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Technisches
Gebiet
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Wicklungen
für elektrische
Maschinen, wie zum Beispiel Asynchronmotoren, können im Wege der Einziehtechnik
hergestellt werden. Die Einziehtechnik zur Herstellung von Wicklungen
für elektrische
Maschinen wird sowohl bei Niederspannungsmotoren, die bei Spannungen
unterhalb von 50 V betrieben werden eingesetzt als auch bei Elektromotoren,
die mit höheren
Spannungen betrieben werden. Bei der Herstellung von Wicklungen
für Niederspannungsmotoren
(Betriebsspannung ≤ 50
V) werden die Wicklungen aus parallel liegenden Drähten hergestellt,
um den erforderlichen Wicklungsquerschnitt zu gewährleisten.
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Stand der
Technik
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Bei
Lenkantrieben für
Fahrzeuge oder für Stellantriebe
in Fahrzeugen kommen Niederspannungsmotoren zum Einsatz, die mit
Betriebsspannungen unterhalb von 50 V betrieben werden. Bordnetze
von Kraftfahrzeugen werden heute in der Regel als 12 V-Bordnetze
ausgelegt; ferner sind Entwicklungstendenzen absehbar, auf das 42
V-Bordnetz in einem Kraftfahrzeug überzugehen. Bei beiden Bordnetzspannungen,
d.h. bei einer Bordnetzspannung von 12 V und einer Bordnetzspannung
von 42 V können
als Asynchronmotoren ausgebildete Niederspannungsmotoren, die an
einer Betriebsspannung ≤ 50
V betreibbar sind, eingesetzt werden. Die Wicklungen von Niederspannungsmotoren
werden aus parallelen Drähten
gefertigt, um den für
diese elektrischen Maschinen erforderlichen Wicklungsquerschnitt
zu gewährleisten.
Eine Fertigung von Wicklungen für
Niederspannungsmotoren, wie zum Beispiel Asynchronmotoren, aus parallelen
Einzeldrähten
führt jedoch
zu einem hohen Verschaltungsaufwand an den Stirnseiten der im Allgemeinen
manuell hergestellten Wicklung.
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Die
im Wege der Einziehtechnik hergestellten Wicklungen für Asynchronmotoren
aus parallelen Drähten
weisen ferner den Nachteil auf, dass im Wege der Einziehtechnik
nur ein geringer Nutfüllfaktor
erzielt werden kann. Aufgrund des niedrigen Nutzungsgrades der Nuten,
in welchen die parallel verlaufenden Drähte eingelegt werden, sind
zur Erzielung ausreichender Wicklungsquerschnitte eine größere Anzahl
von Nuten erforderlich, was wiederum zu hohen Bauvolumina bei im
Niederspannungsbereich von unterhalb 50 V betreibbaren elektrischen Maschinen,
wie sie zum Beispiel Asynchronmaschinen als Lenkantrieb darstellen,
führt.
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Ferner
ist es bekannt, bei der Herstellung von Gleichstrommotoren zur Herstellung
der Wicklungspakete auf die Stecktechnik zurückzugreifen.
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Gemäß des Einziehverfahrens,
vgl. „Technologie
des Elektromaschinenbaus" R.
Tzscheutschler, H. Olbrich und W. Jordan, Verlag Technik GmbH, Berlin,
Seite 336, Technologische Grundverfahren zur Herstellung von Wicklungen
werden lose vorgewickelte Kupferlackdrahtspulen in halb geschlossene Nuten
eingesetzt. Das Einziehverfahren wird zum Bewickeln von Ständern eingesetzt.
Abhängig
von der Hubgeschwindigkeit eines Hydraulikzylinders und der Ständerpaketlänge kann
nutfüllend
eine Spulenseite beziehungsweise Spule oder selbst eine komplette
Wicklung eingezogen werden, wobei ein gleichzeitiges Einschieben
von Deckenisolierkappen möglich
ist. Das Grundprinzip beruht darauf, die Spulenseiten auf weniger
als Nutschlitzbreite verdünnt und
gegen die Nutschlitzkanten geschützt
durch Kraftangriff an der vorderen Stirnseite mittels Hubbewegung
in die Nuten einzuziehen. Die Ausrichtung der Drähte und der Schutz gegen die
Nutschlitzkanten lässt
sich durch polierte Stahlprofile, die auch als Einziehnadeln bezeichnet
werden, erreichen. Im Einziehwerkzeug sind die Einziehnadeln an
einem bestimmten Ständerblechschnitt
sowie die Paketlänge angepasst.
Die Spulen werden dem Wickelschema gemäß zwischen die Nadeln gewickelt
oder gehängt.
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Charakteristisch
für die
Lage eingezogener Spulen bei Ende des Einziehvorganges ist die im Ständerlängsschnitt
ausgebildete S-Form. Die Spulen liegen oft auch nicht mittig zum
Ständer.
An der Austrittsseite überbrücken die
Spulenköpfe
sehnenartig den Bohrungsraum, was besonders ausgeprägt bei 2-poligen
Wicklungen auftritt. Zu weiteren Einziehvorgängen sind deshalb Zwischenformoperationen
nötig.
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Mit
dem Einziehverfahren lassen sich 1-, 2- und 3-strängige Wicklungen
beliebiger Polzahl realisieren. Vorzugsweise werden sie als Einschichtwicklungen
mit ebenen Anordnungen der Wickelköpfe ausgebildet. Zweischichtwicklungen
sind in zwei Einziehvorgängen
möglich,
ein Deckkappenprofil sollte zur Zwischenisolierung eingesetzt werden.
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Darstellung
der Erfindung
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Durch
das erfindungsgemäß vorgeschlagene
Verfahren zur Herstellung von 3-phasigen Wicklungen mit Verschaltung
lassen sich hohe Nutfüllfaktoren,
die bei der Einziehtechnik nur beschränkt erzielbar sind, realisieren.
Aufgrund der erzielbaren hohen Nutfüllfaktoren können die
Bauvolumina mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gefertigter 3-phasiger Wicklungen
reduziert werden. Darüber
hinaus kann unter Anwendung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens
eine automatisierbare Herstellung der Wicklungen realisiert werden.
Durch die Integration der Verschaltung des Sternpunktes an einer
Seite eines Stators einer elektrischen Maschine sind separate bisher
erforderliche, auch manuell durchgeführte Arbeitsgänge bei
der Herstellung von 3-phasigen Wicklungen entbehrlich. Die Verschaltung
des Sternpunktes kann in die Herstellung der 3-phasigen Wicklungen
integriert werden, so dass sich einerseits eine automatisierbare
Herstellung der Wicklung und andererseits eine im gleichen Herstellprozess
erfolgende automatisierbare Herstellung des Sternpunktes erreichen
lassen.
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Als
weiterer Vorteil des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens
ist zu nennen, dass sich mit diesem eine kompakte, Bauvolumen-minimierte
Sternpunktanordnung erzielen lässt,
da die Herstellung des Sternpunktes im Rahmen des gleichen Herstellungsprozesses
an ein und derselben Werkzeugaufnahme durchgeführt werden kann. Mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Verfahren können
neben der Integration der Verschaltung der Sternpunktanordnung bei
der Formung des Wickelkopfes keilförmig geprägte Drahtelemente eingesetzt werden.
Durch keilförmig
geprägte
Drahtelemente kann in vorteilhafter Weise eine bessere Ausnutzung der
Nut hinsichtlich einer Erhöhung
des Nutfüllfaktors einer
elektrischen Maschine erreicht werden. Damit wiederum ist die Erhöhung der
spezifischen Leistung pro Bauvolumen einer elektrischen Maschine
möglich.
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3-phasige
Wicklungen oder Rechteckdrahtwicklungen werden in der Regel aus
geprägten Runddrahtformelementen
hergestellt, die entweder als U-Bügelelemente, gerade Phasendrähte, als Endlosdraht
bei der Einzugstechnik oder gerade mit einer Kröpfung versehene Sternpunktdrähte ausgebildet
sein können.
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Nach
dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Verfahren wird der Runddraht zunächst
keilförmig
geprägt
oder gewalzt. In einem weiteren Arbeitsschritt des erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Verfahrens werden die Drähte
in einer Einrichtung zum Wickelformen positioniert. In entsprechenden
Positionen werden die Stern- und Phasendrähte und U-Bügelelemente
gesteckt und durch ein anschließendes Verschränken der
Wickelschablonen zueinander der herzustellende Wickelkopf kompakt
geformt. Der entstehende Drahtkäfig
wird mittels einer Übersetzeinrichtung
auf ein vorbereitetes Lamellenpaket übergesteckt, wobei das vorbereitete
Paket entweder Papierisolationen enthalten kann oder eine Isolation
auf dem Wege der Pulverbeschichtung herbeigeführt worden ist.
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Eine
Verschränkung
auf der Gegenseite resultiert in einem Wickelschritt. Nach dem Verbinden der
Leiterelemente mittels eines thermischen Fügeverfahrens, so zum Beispiel
im Wege des Widerstandsschweißens,
des Laserstrahlschweißens,
des Elektronenstrahlschweißens
oder des Lötens,
wird eine automatische Kontaktierung des Sternpunktes hergestellt.
Neben dem Verbinden der Leiterelemente auf dem Wege stoffschlüssiger Fügeverfahren kann
deren Verbindung auch über
das Warmpressen oder eine kalte Kontaktiertechnik wie z.B. das Vernieten
oder Verkrimpen herbeigeführt
werden.
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Zeichnung
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Anhand
der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
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Es
zeigt:
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1 eine Prägevorrichtung
zur Formung von Wickeldrähten,
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2a, 2b und 2c Drahtelemente
in verschiedenen Ausführungsvarianten
zur Herstellung von Wicklungen,
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3 die Draufsicht auf ein
Schränkwerkzeug,
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4 teilweise in ein Schränkwerkzeug
eingesteckte Drahtelemente zur Formung des Wickelkopfes,
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5 einen fertig geformten
Wickelkopf mit integriertem Sternpunkt,
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6 ein ausgeworfener Drahtkorb
zum Einsetzen in ein Lamellenpaket,
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7 den Fügevorgang vom Drahtkorb und Lamellenpaket,
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8 die Darstellung der Schränkaufnahme auf
der Schaltseite der Wicklung,
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9 die Darstellung der Schaltseite
der Wicklung,
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10 die Darstellung der stoffschlüssigen Verbindung
auf der Schaltseite
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11 das Schweißen des
Sternpunktes auf der Sternpunktseite der Wicklung,
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12a, 12b, 12c jeweils
Draufsicht, Seitenansicht und Details der Sternpunktseite einer
ersten Wicklungsvariante,
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13a, 13b, 13c jeweils
Draufsicht, Seitenansicht und Details der Sternpunktseite einer
zweiten Wicklungsvariante und
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14a, 14b, 14c jeweils
Draufsicht, Seitenansicht und Details der Sternpunktseite einer
dritten Wicklungsvariante.
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Ausführungsvarianten
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Der
Darstellung gemäß 1 ist eine Prägevorrichtung
zur Formgebung von als Wicklungsmaterial eingesetzten Drahtelementen
zu entnehmen.
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In
einem Prägewerkzeug 1,
wie es in 1 schematisch
dargestellt ist, wird ein in Stabform zugeführtes Drahtmaterial verformt.
Das in Stabform zugeführte
Drahtmaterial 3 durchläuft
einen Materialeinlauf 6 und gelangt in den Bereich zwischen
einem ersten Formteil 4 und zweiten Formteil 5.
Die beiden Formteile 4, 5 sind jeweils in Prägeteilen
des Prägewerkzeuges 1 aufgenommen,
welche über
Hydraulikstempel 2 zusammen- oder auseinanderfahrbar sind.
Anstelle von Hydraulikstempeln 2 kann das Zusammen- oder
Auseinanderfahren der Formteile 4, 5 auch über Pneumatikzylinder
oder Elektroantriebe erfolgen. Entsprechend der Formgebung des ersten
Formteils 4 und des zweiten, zum ersten Formteil 4 komplementär ausgebildeten
Formteils 5 kann dem über
den Materialeinlauf 6 in das Prägewerkzeug 1 einlaufenden,
in Stabform vorliegenden Drahtmaterial 3 beispielsweise
eine Keilform 13 aufgeprägt werden (vgl. Darstellung
gemäß 2).
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Neben
der Keilform 13 lässt
sich in dem Prägewerkzeug
1 dem in Stabform in dieses einlaufende Drahtmaterial 3 auch
eine andere Geometrie aufprägen,
welche den Nutfüllfaktor
von Nuten in einer elektrischen Maschine steigert.
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Den 2a, 2b und 2c sind
Drahtelemente in verschiedenen Ausführungsvarianten zur Herstellung
von mehrphasigen Wicklungen zu entnehmen.
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Gemäß 2a ist ein U-Bügelelement 7, welches
vor einem Biegevorgang das in 1 dargestellte
Prägewerkzeug 1 durchlaufen
hat und demzufolge im Bereich seiner beiden Schenkel mit einer Keilform 13 versehen
ist, an einer Rundung 10 derart gebogen, dass die beiden
Schenkel des U-Bügelelements 7 jeweils
in einem ersten Drahtende 8 beziehungsweise in einem zweiten
Drahtende 9 auslaufen. Bei der nachfolgenden Herstellung
einer Wicklung 32 (vgl. Darstellung in den 6 beziehungsweise 7) sind die Rundungen 10 an
der Außenseite einer
Sternpunktseite angeordnet, während
die Drahtenden 8, 9 auf der Schaltseite der Wicklung 32 liegen.
Bei der Fertigung der U-Bügelelemente 7 kann zunächst ein
Biegevorgang und ein sich anschließender Prägeschritt erfolgen – die Fertigungsreihenfolge
kann jedoch auch in umgekehrter Weise erfolgen. Sinngemäß gilt die
erwähnte
Abfolge der Fertigungsschritte sowohl für U-Bügelelemente 7, Sternpunktdrähte 11 sowie
Phasendrähte 12.
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2b ist weiterhin ein Sternpunktdraht 11 zu
entnehmen, dem ebenfalls die Keilform 13 aufgeprägt ist.
Der Sternpunktdraht 11 umfasst ein um 90° zum Drahtverlauf
gewinkelt angeordnetes Endstück, welches
während
der Herstellung der Wicklung mit einem Sternpunktring stoffschlüssig verbunden
wird.
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2c ist darüber hinaus
ein Phasendraht 12 entnehmbar, dem ebenfalls die Keilform 13 aufgeprägt ist,
welche den Nutfüllfaktor
in einer Wicklung einer elektrischen Maschine signifikant verbessert. Die
in 2c dargestellte Kröpfung des
Phasendrahtes 12 ergibt sich aus den Formen des Wickelkopfes. Zunächst werden
die Phasendrähte 12,
die gerade ausgebildet sind, in ein Schränkwerkzeug eingesteckt. Prinzipiell
ist es möglich,
dass die zunächst geraden
Phasendrähte 12 beim
Wickelkopfformen gerade bleiben, die in 2c dargestellte Kröpfung der Phasendrähte 12 kann
sich an diesen je nach Teilkreisdurchmesser des eingesetzten Schränkwerkzeuges
ergeben.
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3 ist die Draufsicht auf
ein Schränkwerkzeug
zu entnehmen.
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Das
in 3 dargestellte Schränkwerkzeug 14 umfasst
eine Außenscheibe 15,
die stationär
angeordnet ist sowie eine Innenscheibe 16, die relativ zur
stationär
aufgenommenen Außenscheibe 15 verdrehbar
ist. Die Außenscheibe 15 und
die Innenscheibe 16 des Schränkwerkzeuges 14 können auch beide
beweglich sein. Mit beiden dargestellten Ausführungsvarianten des Schränkwerkzeuges 14 lässt sich
eine Relativbewegung einer Außenscheibe 15 zu
einer Innenscheibe 16 erzeugen, wodurch ein Verschränken zur
Formung eines Wicklungskopfes möglich
ist.
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Am
Innenumfang der Außenscheibe 15 sind in
regelmäßigen Abständen voneinander
erste Öffnungen 17 ausgebildet,
die einen etwa keilförmigen Öffnungsquerschnitt
aufweisen.
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Am
Außenumfang
der Innenscheibe 16 sind in identischer Teilung zu den
ersten Öffnungen 17 am Innenumfang
der stationären
Außenscheibe 15 zweite Öffnungen 18 ausgebildet,
die ebenfalls einen keilförmig
ausgebildeten Öffnungsquerschnitt
aufweisen. Über
eine Verdrehung der Innenscheibe 16 relativ zur stationär angeordneten
Außenscheibe 15 erfolgt
ein Verschränken
von in die ersten Öffnungen 17 und
zweiten Öffnungen 18 eingeführten U-Bügelelemente 7 gemäß der Darstellung
in 2.
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4 ist die Darstellung eines
Schränkwerkzeuges
zu entnehmen, in welches zum Teil Drahtelemente zur Formung eines
Wickelkopfes eingeführt sind.
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Das
in 4 in einer perspektivischen
Draufsicht dargestellte Schränkwerkzeug 14 umfasst
die stationär
angeordnete Außenscheibe 15 sowie
die relativ zu dieser verdrehbare Innenscheibe 16. Die ersten Öffnungen 17 der
stationären
Außenscheibe 15 umschließen die
an der Außenumfangsfläche der Innenscheibe 16 ausgebildeten
zweiten Öffnungen 18 ringförmig. Sowohl
die ersten Öffnungen 17 als auch
die zweiten Öffnungen 18 weisen
einen im Wesentlichen keilförmig
konfigurierten Querschnitt auf, der komplementär zur Keilform 13 der
in 2 dargestellten Drahtelemente 7, 11 und 12 ausgebildet ist.
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In
der Darstellung gemäß 4 sind in die ersten Öffnungen 17 sowie
die zweiten Öffnungen 18 die
Schenkel der U-Bügelelemente 7 derart
eingesteckt, dass deren Rundungen 10 an einer Sternpunktseite 23 einer
noch zu fertigenden Wicklung liegen. Ferner ist in eine zweite Öffnung 18 am
Außenumfang
der Innenscheibe 16 ein Sternpunktdraht 11 eingeführt, dessen
auf der Sternpunktseite 23 liegendes Ende abgewinkelt ist.
Dem Sternpunktdraht 11 mit abgewinkeltem Ende gegenüberliegend
ist in die korrespondierende erste Öffnung 17 am Innenumfang
der stationären
Außenscheibe 15 ein
Leiterelement 19 eingelassen. Bei dem Leiterelement 19 handelt
es sich um einen Phasendraht. Dieser dient zur Bestromung der Wicklung
der herzustellenden 3-phasigen Wicklung oder der Rechteckdrahtwicklung,
wobei die Verwendung eines steifen, dicken Drahtes als Leiterelement 19 die
Möglichkeit
bietet, an diesem direkt den Stromanschluß der zu fertigenden Wicklung
auszubilden, der z.B. als Steckkontakt beschaffen sein kann.
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5 ist ein fertig geformter
Wickelkopf mit integriertem Sternpunkt zu entnehmen.
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Nach
dem Einstecken von U-Bügelelementen 7 in
die zueinander korrespondierenden Öffnungen 17 und 18 an
der Außenscheibe 15 und
der Innenscheibe 16 erfolgt ein Verschränken der U-Bügelelemente 7,
d.h. eine Relativbewegung der beiden in den Schränkwerkzeugen 14 aufgenommenen Schenkel
der U-Bügelelemente 7 zueinander.
Der entstehende Wickelkopf 20 ist in einer perspektivisch wiedergegebenen
Draufsicht in 5 dargestellt. Der
Wickelkopf 20 umfasst einen integrierten Sternpunkt 21,
der beim Verschränken der
in die Öffnungen 17 beziehungsweise 18 eingesteckten
U-Bügelelemente 7 in
einem Arbeitsgang hergestellt wird. Die abgewinkelten Enden der
Sternpunktdrähte 11 weisen
sternförmig
einander zu. Der beim Verschränken entstehende
Drahtkorb ist in 5 noch
im Schränkwerkzeug 14 umschlossen
und nicht dargestellt. Den einzelnen Sternpunktdrähten 11 an
der Außenseite des
Wickelkopfes 20 gegenüberliegend
sind die Leiterelemente 19 angeordnet, über welche eine Bestromung
der herzustellenden Wicklung erfolgt. Die Formung des Wickelkopfes 20 gemäß der Darstellung
in 5 erfolgt durch ein
Verschränken,
d.h. einer Relativbewegung von Innenscheibe 16 und Außenscheibe 15 des
Schränkwerkzeuges 14 entsprechend
einer Wickelschablone.
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6 zeigt einen aus einem
Werkzeug ausgeworfenen Drahtkorb zum Einsetzen in ein Lamellenpaket
einer elektrischen Maschine.
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Wie
der Darstellung gemäß 6 entnehmbar ist, ist der
Wickelkopf 20 an der Sternpunktseite 23 eines
Drahtkorbes 22 ausgebildet. Unterhalb des Wickelkopfes 20 sind
verschränkte
Wicklungsdrähte 27,
die einen keilförmigen
Querschnitt aufweisen, dargestellt. Die Mantelfläche des Drahtkorbes 22 wird
durch die U-Bügelelemente 7 gebildet,
die in ihrem oberen Bereich unterhalb der Rundung 10 eine Verschränkung 27 aufweisen
und unterhalb der Verschränkung 27 im
Wesentlichen senkrecht zueinander verlaufen. An der Sternpunktseite 23 des
Wickelkopfes 20 sind die Sternpunktdrähte 11 dargestellt, deren
Enden einander zuweisen und mit einem in 6 nicht dargestellten Sternpunktring
stoffschlüssig
verbunden sind. Den Sternpunktdrähten 11 jeweils
an der Außenseite
des Wickelkopfes 20 gegenüberliegend befinden sich die
Leiterelemente 19 zur Bestromung der noch herzustellenden
Wicklung.
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7 ist der Fügevorgang
des Drahtkorbes mit einem Lamellenpaket einer elektrischen Maschine
zu entnehmen.
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Eine Übersetzereinrichtung,
die in 7 lediglich schematisch
angedeutet ist, umfasst einen Stempel, mit welchem unter Zwischenschaltung
eines Übertragungselementes
der Drahtkorb 22 in Pfeilrichtung auf ein Lamellenpaket
eingeschoben wird. Zum Schutz des Wickelkopfes 20 des in
diesem integrierten Sternpunktes 21 sowie zum Schutz der Leitungselemente 19 ist
an der Sternpunktseite 23 des Drahtkorbes 22 das Übertragungselement
angeordnet. Das Lamellenpaket 24 kann bereits mit einer Papierisolation
versehen sein; ferner kann die Isolation durch Pulverbeschichtungsverfahren
erfolgen. Beim Fügevorgang
gemäß der Darstellung
in 7 ist das Lamellenpaket 24 gemäß eines
der aufgezählten
Isolationsverfahren isoliert.
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8 ist die Schaltseite der
Wicklung zu entnehmen.
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Aus
der Draufsicht gemäß 8 geht hervor, dass auf
der Schaltseite 25 der Wicklung die ersten Drahtenden 8 und
die zweiten Drahtenden 9 der U-Bügelelemente 7 einander
gegenüberliegen.
Unterhalb der in einer im Wesentlichen plan verlaufenden Ebene liegenden
Drahtenden 8 beziehungsweise 9 befinden sich verschränkte Wicklungsdrähte 27. Die
Verschränkung
auf der Schaltseite 25 der Wicklung erfolgt durch eine
Relativbewegung des Schränkwerkzeuges 14 zu
einem stationären
Teil des Schränkwerkzeuges 26,
welches im Wesentlichen von den in 8 nicht
dargestellten, parallel zueinander verlaufenden Schenkeln der U-Bügelelemente 7 durchsetzt
ist, welche durch die Rundung 10 auf der Sternpunktseite 23 der
Wicklung verbunden sind.
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9 ist die Darstellung der
Schränkaufnahme
auf der Schaltseite der Wicklung zu entnehmen.
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Auf
der Schaltseite 25 der hergestellten Wicklung 32 liegen
die Enden 8 beziehungsweise 9 der verschränkten Wicklungsdrähte 27 auf
zwei zueinander konzentrisch verlaufenden Kreisen einander gegenüber. Auch
innerhalb der Verschränkung auf
der Schaltseite 25 der Wicklung 32 weisen die U-Bügelelemente 7 einen
keilförmigen
Querschnitt 13 auf.
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10 ist die Herstellung der
stoffschlüssigen
Verbindung auf der Schaltseite der Wicklung 32 zu entnehmen.
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Gemäß der Darstellung
in 10 ragt die Schaltseite 25 der
Wicklung 32 aus der Schränkaufnahme hervor. Die verschränkten Wicklungsdrähte 27 weisen
den im Prägewerkzeug 1 gemäß 1 erzeugten keilförmigen Querschnitte 13 auf.
Die ersten Drahtenden 8 sowie die zweiten Drahtenden 9 der U-Bügelelemente 7 stehen
auf der Schaltseite 25 in einem Abstand zueinander. Mittels
einer ersten Backe 28 und einer diesen gegenüberliegenden
zweiten Backe 29 werden die Enden 8 beziehungsweise 9 eines
jeden U-Bügelelementes 7 aneinander
gepresst, bevor eine stoffschlüssige
Verbindung auf der Schaltseite 25 der Wicklung 32 erzeugt
wird.
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11 zeigt das Erzeugen einer
stoffschlüssigen
Verbindung auf der Sternpunktseite 23 einer Wicklung.
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Die
von dem Lamellenpaket 24 umschlossene Wicklung weist auf
der Sternpunktseite 23 den Wickelkopf 20 auf.
An der Innenseite des Wickelkopfes 20 liegend weisen drei
Sternpunktdrähte 11 mit
ihren abgewinkelten Enden einander zu. Die einzelnen abgewinkelten
Enden der Sternpunktdrähte 11 werden mit
einem Sternpunktring 40 stoffschlüssig verbunden. Das stoffschlüssige Fügen der
abgewinkelten Enden der Sternpunktdrähte 11 mit dem Sternpunktring 40 kann
beispielsweise auf dem Wege des Widerstandsschweißens, des
Laserschweißens,
des Elektronenstrahlschweißens
oder des Lötens
erfolgen, wobei das Fügen
der abgewinkelten Ende der Sternpunktdrähte 11 mit dem Sternpunktring 40 auch durch
Kaltumformungverbindungstechniken erfolgen kann. Auch auf dem Wege
des Warmpressens kann eine automatische Kontaktierung der abgewinkelten Enden
der Phasendrähte 11 mit
dem Sternpunktring 40 erfolgen, so dass der integrierte
Sternpunkt 21 entsteht. Über den Wickelkopf 20 auf
der Schaltseite 23 hervorstehend und neben den abgewinkelten
Enden der Sternpunktdrähte 11 angeordnet,
stehen die Leiterelemente 19 über die Oberseite des Wickelkopfes 20 vor.
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Aus
der Darstellung gemäß 11 geht darüber hinaus
hervor, dass unterhalb der verschränkten Wicklungsdrähte 27 der
Wicklung diese von Isolationen 31 umschlossen sind. Die
beispielsweise durch Pulverbeschichtung oder durch Papierröhren gebildete
Isolation 31 wird vor dem Fügevorgang des Drahtkorbes 22 (vgl.
Darstellung gemäß 7) mit dem vorbereiteten
Lamellenpaket 24 an der Innenseite des Lamellenpaketes 24 ausgebildet.
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Aufgrund
der Anordnung des Sternpunktringes 40 oberhalb des Wickelkopfes 20 lässt sich
in vorteilhafter Weise erreichen, dass der Innendurchmesser des
Lamellenpaketes 24 nicht reduziert zu werden braucht. Aufgrund
der Anordnung des Sternpunktringes 40 an der Innenseite 41 des
Wickelkopfes 20 lässt
sich darüber
hinaus eine Reduzierung der Baulänge
der hergestellten Wicklung 32 erreichen. Ein weiterer Vorteil
ist dadurch gegeben, dass keine zusätzlichen Isolationselemente
so z.B. Kunststoffmasken oder Isolierpapier erforderlich sind.
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In
den 12a, 12b, 12c; 13a, 13b, 13c und 14a, 14b sowie 14c sind
verschiedene Ausführungsvarianten
von mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Verfahren hergestellten Wicklungen 32 dargestellt.
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Diese
Wicklungen 32 können
beispielsweise an elektrischen Maschinen, wie zum Beispiel Asynchronmotoren,
für den
Niederspannungsbereich eingesetzt werden. Hinsichtlich der Anwendung
in Kraftfahrzeugen können
als Asynchronmotoren ausgebildete elektrische Maschinen sowohl als
Lenkungsantriebe, Lüfterantriebe,
Hydraulikantriebe und als Stellantriebe eingesetzt werden. Ein weiterer
Einsatzbereich von Asynchronmotoren, deren Wicklungen im Wege des
obenstehend beschriebenen Verfahrens hergestellt sind, sind Fahrantriebe
für Gabelstapler oder
andere Flurförderfahrzeuge.
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In
den Figuren sind jeweils Draufsicht, Seitenansicht und Details der
Sternpunktseite für
eine erste Variante gemäß der 12a, 12b und 12c,
eine zweite Variante gemäß 13a, 13b und 13c sowie eine
dritte Variante gemäß 14a, 14b und 14c dargestellt.
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Jeder
der Ausführungsvarianten
gemäß 12a, 13a und 14a in
der Draufsicht ist gemeinsam, dass die Wicklung 32 von
dem Lamellenpaket 24 umschlossen ist. Der Sternpunktring 40 liegt
stets auf der Innenseite 41 des Wickelkopfes 20,
so dass in vorteilhafter Weise eine Reduzierung der Baulänge der
Wicklung 32 erzielt werden kann.
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In
der Ausführungsvariante
gemäß 13a ist der Sternpunktring 40 mit
drei in einer Teilung von 120° zueinander
angeordneten Ausnehmungen 45 versehen, während in
der Draufsicht auf die Ausführungsvariante
der Sternpunktring 40 einzelne, ebenfalls in einem Umfangswinkel
von 120° zueinander angeordnete
Schlaufen 44 aufweist. Sämtlichen in den 12a, 13a und 14a dargestellten
Ausführungsvarianten
ist gemeinsam, dass der Sternpunktring 40 mit seiner stoffschlüssigen Verbindung
oberhalb des Wickelkopfes 20 liegt, so dass der Innendurchmesser
des die Wicklung 32 umschließenden Lamellenpaketes 24 nicht
zu reduzieren ist.
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Die
Seitenansichten der in den 12b, 13b und 14b dargestellten Ausführungsvarianten
der Wicklung 32 zeigen, dass die Wicklung 32 zwischen der
Sternpunktseite 23 und der Schaltseite 25 vom Lamellenpaket 24 umschlossen
ist. Sowohl auf der Schaltseite 25 als auch auf der Sternpunktseite 23 sind
jeweils verschränkte
Wicklungsdrähte 27 zu
erkennen. Das Lamellenpaket 24 umschließt die Wicklung 32 im
Wesentlichen in dem Bereich, in welchem an dem Drahtkorb 22 streng
parallel zueinander verlaufende U-Bügelelemente 7 angeordnet
sind. Auf der Sternpunktseite 23 ist der Sternpunktring 40 auf der
Innenseite des Wickelkopfes 20 liegend dargestellt. In
analoger Weise sind die Wicklungen 32 gemäß der Seitenansichten
in den Figurensequenzen B beziehungsweise C ausgebildet.
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Die
einzelnen in den 12a, 12b, 12c; 13a, 13b, 13c und 14a, 14b, 14c dargestellten Ausführungsvarianten
der Wicklung 32 unterscheiden sich voneinander durch die
Ausbildung des Sternpunktringes 40.
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Gemäß 12c befindet sich am Wickelkopf 20,
der vom Lamellenpaket 24 umschlossen ist und durch die
Rundung 10 der U-Bügelelemente 7 gebildet
ist, der Sternpunktring 40. Auf diesem ist ein zweiter
Anschluss 43 angeordnet, dem gegenüberliegend sich ein erster
Anschluss 42 definiert. Der erste Anschluß 42 gemäß 12c korrespondiert zum Leiterelement 19,
welches zur Bestromung der Wicklung 32 dient.
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Aus
der Detailansicht gemäß 13c geht hervor, dass der
Sternpunktring 40 die zweiten Anschlüsse 43 im Bereich
von im Sternpunktring 40 liegenden ausgebildeten Ausnehmungen 45 umschließt. Die
Oberseite des Wickelkopfes 20 ist durch die Rundungen 10 der
U- Bügelelemente 7 gebildet. Die
Außenseite
der Wicklung 32 ist durch das Lamellenpaket 24 umschlossen.
Aus dieser perspektivischen Darstellung ist die Keilform 13 der
U-Bügelelemente 7 zu
erkennen.
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Aus
der Detailansicht der Wicklung 32 gemäß 14c ist erkennbar, dass die zweiten Anschlüsse 43 von
Schlaufen 44 umschlossen sind, welche den Sternpunktring 40 bandförmig an
seiner Außenseite
umschließen.
Die Wicklung ist vom Lamellenpaket 24 an der Außenseite
umgeben. Dem zweiten Anschluss 43 liegt ein erster Anschluss 42 gegenüber, der
zum Leiterelement 19 zur Bestromung der Wicklung 32 korrespondiert.
Die beiden Anschlüsse 42, 43 sind
in radialer Richtung voneinander beabstandet. Aus den Detaildarstellungen
der Figurensequenz A, B und C geht hervor, dass der Sternpunktring 40,
der Sternpunktring 40 mit Ausnehmungen 45 sowie
der Sternpunktring 40, der an seiner Außenseite von einem Schlaufen 44 enthaltenden
Ring umschlossen ist, jeweils auf der Innenseite 41 des
Wickelkopfes 20 liegt. Dies reduziert die Baulänge der
erfindungsgemäß hergestellten
Wicklung 32 nicht unerheblich.
-
Die
beschriebene Wicklung 32 zeichnet sich einerseits aufgrund
der in die U-Bügelelemente 7, 11 sowie
20 eingeprägten
Keilform 13 durch einen hohen Nutfüllfaktor aus. Ferner ist die
Herstellung der Wicklung 32 automatisierbar, wobei in besonders vorteilhafter
Weise die Verschaltung eines integrierten Sternpunktes 21 während der
Herstellung der Wicklung 32 erfolgen kann. Auch die Verschaltung des
integrierten Sternpunkts 21 ist mittels des erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Verfahrens automatisierbar. Ferner zeichnet sich die Wicklung 32 mit
integriertem Sternpunkt 21 durch eine kompakte und Bauvolumen-minimierte
Ausgestaltung aus.
-
- 1
- Prägewerkzeug
- 2
- Hydraulikstempel
- 3
- Drahtmaterial
in Stabform
- 4
- erstes
Formteil
- 5
- zweites
Formteil
- 6
- Materialeinlauf
- 7
- U-Bügelelement
- 8
- erstes
Drahtende
- 9
- zweites
Drahtende
- 10
- Rundung
- 11
- Sternpunktdraht
- 12
- Phasendraht
- 13
- Keilform
- 14
- Schränkwerkzeug
- 15
- Außenscheibe
- 16
- Innenscheibe
- 17
- erste Öffnungen
- 18
- zweite Öffnungen
- 19
- Leiterelement
zur Bestromung der Wicklung 32
- 20
- Wickelkopf
- 21
- integrierter
Sternpunkt
- 22
- Drahtkorb
- 23
- Sternpunktseite
- 24
- Lamellenpaket
- 25
- Schaltseite
- 26
- Schränkwerkzeug
- 27
- verschränkte Wicklungsdrähte
- 28
- erste
Klemmbacke
- 29
- zweite
Klemmbacke
- 30
- Verschweißung Sternpunktseite
- 31
- Isolation
- 32
- Wicklung
- 40
- Sternpunktring
- 41
- Innenseite
Wickelkopf
-
- 42
- erster
Anschluss
- 43
- zweiter
Anschluss
- 44
- Schlaufe
- 45
- Ausnehmung