteckte Papier in Omega-Form Verwendung (siehe hierzu die Ausgestaltung der zu [5] erteilten Patente), wobei dieses vom Fügedorn mit radial verstellbaren Leitblechen zum Einsatz kommt. Dieser verstellbare Fügedorn hält das Papier fest, bis sich die Drähte innerhalb der Papierform befinden. Erst dann werden die Papierenden losgelassen, und die Drähte werden gemeinsam mit dem Papier bis zum Nutgrund gefügt, wobei dies in einem Prozess oder in zwei getrennten Prozessen möglich ist.
Durch die bei bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung vorgesehene Kombination des Fügens mit radial verstellbarem Fügedorn mit dem Prinzip des Fügens mit Zentrifugalkraft sind noch folgende zusätzliche Synergieeffekte vorhanden:

• während des Fügens mit Zentrifugalkraft wirkt diese gleichzeitig auch auf die radial verstellbaren Leitbleche und erhöht im positiven Sinne während des Fügens die Klemmkraft auf das Papier (oder die sonstige Nutisolierung) und erhöht dadurch die Zuverlässigkeit des Klemmens des Papiers oder dergleichen. Die mechanische Verstellung des Fügedorns kann wesentlich geringer konzipiert werden, bei einigen Ausgestaltungen kann sogar auf die automatische Verstellung/Erzeugung der Klemmkraft im Fügedorn verzichtet werden, da die notwendige Klemmkraft der Leitbleche zum Klemmen des Papiers im Prozess durch die Zentrifugalkraft erzeugt wird.
• Jedes Papier oder dergleichen wird mit der gleichen Zentrifugalkraft geklemmt, wenn entsprechend gleiche radial verstellbare Leitbleche verwendet werden, unabhängig von den Toleranzen des Statorinnendurchmessers, es kann eine gleiche Klemmkraft jedes Papiers oder dergleichen gewährleistet werden. Bisher zur Verfügung stehende Spannmechaniken in radial verstellbaren Fügedornen mit vielen Nuten über Keile/Gelenke, Schrägen etc. können Toleranzen im Stator/Werkzeug nur bedingt ausgleichen, üblicherweise werden einige Papiere stärker geklemmt, dafür andere Papiere weniger stark und können beim Fügevorgang rutschen.
• Die radialen Fügekräfte werden nicht über den innersten Leiter eingeleitet, wie es z.B. bei [5] der Fall ist, was zu hohen Flächenpressungen zwischen dem innersten Leiter und dem Fügewerkzeug führen kann. Die Zentrifugalkräfte wirken auf alle Leiter gleichermaßen, somit wird der innerste Leiter nicht überdurchschnittlich belastet und ggf. die Isolation beschädigt.

Somit lässt sich mit vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung ein Stator hergestellen:

• bei dem sich die Drähte zuverlässig in einer bestimmten Anordnung/Reihenfolge in der Statornut befinden
• bei dem sich Drähte in der Statornut nicht kreuzen
• der einen sehr hohen Füllgrad in der Statornut besitzt
• bei dem die Gefahr der Beschädigung der innersten Lagen durch das Fügewerkzeug eliminiert ist
• bei dem die Papiere oder dergleichen Nutisolierungen beim Fügevorgang durch die Zentrifugalkraft zuverlässiger und gleichmäßiger geklemmt werden und/oder
• der einen sehr effizienten Motor ergibt

Besonders bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung zielen auf die Eliminierung einer, mehrerer oder aller der folgenden Problemstellungen ab, die bei einigen bisherigen Vorrichtungen und Verfahren zum radialen Fügen einer Drahtmatte in das Blechpaket vorhanden waren:

• Um eine Drahtmatte in den Stator zu fügen, war es bisher oft nötig, den Kupferdraht über ein Werkzeug drahtberührend in die Statornut zu fügen.
• Bestehende Anlagen benötigen größere mechanische Umbauten, sobald signifikante Merkmale wie Nutanzahl und Statordurchmesser geändert werden.
• Meist findet eine Leistungsskalierung über die Blechpaketlänge statt. Hier bieten nicht alle bekannten Verfahren geeignete Lösungsansätze, um diese Varianz im Anlagenkonzept abzudecken.
• Beim Klemmen des Papiers mit aktuellen Verfahren kommt es immer wieder zu Fehlern, da die Klemmkraft nicht 100% symmetrisch auf alle Klemmbleche verteilt werden kann, da bei kleinen Statoren mit großen Nuttiefen die entsprechende notwendige Mechanik für eine gleichmäßige Kraftverteilung nicht in dem begrenzten Bauraum untergebracht werden kann
• Bei bestimmten Statordesigns (kleiner Statorinnendurchmesser mit großer Nuttiefe) ist es technisch sehr anspruchsvoll oder nicht mehr möglich, einen Fügedorn mit radial verstellbaren Leitblechen zu realisieren, wobei die radiale Verstellung zum optimierten Aufwickeln der Wickelmatte und/oder zum Festhalten des Papiers während des Fügens benötigt wird. Zusätzlich sollte jedoch gleichzeitig auch genügend Platz im Fügedorn vorhanden, um die Wicklung mit entsprechenden Greiferfingern, welche von beiden Seiten in den Fügedorn greifen, von innen nach aussen in das Statorblechpaket zu fügen.
• die Fügekraft zum Expandieren/Umformen der Wicklung wird immer über den jeweils innersten Leiter in jeder Nut eingeleitet; je mehr Lagen die Wicklung besitzt, umso höher wird die Fügekraft, die über den innersten Leiter eingeleitet werden muss, was zu einer hohen Flächenpressung und ggf. zu einer Beschädigung der Beschichtung des Leiters führen kann.

Ein grundlegender Erfindungsgedanke kann mit einer Zentrifuge verglichen werden. Die Zentrifugalkraft wird hier für ein Expandieren der Wicklung genutzt. Durch die wirkende Zentrifugalkraft wird eine komprimierte Drahtmatte in das isolierte Blechpaket expandiert (plastisch verformt).
Einige bevorzugten Ausführungsbeispiele bieten wenigstens einen oder mehrere der folgenden Vorteile:

• Bei den bisherigen Expansionsverfahren für Spulenmatten/Wellenwicklungen muss zwingend ein Werkzeug den Draht berühren, um die nötige Fügekraft zu gewährleisten. Da der Kupferlackdraht nicht beschädigt werden darf, müssen die Oberflächen aufwendig poliert werden. Ebenso muss die Werkzeugangriffsfläche möglichst groß sein, um eine zu hohe Flächenpressung und somit Drahtbeschädigung zu vermeiden. Durch die wirkende Zentrifugalkraft kann eine Beschädigung durch das Expansionswerkzeug vermieden werden. Druckstellen oder Querschnittsänderungen infolge des Expansionswerkzeugs sind nicht ersichtlich.
• Bisherige Lösungen müssen für das Expansionswerkzeug immer einen Bauraum im kritischen Statorinnenbereich vorhalten. Dort muss viel Technik auf kleinen Raum untergebracht werden. Durch das Fügen der Matte mittels Zentrifugalkraft ist ein solcher Vorhalt nicht zwingend notwendig, da es dort kein übliches Expansionswerkzeug gibt.
• Die meisten Expansionswerkzeuge sind nutanzahlabhängig und durch den Statordurchmesser vordefiniert. Durch die Zentrifuge ist diese Abhängigkeit nicht mehr gegeben und ist somit wesentlich flexibler. Durch das Verfahren können verschiedene Blechpaketlängen auf einer Anlage expandiert werden. Dies ist bei bestehenden Anlagen nicht immer gegeben.
• Das Expansionswerkzeug muss bisher meist aufwendig poliert und vergütet werden und ist entsprechend teuer in der Herstellung. Durch das neue Verfahren entfallen die nutspezifischen Expansionswerkzeuge.
• Es ist möglich, die beschleunigte Schwungmasse per Rekuperation wieder abzubremsen und so einen Energieanteil für den nächsten Expandiervorgang wieder zu verwenden.
• Die Krafteinwirkung auf das Werkstück mit vielen gleichen Teilen in einem Durchmesser angeordnet ist infolge der Zentrifugalkraft sehr homogen verteilt. In bisherigen Maschinen muss solch eine homogene Kraftverteilung aufwändig mechanisch abgebildet werden.
• Es sind insbesondere Statoren möglich, die einen verhältnismäßig kleinen Statorinnendurchmesser bei großer Nuttiefe haben, da hier zum Expandieren der Wicklung in den Stator kein Werkzeug mehr in den Fügedornbereich oder Fügedorn selbst greifen muss, d.h. in einen zylindrischen Störkonturbereich, der innerhalb der komprimierten rotations- symmetrischen Wicklung liegt. Bisher war immer ein Fügewerkzeug erforderlich, welches durch Drücken auf den jeweils innersten liegenden Draht von innen drückt, und dadurch die Wicklung nach außen schiebt. Prinzip-bedingt lag dieses Werkzeug somit immer weiter innen als der innerste Draht, und beeinflusste somit nachteilig die Fügedornkonstruktion durch den notwendigen Platzbedarf
• Gegebenenfalls vorhandene Leitbleche im Fügedorn, welche die Drähte für die Radialbewegung führen und selbst radial verstellbar sind, um ein Nutisolationspapier während dem Fügevorgang radial festzuhalten, erfahren durch die Rotation eine zusätzliche Kraft nach außen. Dadurch wird die Klemmkraft des Papiers zusätzlich erhöht, und das Verrutschen eines Nutisolationpapiers durch eine aus Platzgründen konstruktionsbedingte zu kleine Klemmkraft vermieden. Zusätzlich wirkt die Zentrifugalkraft kraftgesteuert unabhängig von den Toleranzen der Ansteuermechanik der Leitbleche zum Festhalten des Nutisolationspapiers. Jedes Leitblech, welche bevorzugt identisch sind, erfährt die gleiche Zentrifugalkraft, somit werden alle Nutisolationspapiere mit jeweils gleicher zentrifugaler Zusatzkraft geklemmt. Ein aufgrund vorhandener mechanischer ungünstiger Toleranzen schlecht geklemmtes Nutisolationspapier wird durch die Zusatzkraft zuverlässig geklemmt und ein Rutschen während des Fügevorgangs wird verhindert. Der Fügedorn sowie das Statorblechpaket kann dadurch mit wesentlich höherer Toleranz gefertigt werden.

Ein Ausführungsbeispiel wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt:

1 eine Anordnung aus einem als Fügedorn ausgebildeten Wicklungsträger und einem Blechpaket eines Stators, nebeneinander dargestellt;
2 die Anordnung von 1, wobei der Fügedorn in das Blechpaket eingefügt ist;
3 einen Schnitt durch einen Umfangsteilbereich der Anordnung;
4 eine Anordnung aus einer Wicklung, einem Blechpaket und einer Fügevorrichtung zum Fügen einer Wicklung in das Blechpaket mit vorpositioniertem Blechpaket;
5 die Anordnung von 4 mit montiertem Blechpaket;
6 einen Mittellängsschnitt entlang der Ebene durch die Drehachse durch die Anordnung von 4;
7 einen Querschnitt durch die Anordnung von 4 auf axialer Höhe des Verbunds von Blechpaket und Fügedorn beim Start des Fügevorgangs;
8 den Querschnitt von 7 mit expandierter Wicklung;
9 ein Detail aus 7;
10 das gleiche Detail wie in 9, jedoch aus 8 mit expandierter Wicklung;
11 einen Mittellängsschnitt durch den in einer Drehhalterung der Fügevorrichtung montierten Verbund aus Blechpaket und Fügedorn gemäß einer weiteren Ausführungsform mit zusätzlicher Fliehmasse;
12 eine Darstellung wie in 3 der Ausführungsform von 11;
13 eine Seitenansicht eines speziell gefalzten Isolationspapiers;
14 eine Darstellung wie in 3 beim Expansionsvorgang unter Einsatz des Isolationspapiers von 13;
15 eine Darstellung wie in 14 nach dem vollständigen Einfügen der Drahtabschnitte der Wicklung;
16 eine Darstellung wie in 13 für eine weitere Ausgestaltung der Anordnung zum Einfügen einer Wicklung in ein Stator-Blechpaket mit einer zusätzlichen Tiefenbegrenzung;
17 eine Darstellung wie in 11 für die Ausgestaltung von 16 mit montierter Tiefenbegrenzung;
18 eine Darstellung wie in 13 zur Erläuterung einer weiteren möglichen Verfahrensweise zum Erhalt einer zusätzlichen Kriechstrecke beim Expandieren mit dem Isolationspapier von 13;
19 eine Darstellung des Verbunds aus Blechpaket und Fügedorn wie in 18, jedoch nach dem Fügevorgang mit der zusätzlichen Kriechstrecke;
20 einen Mittellängsschnitt durch den in einer Drehhalterung der Fügevorrichtung montierten Verbund aus Blechpaket und Fügedorn gemäß einer weiteren Ausführungsform mit zusätzlichen Stützgabeln;
21 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Stützgabel der Ausgestaltung von 20;
22 eine Querschnittsansicht eines Bereichs des Umfangs des Stators mit den an Haltern einer Drehhalterung radial beweglich angebrachten Stützgabeln;
23, 24, 25 Ansichten vergleichbar den 20, 21 und 22 für eine Variante der Ausgestaltung mit Stützgabeln, bei der die Stützgabeln nicht wie bei den 20-22 radial außerhalb, sondern radial innerhalb des Blechpakets radial beweglich angebracht sind; und
26 und 27 Ansichten vergleichbar der 3 für eine Ausgestaltung der Anordnung mit zusätzlichen Nutverschlüssen in unterschiedlichen Varianten.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele für Vorrichtungen und Verfahren zum Einbringen einer Wellenwicklung in Nuten eines Blechpakets eines Stators mittels Zentrifugalkraft näher beschrieben. Die Wellenwicklung umfasst vorher mäanderförmig gebogene Drähte, die geradlinige Drahtabschnitte und etwas dachförmige Biegungsabschnitte - sogenannte Wicklungsköpfe - dazwischen aufweisen und liegt zum Beispiel als Wellenwickelmatte vor, wie sie in [1], [3], [4] oder [6] beschrieben und gezeigt wird. Es wird für nähere Einzelheiten für die Wicklung ausdrücklich auf diese Literaturstellen verwiesen. Die Wicklung wird zunächst, wie dies in [2], [5], [10] oder [7] beschrieben und gezeigt ist, auf ein Übertragungswerkzeug zum Übertragen der Wicklung in das Blechpaket aufgebracht. Es wird für nähere Einzelheiten bezüglich des allgemeinen Aufbaus des Übertragungswerkzeugs und eines als Fügedorn ausgebildeten Wicklungsträger desselben ausdrücklich auf diese Literaturstellen [2], [5] und insbesondere [10] verwiesen. Dabei werden Wellenwicklungen, bei denen der Abstand zwischen geradlinigen Drahtabschnitten in Umfangsrichtung dem Nutabstand am Statorblechpaket entspricht, am Fügewerkzeug derart unter Spannung gehalten, dass ihr Durchmesser gegenüber dem entspannten Zustand geringer ist. Beim Einfügen expandieren die Wellenwicklungen wieder, so dass sie in den Statornuten nicht oder nur gering unter Spannung stehen.
1 zeigt einen als Fügedorn 10 ausgebildeten Wicklungsträger 12 und ein Blechpaket 14 eines Stators nebeneinander angeordnet. 2 zeigt einen Verbund dieser Teile, wobei der Fügedorn 10 in das Blechpaket 14 eingefügt ist. 3 zeigt einen Schnitt durch einen Teilbereich eines Umfangs des Verbunds aus Blechpaket 14 mit darin eingefügtem und ausgerichteten Fügedorn 10.
Das Blechpaket 14 weist mehrere nach innen offene Statornuten 16 auf, die jeweils mit einer Nutisolierung in Form eines Isolationspapiers 18 isoliert ist. Ein U-förmiger Bereich des Isolationspapiers 18 ist in die Statornut 16 eingefügt, Isolationsbereiche 20, die sich an die Schenkel der U-Form anschließen, sind umgebogen, so dass die Nutkante überdeckt und übergriffen wird. Diese Isolationsbereiche 20 können auf den sich axial und in Umfangsrichtung erstreckenden Innenwandbereichen des Blechpakets 14 zwischen den Statornuten 16, welche Innenwandbereiche die Nutberandungen bilden, festgehalten werden.
Der Fügedorn 10 weist eine Anordnung von um eine zentrale Achse herum verteilt angeordneten Leitblechen 22 auf, die Werkzeugnuten 24 begrenzen, in denen geradlinige Drahtabschnitte 26 einer Wicklung 28 aufnehmbar sind. Die Leitbleche 22 dienen als Führungselemente 30 zur Führung der Drahtabschnitte 26 beim Überführen. Sie sind radial beweglich an einem Körper des Fügedorns gehalten. Weiter dienen die Leitbleche 22 als radial bewegliche Klemmelemente 32 zum Klemmen und Festhalten der Isolationsbereiche 20 an den Innenwandbereichen des Blechpakets 14.
Auf dem Fügedorn 10 ist eine als Wickelmatte ausgebildete Wicklung 28 komprimiert aufgebracht. Insbesondere ist sie mittels der radial nach innen verstellten Leitbleche 22 - im Folgenden auch als Dornbleche bezeichnet - fixiert. Dabei liegen die Drahtabschnitte 26 in einer vorbestimmten Reihenfolge in der Werkzeugnut 24 auf einem Nutgrund 34 auf. Die Wicklung 28 ist aus Profildraht, insbesondere Rechteckdraht gebildet, dessen Drahtdurchmesser mehr als die Hälfte der Breite der jeweiligen Statornut 16 beträgt.
Mit den im Folgenden näher erläuterten Verfahren, Vorrichtungen und Anordnungen werden die Drahtabschnitte 26 und damit die Wicklung 28 mittels Zentrifugalkräften 36 aus den Werkzeugnuten 24 in die damit ausgerichteten Statornuten 16 gefügt.
Der Fügedorn 10 ist Teil einer Fügevorrichtung 38. Eine Anordnung 40 aus Wicklung 28, Blechpaket 14 und Fügevorrichtung 38 ist in 4 mit gemäß 2 und 3 vorpositioniertem und noch nicht montiertem Blechpaket 14 und in 5 mit montiertem Blechpaket 14 gezeigt.
Die Fügevorrichtung 38 weist eine Zentrifuge 42 mit Drehhalterung 44 für das Blechpaket 14 und einem Antriebsmotor 46 - „Antriebsmotor Zentrifuge“ - für die Drehung der Zentrifuge 42 auf. Die Drehhalterung 44 weist einen ersten und zweiten Halter 48, 50 - „Halter Stator“ - auf, die axial relativ zueinander bewegt und fixiert werden können, um den Verbund aus Blechpaket 14 und Fügedorn 10 zu montieren, und zur Montage und Demontage dieses Verbunds voneinander entfernbar sind. Der erste Halter 48 sitzt hierzu drehbar um eine Drehachse auf einem Schlitten 52, der durch einen Aktor 54 für die Klemmung des Stators - Aktor „Klemmung Stator“ - verschiebbar ist, während der zweite Halter 50 mittels des Antriebsmotors 46 um die Drehachse drehbar angetrieben ist. Die Fügevorrichtung 38 weist weiter einen Aktor 56 zur radialen Verstellung der Leitbleche 22 - „Aktor Hub Dornblechverstellung radial“ -, mit einem Motor 58 für eine Drehbewegung der Dornblechverstellung auf.
1 bis 3 zeigen dabei die Ausgangssituation mit einer form- und/oder kraftschlüssigen Verbindung des Fügedorns 10 mit dem Blechpaket. In 1 ist der Fügedorn 10 mit der komprimierten Wickelung 28 neben dem Blechpaket 14 gezeigt. 2 zeigt den Fügedorn 10 kraft- und/oder formschlüssig mit dem Blechpaket 14 verbunden. Wie 3 zeigt, werden die Dornbleche - z.B. die Leitbleche 22 - radial zugestellt und klemmen kraftschlüssig auf die Innenwandbereiche des Blechpakets 14. Zum Liefern der Klemmkraft können die Leitbleche 22 mittels einer nicht dargestellten Vorspanneinrichtung, z.B. mittels einer Anordnung von Federn, radial nach außen vorgespannt sein. In der Ausgangssituation wird somit ein mit Nutisolationspapier 18 bestückter Stator zusammen mit einem Fügedorn 10 form- oder kraftschlüssig verbunden. Auf diesem Fügedorn 10 ist die Wickelmatte komprimiert aufgebracht. In 2 und 3 wird der Fügedorn 10 durch radial verstellbare Dornbleche - Leitbleche 22 - die auf die Statornuten 16 drücken, kraftschlüssig verbunden. Dabei können die Statornuten 16 in beliebigen Formen ausgestaltet sein, es muss nur gewährleistet sein, dass die Einzeldrahtbreite kleiner als die Nutbreite der Statornut 16 ist.
In 4 ist ein Ausführungsbeispiel der Anordnung 40 aus Fügevorrichtung 38, Wicklung 28 und Blechpaket 14 dargestellt, wobei der Verbund aus Fügedorn 10 und Blechpaket 14 noch nicht montiert ist. Gemäß 5 wird zum Aufspannen des Blechpakets 14 der Aktor 54 „Klemmung Stator“ über die Schlitteneinheit 52 axial bewegt. 5 zeigt den Vorrichtungsaufbau mit montiertem Blechpaket 14.
Im Folgenden wird anhand der 5 bis 10 der Expandiervorgang näher erläutert. 6 zeigt einen Halbschnitt durch die Anordnung 40 und die 7 bis 10 zeigen Querschnitte durch die Anordnung 40 quer zur Drehachse jeweils zum Start des Fügevorgangs und nach dem Fügevorgang. Zum Start des Fügevorgangs gemäß 7 und 9 ist der Fügedorn 10 mit der komprimierten Wickelmatte versehen und der Stator mit Isolationspapier 18 bestückt. In 9 sind die Bewegungsrichtung und die wirkende Zentrifugalkraft durch Pfeile 60 bzw. 36 angezeigt. In den 8 und 10 ist die Wicklung 28 nach außen expandiert, die Leiterpakete, die aus der Reihe von Drahtabschnitten 26 mit jeweils vorgegebener Reihenfolge gebildet sind, sind in die Statornuten 16 expandiert.
Zum Expandiervorgang wird über einen Form- oder und Kraftschluss 66, 68 (siehe 11) ein Drehmoment auf den Blechpaket-Fügedorn-Verbund übertragen. Der Antriebsmotor 46 der Zentrifuge 42 beschleunigt den Verbund auf die empirisch oder rechnerisch ermittelte Drehzahl.
Durch das Hochdrehen des Blechpaket-Fügedorn-Verbunds wirken immer stärkere Zentrifugalkräfte 36 auf die Wicklung 28, wodurch es zu plastischer Verformung der Kupferwicklung kommt. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens werden die Zentrifugalkräfte 36 so lange aufrechterhalten, bis die Wicklung 28 am Nutgrund der Statornut 16 anliegt. Der Wickelkopf und die Anschlussdrähte können dabei ebenso definiert gegen eine Anlagefläche gedrückt werden.
Wie durch die im Folgenden wiedergegebene Formel der Zentrifugalkraft zu erkennen ist, gibt es drei Möglichkeiten, die Fügekraft F zu erhöhen:
Formel Zentrifugalkraft: F = m * r * ω²
mit ω = 2 * π * / , wobei m die Masse, r der Wirkdurchmesser und f die Drehzahl ist.
Neben der Drehzahl f kann über den Wirkradius r die Kraft F erhöht werden. Die dritte Möglichkeit ist, die Masse m zu erhöhen. Durch Fliehkraftgewichte 61 könnte zusätzliche Masse in das System eingebracht werden. Diese Zusatzmasse müsste wie in 11 gezeigt am Leiterpaket anliegen. Deren Kraftanteil wirkt zusätzlich beim Fügeprozess auf das Leiterpaket und unterstützt das Expandieren. Es wäre auch möglich, die Fliehkraftgewichte 61 während des Expandiervorgangs aktiv nach außen zu verfahren.
11 und 12 zeigen im axialen Längsschnitt und Querschnitt die Möglichkeiten, Zusatzmassen oder Fliehkraftgewichte 61 in Form von radial verschiebbaren Leisten 62 einzubringen. Außerdem sind in 11 eine, z.B. durch eine Auflagefläche, definierte Anlagemöglichkeit 64 für den Wickelkopf, der mögliche Form- und/oder Kraftschluss 66, 68 zwischen Blechpaket 14 und Drehhalterung 44 und zwischen Fügedorn 10 und Drehhalterung 44 und eine Ansteuerung 70 einer Dornverstellmöglichkeit hinsichtlich des Durchmessers angedeutet.
Anhand der 13 bis 15 wird im Folgenden ein Expansionsvorgang mit einem speziell geformten Isolationspapier 18 erläutert. 13 zeigt eine Seitenansicht auf das Isolationspapier 18, das eine U-Form 72 mit speziell gefalteten Schenkeln mit nach außen gefalteten Endstreifen 74 aufweist. Die Form entspricht der Form des großen griechischen Buchstaben Omega, daher wird ein so geformtes Isolationspapier 18 hier auch als Omega-Papier bezeichnet. 14 zeigt einen Querschnitt vergleichbar der 3 im Verlauf des Einbringens des die Drahtabschnitte 26 umfassenden Leiterpakets. Wie in [5] erläutert, wird das Omega-Papier so in die Statornut 16 eingefügt, dass die Endstreifen auf den Nutberandungen (Innenwandung des Blechpakets 14 zwischen den Statornuten 16) aufliegt und sich die U-Form noch mit Abstand zum Nutgrund der Statornut 16 befindet. Das radial verstellte Dornblech - Leitblech 22 - klemmt diese Endstreifen 74 an die Innenwandung und hält so das Isolationspapier 18 während des Einfügens der Drahtabschnitte 26 fest.
Gemäß dem Expandiervorgang mit speziell gefalztem Isolationspapier 18 - „Omegapapier“ - ist es möglich, das Nutisolationspapier 18 (oder die sonstige entsprechend geformte Nutisolierung) vorerst mit dem Dornblech - radial verstellbares Klemmelement 32, z.B. Leitblech 22 - zu klemmen, wie in der [5] gezeigt. Sobald der Draht am Nutisolationspapier 18 anliegt - Situation wie in 14 - kann durch eine Differenzdrehzahl von Antriebsmotor 46 und dem Motor 56 für die Dornblechverstellung das Isolationspapier 18 frei gegeben werden. Dabei wird wie in 15 dargestellt das radial bewegliche Klemmelement 32 radial zum Zentrum bewegt und somit das Omega-Isolationspapier 18 komplett auf den Nutgrund der Statornut 16 expandiert. Bei einigen Ausgestaltungen des Verfahrens können für das Zurückziehen der Klemmelemente 32 in Abhängigkeit der Zentrifugalkräfte oder der mechanischen Ansteuerung eine Reduktion der Drehzahl oder ein Anhalten der Drehbewegung vorgesehen werden.
Das Klemmen des Isolationspapiers 18 kann wie bisher in [5] angegeben mittels einer mechanischen Klemmung erfolgen. Allerdings wird bei der hier gezeigten Ausführungsform die Aufgabe des Papier-Klemmens durch die wirkenden Zentrifugalkräfte 36 übernommen. Darin besteht der Vorteil, dass die Papierklemmung dabei gleichmäßig erfolgt, da auf jedes Andrückelement - radial bewegliches Klemmelement 32 - die gleichen Zentrifugalkräfte 36 wirken. Eine solche gleichmäßige Klemmkraft wäre mechanisch bei diesem geringen Bauraum äußerst schwierig darzustellen und somit ein klarer Vorteil der erfindungsgemäßen Ausführungsformen.
Es lassen sich somit auch Statoren mit kleineren Innendurchmessern mit radial eingefügten Wellenwicklungen produzieren als dies mit dem heutigen Stand der Technik möglich ist.
Eine Variante dieses Expansionsvorganges ist in den 16 und 17 dargestellt, wobei 16 wiederrum einen Querschnitt vergleichbar wie in 3 und 17 einen Längsschnitt der entsprechenden Ausgestaltung der Anordnung 40 zeigt.
Die 16 und 17 illustrieren einen Expandiervorgang mit „Omegapapier“ und Tiefenbegrenzung.
Um die auf die Wicklung 28 wirkenden Zentrifugalkräfte 36 während des Klemmens des Isolationspapiers 18 abzufangen, kann es sinnvoll sein, eine Tiefenbegrenzung 76 axial in die Statornut 16 einzubringen. Damit kann die Belastung auf das Isolationspapier 18 reduziert werden und gleichzeitig auf verschiedene „Zwischentiefen“ expandiert werden. Dies gilt auch für den Wickelkopfbereich mit definierter Anlagemöglichkeit 64 wie in 17 dargestellt. Bei einigen vorteilhaften Ausgestaltungen des Verfahrens können eine Reduktion der Drehzahl oder ein Anhalten der Drehbewegung erfolgen, um die Tiefenbegrenzungen 76 werkstückschonend aus dem Zwischenraum von Nutisolation 18 und Statornut 16 herauszubewegen.
Wird das Omega-Papier wie in 18 dargestellt, während des Expandiervorgangs zunächst geklemmt ohne Tiefenbegrenzung, kann infolge stark wirkender Zentrifugalkräfte 36 auf das Isolationspapier 18 die Faltung 18 um die Nutkante der Statornut 16 noch stärker ausgeprägt sein. Damit kann sich im Fügeergebnis zeigen, dass die Endstreifen 74 die Knickung beibehalten und somit eine zusätzliche Kriechstrecke 79 bilden wie in 19 dargestellt. Diese ist vorteilhaft für die Spannungsfestigkeit zum Blechpaket 14 hin. Je nach geometrischen Verhältnissen von Statornut/Papierlänge/Drahthöhe und Prozesskräften ist dieser Effekt stärker ausgeprägt oder auch gar nicht vorhanden.
Im Folgenden werden anhand der Darstellung in den 20 bis 25 weitere Ausführungsformen der Fügevorrichtung 38 erläutert, bei der, z.B. an Stützgabeln 80 ausgebildete, Stützfinger 82 zur zusätzlichen Führung der Drahtabschnitte 26 beim Überführen vorgesehen sind.
Gemäß der Ausführungsform der 20 bis 22 könnte ein Einsatz von Stützgabeln 80 erfolgen, wie sie in der Literaturstelle [11] beschrieben und gezeigt sind. Die Stützgabeln 80 mit den Stützfingern 82 unterstützen den ExpandierProzess und beugen Drahtbeschädigungen vor. Die Stützgabeln 82 werden bei dieser Ausgestaltung von außen nach innen (Statorzentrum) zugestellt und sind außerhalb des Blechpaketes 14 angeordnet. Beispielsweise sind sie mittels hier nicht näher dargestellter Kraftübertragungselemente radial verschiebbar an den Haltern 48, 50 angeordnet. Die radiale Bewegungsrichtung der Stützgabeln 80 ist mit dem Bezugszeichen 83 angezeigt.
Die Ausgestaltung der Fügevorrichtung gemäß den 23 bis 25 nutzt eine Kombination aus Stützgabeln 82 und Fliehkraftgewichten 61. Wird die Stützgabel 80 innerhalb des Blechpaketes 14 angeordnet kann diese als zusätzliches Fliehkraftgewicht 61 genutzt werden. Dabei wirkt über die Zentrifugalkraft 36 eine gleichmäßige Kraftverteilung auf die Stützgabeln 80. Auch hier ist wiederum die Bewegungsrichtung 83 der Stützgabeln 82 angegeben.
Bei nicht näher dargestellten Ausführungsformen kann die Fügevorrichtung 38 auch mit einem dynamischen Wuchtsystem ausgestattet werden, wie es bekannter Stand der Technik ist bei Werkzeugmaschinen (z.B. Schleifmaschinen).
Damit können ungewünschte Schwingungen aus dem Prozess genommen werden.
Wie in den 26 und 27 dargestellt könnte mit der Fügevorrichtung 38 auch ein zusätzlicher Nutverschluss 84 oder ein expandierter Nutverschluss 86 mit in die Statornut 16 im Expandierprozess eingefügt werden. Dabei kann mit oder ohne Fliehkraftgewichte 61, 62 gearbeitet werden.
Bezugszeichenliste

10: Fügedorn
12: Wicklungsträger
14: Blechpaket
16: Statornut
18: Isolationspapier
20: aus der Statornut hervorstehende Isolationsbereiche
22: Leitblech
24: Werkzeugnut
26: Drahtabschnitt
28: Wicklung
30: Führungselement
32: radial bewegliches Klemmelement
34: Nutgrund
36: Zentrifugalkraft
38: Fügevorrichtung
40: Anordnung
42: Zentrifuge
44: Drehhalterung
46: Antriebsmotor
48: erster Halter
50: zweiter Halter
52: Schlitten
54: Aktor für Klemmung des Stators
56: Aktor Radialverstellung Dornbleche
58: Motor für Dornblechverstellung
60: Drehrichtung
61: Fliehkraftgewicht
62: radial verschiebbare Leiste
64: Anlagemöglichkeit für den Wickelkopf
66: Form- und/oder Kraftschluss zwischen Blechpaket und Drehhalterung
68: Form- und/oder Kraftschluss zwischen Fügedorn und Drehhalterung
70: Ansteuerung Dornverstellmöglichkeit Durchmesser
72: U-form
74: Endstreifen
76: Tiefenbegrenzung
78: Faltung
79: Kriechstrecke
80: Stützgabel
82: Stützfinger
83: Bewegungsrichtung Stützgabel
84: zusäzlich eingelegter Nutverschluss
86: expandierter Nutverschluss

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2019/020148 A1 [0002]
WO 2020/187363 A1 [0002]
WO 2019/166060 A1 [0002]
WO 2019/166061 A1 [0002]
WO 2017/102892 A2 [0002]
DE 102020130647 A1 [0002]
EP 3886303 A1 [0002]
GB 1027777 A [0002]
GB 639069 A [0002]
WO 2018/019970 A1 [0002]
DE 102020117771 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum radialen Einfügen einer Wellenwicklung, die durch Wicklungsköpfe verbundene geradlinige Drahtabschnitte (26) aufweist, in radial nach innen offene Statornuten (16) eines Statorblechpakets (14), wobei die Statornuten (16) mit einer Nutisolierung (18) versehen sind, die Nutkanten umgreifen, so dass Isolationsbereiche (20) außerhalb der Statornuten (16) auf einer Nutberandung des Statorblechpakets (14) zwischen Statornuten (16) aufgeklemmt werden können, umfassend: a) Aufbringen der Wellenwicklung auf ein Übertragungswerkzeug, das einen sich um eine Drehachse drehbaren Wicklungsträger (12), der eine sich über einen Umfang erstreckende Anordnung von nach außen offenen Werkzeugnuten (24), Führungselemente (30) zum Führen der geradlinigen Drahtabschnitte (26) beim Überführen von den Werkzeugnuten (24) in die Statornuten (16) und radial verstellbare Klemmelemente (32) aufweist, b) Einführen des Wicklungsträgers (12) in das Statorblechpaket (14) mit zueinander ausgerichteten Werkzeugnuten (24) und Statornuten (16), c) gemeinsames Drehen des Wicklungsträgers (12) und des Statorblechpakets (14), um in den einzelnen Werkzeugnuten (24) angeordnete Gruppen geradliniger Drahtabschnitte (26) durch Zentrifugalkraft (36) in die zugeordnete Statornuten (16) zu überführen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die radial verstellbaren Klemmelemente (32) beim Drehen durch Zentrifugalkraft (36) auf die Isolationsbereiche (20) außerhalb der Statornuten (16) gedrückt werden, um die Isolationsbereiche (20) auf den sich in Umfangsrichtung und axialer Richtung erstreckenden Nutberandungen festzuklemmen und so die Nutisolierungen (18) während des Einfügens der Drahtabschnitte (26) festzuhalten.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die radial verstellbaren Klemmelemente (32) 3.1 zusätzlich zu der Zentrifugalkraft (36) mit einer mechanischen Klemmkraft, insbesondere einer durch wenigstens einen Aktor (56) aufgebrachten aktiven Kraft oder einer durch eine Vorspanneinrichtung aufgebrachten Vorspannkraft, zum Festklemmen der Isolationsbereiche (20) beaufschlagt werden oder 3.2 alleine durch die Zentrifugalkraft (36) zum Festklemmen der Isolationsbereiche (20) beaufschlagt werden.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die radial verstellbaren Klemmelemente (32) auch als Führungselemente (30) zum Führen der Drahtabschnitte (26) beim Überführen in Schritt c) verwendet werden.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Verändern der Nutbreite der Werkzeugnuten (24) vor oder während Schritt c) mittels Verstellung der Führungselemente (30) und/oder der radial beweglichen Klemmelemente (32).
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a) die Wellenwicklung durch radiales Bewegen der Führungselemente (30) und/oder radial bewegbaren Klemmelemente (32) temporär fixiert wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wellenwicklung, 7.1 eingefügt wird, deren Drahtabschnitte (26) eine Drahtbreite aufweisen, die größer als die Hälfte, als zwei Drittel oder als 90% der Nutbreite der Statornuten (16) ist, und/oder 7.2 in Statornuten (16) eingefügt wird, die keinen Polschuh aufweisen, wobei die Nutmündung eine Mündungsbreite hat, die mindestens 90% der Nutbreite der Statornuten (16) beträgt, und/oder 7.3 aus Profildraht, insbesondere Rechteckdraht, in die Statornuten (16) eingefügt wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) eine Gruppe von Drahtabschnitten (26) in jede der Werkzeugnuten (24) in einer vorbestimmten Reihenfolge eingefügt werden und in Schritt c) das Überführen der Gruppe von Drahtabschnitten (26) ohne Verändern der Reihenfolge erfolgt.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt c) 9.1 die Wellenwicklung mittels zusätzlicher radial verschiebbarer Leisten (62) des Wicklungsträgers (14) mit Hilfe der entstehenden Zentrifugalkräfte (36) zusätzlich mit nach außen gedrückt wird; 9.2 die Drahtabschnitte (26) der Wellenwicklung an den jeweiligen Nutmündungen der Statornuten (26) mittels Stützfinger (82) beim Übertragen geführt werden, und/oder 9.3 die Drahtabschnitte (26) der Wellenwicklung an den jeweiligen Nutmündungen der Statornuten (26) mittels Stützfinger (82) beim Übertragen geführt werden, die anschließend zum Entnehmen des Stators mit gefügter Wicklung (28) verstellt werden, insbesondere radial verstellt werden.
Fügevorrichtung (38) zum radialen Einfügen einer Wellenwicklung, die durch Wicklungsköpfe verbundene geradlinige Drahtabschnitte (28) aufweist, in radial nach innen offene Statornuten (16) eines Statorblechpakets (14), wobei die Statornuten (16) mit einer Nutisolierung (18) versehen sind, die Nutkanten umgreifen, so dass Isolationsbereiche (20) außerhalb der Statornuten (16) auf einer Nutberandung des Statorblechpakets (16) zwischen Statornuten (16) aufgeklemmt werden können, umfassend: eine Drehhalterung (44) für das Statorblechpaket (14), ein Übertragungswerkzeug, das einen sich um eine Drehachse drehbaren Wicklungsträger (12) zum Einführen in das Statorblechpaket (14) aufweist, der eine sich über einen Umfang erstreckende Anordnung von nach außen offenen Werkzeugnuten (24) zur Aufnahme der geradlinigen Drahtabschnitte (26), Führungselemente (30) zum Führen der geradlinigen Drahtabschnitte (26) beim Überführen von den Werkzeugnuten (24) in die Statornuten (16) und radial verstellbare Klemmelemente (32) aufweist, und eine Dreheinrichtung (42), die zum gemeinsamen Drehen der Drehhalterung (44) und des Wicklungsträgers (12) ausgebildet ist, um die Wellenwicklung mittels Zentrifugalkraft von dem Wicklungsträger (12) auf das Statorblechpaket (14) zu überführen.
Fügevorrichtung (38) nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eines mehrere oder alle der folgenden Merkmale: 11.1 dass die radial verstellbaren Klemmelemente (32) dazu ausgebildet sind, bei der Drehung durch die Dreheinrichtung (42) mit Zentrifugalkraft (36) nach außen beaufschlagt zu werden, um eine Klemmkraft auf die Isolationsbereiche (20) aufzubringen und diese gegen die sich in Umfangsrichtung und axialer Richtung erstreckenden Nutberandungen festzuklemmen und so die Nutisolierungen (18) beim Einfügen der Drahtabschnitte (26) zu fixieren; 11.2 dass ein Kraftübertragungselement, ein Aktor (56) oder eine Vorspanneinrichtung zum Aufbringen zusätzlicher radialer Kräfte auf die radial verstellbaren Klemmelemente (32) vorgesehen ist; 11.3 dass die radial verstellbaren Klemmelemente (32) derart ausgebildet sind, dass sich bei Verstellung auch die Nutbreite der Werkzeugnuten (24) ändert; 11.4 dass die radial verstellbaren Klemmelemente (32) gleich der Führungselemente (30) sind und somit zumindest einige oder alle der Klemmelemente (32) und der Führungselemente (30) durch jeweils ein Teil gebildet sind; 11.5 dass der Wicklungsträger (12) zusätzliche radial verstellbare Leisten (62) enthält, die dazu ausgebildet sind, mit Hilfe der entstehenden Zentrifugalkräfte (36) die Wellenwicklung zusätzlich nach außen zu drücken; 11.6 dass die radial verstellbaren Klemmelemente (32) derart ausgebildet sind, dass bei Bewegung derselben radial nach innen eine Fixierung der in den Werkzeugnuten (24) aufgenommenen Drahtabschnitte (26) erfolgt; 11.7 dass Stützfinger (82) zum Führen der Drahtabschnitte (26) beim Überführen von den Werkzeugnuten (24) in die Statornuten (16) vorgesehen sind, die insbesondere radial beweglich sind, um den Stator mit gefügter Wellenwicklung zu entnehmen.
Anordnung (40), umfassend eine Fügevorrichtung (38) nach Anspruch 10 oder 11, die Wellenwicklung und das Statorblechpaket (14) mit radial nach innen offenen Statornuten (16).
Anordnung (40) nach Anspruch 12, wobei die Wellenwicklung wenigstens eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweist: 13.1 dass die Wellenwicklung aus Profildraht, insbesondere Rechteckdraht gebildet ist, 13.2 dass der Draht der Wellenwicklung eine Drahtbreite hat, die wenigstens die Hälfte, zwei Drittel oder 90% der Nutbreite der Statornuten (16) beträgt.
Anordnung (40) nach Anspruch 12 oder 13, wobei das Statorblechpaket (14) wenigstens eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweist: 14.1 es sind keine Polschuhe vorgesehen; 14.2 die Nutmündung der jeweiligen Statornut (16) hat eine Breite, die wenigstens 90% der Nutbreite der Statornut (16) beträgt; 14.3 die Statornuten (16) sind mit einer Nutisolierung (18) versehen, die Nutkanten umgreifen, so dass Isolationsbereiche (20) außerhalb der Statornuten auf einer Nutberandung des Statorblechpakets (14) zwischen Statornuten (16) aufgeklemmt werden können.