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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Twistwerkzeug und ein Verfahren zum Herstellen einer mehrlagigen Wicklung.
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Elektrische Maschinen können Komponenten mit Wicklungen aus beispielsweise Kupferdrähten zum Leiten von elektrischer Energie zum Erzeugen von Magnetfeldern umfassen. Die Sehnung von solchen Wicklungen kann aufgrund zusätzlicher Verschaltungselemente oder Lost und Additional Motion auf einer kompletten Wickellage der Komponente realisiert sein. Die Herstellung solcher Wicklungen kann durch sogenannte Twistwerkzeuge durchgeführt werden, mittels derer einzelne Stränge der Wicklung gemäß einem vorgegebenen Schema miteinander verschaltet werden können.
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Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung ein verbessertes Twistwerkzeug und ein Verfahren zum Herstellen einer mehrlagigen Wicklung gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Durch das hier vorgestellte Twistwerkzeug kann vorteilhafterweise die Herstellung einer Wicklung durch nur einmaliges Einführen aller Teilstränge vereinfacht und beschleunigt werden.
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Ein Twistwerkzeug zum Herstellen einer mehrlagigen Wicklung für eine Komponente einer elektrischen Maschine umfasst folgende Merkmale:
Eine erste Twistringgruppe mit einer Mehrzahl von radial benachbarten, um eine zentrale Achse drehbaren ersten Twistringen mit einer Mehrzahl von Nuten zum Aufnehmen von Teilsträngen der Wicklung. Dabei formen die ersten Twistringe je einen sich entlang eines Kreisbogens mit einem Mittelpunktswinkel erstreckenden ersten Mitnehmer zum Ausformen eines ersten Vorderanschlags und eines ersten Hinteranschlags aus. Zudem sind die ersten Twistringe mittels einer ersten Antriebseinrichtung drehbar, wenn die erste Antriebseinrichtung an dem ersten Vorderanschlag oder dem ersten Hinteranschlag anliegt.
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Eine zweite Twistringgruppe mit einer Mehrzahl von radial benachbarten, um die zentrale Achse drehbaren zweiten Twistringen mit einer Mehrzahl von Nuten zum Aufnehmen von Teilsträngen der Wicklung. Dabei sind die zweiten Twistringe radial alternierend zu den ersten Twistringen angeordnet und formen je einen sich entlang eines Kreisbogens mit einem Mittelpunktswinkel erstreckenden zweiten Mitnehmer zum Ausformen eines zweiten Vorderanschlags und eines zweiten Hinteranschlags aus. Zudem sind die zweiten Twistringe mittels einer zweiten Antriebseinrichtung unabhängig von den ersten Twistringen drehbar, wenn die zweite Antriebseinrichtung an dem zweiten Vorderanschlag oder dem zweiten Hinteranschlag anliegt.
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Das Twistwerkzeug ist dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Mitnehmer eines ausgewählten ersten Twistrings der ersten Twistringgruppe entlang des Kreisbogens mit einem ersten Mittelpunktswinkel erstreckt und sich zumindest ein Mitnehmer eines weiteren ersten Twistrings der ersten Twistringgruppe entlang des Kreisbogens mit einem sich von dem ersten Mittelpunktswinkel unterscheidenden weiteren ersten Mittelpunktswinkel erstreckt.
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Die durch das Twistwerkzeug herstellbare Wicklung kann beispielsweise in einer elektrischen Maschine eingesetzt werden. Bei der elektrischen Maschine kann es sich zum Beispiel um einen elektrischen Antrieb oder eine andere elektrische Maschine zum Beispiel für ein Fahrzeug handeln. Die elektrische Maschine kann verschiedene Komponenten umfassen, wie beispielsweise einen Rotor und einen Stator. Dabei kann die Komponente, beispielsweise ein ringförmiger Stator, als Blechpaket aus mehreren Einzelblechen ausgebildet sein, durch die sich die Nuten zum Aufnehmen Teilstränge der Wicklung erstrecken können. Bei der Wicklung kann es sich beispielsweise um eine Flachdrahtwicklung handeln, deren einzelne Teilstränge zum Beispiel als sogenannte Hairpins ausgebildet sein können, das heißt als elektrisch leitfähige Drähte mit einer haarnadelähnlichen Geometrie. Solche Teilstränge können zum Herstellen der Wicklung in die Nuten des Twistwerkzeugs eingeführt werden, wobei die Anzahl der drehbaren Ringe des Twistwerkzeugs einer gewünschten Anzahl an Wickellagen der Wicklung entsprechen kann. Beispielsweise kann das Twistwerkzeug sechs Twistringe zum Herstellen von sechs Lagen der Wicklung umfassen, wobei die Twistringe ausgehend von der zentralen Achse des Twistwerkzeugs mit zunehmenden Radien drehbar um die Achse gelagert sein können. Dabei kann zum Beispiel ein äußerster Twistring zum Ausbilden einer ersten Wickellage der ersten Twistringgruppe zugeordnet sein, ein radial etwas weiter innen liegender zweiter Twistringe kann hingegen der zweiten Twistringgruppe zugeordnet sein, ein wieder radial etwas weiter innen liegender dritter Twistring kann wieder der ersten Twistringgruppe zugeordnet sein, ein vierter Twistring wieder der zweiten Twistringgruppe, ein fünfter Twistring der ersten Twistringgruppe und ein sechster Twistring, bei dem es sich zum Beispiel um den innersten Twistring handeln kann, kann wieder der ersten Twistringgruppe zugeordnet sein. Mittels der jeweiligen Antriebseinrichtungen können die einzelnen Twistringe der ersten und der zweiten Twistringgruppe gleichzeitig gedreht werden. Beispielsweise kann mittels der ersten Antriebseinrichtung die erste Twistringgruppe zum Beispiel im Uhrzeigersinn gedreht werden, beispielsweise indem ein Teilelement der Antriebseinrichtung bewegt wird, bis es zum Beispiel am jeweiligen ersten Vorderanschlag der ersten Twistringe anliegt und diese in die Bewegungsrichtung mitnimmt. Dadurch können die in den jeweiligen Twistringen angeordneten Teilstränge der Wicklung in diese Richtung gebogen, das heißt getwistet werden. Gleichzeitig oder mit zeitlichem Versatz können mittels der zweiten Antriebseinrichtung die Twistringe der zweiten Twistringgruppe in ähnlicher Weise zum Beispiel gegen den Uhrzeigersinn gedreht werden, um die darin angeordneten Teilstränge der Wicklung in diese Richtung zu biegen beziehungsweise zu twisten. Durch diese Vorgehensweise können einzelne Teilstränge der Wicklung radial in verschiedene Richtungen gebogen und damit zum Beispiel auf andere, in anderen Twistringen angeordnete, Teilstränge zugeführt werden, sodass in einem nächsten Schritt die einzelnen Teilstränge gemäß einem vorbestimmten Schema miteinander verschaltet werden können, um eine Gesamtentwicklung herzustellen. Dabei kann die radiale Distanz, über die sich die gebogenen Teilstränge erstrecken sollen, das heißt die jeweiligen Wickelschritte, entsprechend dem gewünschten Wicklungsschema der Zielwicklung voreingestellt werden. Um einen solchen Wickelschritt in einer ausgewählten Wickellage zum Beispiel zu verringern oder zu vergrößern, erstreckt sich bei dem hier vorgestellten Twistwerkzeug ein Mitnehmer eines ausgewählten ersten Twistring der ersten Twistringgruppe entlang des Kreisbogens mit einem anderen Mittelpunktswinkel als zumindest ein Mitnehmer eines weiteren ersten. Beispielsweise kann es sich bei dem ausgewählten ersten Twistring um den äußersten Ring der Twistringe handeln. Dessen Mitnehmer kann zum Beispiel mittels einer Ausnehmung oder einer anderen Ausformung des Twistrings relativ zu den übrigen Mitnehmern der anderen ersten Twistringe der ersten Twistringgruppe radial versetzt angeordnet sein, das heißt sich entlang des Kreisbogens mit einem größeren oder kleineren Mittelpunktswinkel erstrecken. Werden nun alle ersten Twistringe der ersten Twistringgruppe mittels des ersten Antriebs in eine Drehbewegung versetzt, so wird der Mitnehmer des ausgewählten ersten Twistrings entsprechend früher oder später als die anderen ersten Twistringe bewegt. Entsprechend können in dem ausgewählten ersten Twistring angeordnete Teilstränge der Wicklung mehr oder weniger gebogen werden als die in den anderen ersten Twistringen angeordneten Teilstränge. Das heißt der Wickelschritt in der durch den ausgewählten ersten Twistring auszuformenden Wickellage kann gegenüber den durch die anderen Twistringe der ersten Twistringgruppe auszuformenden Wickellagen verändert ausfallen. Beispielsweise können die Teilstränge in dem ausgewählten ersten Twistring um einen vorbestimmten Winkel „x“ weniger getwistet werden. Dies kann für verschiedene Wicklungsschemata vorteilhaft sein, beispielsweise wenn bei einem Verschalten der Teilstränge aus dem ausgewählten ersten Twistring mit anderen Teilsträngen der Wicklung auf zum Beispiel zusätzliche Verschaltungsbrücken verzichtet werden kann. Bei der Herstellung der Wicklung unter Verwendung des hier vorgestellten Twistwerkzeugs können vorteilhafterweise alle für die Wicklung benötigten Pins nur noch einmal in das Twistwerkzeug eingeführt werden, um dann alles in einem Schuss zu twisten mit einem relativ einfachen Werkzeugkonzept.
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Gemäß einer Ausführungsform kann sich ein Mitnehmer eines ausgewählten zweiten Twistrings der zweiten Twistringgruppe entlang des Kreisbogens mit einem zweiten Mittelpunktswinkel erstrecken. Zudem kann sich zumindest ein Mitnehmer eines weiteren zweiten Twistrings der zweiten Twistringgruppe entlang des Kreisbogens mit einem sich von dem zweiten Mittelpunktswinkel unterscheidenden weiteren zweiten Mittelpunktswinkel erstrecken. Beispielsweise kann es sich bei dem ausgewählten zweiten Twistring um einen zu dem ausgewählten ersten Twistring benachbart angeordneten Twistring handeln. Dessen Mitnehmer kann zum Beispiel mittels einer Ausnehmung oder einer anderen Ausformung des Twistrings relativ zu den übrigen Mitnehmern der anderen zweiten Twistringe der zweiten Twistringgruppe radial versetzt angeordnet sein, das heißt sich entlang des Kreisbogens mit einem größeren oder kleineren Mittelpunktswinkel erstrecken. Werden nun alle zweiten Twistringe der zweiten Twistringgruppe mittels des zweiten Antriebs in eine Drehbewegung versetzt, so wird der Mitnehmer des ausgewählten zweiten Twistrings entsprechend früher oder später als die anderen zweiten Twistringe bewegt. Entsprechend können in dem ausgewählten zweiten Twistring angeordnete Teilstränge der Wicklung mehr oder weniger gebogen werden als die in den anderen zweiten Twistringen angeordneten Teilstränge. Beispielsweise kann der gewählte Wickelschritt derart ausgelegt werden, dass die mittels des ausgewählten zweiten Twistrings getwisteten Teilstränge den die mittels des ausgewählten ersten Twistrings getwisteten Teilstränge entgegenkommen, um diese besonders vorteilhaft miteinander verschalten zu können.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform können die Mitnehmer jeweils durch eine Vertiefung entlang des jeweiligen Kreisbogens ausgeformt sein. Beispielsweise können die Vertiefungen der jeweiligen Twistringe derart angeordnet sein, dass die Vertiefungen innerhalb einer Twistringgruppe axial benachbart zueinander sind, wodurch sich ein gemeinsamer Anschlag ausbilden kann. Dabei kann zum Beispiel die Vertiefung des ausgewählten ersten Twistrings entlang des Kreisbogens länger ausgeformt sein, als die anderen Vertiefungen. Vorteilhafterweise können dadurch auf besonders einfache und materialsparende Weise benötigte Anschläge zum Bewegen der Twistringe ausgeformt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform können die ersten Twistringe mittels der ersten Antriebseinrichtung in eine erste Twistrichtung drehbar sein, wenn die erste Antriebseinrichtung an dem ersten Vorderanschlag anliegt. Dabei können die zweiten Twistringe mittels der zweiten Antriebseinrichtung in eine der ersten Twistrichtung gegenläufigen zweiten Twistrichtung drehbar sein, wenn die zweite Antriebseinrichtung an dem zweiten Hinteranschlag anliegt. Beispielsweise können die ersten Twistringe im Uhrzeigersinn und die zweiten Twistringe gegen den Uhrzeigersinn gedreht werden. Das bietet den Vorteil, dass Teilstränge der Wicklung, die in den radial alternierend zueinander angeordneten Twistringen angeordnet sein können, auf besonders vorteilhafterweise einander zugeneigt und mit einander verschaltet werden können.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Twistwerkzeug die erste Antriebseinrichtung und die zweite Antriebseinrichtung umfassen. Das bietet den Vorteil, dass die Twistringe mit optimal angetrieben, das heißt gedreht, werden können, um die gewünschte Wicklung herzustellen.
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Zudem können die Antriebeinrichtungen jeweils zumindest einen stiftförmigen Mitnehmer umfassen, wobei die Mitnehmer sich radial über die Twistringe erstrecken können. Beispielsweise kann sich der Mitnehmer der ersten Antriebseinrichtung zumindest über die ersten Twistringe der ersten Twistringgruppe erstrecken, um diese auf besonders vorteilhafte Weise anzutreiben, und der Mitnehmer der zweiten Antriebseinrichtung kann sich zumindest über die zweiten Twistringe er zweiten Twistringgruppe erstrecken, um diese auf besonders vorteilhafte Weise anzutreiben.
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Zudem wird ein Verfahren zum Herstellen einer mehrlagigen Wicklung unter Verwendung einer Variante des zuvor vorgestellten Twistwerkzeugs vorgestellt. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Einführens einer Mehrzahl von Teilsträngen der Wicklung in die Nuten der ersten Twistringe und der zweiten Twistringe, und einen Schritt des Drehens der ersten Twistringe in eine erste Twistrichtung und der zweiten Twistringe in eine zu der ersten Twistrichtung gegenläufige zweite Twistrichtung, um die Teilstränge in jeweils einem Twistwinkel zu twisten. Dabei werden in dem ausgewählten ersten Twistring angeordnete erste Teilstränge in einem ersten Twistwinkel getwistet und in dem zumindest einen weiteren ersten Twistring angeordnete weitere erste Teilstränge werden in einem sich von dem ersten Twistwinkel unterscheidenden weiteren ersten Twistwinkel getwistet.
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Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
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Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
- 1a eine schematische Draufsichtsdarstellung eines Twistwerkzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 1b eine schematische Draufsichtsdarstellung eines Twistwerkzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 1c eine schematische Draufsichtsdarstellung eines Twistwerkzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 1d eine schematische Draufsichtsdarstellung eines Twistwerkzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 2 eine schematische Draufsichtsdarstellung eines Ausschnitts eines Twistwerkzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 3 eine schematische Draufsichtsdarstellung eines Twistwerkzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 4 eine schematische Draufsichtsdarstellung eines Ausschnitts einer Wicklung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 5a eine schräge Draufsichtsdarstellung einer Wicklung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 5b eine schräge Draufsichtsdarstellung einer Wicklung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 6a eine schematische Draufsichtsdarstellung einer Wicklung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 6b eine schematische Darstellung eines Ausschnitts einer Wicklung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 6c eine schematische Draufsichtsdarstellung einer Wicklung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 7a eine schräge Draufsichtsdarstellung einer Wicklung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 7b eine schematische Darstellung eines Ausschnitts einer Wicklung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 7c eine schematische Darstellung eines Ausschnitts einer Wicklung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 8a eine schräge Draufsichtsdarstellung einer Wicklung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 8b eine schematische Draufsichtsdarstellung einer Wicklung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 8c eine schräge Draufsichtsdarstellung eines Ausschnitts einer Wicklung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 8d eine Draufsichtsdarstellung eines Ausschnitts einer Wicklung gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
- 9 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer mehrlagigen Wicklung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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Die 1a, 1b, 1c und 1d zeigen jeweils eine schematische Draufsichtsdarstellung eines Twistwerkzeugs 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei ist das Twistwerkzeug 100 in den 1a und 1b beispielhaft mit einem Gehäuse 105 dargestellt und in den 1c und 1d ohne das Gehäuse 105, wodurch beispielhaft stiftförmige Mitnehmer 107a, 107b, 107c einer ersten Antriebseinrichtung 110 sowie beispielhaft stiftförmige Mitnehmer 112a, 112b, 112c einer zweiten Antriebseinrichtung 115 zum Antreiben des Twistwerkzeugs 100 sichtbar sind.
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Das Twistwerkzeug 100 ist ausgebildet, um eine mehrlagige Wicklung für eine Komponente einer elektrischen Maschine herzustellen, wie sie in den nachfolgenden 4 bis 9 näher beschrieben wird. Hierfür umfasst das Twistwerkzeug 100 eine erste Twistringgruppe 120 mit lediglich beispielhaft drei radial benachbarten, um eine zentrale Achse 122 drehbaren ersten Twistringen 125a, 125b, 125c mit einer Mehrzahl von Nuten zum Aufnehmen von Teilsträngen der Wicklung.
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Radial alternierend zu den ersten Twistringen 125a, 125b, 125c sind in diesem Ausführungsbeispiel vier zweite Twistringe 127a, 127b, 127c, 127d einer zweiten Twistringgruppe 130 angeordnet. Auch diese sind um die zentrale Achse 122 drehbar gelagert und mit einer Mehrzahl von Nuten zum Aufnehmen von Teilsträngen der Wicklung ausgeformt.
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Dabei formen die ersten Twistringe 125a, 125b, 125c jeweils einen sich entlang eines Kreisbogens erstreckenden ersten Mitnehmer 132a, 132b, 132c zum Ausformen eines ersten Vorderanschlags 135a und eines ersten Hinteranschlags 135b aus. In ähnlicher Weise formen die zweiten Twistringe 127a, 127b, 127c, 127d jeweils einen sich entlang eines Kreisbogens erstreckenden zweiten Mitnehmer 137a, 137b, 137c, 137d zum Ausformen eines zweiten Vorderanschlags 140a und eines zweiten Hinteranschlags 140b aus. Dabei bezeichnet der Begriff Vorderanschlag lediglich beispielhaft einen Anschlag, der erreichbar ist, wenn ein Mitnehmer einer Antriebseinrichtung im Uhrzeigersinn bewegt wird und der Begriff Hinteranschlag bezeichnet lediglich beispielhaft einen Anschlag, der erreichbar ist, wenn ein Mitnehmer einer Antriebseinrichtung gegen den Uhrzeigersinn bewegt wird.
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Die in diesem Ausführungsbeispiel stiftförmigen Mitnehmer 170a, 107b, 107c der ersten Antriebseinrichtung 110 erstrecken sich beispielhaft radial über die Twistringe 125a, 125b, 125c, 127a, 127b, 127c, 127d und sind ausgebildet, um die ersten Twistringe 125a, 125b, 125c in eine Drehbewegung zu versetzen, wenn einer der stiftförmigen Mitnehmer 170a, 107b, 107c der ersten Antriebseinrichtung 110 an dem ersten Vorderanschlag 135a oder dem ersten Hinteranschlag 135b anliegt.
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In gleicher Weise erstrecken sich auch die in diesem Ausführungsbeispiel stiftförmigen Mitnehmer 112a, 112b, 112c der zweiten Antriebseinrichtung 115 radial über die Twistringe 125a, 125b, 125c, 127a, 127b, 127c, 127d und sind ausgebildet, um die zweiten Twistringe 127a, 127b, 127c unabhängig von den ersten Twistringen 125a, 125b, 125c in eine Drehbewegung zu versetzen, wenn einer der stiftförmigen Mitnehmer 112a, 112b, 112c der zweiten Antriebseinrichtung 115 an dem zweiten Vorderanschlag 140a oder dem zweiten Hinteranschlag 140b anliegt.
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Da das hier abgebildete Twistwerkzeug 100 jeweils drei Mitnehmer pro Antriebseinrichtung 110, 115 umfasst, sind auch die Anschläge der Twistringe lediglich beispielhaft mehrfach, beispielhaft sechsmal, ausgebildet, um einen optimalen Antrieb des Twistwerkzeugs 100 zu ermöglichen. Dabei sind in der hier gezeigten Darstellung zur erleichterten Übersichtlichkeit nur jeweils ein Vorder- und ein Hinteranschlag jeder Twistringgruppe 120, 130 beschrieben, wobei die übrigen Anschläge in gleicher Weise und in axial gleichmäßigem Abstand voneinander ausgebildet sind.
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2 zeigt eine schematische Draufsichtsdarstellung eines Ausschnitts eines Twistwerkzeugs 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das hier dargestellte Twistwerkzeug 100 entspricht oder ähnelt dem in der vorangegangenen Figur beschriebenen Twistwerkzeug. In diesem Ausführungsbeispiel sind die ersten Twistringe 125a, 125b, 125c der ersten Twistringgruppe 120 mittels der ersten Antriebseinrichtung in eine erste Twistrichtung R1 drehbar, wenn die erste Antriebseinrichtung an dem ersten Vorderanschlag anliegt. Die zweiten Twistringe 127a, 127b, 127c, 127d der zweiten Twistringgruppe 130 sind hingegen mittels der zweiten Antriebseinrichtung in eine der ersten Twistrichtung R1 gegenläufigen zweiten Twistrichtung R2 drehbar, wenn die zweite Antriebseinrichtung an dem zweiten Hinteranschlag anliegt.
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3 zeigt eine schematische Draufsichtsdarstellung eines Twistwerkzeugs 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das hier dargestellte Twistwerkzeug 100 entspricht oder ähnelt dem in den vorangegangenen Figuren beschriebenen Twistwerkzeug.
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Das Twistwerkzeug 100 ist ausgebildet, um eine mehrlagige Wicklung für eine Komponente einer elektrischen Maschine herzustellen, wie sie in den nachfolgenden 4 bis 8 näher beschrieben wird. Hierfür umfasst das Twistwerkzeug 100 eine erste Twistringgruppe 120 mit beispielhaft drei radial benachbarten, um eine zentrale Achse 122 drehbaren ersten Twistringen 125a, 125b, 125c mit einer Mehrzahl von Nuten zum Aufnehmen von Teilsträngen der Wicklung.
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Die ersten Twistringe 125a, 125b, 125c formen jeweils einen sich entlang eines Kreisbogens 300 mit einem Mittelpunktswinkel α erstreckenden ersten Mitnehmer 132a, 132b, 132c zum Ausformen eines ersten Vorderanschlags 135a und eines ersten Hinteranschlags 135b aus. Die ersten Twistringe 125a, 125b, 125c sind mittels einer ersten Antriebseinrichtung, wie sie in der vorangegangenen 1 beschrieben wurde, drehbar, wenn die erste Antriebseinrichtung an dem ersten Vorderanschlag 135a oder dem ersten Hinteranschlag 135b anliegt.
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Weiterhin umfasst das Twistwerkzeug eine zweite Twistringgruppe 130 mit in diesem Ausführungsbeispiel insgesamt vier zweiten Twistringen 127a, 127b, 127c, 127d. Diese sind mit einer Mehrzahl von Nuten zum Aufnehmen von Teilsträngen der Wicklung ausgeformt und radial alternierend zu den ersten Twistringen 125a, 125b, 125c angeordnet.
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Die zweiten Twistringe 127a, 127b, 127c, 127d formen jeweils einen sich entlang eines Kreisbogens mit einem Mittelpunktswinkel β erstreckenden zweiten Mitnehmer 137a, 137b, 137c zum Ausformen eines zweiten Vorderanschlags 140a und eines zweiten Hinteranschlags 140b aus. Die zweiten Twistringe 127a, 127b, 127c sind mittels einer zweiten Antriebseinrichtung, wie sie in der vorangegangenen 1 beschrieben wurde, drehbar, wenn die zweite Antriebseinrichtung an dem zweiten Vorderanschlag 140a oder dem zweiten Hinteranschlag 140b anliegt.
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Das Twistwerkzeug 100 ist dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Mitnehmer 132a eines ausgewählten ersten Twistrings 125a der ersten Twistringgruppe 120 entlang des Kreisbogens 300 mit einem ersten Mittelpunktswinkel α1 erstreckt. Die Mitnehmer 132b, 132c der weiteren ersten Twistringe 125b, 125c der ersten Twistringgruppe 120 erstrecken sich hingegen entlang des Kreisbogens 300 mit einem sich von dem ersten Mittelpunktswinkel α1 unterscheidenden weiteren ersten Mittelpunktswinkel α2.
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In diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem ausgewählten ersten Twistring 125a lediglich beispielhaft um den radial äußerten Ring der ersten Twistringgruppe 120. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann es sich bei dem ausgewählten ersten Twistring auch um einen oder mehrere variable andere Twistringe der ersten Twistringgruppe handeln, wobei ein Mitnehmer von mindestens einem weiteren ersten Twistring sich mit dem weiteren ersten Mittelpunktswinkel entlang des Kreisbogens erstrecken kann.
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In diesem Ausführungsbeispiel erstreckt sich zudem ein Mitnehmer 137b eines ausgewählten zweiten Twistrings 127b der zweiten Twistringgruppe 130 entlang des Kreisbogens 300 mit einem zweiten Mittelpunktswinkel β1. Dabei erstrecken sich lediglich beispielhaft die Mitnehmer 137a, 137c, 137d der weiteren zweiten Twistringe 127a, 127c, 127d der zweiten Twistringgruppe 130 entlang des Kreisbogens 300 mit einem sich von dem zweiten Mittelpunktswinkel β1 unterscheidenden weiteren zweiten Mittelpunktswinkel β2.
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Die in diesem Ausführungsbeispiel stiftförmigen Mitnehmer 170a, 107b, 107c der ersten Antriebseinrichtung 110 erstrecken sich beispielhaft radial über die Twistringe 125a, 125b, 125c, 127a, 127b, 127c, 127d und sind ausgebildet, um die ersten Twistringe 125a, 125b, 125c in eine Drehbewegung zu versetzen, wenn einer der stiftförmigen Mitnehmer 170a, 107b, 107c der ersten Antriebseinrichtung 110 an dem ersten Vorderanschlag 135a oder dem ersten Hinteranschlag 135b anliegt.
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In gleicher Weise erstrecken sich auch die in diesem Ausführungsbeispiel stiftförmigen Mitnehmer 112a, 112b, 112c der zweiten Antriebseinrichtung 115 radial über die Twistringe 125a, 125b, 125c, 127a, 127b, 127c, 127d und sind ausgebildet, um die zweiten Twistringe 127a, 127b, 127c, 127d unabhängig von den ersten Twistringen 125a, 125b, 125c in eine Drehbewegung zu versetzen, wenn einer der stiftförmigen Mitnehmer 112a, 112b, 112c der zweiten Antriebseinrichtung 115 an dem zweiten Vorderanschlag 140a oder dem zweiten Hinteranschlag 140b anliegt.
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Lediglich beispielhaft sind die Mitnehmer 132a, 132b, 132c, 137a, 137b, 137c in diesem Ausführungsbeispiel jeweils durch eine Vertiefung entlang des jeweiligen Kreisbogens ausgeformt und können auch als Ausnehmungen bezeichnet werden. Beim Herstellen einer Wicklung mithilfe des Twistwerkzeugs 100 gemäß diesem Ausführungsbeispiel sorgen die entlang des jeweiligen Kreisbogens verlängerten Ausnehmungen der Mitnehmer 132a, 137b des ausgewählten ersten Twistrings 125a und des ausgewählten zweiten Twistrings 127b dafür, dass alle Nuten auf dieser Lage um einen vorbestimmten Winkel weniger getwistet werden als die der übrigen Lagen.
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Dabei sind in diesem Ausführungsbeispiel die ersten Twistringe 125a, 125b, 125c mittels der ersten Antriebseinrichtung lediglich beispielhaft in eine erste Twistrichtung drehbar, beispielhaft im Uhrzeigersinn, wenn die erste Antriebseinrichtung an dem ersten Vorderanschlag 135a anliegt. Die zweiten Twistringe 127a, 127b, 127c, 127d sind in diesem Ausführungsbeispiel mittels der zweiten Antriebseinrichtung in eine der ersten Twistrichtung gegenläufigen zweiten Twistrichtung drehbar, beispielhaft gegen den Uhrzeigersinn, wenn die zweite Antriebseinrichtung an dem zweiten Hinteranschlag 140b anliegt.
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4 zeigt eine schematische Draufsichtsdarstellung eines Ausschnitts einer Wicklung 400 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die hier dargestellte Wicklung 400 ist mittels eines Twistwerkzeugs, wie es in der vorangegangenen 3 beschrieben wurde, hergestellt.
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Die hier dargestellte Wicklung 400 ist an einer Komponente 405 angeordnet, bei der es sich lediglich beispielhaft um einen ringförmigen Stator einer elektrischen Maschine 410 handelt, wobei der Stator eine Mehrzahl von Nuten zum Aufnehmen von Teilsträngen der Wicklung 400 aufweist, die in einem Ausführungsbeispiel als sogenannte Hairpins ausgebildet sind. Bei solchen Hairpins handelt es sich beispielhaft um elektrisch leitfähige Drähte mit einer haarnadelähnlichen Geometrie, deren freie Enden an einer in dieser Figur dargestellten Twistseite der Wicklung 400 mittels des Twistwerkzeugs getwistet und gemäß einem vorbestimmten Schema miteinander verschaltet sind.
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Die hier dargestellte Wicklung umfasst lediglich beispielhaft sieben Wickellagen L1, L2, L3, L4, L5, L6, L7, wobei jede der Lagen unter Verwendung je eines Twistrings, wie er in den vorangegangenen Figuren beschrieben wurde, ausgeformt wurde, um lagenübergreifende Verschaltungen zu ermöglichen. Dabei sind in diesem Ausführungsbeispiel eine radial äußerste Außenlage L1 mit einem beispielhaften Wickelschritt von drei Nuten in die erste Twistrichtung R1 getwistet, die in diesem Ausführungsbeispiel einer Richtung im Uhrzeigersinn entspricht. Eine radial benachbart zu der Außenlage L1 angeordnete zweite Wickellage L2 ist ebenfalls mit einem beispielhaften Wickelschritt von drei Nuten, dabei allerdings in die der erste Twistrichtung R1 entgegenläufigen zweiten Twistrichtung R2 getwistet. Eine radial benachbart zu der zweiten Wickellage L2 angeordnete dritte Wickellage L3 ist wiederum mit einem beispielhaften Wickelschritt von drei Nuten in die erste Twistrichtung R1 getwistet, eine radial benachbart zu der dritten Wickellage L3 angeordnete vierte Wickellage L4 ist mit einem beispielhaften Wickelschritt von drei Nuten in die zweite Twistrichtung R2 getwistet, eine radial benachbart zu der vierten Wickellage L4 angeordnete fünfte Wickellage L5 ist wiederum mit einem beispielhaften Wickelschritt von drei Nuten in die erste Twistrichtung R1 getwistet und eine radial benachbart zu der fünften Wickellage L5 angeordnete sechste Wickellage L6 ist mit einem beispielhaften Wickelschritt von drei Nuten in die zweite Twistrichtung R2 getwistet. Benachbart zu der sechsten Wickellage L6 ist in diesem Ausführungsbeispiel eine radial innerste Innenlage L7 der Wicklung angeordnet. Diese ist gleich der Außenlage L1, der dritten Wickellage L3 und der fünften Wickellage L5 in die erste Twistrichtung R1 getwistet. Dabei weist die Innenlage L7 jedoch einen verringerten Wickelschritt von lediglich zwei Nuten auf. Ein solch verringerter Wickelschritt ist auf besonders vorteilhafte Weise durch das in der vorangegangenen 3 beschriebene Twistwerkzeug erzeugbar mit dem beschriebenen Mitnehmer des mindestens einen ausgewählten ersten Twistrings und zusätzlich oder alternativ des ausgewählten zweiten Twistrings, die in Relation zu den Mitnehmern der jeweils weiteren Twistringe der jeweiligen Twistringgruppe eine veränderte Ausformung, beispielsweise eine Ausnehmung, aufweisen.
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Damit ist in diesem Ausführungsbeispiel der Wicklung 400 ein Rücktwisten an der Innenlage L7 mit reduziertem Wickelschritt ermöglicht. Dadurch ist vorteilhafterweise nur eine Schaltbrücke pro Phase nötig, die zwei Pins der Innenlage L7 verbindet. Überlappungen zwischen den Phasen sind behoben, sodass keine axial aufbauenden Brücken nötig sind.
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Die 5a und 5b zeigen jeweils eine schräge Draufsichtsdarstellung einer Wicklung 400 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die hier dargestellte Wicklung 400 entspricht oder ähnelt der in der vorangegangenen 4 beschriebenen Wicklung und ist mittels eines Twistwerkzeugs, wie es in der vorangegangenen 3 beschrieben wurde, hergestellt. Dadurch ist in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel eine Anzahl von parallelen Strängen der Wicklung 400 erhöht.
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Durch die Herstellung mit dem beschriebenen Twistwerkzeug ist in der hier gezeigten 5a eine Anzahl der parallelen Stränge gleich 2 x Polpaarzahl. Dabei kann ein Start der Wicklung sowohl am Di als auch am Da erfolgen.
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In der 5b ist eine Anzahl der parallelen Stränge beispielhaft gleich der Polpaarzahl. Dadurch ist ein Rücklauf über Rücktwistung mit einem Wickelschrittt -1 ermöglicht (entweder Di oder Da, beides möglich).
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Die 6a, 6b und 6c zeigen jeweils eine schematische Darstellung einer Wicklung 400 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei ist die Wicklung 400 in den 6a und 6c in einer schrägen Draufsicht dargestellt und in der 6b ist ein beispielhafter Ausschnitt der Darstellung vergrößert dargestellt, um die Wickellagen detailliert aufzuzeigen.
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Die hier dargestellte Wicklung 400 entspricht oder ähnelt der in den vorangegangenen 4 und 5 beschriebenen Wicklung und ist mittels eines Twistwerkzeugs, wie es in der vorangegangenen 3 beschrieben wurde, hergestellt. Dadurch ist in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel eine Anzahl von parallelen Strängen der Wicklung 400 erhöht.
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In diesem Ausführungsbeispiel sind einzelne Wicklungsstränge am Umfang der Wicklung 400 gleichmäßig verteilt. Die Anzahl der Polpaarzahl und Musterung entspricht dabei einem wählbaren Faktor x. Dadurch übernehmen die mittleren beiden Lagen L4, L5 sowie die Rücktwistlage L1 die Führungsbewegung. Die Wickellage L4 ist beispielhaft nach links, gegen den Uhrzeigersinn, getwistet. Die Wickellagen L2 und L6 gehen mit reduzierten Wickelschritt mit, die Lagen L1 und L5 nach rechts. Die Wickellagen L3 und L7 gehen wieder beispielhaft mit reduziertem Wickelschritt mit.
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Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist die Wicklung 400 von einem Stator mit sich axial entlang des Stators angeordneten Nuten aufgenommen. Dabei ist lediglich beispielhaft ein erster Pin, das heißt ein Teilstrang, der Wicklung 400 in einer linken Nut N1, ein zweiter Pin in einer mittleren Nut N2 und ein dritter Pin in einer rechten Nut N3 angeordnet. Diese sind jeweils beispielhaft mit einem Wickelschritt von vier Nuten getwistet (5-1).
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Als Verbindung zur nächsten Lage ist ein vierter Pin (erster Pin auf dieser Lage) in einer rechten Nut angeordnet, ein fünfter Pin (zweiter Pin auf dieser Lage) in einer mittleren Nut und ein sechster Pin (dritter Pin auf dieser Lage) in einer linken Nut. Der vierte, fünfte und sechste Pin sind dabei jeweils mit einem Wickelschritt von beispielhaft fünf Nuten getwistet.
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Als Verbindung zur nächsten Lage ist in diesem Ausführungsbeispiel ein siebter Pin (erster Pin auf dieser Lage) in einer linken Nut angeordnet, ein achter Pin (zweiter Pin auf dieser Lage) in einer mittleren Nut und ein neunter Pin (dritter Pin auf dieser Lage) in einer rechten Nut. Der siebte, achte und neunte Pin sind dabei jeweils mit einem Wickelschritt von beispielhaft vier Nuten getwistet (5-1).
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Danach ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Wicklungsende oder Rücklauf über Rücktwistung ermöglicht.
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Die 7a, 7b und 7c zeigen jeweils eine schematische Darstellung einer Wicklung 400 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei ist die Wicklung 400 in der 7a in einer schrägen Draufsicht dargestellt und in den 7b und 7c ist ein beispielhafter Ausschnitt der Wicklung 400 vergrößert dargestellt, um ein beispielhaftes dreifaches Pin-over-Pin-Design der Wicklung 400 detailliert aufzuzeigen.
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Die hier dargestellte Wicklung 400 entspricht oder ähnelt der in den vorangegangenen 4 bis 6 beschriebenen Wicklung und ist mittels eines Twistwerkzeugs, wie es in der vorangegangenen 3 beschrieben wurde, hergestellt. Dabei weißt die Wicklung in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils zwei parallele Stränge bei einer Lochzahl 2 auf.
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In diesem Ausführungsbeispiel sind die Nuten der Komponente 405 durch die geschlossene Pinseite (Wendebereichseite) mit einem dreifachen Pin-over-Pin-Design getauscht. Dadurch sind jeweils drei Pins übereinander angeordnet. Durch dieses Wickelschema ist beispielhaft ein kleinerer Verschaltungsbereich realisiert. Lediglich beispielhaft sind in einem ersten Strang mit einem Hinlauf Nuten ganz links und ganz rechts bedienbar, mit einem Rücklauf sind die mittleren Nuten bedienbar. In einem zweiten Strang sind beispielhaft mittlere Nuten von einem Hinlauf zuerst bedienbar, mit einem Rücklauf die Nuten links und rechts. Durch ein Rücktwisten sind Hin- und Rücklauf verbindbar (Rücklauf hat reduzierten Wickelschritt „-1").
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Die 8a, 8b, 8c und 8d zeigen jeweils eine schematische Darstellung einer Wicklung 400 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei ist die Wicklung 400 in der 8a in einer schrägen Draufsicht dargestellt, in der 8b in einer Draufsicht, in der 8c in einer schrägen Draufsicht eines Ausschnitts der Wicklung 400 und in der 8d in einer Draufsicht eines Ausschnitts der Wicklung 400.
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In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Wicklung 400 vereinfacht mit lediglich vier Wickellagen L1, L2, L3, L4 am Beispiel einer Lochzahl = 2 dargestellt, wobei eine tatsächliche Lagenzahl einem Vielfach von vier entsprechen kann.
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Statt dass beide Pinbeine eines Hairpins der Wicklung 400 jeweils einen halben und einen gleichen Wickelschritt ausführen, macht in diesem Ausführungsbeispiel eine Lage, beispielhaft die zweite Wickellage L2, einen Schritt weniger aus. Die andere Lage, beispielhaft die erste Wickellage L1, macht einen Schritt mehr aus. Dadurch sind trotzdem wieder die gleichen Pins, also der ersten und zweiten Lagen, verbunden. Wird die nächste Doppellage, also beispielahaft die dritte und vierte Wickellage L3, L4, normal getwistet (genau gleich /halbe Schrittweite), kann der Wickelschritt zwischen der zweiten Wickellage L2 und der dritten Wickellage L3 reduziert/ erweitert werden. Dies entspricht beispielhaft einer Sehnung. Ein Rücklauf ist in diesem Ausführungsbeispiel über Rücktwisten oder mit Jumperpins möglich.
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9 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 1000 zum Herstellen einer mehrlagigen Wicklung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Mit dem hier beschriebenen Verfahren ist eine Wicklung herstellbar, wie sie in den vorangegangenen 4 bis 8 beschrieben wurde, unter Verwendung eines Twistwerkzeugs, wie es in der vorangegangenen 3 beschrieben wurde.
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Das Verfahren 900 umfasst einen Schritt 905 des Einführens einer Mehrzahl von Teilsträngen der Wicklung in die Nuten der ersten Twistringe und der zweiten Twistringe, und einen Schritt 910 des Drehens der ersten Twistringe in eine erste Twistrichtung und der zweiten Twistringe in eine zu der ersten Twistrichtung gegenläufige zweite Twistrichtung, um die Teilstränge in jeweils einem Twistwinkel zu twisten. Dabei werden in dem ausgewählten ersten Twistring angeordnete erste Teilstränge in einem ersten Twistwinkel getwistet und in dem zumindest einen weiteren ersten Twistring angeordnete weitere erste Teilstränge werden in einem sich von dem ersten Twistwinkel unterscheidenden weiteren ersten Twistwinkel getwistet.
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Bezugszeichen
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- 100
- Twistwerkzeug
- 105
- Gehäuse
- 107a
- erster Mitnehmer der ersten Antriebseinrichtung
- 107b
- zweiter Mitnehmer der ersten Antriebseinrichtung
- 107c
- dritter Mitnehmer der ersten Antriebseinrichtung
- 110
- erste Antriebseinrichtung
- 112a
- erster Mitnehmer der zweiten Antriebseinrichtung
- 112b
- zweiter Mitnehmer der zweiten Antriebseinrichtung
- 112c
- dritter Mitnehmer der zweiten Antriebseinrichtung
- 115
- zweite Antriebseinrichtung
- 120
- erste Twistringgruppe
- 122
- Achse
- 125a
- ausgewählter erster Twistring der ersten Twistringgruppe
- 125b
- weiterer erster Twistring der ersten Twistringgruppe
- 125c
- weiterer erster Twistring der ersten Twistringgruppe
- 127a
- weiterer zweiter Twistring der zweiten Twistringgruppe
- 127b
- ausgewählter zweiter Twistring der zweiten Twistringgruppe
- 127c
- weiterer zweiter Twistring der zweiten Twistringgruppe
- 127d
- weiterer zweiter Twistring der zweiten Twistringgruppe
- 130
- zweite Twistringgruppe
- 132a
- Mitnehmer des ausgewählten ersten Twistrings
- 132b
- Mitnehmer eines weiteren ersten Twistrings
- 132c
- Mitnehmer eines weiteren ersten Twistrings
- 135a
- erster Vorderanschlag
- 135b
- erster Hinteranschlag
- 137a
- Mitnehmer eines weiteren zweiten Twistrings
- 137b
- Mitnehmer des ausgewählten zweiten Twistrings
- 137c
- Mitnehmer eines weiteren zweiten Twistrings
- 137d
- Mitnehmer eines weiteren zweiten Twistrings
- 140a
- zweiter Vorderanschlag
- 140b
- zweiter Hinteranschlag
- 300
- Kreisbogen
- 400
- Wicklung
- 405
- Komponente
- 410
- elektrische Maschine
- 900
- Verfahren zum Herstellen einer mehrlagigen Wicklung
- 905
- Schritt des Einführens
- 910
- Schritt des Drehens
- α1
- erster Mittelpunktswinkel
- α2
- weiterer erster Mittelpunktswinkel
- β1
- zweiter Mittelpunktswinkel
- β2
- weiterer zweiter Mittelpunktswinkel
- N
- Nuten
- N1
- linke Nut
- N2
- mittlere Nut
- N3
- rechte Nut
- R1
- erste Twistrichtung
- R2
- zweite Twistrichtung
