DE102022130434A1

DE102022130434A1 - Verfahren und Einrichtung zur Herstellung eines Stators einer elektrischen Rotationsmaschine, und elektrische Rotationsmaschine

Info

Publication number: DE102022130434A1
Application number: DE102022130434.5A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Feist; Matthias Friedmann; Tobias Hauser
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2022-11-17
Filing date: 2022-11-17
Publication date: 2024-05-23
Also published as: WO2024104527A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Herstellung eines Stators einer elektrischen Rotationsmaschine, sowie eine elektrische Rotationsmaschine, welche einen gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Stator aufweist. Bei dem Verfahren zur Herstellung eines Stators einer elektrischen Rotationsmaschine werden einzelne Zähne (10) in einer sich entlang einer Umfangsrichtung erstreckenden Zahnanordnung (12) positioniert, die Zähne (10) werden in der Zahnanordnung (12) mittels eines Greiferwerkzeugs (50) einer Fixierungseinheit (40), welches in einem inneren radialen Öffnungsbereich der Zahnanordnung (12) angeordnet ist, axial gespannt und damit fixiert, und an einer radialen Seite der Zahnanordnung (12) wird ein Statorring (20) mit den Zähnen (10) mittels einer Verbindungseinheit (70) fest verbunden, wobei die Verbindungseinheit (70) mehrere Schubelemente (71) aufweist, mit denen jeweils auf mindestens einen Zahn (10) der Zahnanordnung (12) von radial außen eine Druckkraft aufgebracht wird, um derart eine exakte Positionierung der Zähne (10) in der Zahnanordnung (12) im Greiferwerkzeug (50) zu gewährleisten.Mit dem hier vorgeschlagenen Verfahren sowie der dazugehörigen Einrichtung zur Herstellung eines Stators einer elektrischen Rotationsmaschine werden Lösungen zur Verfügung gestellt, mit denen sich in einfacher, kostengünstiger sowie zuverlässiger Weise die Herstellung des Stators realisieren lässt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Herstellung eines Stators einer elektrischen Rotationsmaschine, sowie eine elektrische Rotationsmaschine, welche einen gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Stator aufweist.
Es ist bekannt, dass Statoren von elektrischen Rotationsmaschinen mehrere Phasen aufweisen, die durch unterschiedlich verlaufende Wicklungen im Statorkörper realisiert sind. Eine bekannte Methode, diese Wicklungen von elektrischen Leitungen im Statorkörper zu integrieren ist, die Wicklungen auf einem Einziehdorn vorzubereiten und dann in Nuten des Starterkörpers an dessen Innenseite einzuziehen. Hier erfolgt mittels eines Expandierwerkzeugs die Einbringung der Leitungsabschnitte in die Nuten in einer Bewegung von radial innen nach radial außen.
Dieser Vorgang ist mit relativ vielen einzelnen Arbeitsschritten und einem entsprechenden Zeitaufwand und Investitionsaufwand verbunden.
Die Einbringung von Wicklungen in Nuten eines Stators einer Innenläufermaschine könnte fertigungstechnisch vorteilhaft sein. Dafür wäre es jedoch notwendig, den radial außen zu befestigenden Statorring des Stators nachträglich an den Zähnen des Stators zu fixieren.
DE102020212922A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Stators sowie eine elektrische Maschine mit dem erfindungsgemäßen Stator. Bei dem Herstellungsverfahren ist vorgesehen, dass eine Anordnung von Polzähnen auf einem Kreisring erfolgt; ein Einlegen einer Endlos-Statorwicklung in einen Zwischenraum zwischen den zueinander benachbarten Polzähnen ausgehend von einer dem Polschuh abgewandten Seite erfolgt, und eine formschlüssige Verbindung der die Endlos-Statorwicklung aufweisenden Polzähne mit dem Joch realisiert wird.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Einrichtung zur Herstellung eines Stators einer elektrischen Rotationsmaschine zur Verfügung zu stellen, mit denen sich in einfacher, kostengünstiger sowie zuverlässiger Weise die Herstellung des Stators realisieren lässt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren zur Herstellung eines Stators einer elektrischen Rotationsmaschine gemäß Anspruch 1 sowie durch die Einrichtung zur Herstellung eines Stators einer elektrischen Rotationsmaschine gemäß Anspruch 8. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens zur Herstellung eines Stators einer elektrischen Rotationsmaschine sind in den Unteransprüchen 2 bis 7 angegeben. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Einrichtung zur Herstellung eines Stators einer elektrischen Rotationsmaschine ist im Unteranspruch 9 angegeben.
Ergänzend wird eine elektrische Rotationsmaschine gemäß Anspruch 10 zur Verfügung gestellt, die einen Stator umfasst, gemäß dem beschriebenen Verfahren hergestellt ist.
Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, die ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Stators einer elektrischen Rotationsmaschine, bei dem einzelne Zähne in einer sich entlang einer Umfangsrichtung erstreckenden Zahnanordnung positioniert werden, die Zähne in der Zahnanordnung fixiert werden, und an einer radialen Seite der Zahnanordnung ein Statorring mit den Zähnen fest verbunden wird. Die Positionierung der Zähne in der Zahnanordnung erfolgt in einer Halteeinheit. In diese werden die Zähne gesteckt.
Die Fixierung wird mittels eines Greiferwerkzeugs realisiert, welches nach der Positionierung der Zähne in der Zahnanordnung die Zähne in der Zahnanordnung durch Einspannung fixiert. Einzelne Greifelemente des Greiferwerkzeugs werden zu diesem Zweck radial bewegt, um axial seitlich der Zahnanordnung herauszufahren. Dann werden die Greifelemente axial bewegt, um die axialen Spannkräfte auf die Zähne zu bewirken.
Die axialen Spannkräfte können zunächst noch relativ gering sein, um lediglich eine Vorspannung auf die Zähne zu realisieren.
Die Zahnanordnung, die bereits bewickelt sein kann, wird einer Verbindungseinheit zugeführt, die mehrere Schubelemente aufweist, die jeweils auf mindestens einen Zahn der Zahnanordnung von radial außen eine Druckkraft aufbringt, um derart eine exakte Positionierung der Zähne in der Zahnanordnung im Greiferwerkzeug zu gewährleisten. Dadurch wird sichergestellt, dass die ersten Formelemente der Zähne mit den zweiten Formelementen des Statorrings fluchten und durch eine axiale Relativbewegung miteinander in Eingriff gebracht werden können, um formschlüssig Verbindungen auszubilden.
Vor Realisierung der Einspannung kann das Greiferwerkzeug in den radialen Innenraum der Zahnanordnung eingefahren werden. Dabei kann ein Innenring der Halteeinheit, welcher auch als Konturinnenteil bezeichnet werden kann, von dem Greiferwerkzeug axial aus der Zahnanordnung herausgeschoben werden. Eine axiale Blockade der Zähne kann dabei durch einen axialen Anschlag realisiert werden, um zu verhindern, dass die Zähne der axialen Verschiebebewegung des Innenrings folgen.
Die Zähne sind dabei längliche Formelemente, die sich parallel zu einer zentralen Achse eines ideellen Zylinders erstrecken, an dessen Umfang der ideellen Mantelfläche die Zähne in Reihe angeordnet sind. Diese Zähne bzw. länglichen Formelemente in ihrer Gesamtheit bilden eine Zahnanordnung aus, die koaxial zu der zentralen Achse des ideellen Zylinders verläuft. Die Zähne können aus Elektroblech gefertigt sein. Die Begriffe „Umfangsrichtung“, „radial“ und „axial“ beziehen sich im Folgenden auf die Achse dieses ideellen Zylinders.
Die Einwirkung der Schubelemente auf die Zähne von radial außen kann dabei zumindest zeitabschnittsweise zeitgleich mit der Realisierung der Verbindung zwischen der radialen Seite der Zahnanordnung mit dem Statorring erfolgen.
Mit anderen Worten erfolgt ein Einfädeln einer axialen Seite der Zahnanordnung in den Statorring, wenn gleichzeitig die Schubelemente von radial außen die Zähne in der Zahnanordnung fixieren.
Die Zähne können an einer radialen Seite jeweils wenigstens ein erstes Formelement aufweisen, und der Statorring kann einem jeweiligen Zahn zugeordnet zweite Formelemente aufweisen, welche hinsichtlich Form und Größe zumindest abschnittsweise komplementär zu den jeweiligen ersten Formelementen ausgebildet sind.
Es kann eine axiale Relativbewegung zwischen Statorring und Zahnanordnung ausgeführt werden, so dass die zweiten Formelemente mit den jeweiligen ersten Formelementen in Eingriff gelangen und derart zwischen den Statorzähhnen und dem Statorring feste mechanische Verbindungen erzeugt werden. Die festen mechanischen Verbindungen sorgen für die formschlüssige Fixierung eines jeweiligen Zahns in zwei translatorischen Freiheitsgraden.
Der Statorring kann aus einem helixförmig gewickelten Blechstreifen gefertigt sein. Das bedeutet, dass der Statorring als ein sogenannter Slinky gefertigt sein kann. In alternativer Ausführungsform kann der Statorring auch aus einem gestapelten Blechpaket realisiert sein.
Der Statorring kann an der radialen Außenseite der Zahnanordnung angeordnet werden. Somit wird ein Statorkörper für einen Innenläufer ausgebildet, wobei allerdings auch nicht ausgeschlossen werden soll, dass der Statorring an der radialen Innenseite der Zahnanordnung angeordnet wird, um den Statorkörper für eine Außenläufermaschine auszubilden.
Mittels einer bezüglich der Zahnanordnung radial außen angeordneten Spannzange können radiale Kräfte auf die einzelnen Zähne in der Zahnanordnung ausgeübt werden, um in radialer Richtung die Zähne exakt im Greiferwerkzeug zu positionieren und zu zentrieren.
Mittels einer Federspanneinheit können axial Kräfte auf die Zähne in der Zahnanordnung ausgeübt werden, um montagebedingte Positionierungsungenauigkeiten der einzelnen Zähne entlang der axialen Richtung durch Ausübung von Druckkräften auszugleichen.
Nach erfolgter exakter Positionierung der Zähne in dem Greiferwerkzeug kann dieses die axialen Spannkräfte auf die Zähne erhöhen, um eine sichere Fixierung zu gewährleisten. Nachdem die sichere Fixierung realisiert wurde, kann die Spannzange und/oder die Federspanneinheit gelöst werden.
Die Fixierungseinheit bzw. das Greiferwerkzeug kann dann mit der gesamten Zahnanordnung aus der Halteeinheit heraus bewegt werden. Die Zahnanordnung kann derart einer Bearbeitungsstation bzw. einem Arbeitsschritt zugeführt werden, in der bzw. dem die Zähne in der gespannten Zahnanordnung mit wenigstens einer Wicklung bewickelt werden. Dieses Bewickeln der Zähne kann vor oder nach der Anordnung des Statorrings an der Zahnanordnung erfolgen.
Wenn das Bewickeln der Zähne vor der Anordnung des Statorrings an der Zahnanordnung erfolgt, werden in Nuten zwischen entlang des Kreisumfangs angeordneten Zähnen von radial außen Wicklungsabschnitte eingebracht.
Dabei kann ein jeweiliger Wicklungsabschnitt mittels einer Vorschubeinrichtung in unterschiedlichen Winkelpositionen der Zahnanordnung in inkrementellen Vorschubbewegungen radial in einer Nut verschoben werden.
Die radiale Verschiebung eines Wicklungsabschnitts kann mittels eines radialen Schiebers realisiert werden, der von radial außen auf den betreffenden Wicklungsabschnitt wirkt.
Nach einer Umdrehung von wenigstens 360° der Zahnanordnung kann in einer Nut, in der bereits ein Wicklungsabschnitt positioniert ist, wenigstens ein weiterer Wicklungsabschnitt von radial außen eingebracht werden, und der weitere Wicklungsabschnitt kann in inkrementellen Vorschubbewegungen radial in der Nut verschoben werden, so dass der weitere Wicklungsabschnitt den oder die zuvor in der Nu angeordneten Wicklungsabschnitt oder die in der Nut zuvor angeordneten Wicklungsabschnitte ebenfalls in inkrementellen Vorschubbewegungen radial in der Nut verschiebt.
Vor der Verschiebung eines Wicklungsabschnitts in der Nut kann der Wicklungsabschnitt mittels wenigstens einer Positionierungseinheit entlang des Umfangs der Zahnanordnung und/ oder entlang einer radialen Richtung gehalten werden.
Dabei kann die Positionierungseinheit je Nut zwei Anlageelemente aufweisen, die entlang eines radial zum Umfang der Zahnanordnung beabstandeten zweiten Umfangs angeordnet sind und jeweils wenigstens eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Schulter aufweisen, wobei die Anlageelemente axial neben der Zahnanordnung angeordnet sind und nach radial innen verschoben werden, und mit den Schultern der Anlageelemente einen Wicklungsabschnitt in radialer Richtung mit einer Kraft beaufschlagen und den Wicklungsabschnitt zwischen sich entlang der Umfangsrichtung halten.
Nach Positionierung der Wicklungsabschnitte mittels der Positionierungseinheit können die Positionierungseinheit sowie die Zahnanordnung mit in deren Nuten angeordneten Wicklungsabschnitten und vor Ausführung eines inkrementellen Einschiebevorgangs um den Betrag der Teilung der Zahnanordnung rotiert werden. Des Weiteren kann nach Ausführung des inkrementellen Einschiebevorgangs eines Wicklungsabschnitts in einer Nut die Positionierungseinheit um den Betrag der Teilung der Zahnanordnung zurück rotiert werden und eine an der radialen Außenseite freie Nut mit einem Wicklungsabschnitt bestückt werden.
Die auch als Finger bezeichneten Schubelemente können an ihren den Zähnen zugewandten Seiten Formen aufweisen, die im Wesentlichen komplementär zu den Querschnitten der jeweiligen Zähne ausgebildet sind. Derart bilden die Schubelemente bei Aufbringung einer Druckkraft auf den jeweiligen Zahn der Zahnanordnung von radial außen einen Formschluss mit dem betreffenden Zahn aus.
Weiterhin kann ein Schließmechanismus zur Anwendung kommen, der in wenigstens einem axialen Endbereich der Zahnanordnung radiale Druckkräfte auf diese ausübt, um ebenfalls eine exakte Positionierung der Zähne in der Zahnanordnung im Greiferwerkzeug zu gewährleisten.
Nach exakter Positionierung kann die Zahnanordnung in den Statorring axial eingefahren werden, sodass die ersten Formelemente der Zähne mit den zweiten Formelementen des Statorrings verbunden werden.
Nachdem die vorgesehene Axialrelativposition zwischen der Zahnanordnung und dem Statorring erreicht wurde kann das Greiferwerkzeug geöffnet werden, sodass es nicht mehr axiale Kräfte auf die Zähne ausübt. Nach einer radialen Rückstellbewegung der Greifelemente des Greiferwerkzeugs kann das Greiferwerkzeug axial aus der Zahnanordnung heraus bewegt werden.
Der montierte Stator, umfassend die einzelnen Zähne sowie daran fixiert den Statorring, und gegebenenfalls auch eine Statorwicklung, liegt nun in der Fügeaufnahme vor.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Einrichtung zur Herstellung eines Stators einer elektrischen Rotationsmaschine, umfassend eine Halteeinheit zur Positionierung einzelner Zähne in einer sich entlang einer Umfangsrichtung erstreckenden Zahnanordnung und eine Fixierungseinheit zur Fixierung der Zähne in der Zahnanordnung. Die Fixierungseinheit umfasst ein Greiferwerkzeug, welches dazu eingerichtet ist, in dem inneren radialen Öffnungsbereich der Zahnanordnung angeordnet zu werden und die Zähne der Zahnanordnung axial zu spannen.
Weiterhin umfasst die Einrichtung zur Herstellung eines Stators eine Verbindungseinheit zur Verbindung eines Statorrings mit den Zähnen an einer radialen Seite der Zahnanordnung. Die Verbindungseinheit weist mehrere Schubelemente auf, die dazu eingerichtet sind, jeweils auf mindestens einen Zahn der Zahnanordnung von radial außen eine Druckkraft aufzubringen, um derart eine exakte Positionierung der Zähne in der Zahnanordnung im Greiferwerkzeug zu gewährleisten.
Die Halteeinheit kann einen Innenring zur Anordnung im radialen Innenraum der Zahnanordnung, sowie eine diesbezüglich radial außen befindliche Spannzange zur Beaufschlagung der Zähne der Zahnanordnung mit einer radialen Spannkraft von außen umfassen.
Das Greiferwerkzeug kann in den radialen Innenraum der Zahnanordnung eingefahren werden.
Dabei kann der Innenring der Vorrichtung, welcher auch als Konturinnenteil bezeichnet werden kann, axial und somit aus der Zahnanordnung von dem Greiferwerkzeug herausgeschoben werden.
Das Greiferwerkzeug kann einzelne Greifelemente aufweisen, die radial bewegbar sind, um axial seitlich der Zahnanordnung herauszufahren, und axial bewegbar sind, um axiale Spannkräfte auf die Zähne zu bewirken.
Die Greifelemente können durch Ausbildung von Aussparungen derart ausgestaltet sein, dass sie die Ausbildung von Wickelköpfen an den axialen Seiten des herzustellenden Stators nicht behindern.
Dadurch, dass die Verbindungseinheit mehrere Schubelemente aufweist, die dazu eingerichtet sind, jeweils auf mindestens einen Zahn der Zahnanordnung von radial außen eine Druckkraft aufzubringen, um derart eine exakte Positionierung der Zähne in der Zahnanordnung im Greiferwerkzeug zu gewährleisten, wird sichergestellt, dass die ersten Formelemente der Zähne mit den zweiten Formelementen des Statorrings fluchten und durch eine axiale Relativbewegung miteinander in Eingriff gebracht werden können, um formschlüssig Verbindungen auszubilden. Die Einrichtung zur Herstellung eines Stators kann des Weiteren eine Fügeaufnahme aufweisen, zur Positionierung und zum Halten des Statorrings.
Zudem kann die Einrichtung zur Herstellung eines Stators eine Federspanneinheit aufweisen, die dazu eingerichtet ist, axial Kräfte auf die Zähne in der Zahnanordnung auszuüben, um montagebedingte Positionierungsungenauigkeiten der einzelnen Zähne entlang der axialen Richtung durch Ausübung von Druckkräften auszugleichen. Mittels einer bezüglich der Zahnanordnung radial außen angeordneten Spannzange können radiale Kräfte auf die einzelnen Zähne in der Zahnanordnung ausgeübt werden, um in radialer Richtung die Zähne exakt im Greiferwerkzeug zu positionieren. Die Einrichtung zur Herstellung eines Stators kann des Weiteren zwecks Verbindung der Zahnanordnung mit dem Statorring einen Schließmechanismus aufweisen, der dazu eingerichtet ist, in wenigstens einem axialen Endbereich der Zahnanordnung radiale Druckkräfte auf diese auszuüben, um ebenfalls eine exakte Positionierung der Zähne in der Zahnanordnung zu gewährleisten.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine elektrische Rotationsmaschine, welche zumindest einen Stator aufweist, der gemäß dem beschriebenen Verfahren hergestellt ist.
Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispiele nicht auf die dargestellten Maße eingeschränkt sind. Es ist dargestellt in

1: ein Teil der beschriebenen Einrichtung in Schnittansicht im Ausgangszustand,
2: den Teil der beschriebenen Einrichtung in Schnittansicht beim Beginn des Einfahrens des Greiferwerkzeugs,
3: den Teil der beschriebenen Einrichtung in Schnittansicht beim Ausschieben des Innenrings,
4: den Teil der beschriebenen Einrichtung in Schnittansicht mit vollständig eingeschobenen Greiferwerkzeug,
5: den Teil der beschriebenen Einrichtung in Schnittansicht beim radialen Ausfahren von Greifelementen,
6: den Teil der beschriebenen Einrichtung in Schnittansicht bei der axialen Bewegung von Greifelementen,
7: den Teil der beschriebenen Einrichtung in Schnittansicht bei der Betätigung der Federspanneinheit und Schließung der Spannzange,
8: den Teil der beschriebenen Einrichtung in Schnittansicht bei der Öffnung der Spannzange,
9: den Teil der beschriebenen Einrichtung in Schnittansicht beim Herausfahren des Greiferwerkzeugs mit der Zahnanordnung,
10: einen weiteren Teil der beschriebenen Einrichtung in Schnittansicht bei der Zuführung des Greiferwerkzeugs mit der Zahnanordnung,
11: den weiteren Teil der beschriebenen Einrichtung in Schnittansicht bei Einwirkung des Schließmechanismus,
12: den weiteren Teil der beschriebenen Einrichtung in Schnittansicht bei Einwirkung der Verbindungseinheit,
13: den weiteren Teil der beschriebenen Einrichtung in Schnittansicht bei Einführung der Zahnanordnung in den Spannring,
14: den weiteren Teil der beschriebenen Einrichtung in Schnittansicht bei Auflösung der Einwirkung der Verbindungseinheit,
15: den weiteren Teil der beschriebenen Einrichtung in Schnittansicht bei weiterer Einführung der Zahnanordnung in den Statorring,
16: den weiteren Teil der beschriebenen Einrichtung in Schnittansicht bei erreichter Endposition der Zahnanordnung im Statorring,
17: den weiteren Teil der beschriebenen Einrichtung in Schnittansicht beim Öffnen der Greifelemente,
18: den weiteren Teil der beschriebenen Einrichtung in Schnittansicht beim herausfahren des Greiferwerkzeugs 50 aus der Zahnanordnung,
19: den weiteren Teil der beschriebenen Einrichtung in Schnittansicht mit herausgefahrenem Greiferwerkzeug,
20: in perspektivischer Schnittansicht den Teil der beschriebenen Einrichtung zur Anordnung der Zähne am Greiferwerkzeug, und
21: in perspektivischer Schnittansicht den weiteren Teil der beschriebenen Einrichtung zur Anordnung der Zahnanordnung im Statorring.

1 zeigt einen Teil der beschriebenen Einrichtung in Schnittansicht im Ausgangszustand, in dem eine Fixierungseinheit 40 mit einem Greiferwerkzeug 50 axial oberhalb einer mehrere Zähne ziehen umfassenden Zahnanordnung 12 angeordnet ist. Die Zahnanordnung 12 ist in einer Halteeinheit 30 aufgenommen. In der radialen Innenseite der Zahnanordnung 12 befindet sich ein Innenring 31, der auch als Konturinnenteil bezeichnet werden kann. Damit werden die Zähne 10 der Zahnanordnung 12 radial gehalten. Axial ruht die Zahnanordnung 12 auf einem axialen Anschlag 32. 2 zeigt den Beginn des Einfahrens des Greiferwerkzeugs 50 in die Zahnanordnung 12. Dabei drückt das Greiferwerkzeug 50 axial gegen den Innenring 31 und verschiebt diesen Innenring 31.
Wie aus 3 ersichtlich ist, wird beim Ausschieben des Innenrings 31 eine Verschiebung der Zahnanordnung 12 durch den axialen Anschlag 32 blockiert. 4 zeigt das vollständig in die Zahnanordnung 12 eingeschobene Greiferwerkzeug 50.
5 zeigt den Vorgang des radialen Ausfahrens von Greifelementen 51 des Greiferwerkzeugs 50, bei dem die Greifelemente 51 jeweils eine radiale Bewegung 52 ausführen.
Danach erfolgt, wie in 6 ersichtlich ist, eine axiale Bewegung 53 der Greifelemente 51, um axial Spannkräfte 54 auf die Zähne 10 zu bewirken. Diese Spannkraft 54 kann zunächst noch im Vergleich zu einer finalen Spannkraft reduziert sein. Die reduzierte Spannkraft 54 bewirkt neben einer Fixierung der Zähne 10 auch eine Justierung der Zähne 10 in axialer Richtung zum Ausgleich von Fertigungs -und/oder Montagetoleranzen.
7 zeigt, dass durch achsparallele Verschiebung einer Keilform eine von der Halteeinheit umfassten Spannzange 33 die Zähne 10 nach radial innen gespannt werden und zentriert werden. Nachdem dies erfolgte, kann die axiale Spannkraft 54 erhöht werden.
Eine axiale Justierung bzw. Positionierung wird mittels einer Federspanneinheit 60 bewirkt, die axial auf die Greifelemente 51 des Greiferwerkzeugs 50 wirkt und damit ebenfalls entlang dieser Richtung Fertigungs- und/oder Montagetoleranzen ausgleichen kann.
8 zeigt, dass nach diesem Vorgang eine Öffnung der Spannzange 33 erfolgen kann. Die Zähne 10 bleiben von den Greifelementen 51 des Greiferwerkzeugs 50 fixiert.
Wie 9 verdeutlicht, kann dann die Fixierungseinheit 40 mit dem Greiferwerkzeug 50 aus der Halteeinrichtung axial herausgefahren werden. Die Zähne 10 verbleiben am Greifwerkzeug 50 in der Zahnanordnung 12 und werden, wie 10 verdeutlicht, einem weiteren Teil der beschriebenen Einrichtung zugeführt.
Dieser weitere Teil der beschriebenen Einrichtung umfasst die erfindungsgemäße Verbindungseinheit 70, die mehrere radial wirksame Schubelemente 71 sowie eine Fügeaufnahme 90 umfasst.
In der Fügeaufnahmen 90 ist ein Statorring 20 aufgenommen.
11 verdeutlicht die Einwirkung eines Schließmechanismus 80 der in einem axialen Endbereich der Zahnanordnung 12 radial auf diese wirkt, um erneut eine exakte Positionierung der einzelnen Zähne 10 in radialer Richtung zu realisieren.
12 zeigt, dass weiterhin mittels der Schubelemente 71 radial ebenfalls auf die Zähne 10 eingewirkt wird, zwecks Positionierung und Fixierung in der jeweiligen erreichten Position. Durch Ausbildung von Formschlüssen zwischen den Endbereichen der Schubelemente 71 und den Zähnen 10 wird die Positioniergenauigkeit erhöht.
13 zeigt den Vorgang des axialen Einfahrens des Greiferwerkzeugs 50 mit den daran angeordneten Zähnen 10 in den Spannring 20, der in der Fügeaufnahme 90 gehalten wird. Um diesen Vorgang zu erleichtern wirken weiterhin die Schubelemente 71 radial auf die Zähne 10. Nach Erreichung einer ausreichend langen axialen Überdeckung zwischen dem Spannring 20 und den Zähnen 10 werden die Schubelemente 71 von den Zähnen 10 wieder entfernt, wie in 14 verdeutlicht.
15 verdeutlicht die weitere Einführung der Zahnanordnung 12 in den Statorring 20. Hier sind zudem erste Formelemente 11 an den jeweiligen Zähnen 10 angedeutet, die beim Einfahren der Zähne 10 in den Statorring 20 mit dessen zweiten Formelementen 21 in Eingriff gebracht werden.
16 zeigt das Greiferwerkzeug 50 mit den daran angeordneten Zähnen 10 in erreichter Endposition im Statorring 20.
17 stellt das Öffnen der Greifelemente 51 dar, bei dem die Greifelemente 51 von den Zähnen 10 wegbewegt werden. Das Greifwerkzeug 50 ist entsprechend nicht mehr im Eingriff mit den Zähnen 10 und kann aus der Zahnanordnung 12 heraus bewegt werden, wie es 18 darstellt. Der Statorring 20 verbleibt mit der Zahnanordnung 10 in der Fügeaufnahme 90.
19 stellt dar, dass dann auch die Verbindungseinheit 70 vom Statorring 20 bzw. der dort angeordneten Zahnanordnung 12 entfernt werden kann.
20 zeigt in perspektivischer Schnittansicht den Teil der beschriebenen Einrichtung, der zur Anordnung der Zähne 10 am Greiferwerkzeug 50 dient. Hier sind noch einmal die Halteeinheit 30, der Innenring 31 und die Spannzange 33 ersichtlich.
21 in perspektivischer Schnittansicht den weiteren Teil der beschriebenen Einrichtung, der zur Anordnung der Zahnanordnung 12 im Statorring 20 dient. Hier sind noch einmal die Verbindungseinheit 70, die Schubelemente 71 und die Fügeaufnahme 90 mit dem darin angeordneten Statorring 20 und der Zahnanordnung 12 ersichtlich.
Mit dem hier vorgeschlagenen Verfahren sowie der dazugehörigen Einrichtung zur Herstellung eines Stators einer elektrischen Rotationsmaschine werden Lösungen zur Verfügung gestellt, mit denen sich in einfacher, kostengünstiger sowie zuverlässiger Weise die Herstellung des Stators realisieren lässt.
Bezugszeichenliste

10: Zahn
11: erstes Formelement
12: Zahnanordnung
20: Statorring
21: zweites Formelement
30: Halteeinheit
31: Innenring
32: axialer Anschlag
33: Spannzange
40: Fixierungseinheit
50: Greiferwerkzeug
51: Greifelement
52: radiale Bewegung
53: axiale Bewegung
54: Spannkraft
60: Federspanneinheit
70: Verbindungseinheit
71: Schubelement
80: Schließmechanismus
90: Fügeaufnahme

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102020212922 A1 [0005]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Stators einer elektrischen Rotationsmaschine, bei dem -einzelne Zähne (10) in einer sich entlang einer Umfangsrichtung erstreckenden Zahnanordnung (12) positioniert werden, -die Zähne (10) in der Zahnanordnung (12) mittels eines Greiferwerkzeugs (50) einer Fixierungseinheit (40), welches in einem inneren radialen Öffnungsbereich der Zahnanordnung (12) angeordnet ist, axial gespannt und damit fixiert werden, und -an einer radialen Seite der Zahnanordnung (12) ein Statorring (20) mit den Zähnen (10) mittels einer Verbindungseinheit (70) fest verbunden wird, wobei die Verbindungseinheit (70) mehrere Schubelemente (71) aufweist, mit denen jeweils auf mindestens einen Zahn (10) der Zahnanordnung (12) von radial außen eine Druckkraft aufgebracht wird, um derart eine exakte Positionierung der Zähne (10) in der Zahnanordnung (12) im Greiferwerkzeug (50) zu gewährleisten.
Verfahren zur Herstellung eines Stators nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einwirkung der Schubelemente (71) auf die Zähne von radial außen zumindest zeitabschnittsweise zeitgleich mit der Realisierung der Verbindung zwischen der radialen Seite der Zahnanordnung (12) mit dem Statorring (20) erfolgt.
Verfahren zur Herstellung eines Stators nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne (10) an einer radialen Seite jeweils wenigstens ein erstes Formelement (11) aufweisen, und der Statorring (20) einem jeweiligen Zahn (10) zugeordnet zweite Formelemente (21) aufweist, welche hinsichtlich Form und Größe zumindest abschnittsweise komplementär zu den jeweiligen ersten Formelementen (11) ausgebildet sind, und eine axiale Relativbewegung zwischen Statorring (20) und Zahnanordnung (12) ausgeführt wird, so dass die zweiten Formelemente (21) mit den jeweiligen ersten Formelementen (11) in Eingriff gelangen und derart zwischen den Zähnen (10) und dem Statorring (20) feste mechanische Verbindungen erzeugt werden.
Verfahren zur Herstellung eines Stators nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Statorring (20) aus einem helixförmig gewickelten Blechstreifen gefertigt ist, oder dass der Statorring (20) aus einem gestapelten Blechpaket gefertigt ist.
Verfahren zur Herstellung eines Stators nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Statorring (20) an der radialen Außenseite der Zahnanordnung (12) angeordnet wird.
Verfahren zur Herstellung eines Stators nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne (10) in der gespannten Zahnanordnung (12) mit wenigstens einer Wicklung bewickelt werden.
Verfahren zur Herstellung eines Stators nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schubelemente an ihren den Zähnen zugewandten Seiten Formelemente aufweisen, die im Wesentlichen komplementär zu den Querschnitten der jeweiligen Zähne (10) ausgebildet sind, und derart bei Aufbringung einer Druckkraft auf den jeweiligen Zahn (10) der Zahnanordnung (12) von radial außen einen Formschluss mit dem betreffenden Zahn (10) ausbilden.
Einrichtung zur Herstellung eines Stators einer elektrischen Rotationsmaschine, umfassend eine Halteeinheit (30) zur Positionierung einzelner Zähne (10) in einer sich entlang einer Umfangsrichtung erstreckenden Zahnanordnung (12), eine Fixierungseinheit (40) zur Fixierung der Zähne (10) in der Zahnanordnung (12), wobei die Fixierungseinheit ein Greiferwerkzeug (50) umfasst, welches dazu eingerichtet ist, in einem inneren radialen Öffnungsbereich der Zahnanordnung (12) angeordnet zu werden und die Zähne (10) der Zahnanordnung (12) axial zu spannen, und umfassend eine Verbindungseinheit (70) zur Verbindung eines Statorrings (20) mit den Zähnen (10) an einer radialen Seite der Zahnanordnung (12), wobei die Verbindungseinheit (70) mehrere Schubelemente (71) aufweist, die dazu eingerichtet sind, jeweils auf mindestens einen Zahn (10) der Zahnanordnung (12) von radial außen eine Druckkraft aufzubringen, um derart eine exakte Positionierung der Zähne (10) in der Zahnanordnung (12) im Greiferwerkzeug (50) zu gewährleisten.
Einrichtung zur Herstellung eines Stators einer elektrischen Rotationsmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schubelemente (71) an ihren den Zähnen (10) zugewandten Seiten Formelemente aufweisen, die im Wesentlichen komplementär zu den Querschnitten der jeweiligen Zähne (10) ausgebildet sind, um einen Formschluss mit den Zähnen (10) auszubilden.
Elektrische Rotationsmaschine, umfassend zumindest einen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 hergestellten Stator.