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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Herstellen eines Stators oder Rotors für eine elektrische Maschine,
insbesondere eine Kraftfahrzeug-Lichtmaschine, dessen Kern eine
Vielzahl von radial innen oder außen offenen, im Querschnitt
rechteckigen Nuten aufweist, in die Wellenwicklungen aus rechteckigem
Spulendraht derart eingebracht werden, daß im Querschnitt einer Nut
die Querschnitte durch den Spulendraht mit mehreren radialen Lagen
eine sich längs
der Nut erstreckende Reihe bilden und den Querschnitt der Nut ausfüllen.
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Die Erfindung betrifft weiterhin
eine Vorrichtung zur Durchführung
des vorgenannten Verfahrens mit einer Drahtführungsdüse und einer rotierend antreibbaren
Wickelschablone mit über
den Umfang verteilten Einsenkungen und Vorsprüngen sowie mit den Spulendraht
radial in die Einsenkungen drückenden
Außenformern.
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In dem Bestreben, bei mit Wellenwicklungen versehenen
Statoren für
Kraftfahrzeug-Lichtmaschinen mit möglichst wenig Kupfer einen
optimalen Füllfaktor
der Statornuten und gleichzeitig gut belüftete Wicklungsköpfe zu erzeugen,
die nur ein verhältnismäßig geringes
Laufgeräusch
erzeugen, sind gemäß
EP 1 120 881 A2 Statoren
mit einer Vielzahl von radial innen offenen, im Querschnitt rechteckigen
Nuten geschaffen worden, in die Wellenwicklungen aus rechteckigem
Spulendraht derart eingebracht werden, daß im Querschnitt einer Nut
die Querschnitte durch den Spulendraht mit mehreren radialen Lagen eine
sich längs
der Nut erstreckende Reihe bilden und den Querschnitt der Nut ausfüllen. Die
Schwierigkeit bei der Herstellung eines solchen Stators besteht
darin, daß sich
der starke Rechteckdraht, dessen Breite der Nutbreite entspricht,
bei einem herkömmlichen
Wickel- und Einziehverfahren nur schwer verformen läßt und normalerweise
die stirnseitig über
das Statorblechpaket vorstehenden Wicklungsköpfe wegen der Vielzahl der
sich am Umfang überlappenden
Spulenwindungen und der schlechten Verformbarkeit des Spulendrahts
sich zu einer allzu großen
radialen Breite addieren und sich diese mit herkömmlichen Wickelkopf-Formwerkzeugen
praktisch kaum verringern läßt.
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Zur Umgehung der genannten Schwierigkeiten
sieht die
EP 1 120
881 A2 kein Wickeln, sondern ein Vorformen der Wicklungsköpfe an abgelängten Drahtsträngen und
deren Verflechten vor dem gemeinsamen Einführen in die Statornuten vor.
Das Verflechten erfolgt derart, daß jede der wellenförmigen Windungen
unterschiedliche Lagen in den von ihr belegten Statornuten einnimmt
und sich mit anderen Drahtwindungen in den Wicklungsköpfen radial überkreuzt.
Dabei muß der
Spulendraht einer Drahtwindung im Wicklungskopf unter dem Spulendraht
einer anderen Drahtwindung hindurchgeführt werden. Es versteht sich,
daß das
Formen und Verflechten der gemeinsam in die Statornuten einzuführenden Drahtwindungen
sehr komplizierte und aufwendige Verfahrensschritte sind, die teure
Fertigungseinrichtungen voraussetzen, und auch das Einführen der verflochtenen
Wellenwicklungen in die Statornuten läßt sich nur in gestreckter
Form des Statorblechpakets bewerkstelligen. Danach muß das etwa
zahnstangenförmige
Statorblechpaket noch zu einem geschlossenen Ring gebogen und an
den Enden verschweißt
werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zur Verfügung zu
stellen, durch die auf einfachere Weise und mit einfacheren Mitteln
Statoren und Rotoren mit den Nutquerschnitt ausfüllenden Wellenwicklungen aus
Rechteckdraht versehen und dabei kompakte, gut durchlüftete Wicklungsköpfe mit keiner
zu großen
Höhe oder
radialen Breite gebildet werden können.
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Vorstehende Aufgabe wird verfahrensmäßig dadurch
gelöst,
daß die
Wellenwicklungen jeweils mit einer Windung auf eine prismatische
Schablone gewickelt, in den Umfangsbereichen der aus dem Stator oder
Rotor axial vorstehenden Wicklungsköpfe giebelförmig mit jeweils einem mit
Bezug auf die Stator- oder Rotorstirnfläche aufsteigenden und einem
absteigenden Schenkel geformt und derart nacheinander in die Nuten
eingebracht werden, daß jede
Windung in ihren Nuten jeweils dieselbe Lage einnimmt, und daß die Winkel,
die die giebelförmig
aufsteigenden und absteigenden Schenkel der Wicklungsköpfe mit
der Stator- oder Rotorstirnfläche
bilden, derart gewählt
werden, daß sich
bei den Wellenwicklungen, die in den Statornuten dieselbe radiale
Lage einnehmen, nur aufsteigende mit absteigenden Schenkeln kreuzen,
während
sie sich radial nebeneinander erstrecken.
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Das vorgeschlagene Verfahren erlaubt
es, bekannte Wickel- und Einziehverfahren einzusetzen, um die Wellenwicklungen
aus starkem Rechteckdraht zu formen und anschließend in die Stator- oder Rotornuten
einzubringen. Derartige Verfahren sind z. B. in der
EP 1 012 951 B1 , der WO
00/42697 und der WO 00/52809 beschrieben. Die bekannten Wickel- und
Einziehvorrichtungen zur Herstellung von einfachen Wellenwicklungen
und von verteilten Wellenwicklungen sind mit verhältnismäßig geringfügigen Modifikationen
in der Lage, auch einfache und verteilte Wellenwicklungen aus Rechteckdraht
zu erzeugen. Es hat sich nämlich überraschend
gezeigt, daß die
Verformung einer zunächst
in einer geraden Ebene durch Biegen um die erste Achse erzeugten
wellenförmigen
Windung um Querachsen in die im wesentlichen käfigartige zylindrische Form,
die die Wellenwicklung im Statorblechpaket einnimmt, dem parallelen
Einlegen in die Statornuten nicht entgegensteht. Die in
11 und
23 der
EP 1 120 881 A2 gezeigte
Verdrillung des Drahtes blieb aus. Daher wird für das Verfahren nach Anspruch
16 auch unabhängig
vom Anspruch 1 Schutz begehrt.
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Um die Wicklungsköpfe insgesamt klein halten
zu können,
werden sie erfindungsgemäß giebelförmig gestaltet.
Auch diese Formgebung läßt sich problemlos
auf einer modifizierten herkömmlichen Wickelvorrichtung
erzielen. Hierzu ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die über den
Umfang verteilten Einsenkungen und Vorsprünge der Wickelschablone für Wellenwicklungen
in ihren radial innersten bzw. radial äußersten Bereichen im Querschnitt
jeweils giebelförmig
nach innen bzw. außen
geformt sind und daß auch
die den Spulendraht radial in die Einsenkungen drückenden
Außenformer
passend giebelförmig
geformt sind, so daß der
Spulendraht durch die Außenformer
in den giebelförmigen
Einsenkungen wie in einem Preßwerkzeug
in die gewünschte
Giebelform gepreßt
wird. Bei verhältnismäßig dünnem Rechteckdraht
kann es zu dessen giebelförmiger Verformung
an den giebelförmigen
radialen Vorsprüngen
der Wickelschablone genügen,
wenn diese mit einer bestimmten Kraft radial ausfahren, während der
Spulendraht von den Außenformern
in die giebelförmigen
Einsenkungen gepreßt
wird. Bei stärkerem Rechteckdraht
kann es erforderlich werden, mit den radial ausfahrbaren giebelförmigen Vorsprüngen zusammenwirkende,
in der Form angepaßte
weitere Außenformer
vorzusehen, so daß auch
die beim Wickelvorgang radial äußeren Bereiche
der Wellenwicklung durch einen Preßvorgang giebelförmig geformt
werden.
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Die giebelförmigen Wicklungsköpfe jeder wellenförmigen Drahtwindung
dienen bei der Erfindung nicht zum radialen Überqueren benachbarter Wellenwicklungen,
sondern bieten den Vorteil, daß sich
die Wicklungsköpfe
von in benachbarten Statornuten in gleicher radialer Position liegenden
Wellenwicklungen nur an einer einzigen, eng begrenzten Stelle radial
nebeneinanderliegend kreuzen. Da dies eine definierte Stelle ist,
besteht die Möglichkeit,
die Drahtwindungen neben den Kreuzungsstellen mit einer Kröpfung zu
formen, so daß in
dem in den Stator eingebrachten Zustand die Schenkel sich vom Scheitel
aus auf unterschiedlichen Umfängen
erstrecken. Der in einem Stator sich weiter radial innen erstreckende
Schenkel wird jedoch durch das Formen der Wicklungsköpfe und
ggf. weitere Wellenwicklungen wieder auf denselben Radius gedrückt, auf
dem sich der radial äußere Schenkel
erstreckt. Es könnte
dicht neben der Statorstirnfläche
auch eine weitere Kröpfung
geformt werden, die den Draht radial nach außen zurückführt. Statt der Kröpfungen
können
die Drahtwindungen der Wellenwicklungen alternativ an den Kreuzungsstellen
mit einer oder mehreren etwa halbkreisförmigen Biegungen geformt werden,
die in dem in den Stator bzw. Rotor eingebrachten Zustand radiale
Einbuchtungen bilden, durch die sich ein an dieser Stelle kreuzender
Schenkel einer anderen Wellenwicklung erstreckt. Da die Kröpfung bzw.
Einbuchtung nur wenig Raum beansprucht und sich die Kröpfungen
bzw. Einbuchtungen der anderen Wellenwicklungen an anderen Stellen
befinden, können sich
die Wicklungsköpfe
aller in einer bestimmten radialen Lage bzw. Position in den Statornuten
liegender Wellenwicklungen im wesentlichen auf demselben Radius
befinden wie die sich durch die Statornuten erstreckenden Spulendrahtabschnitte.
Außerdem ist
für gute
Durchlüftung
und Wärmeableitung
gesorgt.
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Die Formung der Kröpfungen
bzw. Einbuchtungen kann durch geeignete, axial verschiebliche Formstempel
bereits am Ende des Wickelvorgangs geschehen, während sich die erzeugte Wellenwicklung
noch auf der Wickelschablone befindet. Alternativ kann die Wellenwicklung
nach dem Wickeln in ein Formwerkzeug eingelegt werden, in dem die
Kröpfungen
bzw. Einbuchtungen erzeugt werden. Schließlich könnte auch noch durch Formen
der Wicklungsköpfe
jeweils nach dem Einbringen einer einfachen oder verteilten Wellenwicklung
solcher radialer Preßdruck
auf die Wicklungsköpfe
der einzelnen Windungen ausgeübt
werden, daß an
den Kreuzungsstellen die Kröpfungen
bzw. Ein- und Ausbuchtungen entstehen.
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In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
werden zunächst
nur diejenigen z. B. sechs Wellenwicklungen (wellenförmigen Drahtwindungen)
gewickelt und in der richtigen Verteilung über den Umfang von der Wickelschablone
in einen Aufnehmer abgestreift, die in den Statornuten in der radial äußersten
Position liegen. Diese Wicklungslage kann auch bereits in die Statornuten
eingebracht werden. Die Wicklungen können als einfache Wellenwicklungen
oder jeweils als erste Hälfte
einer verteilten Wellenwicklung fungieren. Im letzteren Fall wird in
einem zweiten Schritt zu jeder vorhandenen Wellenwicklung eine in
der Lage am Umfang passende zweite Wellenwicklung erzeugt, die zusammen
mit der ersten eine ver teilte Wellenwicklung bildet. Die zweite
Wellenwicklung liegt in diesem Fall in denselben Statornuten wie
die zugehörige
erste, aber ihre Wicklungsköpfe
befinden sich jeweils gegenüberliegend
an der anderen Stirnseite des Stators, so daß sich die Wicklungsköpfe der
beiden Wellenwicklungen nicht stören.
Die jeweils zusammengehörenden zwei
Drahtwindungen müssen
lediglich an einem Ende derart miteinander verbunden werden, daß sie in
Serie liegend vom Strom durchflossen werden. In gleicher Weise könnten auch
noch zwei weitere Wellenwicklungen, die zusammen eine verteilte
Wellenwicklung bilden, nacheinander erzeugt und miteinander sowie
mit der ersten verteilten Wellenwicklung verbunden werden. Mit diesen
vier Drahtwindungen in jeder Statornut könnte diese gefüllt sein.
Die schrittweise Erzeugung jeweils derjenigen einzelnen Wellenwicklungen,
die auf einer bestimmten radialen Position in den Statornuten liegen,
hat in der Praxis den Nachteil, daß eine Vielzahl von Drahtwindungen miteinander
verbunden werden müssen.
Andererseits besteht der Vorteil, daß sich Lage für Lage oder auch
mehrere Lagen auf einmal in die Statornuten einbringen lassen und
die Wicklungsköpfe
jeder Lage, abgesehen von den im wesentlichen punktförmigen,
zueinander versetzten Überkreuzungen
Lage für
Lage im wesentlichen auf demselben Radius liegen wie die zugehörigen Spulendrahtabschnitte
in den Statornuten.
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Schwieriger wird die Gestaltung der
Wicklungsköpfe
insgesamt, wenn die gegenüber
einfachen Wellenwicklungen bevorzugten verteilten Wellenwicklungen
mit jeweils zwei mit entgegengesetzter Drehrichtung gewickelten
Drahtwindungen ohne Drahtunterbrechung hergestellt werden sollen.
Wenn man, in einer bestimmten Umfangsrichtung fortschreitend, jeweils
aus zwei Drahtwindungen bestehende verteilte Wellenwicklungen in
be nachbarte Statornuten einlegt, wird man feststellen, daß z. B. Wellenwicklungen,
die in den Statornuten die äußerste radiale
Position belegen, teilweise an den Kreuzungsstellen innen an einer
ohnehin bereits radial weiter innen in den Statornuten positionierten
Wellenwicklung vorbeigeführt
und dann wieder in ihre radial äußerste Position
bzw. Drahtlage in den Statornuten zurückgeführt werden zu müssen. Die
dafür notwendigen
starken Verformungen sind ungünstig.
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Um diesen Mangel zu vermeiden, wird
in bevorzugter Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, daß von einer
bestimmten Anzahl von am Umfang des Stators oder Rotors versetzt
zueinander anzuordnender verteilter Wellenwicklungen, in einer Umfangsrichtung
fortschreitend, nacheinander zunächst
jeweils die erste Hälfte
in Form einer wellenförmigen
Windung gewickelt und von der Wickelschablone in der vorbestimmten
Anordnung am Umfang in einen Aufnehmer überführt wird, anschließend ohne
Drahtunterbrechung in gleicher oder umgekehrter Reihenfolge mit
entgegengesetzter Wickelrichtung die zweiten Hälften der verteilten Wellenwicklungen
jeweils in Form einer zweiten wellenförmigen Windung gewickelt und
von der Wickelschablone in der vorbestimmten Anordnung am Umfang
in den Aufnehmer überführt werden,
und danach alle verteilten Wellenwicklungen gemeinsam in die zugeordneten
Stator- oder Rotornuten eingebracht werden.
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Bevorzugt wird bei diesem Wickelschema die
Umkehr der Reihenfolge beim Übergang
von der ersten zur zweiten Hälfte
der verteilten Wellenwicklungen. Werden z. B. sechs Wellenwicklungen
benötigt,
um in den Statornuten eine bestimmte, z. B. die äußerste Drahtlage vollständig zu
belegen, werden nach dem vorstehenden Vorschlag im ersten Schritt die
Wellenwick lungen 1 bis 6 gewickelt und in den Aufnehmer überführt. Zum
Wickeln der zweiten Hälfte
der verteilten Wellenwicklungen werden dann im zweiten Schritt die
paarweise zugeordneten Wellenwicklungen 6 bis 1 ohne
Drahtunterbrechung, aber mit entgegengesetzter Wickelrichtung gewickelt
und in gleicher Umfangslage wie die zugehörigen ersten Wellenwicklungen
in den Aufnehmer abgestreift. Nach dem Einbringen der beiden Drahtlagen
in die Statornuten wird man feststellen, daß, abgesehen von den Stellen
der Richtungsumkehr, an keiner Stelle der Wicklungsköpfe eine
Drahtwindung, die in der radial äußeren Position
in den Statornuten liegt, eine in der radial inneren Position liegende
Drahtwindung auf deren radial innerer Seite überkreuzen muß. Dies wäre jedoch
der Fall, wenn man bei jeder verteilten Wellenwicklung sofort nach
dem Wickeln der ersten Hälfte
ohne Drahtunterbrechung die zweite Hälfte wickeln und in den Aufnehmer überführen würde, um anschließend die
gesamte verteilte Wellenwicklung, die in die jeweils einseitig benachbarten
Statornuten einzubringen ist, zu wickeln.
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Das bevorzugte Wickelschema, bei
dem jeweils die zweiten Hälften
der in denselben Drahtlagen in den Statornuten liegenden verteilten
Wellenwicklungen erst nach Vollendung aller ersten Hälften ohne
Drahtunterbrechung in gleicher oder umgekehrter Reihenfolge wie
die jeweils ersten Hälften
der verteilten Wellenwicklungen gewickelt werden, läßt sich auch
noch fortsetzen, indem ohne Drahtunterbrechung in derselben Reihenfolge
und Richtung wie bei der ersten Drahtlage die Wellenwicklungen für die dritte
Drahtlage erzeugt werden und danach, wiederum ohne Drahtunterbrechung,
die Wellenwicklungen für
die vierte Drahtlage, die in derselben Reihenfolge und Richtung
gewickelt werden wie die Wellenwicklungen für die zweite Drahtlage. Auf
diese Weise kann für
einen Stator oder Rotor mit vier Drahtlagen in jeder Nut die gesamte
Wicklung ohne Drahtunterbrechung hergestellt werden. Die ohne Drahtunterbrechung
gewickelten, also zusammenhängenden Wellenwicklungen
der vier Drahtlagen, z. B. insgesamt 24 Wellenwicklungen, bestehend
jeweils aus einer wellenförmigen
Drahtwindung, die jeweils in richtiger Lage am Umfang auf dem Aufnehmer
gesammelt worden sind, werden anschließend gemeinsam in die Nuten
eines Stators oder Rotors eingebracht. Dies kann z. B. bei einem
Statorblechpaket in üblicher
Weise durch axiales Einziehen geschehen. Daneben besteht aber auch,
ebenso wie bei dem zuvor beschriebenen Wickelverfahren, die Möglichkeit,
die gewickelten Spulenwindungen in radial außen offene Schlitze eines rotorähnlichen Übertragungswerkzeugs
einzuführen
und von dort radial in die innen offenen Nuten eines Statorblechpakets
hinüberzuschieben.
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Nach Möglichkeit sollten alle Wellenwicklungen
eines Stators dieselbe Drahtlänge
haben. Um dies zu erreichen, können
die Wicklungsköpfe
der radial weiter innen liegenden Wellenwicklungen höher ausgebildet
werden als die der weiter radial außen liegenden Wellenwicklungen.
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Um Wellenwicklungen mit unterschiedlich hohen
Wicklungsköpfen
oder für
Statorblechpakete gleichen Querschnitts, aber unterschiedlicher
Höhe mit
demselben Wickelwerkzeug herstellen zu können, sind vorzugsweise dessen
giebelförmige
radiale Vorsprünge
in ihrer radialen Länge
veränderlich
einstellbar.
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Von dieser Einstellung der Wickelschablone hängt die über den
Umfang gemessene Länge
einer Drahtwindung ab, und deren Länge ist wiederum bestimmend
dafür,
wie lang das Drahtende zu be messen ist, wenn bei der Erzeugung von
verteilten Wellenwicklungen der Draht jeweils schon nach dem Wickeln
der jeweils ersten Hälfte
einer verteilten Wellenwicklung vom Drahtvorrat abgeschnitten wird, denn
aus dem Drahtende muß mindestens
noch die zweite Hälfte
der verteilten Wellenwicklung, wenn nicht sogar, wie oben beschrieben,
noch eine weitere verteilte Wellenwicklung erzeugt werden. Alternativ könnten auch
vor Beginn des Wickelns der ersten Wellenwicklung mehrere Drahtstränge für die jeweils zusammenhängend, ohne
Drahtunterbrechung zu erzeugenden wellenförmigen Wicklungen bereitgestellt
und schrittweise mit Umkehr der Drehrichtung und ggf. der Reihenfolge
zu wellenförmigen
Windungen geformt werden. Die Notwendigkeit des frühzeitigen
Ablängens
der Drahtstränge – spätestens
nach Erzeugung der ersten Hälfte
einer verteilten Wellenwicklung – ergibt sich daraus, daß wegen
der ununterbrochenen Drahtverbindungen zwischen den ersten und den
zweiten Hälften
der verteilten Wellenwicklungen die bereits erzeugten ersten Hälften der Wellenwicklungen
während
des Wickelns der jeweils zweiten Hälften auf dem Aufnehmer gehalten
sind und dieser zusammen mit der Wickelschablone umlaufen muß. Daher
müssen
auch die Drahtenden bestimmter Länge
relativ zum Aufnehmer festgelegt werden und zusammen mit diesem
umlaufen, bevor sie nacheinander von der Wickelvorrichtung einzeln aufgegriffen
und in einem Drahtführer
ortsfest gehalten werden, während
durch Drehung der Wickelschablone aus dem betreffenden Drahtende
eine weitere wellenförmige
Windung erzeugt wird. Vorzugsweise ist jedes relativ zum Aufnehmer
festzulegende Drahtende durch einen Drahtführer hindurchgeführt, der sich
relativ zum Aufnehmer festlegen läßt und zum Wickeln einer weiteren
wellenförmigen
Windung aus dem betreffenden Drahtende von einem zur Wickelvorrichtung
gehörenden Greifer
erfaßt
und in die vorbestimmte ortsfeste Position neben der Wickelschablone
geführt
werden kann.
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Prinzipiell können die Wellenwicklungen aus Rechteckdraht
mit einem herkömmlichen
Einziehwerkzeug axial in die Statornuten eingezogen werden. Ein
derartiges Einziehwerkzeug besteht typischerweise aus ringförmig angeordneten,
parallelen Lamellen, auf deren freie Enden ein Statorblechpaket aufgesetzt
wird, nachdem die einzuziehenden Wicklungen in die Spalte zwischen
den Lamellen eingehängt
worden sind. Anschließend
fährt ein
sog. Einziehstern von unten zum freien Ende der Lamellen hin und
nimmt dabei die einzuziehenden Spulenwindungen mit, so daß diese
axial in die Nuten des Statorblechpakets eingezogen werden.
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Normalerweise genügt es, nach dem Einziehen mehrerer
Spulengruppen die Wicklungsköpfe
zu formen. Beim Einziehen von Wellenwicklungen aus verhältnismäßig steifem
Rechteckdraht, der die Statornuten zu annähernd 100% ausfüllen soll,
in mehreren Schritten sollten, um eine möglichst dichte Packung der
Drahtwindungen in den Statornuten und Wicklungsköpfen zu erreichen, die Wicklungsköpfe bis
zum Einziehen der letzten Wellenwicklung ein- oder mehrmals zwischengeformt
werden. Dementsprechend ist am Einziehwerkzeug eine Einrichtung zum
Zwischenformen der Wicklungsköpfe
wenigstens auf der in Einziehrichtung hinteren Seite des Statorblechpakets
vorgesehen. Diese Einrichtung zieht die Wicklungsköpfe radial
nach außen,
vorzugsweise gegen einen Anschlag.
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Außerdem kann zur festen Packung
der Rechteckdrähte
in den Statornuten der Einziehstern mit radial ausfahrbaren Schiebern
versehen sein, welche die in das Statorblechpaket einge zogenen Wellenwicklungen
radial nach außen
gegen den Grund der Statornuten pressen.
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Deckstreifen zum Verschließen der
Statornuten sind bei den steifen Rechteckdrähten nicht erforderlich. Man
wird aber in der Regel eine isolierende Folie als Nutauskleidung
verwenden. Wenn diese nur bis zum Nuteingang reicht, sollte der
Querschnitt der Lamellen des Einziehwerkzeugs sehr genau so bemessen
sein, daß eine
Lamelle jeweils einen Statorzahn und die an dessen Flanken anliegenden
Nutauskleidungen abdeckt. Wenn die Nutauskleidungen am Nuteingang
um die Innenkante des Statorzahns herumgezogen sind, ist die Gefahr
geringer, daß die
Nutauskleidung beim Einziehen der Rechteckdrähte in die Statornuten beschädigt wird,
aber andererseits ist es dann erforderlich, die an der radialen
Innenfläche
der Statorzähne
anliegenden Teile der Nutauskleidungen nach dem Einziehvorgang mit einer
geeigneten Schneideinrichtung abzuschneiden.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Statorblechpakets in Stirnansicht
und darüber
eine einfache Wellenwicklung, die in bestimmte Nuten des Statorblechpakets
einzubringen ist;
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2 in
einer Ansicht entsprechend 1 ein
Statorblechpaket und darüber
sechs einfache Wellenwicklungen, deren Wicklungsköpfe sich
in Umfangsrichtung überlappen;
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3 in
einer Darstellung entsprechend 1 und 2 eine Stirnansicht eines
Statorblechpakets, wiederum mit den darüber gezeichneten sechs Wellenwicklungen,
wobei jedoch die zuletzt gewickelte Wellenwicklung ohne Drahtunterbrechung
durch Wickeln in entgegengesetzter Richtung zu einer verteilten
Wellenwicklung vervollständigt
ist;
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4 eine
Stirnansicht des Statorblechpakets nach 3 mit darüber gezeichneten Wellenwicklungen,
die nunmehr sämtlich
zu verteilten Wellenwicklungen vervollständigt sind;
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5 eine
vereinfachte Draufsicht auf die Wicklungsköpfe eines Statorblechpakets
nach dem Einziehen von zwei verteilten Wellenwicklungen gemäß 4;
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6 Querschnitte
durch zwei Statornuten, von denen die eine mit vier verhältnismäßig starken und
die andere mit acht im Querschnitt nur halb so großen Rechteckdrähten ausgefüllt ist;
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7 Details
einer Wickelschablone zur Erzeugung von Wellenwicklungen aus Rechteckdraht;
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8 einen
schematischen Querschnitt durch die Wickelvorrichtung nach 7;
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9 einen
vereinfachten Längsschnitt durch
eine Einziehvorrichtung zur Veranschaulichung des Zwischenformens
der Wicklungsköpfe und
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10 einen
Längsschnitt
durch einen für die
Einziehvorrichtung nach 9 geeigneten
Einziehstern mit radial ausfahrbaren Schiebern.
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1 dient
nur zur Veranschaulichung der Lage einer einfachen Wellenwicklung 10 mit
Bezug auf ein bestimmtes Statorblechpaket (Statorkern) 12. Man
erkennt, daß die
Wellenwicklung mit giebelförmigen
Wicklungsköpfen 14 geformt
ist und zwischen den von dieser Wellenwicklung 10 belegten
Statornuten 16 jeweils noch fünf Statornuten frei sind, in
die weitere Wellenwicklungen eingezogen werden.
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In der Darstellung nach 2 ist dieser Schritt vollzogen.
Es ist erkennbar, daß von
den beiden Schenkeln jedes giebelförmigen Wicklungskopfs 14 jeweils
nur der eine Schenkel einen oder mehrere der anderen Schenkel der
benachbarten Wellenwicklungen punktförmig überkreuzt, aber weder die rechten
Schenkel einander kreuzen noch die linken Schenkel. Nur der, im
Uhrzeigersinn betrachtet, jeweils rechte Schenkel der 2. bis 6.
Wellenwicklung muß an
einem oder mehreren linken Schenkeln von zuvor gewickelten Wellenwicklungen
radial weiter innen vorbeigeführt
werden. Es besteht daher die Möglichkeit,
im Bereich des Scheitelpunkts der giebelförmigen Wick lungsköpfe 14 eine
Kröpfung
derart vorzusehen, daß der
jeweils rechte Schenkel radial etwas weiter innen liegt als der
linke Schenkel. Es hat sich in der Praxis als nicht erforderlich
erwiesen, aber es besteht in schwierigen Fällen zusätzlich die Möglichkeit,
durch eine weitere Kröpfung
am rechten Schenkel unmittelbar über
der Stirnfläche
des Statorblechpakets den durch die erste Kröpfung radial nach innen versetzten
rechten Schenkel wieder auf den weiter außen liegenden Radius zurückzubiegen,
auf dem sich die äußerste Drahtlage
in den Statornuten 16 befindet.
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3 demonstriert
den Übergang
von der einfachen Wellenwicklung zur verteilten Wellenwicklung.
Nachdem die Wellenwicklungen 1 bis 6 in der Reihenfolge
ihrer Numerierung gewickelt und in der in 2 gezeigten Lage am Umfang von einer
Wickelschablone abgestreift und in einen Aufnehmer überführt worden
sind, wird, beginnend mit dem Ende der Wellenwicklung Nr. 6, mit
entgegengesetzter Drehrichtung gewickelt und die entstehende wellenförmige Windung
denselben Statornuten zugeordnet, in denen bereits die erste Wellenwicklung
Nr. 6 liegt. Es wird deutlich, daß die in jeder von ihr belegten Statornut
die beiden äußersten
Drahtlagen einnehmende verteilte Wellenwicklung Nr. 6 aus zwei Drahtwindungen
besteht und zwischen den von ihr belegten Statornuten an jedem stirnseitigen
Ende des Statorblechpakets jeweils einen durch nur eine Drahtwindung
gebildeten giebelförmigen
Wicklungskopf hat, wobei dieser an dem einen Ende des Statorblechpakets
durch die erste Hälfte
und auf der anderen Seite des Statorblechpakets durch die zweite Hälfte der
verteilten Wellenwicklung gebildet ist.
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4 zeigt
die Anordnung der Wellenwicklungen, nachdem im Anschluß an die
Wellenwicklung Nr. 6 die Wellenwicklungen Nr. 5, 4, 3, 2 und 1,
in dieser Reihenfolge, zu einer verteilten Wellenwicklung, bestehend
jeweils aus zwei mit entgegengesetzer Wickelrichtung erzeugten wellenförmigen Windungen,
vervollständigt
worden sind. Man erkennt, daß sich
die Spulendrähte
in den Wicklungsköpfen
jeweils nur punktförmig überkreuzen
und, ebenso wie bei den einfachen Wellenwicklungen gemäß 2, die in einer bestimmten
Drahtlage in den Statornuten liegenden Wellenwickungen, so, wie
sie nacheinander gewickelt und in den Aufnehmer abgestreift werden,
jeweils nur mit dem einen Schenkel radial innen an einem oder mehreren
der anderen Schenkel der zuvor gewickelten Wellenwicklungen derselben Drahtlage
vorbeigeführt
werden müssen.
Es gilt also auch für
die relative Lage der zweiten Hälfte
der verteilten Wellenwicklungen gemäß 4 das oben zur 2 Gesagte, unabhängig davon, ob die zweiten Hälften der
verteilten Wellenwicklungen in gleicher oder, wie gesagt, umgekehrter
Reihenfolge wie die ersten Hälften
gewickelt werden.
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5 zeigt
in einer Stirnansicht des Stators auf dem größten Teil des Umfangs die Wicklungsköpfe der
verteilten Wellenwicklung nach 4 sowie
einer weiteren verteilten Wellenwicklung, wobei rechts nur die Wicklungsköpfe von
6 in derselben radialen Lage in den Statornuten liegenden Wellenwicklungen gezeigt
sind.
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In 6 sind
im Querschnitt zwei rechteckige Statornuten zweier unterschiedlich
bewickelter Statoren dargestellt. Der Stator, dem die in 6 rechte Statornut zugeordnet
ist, enthält
z. B. unter Zugrundelegung des Wickelschemas nach
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1 bis 4 sechs jeweils ohne Drahtunterbrechung
gewickelte verteilte Wellenwicklungen, bestehend jeweils aus zwei
Windungen, welche die beiden äußersten
Drahtlagen in der Nut einnehmen. In gleicher Weise füllen sechs
weitere, ebensolche verteilten Wellenwicklungen die beiden radial
inneren Drahtlagen der Statornuten aus. Man wird in diesem Fall
erst die äußeren verteilten
Wellenwicklungen gemeinsam in das Statorblechpaket einziehen und dann,
wiederum gemeinsam, die inneren verteilten Wellenwicklungen.
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Die in 6 linke
Statornut hat im Beispielsfall denselben Querschnitt wie die rechte,
ist aber mit acht Drahtlagen eines (ggf. auch quadratischen) Rechteckdrahts
belegt, dessen Querschnitt nur halb so groß ist wie der des Rechteckdrahts
in der rechts dargestellten Statornut. Der kleinere Drahtquerschnitt
macht die daraus erzeugten Wellenwicklungen flexibler. Es kann daher
auch eher der Versuch unternommen werden, ohne Drahtunterbrechung
jeweils zwei verteilte Wellenwicklungen in der Weise zusammenhängend zu
wickeln, wie dies unter Erwähnung
der Richtungsumkehr und Umkehr der Reihenfolge oben beschrieben
worden ist. Dann genügen
ebenfalls zwei Einziehvorgänge,
um die in 6 links dargestellte
Statornut mit acht Drahtlagen zu füllen.
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Der Vollständigkeit halber ist in 6 auch die mit 18 bezeichnete
Nutauskleidung dargestellt. Sie endet am Eingang der Statornuten 16.
Ein Deckstreifen zum Abschluß des
Eingangs der Nuten ist nicht vorgesehen.
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In 7 und 8 ist eine im Prinzip bekannte Wickelvorrichtung
zur Erzeugung von Wellenwicklungen dargestellt. Sie hat eine rotierend
antreibbare Wickelschablone 20, die, gleichmä ßig über den
Umfang verteilt, im Beispielsfall je sieben Vorsprünge 22 und Einsenkungen 24 aufweist.
Zu der rotierend antreibbaren Wickelschablone gehören sieben
Außenformer 26,
die, z. B. kurvengesteuert, während
einer Umdrehung der Wickelschablone vorübergehend eine radiale Rückzugsbewegung
nach außen
ausführen,
damit der mit seinem Drahtanfang an der Wickelschablone angeklemmte
Spulendraht, der in 8 mit 1 – 6 bezeichnet
ist und jeweils über
eine beim Wickelvorgang ortsfest gehaltenen Drahtführer 28 zugeführt wird, über die
Einsenkungen 24 gezogen werden kann. Unmittelbar anschließend fährt der betreffende
Außenformer 26 wieder
in seine zugeordnete Einsenkung 24 ein und drückt den
darüber gezogenen
Spulendraht 1 – 6 in
die jeweilige Einsenkung 24. Auf diese Weise entsteht auf
der Wickelschablone 20 eine im wesentlichen sternförmige bzw. wellenförmige Windung,
die als Wellenwicklung bezeichnet wird. Sie wird in bekannter Weise
durch nicht gezeigte Abstreifer axial nach unten von der Wickelschablone 20 abgestreift
und in die Spalte zwischen ringförmig
angeordneten, parallelen Lamellen eines in 8 angedeuteten Aufnehmers 30 überführt, der
zusammen mit der Wickelschablone 20 rotierend antreibbar
ist.
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Die in 7 und 8 gezeigte Wickelvorrichtung
weist einige, bei den bekannten derartigen Wickelvorrichtungen nicht
vorhandene Besonderheiten auf.
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Eine erste Besonderheit ist die aus 8 ersichtliche Querschnittsform
der Vorsprünge 22 und Einsenkungen 24.
Sie sind giebelförmig,
um die in 1 bis 5 gezeigte Form der Wicklungsköpfe der Wellenwicklungen
zu erhalten.
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Eine weitere Besonderheit besteht
darin, daß die
kurvengesteuert längs
radialer Führungen 32 verfahrbaren
Außenformer 26,
die auf ihrer radial inneren Fläche
ebenfalls giebelförmig
gestaltet sind, nicht nur einfach den Spulendraht radial nach innen in
die Einsenkungen 24 schieben, sondern jeweils mit einem
den Grund der giebelförmigen
Einsenkung 24 bildenden Werkzeugteil 34 zusammenwirken,
das durch einen axial vorschiebbaren Stößel 36, über zusammenwirkende
Keilflächen 38 radial
nach außen gegen
den Außenformer 26 vorschiebbar
ist. Dadurch wird nach Beendigung eines Wickelvorgangs der von einem
Außenformer 26 in
eine Einsenkung 24 gedrückte
Drahtabschnitt zwischen dem Außenformer 26 und
dem Werkzeugteil 34 entsprechend der zueinander passenden
Giebelform ihrer Formflächen
durch beidseitigen Andruck giebelförmig gepreßt.
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Die Vorsprünge 22 sind ebenfalls
nicht fest an der Wickelschablone 20 angebracht, sondern durch
auf der radialen Außenseite
giebelförmige
Backen 40 gebildet. Diese lassen sich gemäß 7 nicht nur radial verstellen,
um den Querschnitt der Wellenwicklungen der jeweiligen Höhe des Statorblechpakets
anpassen zu können,
sondern können zusätzlich in
der Phase, in der die Außenformer 26 im Zusammenwirken
mit den radial inneren Werkzeugteilen 34 den Spulendraht
gepreßt
halten, über
einen zentralen Kegelradantrieb 42, durch dessen rohrförmige Antriebswelle
sich der Stößel 36 erstreckt,
mittels einer Schraubenspindel 44 und passender Mutter
radial nach außen
gefahren werden. Dadurch kann ein wesentlich stärkerer Verformungsdruck auf den
Spulendraht ausgeübt
werden als mit dem Drahtzug während
des Wickelvorgangs. Sollte auch die durch den Antrieb 42, 44 erzeugte
Verformungskraft nicht ausreichen, um an den Vorsprüngen 22 durch einseitigen
Druck nach radial außen
die gewünschte Giebelform
im Spulendraht zu erzielen, können
zusätzlich
nicht gezeigte, weitere Außenformer
eingesetzt werden, die in radialer Flucht den Backen 40 gegenüberstehen
und zusammen mit diesen entsprechende Preßwerkzeuge zur giebelförmigen Verformung
des Spulendrahts bilden wie die Außenformer 26 und die
Werkzeugteile 34.
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8 ist
insofern unvollständig,
als dort nur bei drei Vorsprüngen 22 die
Führungs-
und Antriebseinheiten 46 zum radialen Ausfahren der Backen 40 dargestellt
sind.
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7 zeigt
an dem mit 48 bezeichneten Schlitten, der den Außenformer 26 trägt, eine
Kulissenrolle 50, welche in die vorstehend erwähnte, aber der
Einfachheit halber nicht dargestellte Kurvenführung zum radialen Verschieben
der Außenformer 26 eingreift.
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Schließlich ist in 7 und 8 dargestellt,
daß nach
dem Wickeln jeweils der ersten Hälfte
einer verteilten Wellenwicklung die für die zweite wellenförmige Windung
benötigte
Drahtlänge 1 – 6 vom
Drahtvorrat abgeschnitten und auf einem drehfest mit dem Aufnehmer 30 verbundenen
Drehteller 52 vorübergehend
festgelegt wird. Dazu dient u. a. der Drahtführer 28 jedes Drahtstrangs 1 – 6.
Wenn nach dem Wickeln der jeweils ersten Hälften der verteilten Wellenwicklungen
die Spulendrähte
in der Reihenfolge 1 – 6 gewickelt
und in den Aufnehmer 30 abgestreift worden sind, wird im
nächsten
Wickelschritt von einem nicht gezeigten Greifer zunächst der
Drahtführer 28 des Drahtstrangs 6 ergriffen,
dieser von dem Drehteller 52 gelöst und der Drahtführer 28 an
einer bestimmten Stelle neben der Wickelschablone 20 undrehbar
gehalten, so daß beim
nächsten
Anlauf der Wickelschablone 20 das Drahtende
6 zur
zweiten Hälfte
der betreffenden verteilten Wellenwicklung geformt wird. Anschließend folgen
in gleicher Weise die Drahtenden 5 bis 1. Möglich wäre auch
die Reihenfolge 1 bis 6. Die Drahtführer werden
zum Wickeln der danach folgenden Reihe verteilter Wellenwicklungen
einzeln nacheinander lösbar
auf eine Drahtzufuhr gesteckt, die automatisch das mit dem Drahtvorrat
verbundene Ende durch den Drahtführer 28 zur
Wickelschablone 20 hin vorschiebt, wo er vorübergehend
festgeklemmt wird.
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9 zeigt
ein Einziehwerkzeug zum axialen Einziehen der zuvor auf der Wickelschablone 20 gewickelten
Wellenwicklungen in das Statorblechpaket 12. Das Einziehwerkzeug
hat in bekannter Weise ein Unterteil 54, an dem ringförmig angeordnete,
parallele Lamellen 56 aufrecht stehend gelagert sind. In die
Längsspalte
zwischen den Lamellen 56 werden die vorgewickelten Wellenwicklungen 10 in
der vorgesehenen Verteilung am Umfang eingehängt. Dann wird auf die oberen
Enden der Lamellen 56 das Statorblechpaket 12 aufgeschoben.
Anschließend
wird ein durch einen Stößel angetriebener
Einziehstern 58 nach oben durch die Bohrung des Statorblechpakets 12 gefahren.
Er nimmt dabei die zwischen den Einziehlamellen 56 hängenden
Wellenwicklungen mit und zieht diese in die Statornuten 16 ein.
Ein sogenannter Ausrichtstern 60, der vor Beginn des Einziehvorgangs
zwischen die oberen Enden der Einziehlamellen 46 eingeführt wird,
stützt
diese gegen die während
des Einziehvorgangs wirkenden Querkräfte ab. Der Ausrichtstern 60 wird
schließlich
durch den Einziehstern 58 nach oben aus dem Ring der Lamellen 56 herausgeschoben.
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Die Besonderheit der in 9 gezeigten Einziehvorrichtung
besteht darin, daß an
der Halterung für
das Statorblechpaket
12 unmittelbar oberhalb des Statorblechpakets
radial verschiebliche Formfinger 62 gelagert sind, die
mit Gegenformern 64 zusammenwirken. Letztere sind etwa
am Außenumfang
des Statorblechpakets 12 angeordnet. Die winkelförmigen Formfinger 62 können radial
nach innen bis in den Querschnitt der Statorbohrung vorgeschoben werden.
Wenn sie nach dem Einziehen von Wellenwicklungen in die Statornuten 16 radial
nach außen verfahren
werden, drängen
sie die erfaßten
Wicklungsköpfe 14 zum
Gegenformer 64 hin. Auf diese Weise kann ein Zwischenformen
der Wicklungsköpfe 14 der
zuvor eingezogenen Wellenwicklungen 10 erfolgen. Dies erleichtert
das anschließende
Einziehen weiterer Wellenwicklungen in das Statorblechpaket 12.
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Einem ähnlichen Zweck dient der spezielle Einziehstern 58' gemäß 10. Er ist in seinem unteren
Bereich mit radial ausfahrbaren Schiebern 66 versehen,
die dann, wenn sie während
des Arbeitshubs des Einziehsterns die Höhe des Statorblechpakets 12 erreicht
haben, in die Statornuten 16 einfahren können, um
dort die bereits eingezogenen Wellenwicklungen radial nach außen zu drängen. Der Antrieb
der Schieber 66 erfolgt im Beispielsfall durch einen weiteren
Stößel 68 über Keilflächen 70.
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Es versteht sich, daß die Erfindung
nicht auf die vorstehend nur beispielhaft beschriebenen Ausführungen
beschränkt
ist, sofern der Inhalt der Patentansprüche darüber hinausgeht.