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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Linearmagazin zur Herstellung einer Wellenwicklung für eine elektrische Maschine, umfassend eine rechteckförmige Grundplatte und aus dieser herausragende Wicklungsführungselemente, welche die zwischen den Wicklungsführungselementen einsetz- und entnehmbare Wellenwicklung gegenüber der Grundplatte festlegen. Die Erfindung betrifft ferner ein Kit-of-Parts zur Herstellung eines Linearmagazins.
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Bei Kraftfahrzeugen werden für den Antrieb verstärkt Elektromotoren eingesetzt, um Alternativen zu Verbrennungsmotoren zu schaffen, die fossile Brennstoffe benötigen. Um die Alltagstauglichkeit der Elektroantriebe zu verbessern und zudem den Benutzern den gewohnten Fahrkomfort bieten zu können, sind bereits erhebliche Anstrengungen unternommen worden.
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Eine ausführliche Darstellung zu einem Elektroantrieb ergibt sich aus einem Artikel der Zeitschrift ATZ 63. Jahrgang, 05/20 6, Seiten 360-365 von Erik Schneider, Frank Fickl, Bernd Cebulski und Jens Liebold mit dem Titel: Hochintegrativ und Flexibel Elektrische Antriebseinheit für E-Fahrzeuge. In diesem Artikel wird eine Antriebseinheit für eine Achse eines Fahrzeugs beschrieben, welche einen E-Motor umfasst, der konzentrisch zu einem Kegelraddifferenzial angeordnet ist. Derartige Antriebseinheiten werden auch als E-Achsen bezeichnet.
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Für die Entwicklung von elektrischen Maschinen, insbesondere von elektrischen Maschinen für die oben erwähnten vollelektrisch betreibbaren Kraftfahrzeuge oder auch für Radnabenantriebe, sind grundsätzlich verschiedene Wicklungstechnologien für einen Stator einer elektrischen Maschine bekannt.
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Bei elektrischen Maschinen, die einen hohlzylindrischen Stator aufweisen, also als Innenläufermaschine ausgebildet sind, und die für eine Anwendung als Traktionsantrieb eines Kraftfahrzeugs konfiguriert sind, weisen oftmals eine Statorwicklung mit einem rechteckigen Querschnitt auf, um den eine hohe Leistungsdichte zu erreichen. Bei elektrischen Maschinen, welche für den Antrieb von Kraftfahrzeugen vorgesehen sind, werden die Statorwicklungen daher typischerweise als Wellenwicklungen ausgebildet.
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Der Aufbau eines Stators mit einer Wellenwicklung ist eine Statorbauform, bei der zur Bildung der phasenspezifischen Wicklungen Wicklungsmatten zum Einsatz kommen. Zur Bildung der verteilten Wicklungen werden die einzelnen Wicklungsdrähte oder Teilmatten bspw. durch einen Wickel- oder Schichtprozess ineinandergeflochten und in die Statornuten eingefügt
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Beim Wellenwickeln von Flachdraht wird eine Wickelmatte, welche in einem Wellenwickler hergestellt wird, in ein sogenanntes Linearmagazin übergeben. Beim dieser Übergabe, und auch bei den folgenden Arbeitsschritten, wie Formen und Rollieren, in denen die Wickelmatte im Linearmagazin bewegt wird, kann es zu unerwünschten Beschädigungen an der Isolation der elektrischen Leiter der Wellenwicklung kommen. Grund ist hier meistens eine zu große Reibung zwischen den elektrischen Leitern und den Wicklungsführungselementen oder eine mechanische Beschädigung der Isolierung an nicht sauber verrundete und polierte Kanten der Wicklungsführungselemente. Ein derartiges Linearmagazin besteht in der Regel aus einer Grundplatte, auf welcher Nuten für die einzelnen Drähte ausgewählt sind. In diese Nuten werden später die Wickelmatte abgelegt. Die Nutbreite hat dabei eine sehr enge Toleranz von beispielsweise +-0.02mm unabhängig von der Drahtbreite. Die Nuttiefe ist dabei abhängig von der Drahtstärke und kann beispielsweise bis zu 30mm betragen.
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Diese Nuten in derartigen Linearmagazinen sind vergleichsweise schwierig herzustellen, vor allem bei kleinen Drahtbreiten sind zu Nuten so klein, das ein Fräsen in der Regel sehr schwierig ist. Zudem müssen alle Kanten verrundet sein und alle Flächen welche Kontakt mit den Drähten haben zusätzlich poliert sein, um eine Beschädigung der Isolierung der Drähte zu verhindern. Vereinzelnde Kanten können hierbei in der Regel maschinell nicht verrundet werden und müssen daher üblicherweise aufwendig und kostenintensiv von Hand nachpoliert werden. Jede nicht verrundete Kante, oder jede Fläche die nicht poliert ist kann die Isolation des Drahtes beschädigen, und die Wickelmatte so unbrauchbar machen.
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Durch die Nuten erfährt der in den Nuten aufgenommene Draht eine Flächenberührung, wodurch die Reibung zwischen den Nuten und den Drähten der Wellenwicklung üblicherweise recht hoch ist. Da die Drähte der Wickelmatte in der Praxis nicht alle gerade sind, was trotz eines Drahtrichtens nicht ermöglicht werden kann, wird die Nutbreite vom Draht komplett ausgefüllt. Er liegt also über die Breite des Linearmagazins gesehen, sowohl rechts als auch links, also beidseits, an der Nut an. Hierdurch entsteht eine höhere Reibung beim Bewegen des Drahtes, was beispielsweise bei der Übergabe der Wickelmatten in das Linearmagazin auftritt, und später beim Rollieren, wo die Wickelmatte wieder aus dem Linearmagazin in einen Rollierdorn übergeben wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Linearmagazin zur Herstellung einer Wellenwicklung für eine elektrische Maschine bereitzustellen, dass die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme vermeidet oder zumindest reduziert. Es ist ferner die Aufgabe der Erfindung ein optimiertes Kit-of-Parts zur Herstellung eines Linearmagazins zu realisieren.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Linearmagazin zur Herstellung einer Wellenwicklung für eine elektrische Maschine, umfassend eine rechteckförmige Grundplatte und aus dieser herausragende Wicklungsführungselemente, welche die zwischen den Wicklungsführungselementen einsetz- und entnehmbare Wellenwicklung gegenüber der Grundplatte festlegen, wobei die Wicklungsführungselemente als sich aus der Grundplatte herauserstreckende Stifte ausgebildet sind.
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Hierdurch wird unter anderem der Vorteil erzielt, dass die Reibung durch eine verminderte Berührungsfläche zwischen den Drähten der Wellenwicklung und den Wicklungsführungselementen reduziert werden kann, da die Stifte keine durchgängigen Nuten zur Aufnahme der Wellenwicklung ausbilden.
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In diesem Zusammenhang ist es bevorzugt, dass die elektrischen Leiter der Wellenwicklung einen im Wesentlichen rechteckförmigen Querschnitt aufweisen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass eine Mehrzahl der Stifte, bevorzugt alle Stifte zylinderförmig ausgebildet sind. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass mögliche Beschädigungen der Drähte durch die Linienberührung der Wickelmatte im Linearmagazin nahezu ausgeschlossen werden können.
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Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass eine Mehrzahl der Stifte, bevorzugt alle Stifte als separate Bauteile ausgeführt sind, die formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig mit der Grundplatte verbindbar sind. Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass eine Mehrzahl der Stifte, bevorzugt alle Stifte von der Grundplatte lösbar ausgeführt sind.
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Die vorteilhafte Wirkung dieser Ausgestaltung ist darin begründet, dass beispielsweise beschädigte Stifte schnell einzeln getauscht werden können, und somit teure Ersatzteile entfallen. Ferner kann beispielsweise durch einen Austausch von Stiften mit unterschiedlichen Durchmessern die Nutbreite angepasst werden. Die Gesamtkosten für die Herstellung eines Linearmagazins können hierdurch gering gehalten werden. Die einzelnen Stifte können beispielsweise hierdurch auch im Voraus poliert werden und auch die Grundplatte kann dadurch an allen Stellen verrundet und poliert werden, ohne händische Nacharbeit.
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Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass eine Mehrzahl der Stifte, bevorzugt alle Stifte im Wesentlichen gleichteilig ausgeformt sind, was durch einen hohen Gleichteilegrad ebenfalls zu besonders geringen Herstellkosten beitragen kann.
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Die Stifte sind bevorzugt aus einem metallischen Material geformt, insbesondere Stahl. Es ist auch möglich, dass die Stifte ganz oder teilweise aus einem Kunststoff oder einer Keramik geformt sind.
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Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass eine Mehrzahl der Stifte, bevorzugt alle Stifte eine polierte Mantelfläche aufweisen.
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Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass die Reibung zwischen den Drähten und den Stiften hierdurch weiter gesenkt werden kann.
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In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass eine Mehrzahl der Stifte, bevorzugt alle Stifte gehärtet sind. Hierdurch kann erreicht werden, dass die Haltbarkeit der Stifte deutlich erhöht werden kann.
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Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass die Grundplatte auf ihrer den Stiften zugewandten Seite zumindest abschnittsweise, bevorzugt vollständig, poliert ist, was ebenfalls zu einer reduzierten Reibung zwischen den Drähten der Wellenwicklung und der Grundplatte beitragen kann.
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Die Aufgabe der Erfindung wird ferner gelöst durch ein Kit-of-parts zur Herstellung eines Linearmagazins umfassend eine rechteckförmige Grundplatte und eine Mehrzahl von als Stifte ausgebildete Wicklungsführungselemente, die mit der Grundplatte koppelbar sind.
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Hierdurch können die zur Herstellung des Linearmagazins notwendigen Bauteile auf besonders konveniente Weise zur Verfügung gestellt werden. Das Kit-of-parts kann beispielsweise eine Verpackungseinheit sein. Ferner ist es möglich, das Kit-of-parts als eine Zusammenstellung von separaten Vorratsbehältnissen zur Bevorratung der einzelnen Bauteile bzw. der jeweiligen Bauteilgruppen des Kit-of-parts auszubilden.
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Schließlich kann die Erfindung auch in vorteilhafter Weise dahingehend ausgeführt sein, dass das Kit-of-parts eine erste Gruppe von zylinderförmigen Stiften mit einem ersten Durchmesser und eine zweite Gruppe von zylinderförmigen Stiften mit einem zweiten Durchmesser aufweist, wobei der erste Durchmesser von dem zweiten Durchmesser verschieden ist. Der Vorteil, der sich hierdurch ergibt ist insbesondere, dass sich auf einfache Weise unterschiedliche Nutbreiten auf der Grundplatte einstellen lassen.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.
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Es zeigt:
- 1 ein Linearmagazin in einer perspektivischen Ansicht,
- 2 ein Linearmagazin mit eingesetzter Wellenwicklung in einer perspektivischen Ansicht,
- 3 ein Linearmagazin mit eingesetzter Wellenwicklung in einer Aufsicht.
- 4 ein Kit-of-Parts in einer schematischen Darstellung,
- 5 eine elektrische Maschine mit einer Wellenwicklung in einer schematischen Axialschnittdarstellung.
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Die 1 zeigt ein Linearmagazin 1 zur Herstellung einer Wellenwicklung 2 für eine elektrische Maschine 3, wie sie exemplarisch auch in der 5 skizziert ist.
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Das Linearmagazin 1, das in den 1-3 zu sehen ist, umfasst eine rechteckförmige Grundplatte 4 und aus dieser herausragende Wicklungsführungselemente 5, welche die zwischen den Wicklungsführungselementen 5 einsetz- und entnehmbare Wellenwicklung 2 gegenüber der Grundplatte 4 festlegen. Die Wicklungsführungselemente 5 sind als sich aus der Grundplatte 4 herauserstreckende Stifte 6 ausgebildet und definieren eine Vielzahl von sich parallel erstreckenden gradlinigen Nuten 12 in denen die einzelnen elektrischen Leiter der Wickelmatte 14 der Wellenwicklung 2 geführt sind. Dies ist gut anhand der 2-3 zu erkennen, die das Linearmagazin 1 mit einer eingesetzten Wellenwicklung 2 zeigen.
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Man erkennt insbesondere anhand der 3 gut, dass die Wickelköpfe 13 der Wellenwicklung 2 sich außerhalb der Grundplatte 4 erstrecken.
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Alle Stifte 6 sind in der gezeigten Ausführungsform zylinderförmig und als separate Bauteile ausgeführt, die formschlüssig und/oder kraftschlüssig mit der Grundplatte 4 verbindbar sind. Denkbar sind hier insbesondere Presspassungen oder auch Schraubverbindungen. Alle Stifte 6 sind somit von der Grundplatte 4 lösbar ausgeführt. Alle Stifte 6 sind hierbei im Wesentlichen gleichteilig ausgeformt.
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Alle Stifte 6 besitzen hierbei eine polierte Mantelfläche 7 und sind gehärtet. Auch die Grundplatte 4 ist auf ihrer den Stiften 6 zugewandten Seite 8 zumindest abschnittsweise, bevorzugt vollständig, poliert.
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Man erkennt anhand der 3 insbesondere gut, wie die Anordnung der Stifte 6 auf der Grundplatte 4 die Vielzahl von parallel verlaufenden Nuten 12 definiert, in welche die Leiter der Wellenwicklung 2 eingeführt sind. Dabei sind an den längsseitigen Enden der Grundplatte 4, an denen die Wickelköpfe 13 der Wellenwicklung 2 verlaufen, die Stifte 6 enger beabstandet sind als der Mitte der Grundplatte 4. In der Ausführungsform der 3 definieren jeweils zwei parallel angeordnete Stiftreihen von je sechs Stiften 6 eine Nut 12.
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In der 4 ist ein Kit-of-parts 9 zur Herstellung eines Linearmagazins 1 gezeigt. Es umfasst eine rechteckförmige Grundplatte 4 und eine Mehrzahl von als Stifte 6 ausgebildete Wicklungsführungselemente 5, die mit der Grundplatte 4 koppelbar sind. Hierbei verfügt das Kit-of-parts 9 über eine erste Gruppe von zylinderförmigen Stiften 10 mit einem ersten Durchmesser und eine zweite Gruppe von zylinderförmigen Stiften 11 mit einem zweiten Durchmesser aufweist, wobei der erste Durchmesser von dem zweiten Durchmesser verschieden ist. Hierdurch können mit einer Grundplatte 4 unterschiedliche Nutbreiten bereitgestellt werden.
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Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Linearmagazin
- 2
- Wellenwicklung
- 3
- elektrische Maschine
- 4
- Grundplatte
- 5
- Wicklungsführungselemente
- 6
- Stifte
- 7
- Mantelfläche
- 8
- Seite
- 9
- Kit-of-parts
- 10
- erste Gruppe von Stiften
- 11
- zweite Gruppe von Stiften
- 12
- Nut
- 13
- Wickelkopf
- 14
- Wickelmatte
