DE19757068C1

DE19757068C1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen einer Formspule für eine Erregerwicklung

Info

Publication number: DE19757068C1
Application number: DE1997157068
Authority: DE
Inventors: Siegfried Dr Schustek; Peter Franz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1997-12-20
Filing date: 1997-12-20
Publication date: 1999-07-15
Anticipated expiration: 2017-12-21
Also published as: IT1306243B1; FR2773008A1; ITMI982741A1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Formspule für eine Erregerwicklung, die mit mehreren Windungen Erregerfeldpole einer elektrischen Maschine mäanderförmig umläuft, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Aus DE-OS 19 15 847 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Formspule für eine Erregerwicklung bekannt, die mit mehreren Windungen Erregerfeldpole von Statoren elektrischer Maschinen mäanderförmig umläuft. Dabei wird ein isolierter flacher Draht so oft um einen Wickeldorn vollständig herumgeführt, bis die gewünschte Windungszahl der Wendel erreicht ist. Anschließend wird die Wendel abgetrennt, vom Wickeldorn axial abgezogen, über eine Transferstation zu einer Formstation gebracht und in einem weiteren Verfahrensschritt zur Mäanderform umgeformt. Dabei wird die Spule mit ihren Windungen auf Finger geschoben und von zwei, diametral sich gegenüberliegenden, in etwa erregerpolförmigen Vorsprüngen von unten gestützt. Arme an den Vorsprüngen verhindern ein Abwickeln der Spule. Zwei weitere, sich ebenfalls diametral gegenüberliegende, gegenüber den unteren Fingern um 90° gedrehte und ebenfalls mit erregerpolförmigen Vorsprüngen und Armen versehene Finger greifen von oben in die Wendel ein, drücken sie gegen die Vorsprünge der unteren Finger und formen die Wendel so um, daß dabei eine mäanderförmige Spule entsteht. Die Finger bewegen sich beim Umformvorgang einerseits sowohl aneinander vorbei, als auch in auf die Wendel bezogen radialer Richtung aufeinander zu. Aus der Verkleinerung des Abstands der Finger folgt eine Verkleinerung des Durchmessers der Spule mit dem Umformen.

Diese Art der Wicklungsherstellung erfordert mehrere Stationen und ist somit zeit-, platz- und kostenaufwendig. Aus der DE 296 23 132 U1 ist ferner eine Wicklung für einen Klauenpolgenerator bekannt, die durch mäanderförmige Prägung einer gewickelten Ringspule entsteht und daher die gleichen Nachteile aufweist.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer Formspule für eine Erregerwicklung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, eine Formspule mit großem Füllfaktor und hoher Formgenauigkeit zu erzeugen, die sich auch durch eine gute Fixierung beim Schütteln auszeichnet. Mit der hohen Formgenauigkeit geht auch eine sehr gute Wärmeableitung einher. Das Verfahren ist schnellaufend und kann vollautomatisch durchgeführt werden.

Eine vorteilhafte Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gibt sich aus Anspruch 10.

Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens möglich.

Zeichnung

Das erfindungsgemäße Verfahren ist anhand einer in der Zeichnung dargestellten Vorrichtung zum Herstellen einer Formspule für eine Erregerwicklung einer elektrischen Maschine in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer nach dem Verfahren hergestellten Formspule,

Fig. 2 ausschnittweise eine perspektivische Darstellung eines Stators einer elektrischen Maschine mit eingesetzter Formspule gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung einer nach dem Verfahren hergestellten Formspule gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung eines Klauenpolstators einer elektrischen Maschine mit darin eingesetzter Formspule gemäß Fig. 3,

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Herstellen der Formspulen gemäß Fig. 1 oder 3,

Fig. 6 ausschnittweise eine perspektivische schematische Darstellung eines Wickelzylinders einer Wickelvorrichtung in der Vorrichtung gemäß Fig. 5,

Fig. 7 ausschnittweise eine perspektivische Darstellung der Wickelvorrichtung in der Vorrichtung gemäß Fig. 5 bei abgenommenen Wickelzylinder.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die in Fig. 1 und 3 perspektivisch dargestellten beiden Formspulen 10 und 10' für die Erregerwicklung einer elektrischen Maschine stimmen insoweit überein, als sie mäanderförmig aus einem isolierten Flachdraht gewickelt sind, der in mehreren Windungen die Erregerwicklung durchläuft, wobei die einzelnen Flachdrahtwindungen mit ihren größeren Querschnittsflächen, also ihren Breitseiten, aneinanderliegen. Während die Mäanderform der Formspule 10 gemäß Fig. 1 etwa rechteckförmig ist, weist die Formspule 10' gemäß Fig. 3 einen mehr sinusförmigen Verlauf der einzelnen Mäanderschlaufen auf.

Beide Formspulen 10, 10' sind für einen sechspoligen Stator ausgelegt.

Der in Fig. 2 ausschnittweise perspektivisch dargestellte Stator 11 für einen Startermotor für ein Kraftfahrzeug als Beispiel für eine elektrische Maschine hat ein hohlzylindrisches Lamellengehäuse 11 mit drei daran einstückig ausgebildeten Erregerpolen 12 sowie drei mittels Einsteckfüße in das Lamellengehäuse 11 einschiebbaren Erregerpolen 12', von denen in Fig. 2 nur zwei dargestellt sind. In Umlaufrichtung des Lamellengehäuses 11 wechseln sich immer ein fester Pol 12 mit einem lösbaren Pol 12' ab. Wie in Fig. 2 skizziert ist, wird die Formspule 10 bei herausgenommenen lösbaren Erregerpolen 12' in das Lamellengehäuse 11 eingeschoben, wobei sich jede zweite der sechs Mäanderschlaufen der Formspule 10 um die festen Erregerpole 12 legt. Anschließend werden die drei Erregerpole 12' eingesetzt und liegen nun ihrerseits in den verbleibenden drei Mäanderschlaufen der Formspule 10, so daß die Erregerwicklung insgesamt die Erregerpole 12, 12' mit mehreren Windungen mäanderförmig umläuft.

Bei dem an sich bekannten Klauenpolstator 13 gemäß Fig. 4, der sich aus zwei Statorhälften zusammensetzt, wird die Formspule 10' gemäß Fig. 3 bei auseinandergezogenen Statorhälften eingesetzt und dann die beiden Statorhälften zusammengefügt, so daß in gleicher Weise wie in Fig. 2 die Erregerwicklung die einzelnen Klauenpole mäanderförmig umläuft.

Die Formspulen 10, 10' werden mittels einer in Fig. 5 schematisch dargestellten Vorrichtung hergestellt, wobei das Herstellungsverfahren vollautomatisch abläuft. Der Wickeldraht 14 ist als isolierter Runddraht in einem Wickel in einem Drahtfaß 15 aufgenommen, wird aus dem Drahtfaß 15 ausgezogen und in einer Walzvorrichtung 16 zu einem isolierten Quasi- Flachdraht, gewalzt. Der nunmehr flache Wickeldraht 14 wird in einer Richtvorrichtung 17 gerichtet, durch eine Abisoliervorrichtung 18 und eine Trennvorrichtung 19 hindurchgeleitet und schließlich einer Wickelvorrichtung 20 zugeführt. Der Vorschub des Wickeldrahts 14 erfolgt dabei mittels einer Antriebsvorrichtung 21.

Kernstück der Wickelvorrichtung 20 ist ein schrittweise angetriebener, um seine Achse rotierender Wickelzylinder 22 (Fig. 6), der einen koaxialen Wickeldorn 23 sowie mehrere Formtaschen 24 aufweist, die um gleiche Umfangswinkel gegeneinander versetzt auf einem Längenabschnitt des Wickeldorns 23 angeordnet und drehfest mit diesem verbunden sind. Die Anzahl der Formtaschen 24 ist durch die Zahl der erforderlichen Mäanderschlaufen der Formspule 10, 10' bestimmt und entspricht der halben Anzahl der vorgesehenen Erregerpole. Bei der sechspoligen Ausbildung des Stators gemäß Fig. 2 oder 4 beträgt die Zahl der vorhandenen Formtaschen 24 damit drei. Wie in Fig. 6 für eine Formtasche 24 angedeutet ist, ist jeder Formtasche 24 ein Schieber 25 zugeordnet, der am Wickeldorn 23 axial verschiebbar ist und in die Formtasche 24 in etwa formschlüssig eintaucht. Die Form der Formtaschen 24 gibt die Form der Mäanderschlaufen der Formspule 10 bzw. 10' vor. Bei der rechteckförmigen Mäanderform der Formspule 10 in Fig. 1 bestimmen die lichten Längen/Breiten-Abmessungen der Formtaschen 24, also die Tiefe der Formtaschen 24 und deren Breite in Drehrichtung gesehen, die Abmessungen der Mäanderschlaufen. Der quasi formschlüssig in die Formtasche 24 eintauchende Schieber 25 hat damit entsprechende Längen/Breiten-Abmessungen, die um das Maß einer einzelnen Drahtschlaufe 141 (Fig. 6) kleiner ist als die entsprechenden lichten Abmessungen der Formtaschen 24. Jede Drahtschlaufe 141 wird durch axiales Einschieben des Schiebers 25 in die zugeordnete Formtasche 24 gebildet, wobei der Schieber 25 den die Taschenöffnung überziehenden Drahtabschnitt bis zum Taschengrund hin einzieht und den Wickeldraht 14 an die Seitenwände und an den Taschengrund der Formtasche 24 andrückt. Da die Formspule 10 mehrere Windungen erhalten soll, muß für jede weitere in die Formtasche 24 eingeschobene Drahtschlaufe 141, die sich innen an die bereits zuvor eingezogene Drahtschlaufe 141 anlegt, ein weiterer Schieber 25 mit kleineren Abmessungen vorgesehen werden, wobei die Längen/Breiten-Abmessungen der nachfolgend eingesetzten Schieber 25 jeweils um das Maß einer Drahtschlaufe 141 kleiner sind als die des vorhergehenden Schiebers 25. Alle einer Formtasche 24 zugeordneten Schieber 25 sind auf einem Revolverkopf 26 angeordnet, der schrittweise gedreht wird, so daß immer der nächstfolgende Schieber 25 vor der Formtasche 24 mit dieser fluchtend liegt. In Fig. 7 ist perspektivisch die Anordnung der Revolverköpfe 26 für die Formspule gemäß Fig. 1 in der Wickelvorrichtung 20 dargestellt. Jeder der drei Revolverköpfe 26 ist einer Formtasche 24 zugeordnet. Da die Formspule 10 im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 sechs Windungen aufweist, hat jeder Revolverkopf 26 sechs Schieber 25a-26f. Die Revolverköpfe 26 werden über Riementriebe 27 gedreht.

Mit dieser in Fig. 5-7 dargestellten Vorrichtung wird die Formspule 10 gemäß Fig. 1 wie folgt hergestellt:

Der aus dem Drahtfaß 15 ausgezogene, flachgewalzte und gerichtete Wickeldraht 14 wird hochkant, d. h. mit seiner schmaleren Seitenfläche, auf den Wickeldorn 23 aufgesetzt und mit dem Drahtanfang am Wickelzylinder 22 fixiert. Der Wickelzylinder 22 wird nunmehr mittels eines in Fig. 5 mit 28 angedeuteten Schrittmotors gedreht, wobei der Wickeldraht 14 an den Taschenöffnungen der Formtaschen 24 vorbeigeführt wird. Durch den axial sich vorschiebenden Schieber 25a wird der Wickeldraht 14 unter Bildung der Drahtschlaufe 141 in die erste Formtasche 24 eingeschoben. Bei in der Formtasche 24 verbleibendem Schieber 25a wird der Wickelzylinder 22 weitergedreht, bis der Wickeldraht 14 die nachfolgende Formtasche 24 überspannt. Durch den Schieber 25a am nächsten Revolverkopf 26 wird in der nachfolgenden Formtasche 24 eine Drahtschlaufe 141 gebildet, wonach der Schieber 25a aus der ersten Formtasche 24 wieder austaucht und seine Grundstellung am Revolverkopf 26 einnimmt. Der Wickelzylinder 22 wird weitergedreht, wobei der Schieber 25a des zweiten Revolverkopfs 26 in der zweiten Formtasche 24 verbleibt und mitgedreht wird, bis die Taschenöffnung der dritten Formtasche 24 vom Wickeldraht 14 überspannt wird. Durch Einführen des Schiebers 25a am dritten Revolverkopf 26 wird nunmehr die Drahtschlaufe 141 in der dritten Formtasche 24 gebildet, wobei am Ende der Einschubbewegung des Schiebers 25a des dritten Revolverkopfs 26 der Schieber 25a des zweiten Revolverkopfs 26 aus der zweiten Formtasche 24 wieder herausgezogen wird. Am Ende einer vollen Umdrehung des Wickelzylinders 22 ist eine Windung der Formspule 10 fertiggestellt. Beim nachfolgenden Aufwickeln der zweiten Windung der Formspule 10 werden zu Beginn des Vorgangs alle Revolverköpfe 26 geschwenkt, so daß nunmehr allen Formtaschen 24 die Schieber 25b gegenüberstehen. Beim weiteren Drehen des Wickelzylinders 22 wiederholen sich die zuvor beschriebenen Vorgänge, wobei jeweils anstelle der Schieber 25a nunmehr die Schieber 25b die die Taschenöffnungen der Formtaschen 24 überspannenden Drahtabschnitte als Drahtschlaufen 141 in die Formtaschen 24 einschieben und diese an die in jeder Formtasche 24 bereits befindliche vorherige Drahtschlaufe 141 fest anlegen. Nach sechs Umdrehungen des Wickelzylinders 22 mit sechsmaligem Wechsel der Schieber 25 in den drei Revolverköpfen 26 ist die Formspule 10 mit sechs Windungen fertiggestellt. Sobald die für die Formspule 10 erforderliche Wickeldrahtlänge die Abisoliervorrichtung 18 durchläuft, wird der Wickeldraht 14 an dieser Stelle abisoliert und anschließend in der Trennvorrichtung 19 an der abisolierten Stelle vom restlichen Wickeldraht 14 abgeschnitten. Die fertiggewickelte Formspule 10 wird dann vom Wickeldorn 20 abgezogen und in den Stator gemäß Fig. 2 eingelegt.

Zur Herstellung der Formspule 10' gemäß Fig. 3 muß in der beschriebenen Vorrichtung lediglich die Form der Formtaschen 24 und der Schieber 25 geändert werden. Die Zahl der auf den Revolverköpfen 26 vorhandenen Schieber 25 richtet sich nach der Zahl der erforderlichen Windungen in der Formspule 10'.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen einer Formspule für eine Erregerwicklung, die mit mehreren Windungen Erregerfeldpole einer elektrischen Maschine mäanderförmig umläuft und die aus einem isolierten flachen Draht (14) besteht, der um einen Wickeldorn (23) vollständig herumgeführt wird, der am Ende des Wickels abgeschnitten und der Wickel axial vom Wickeldorn (23) abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht (14) dabei an Taschenöffnungen von auf dem Wickeldorn (23) um gleiche Umfangswinkel zueinander versetzt aufsitzenden, sich in Achsrichtung erstreckenden Formtaschen (24) vorbeigeführt wird, deren Anzahl der halben Zahl der Erregerfeldpole entspricht, daß mit jedem Vorbeiführen des Drahts (14) an den Taschenöffnungen der die Taschenöffnungen jeweils überspannende Drahtabschnitt axial in die Formtaschen (24) bis hin zum Taschengrund so eingezogen wird, daß sich eine entlang der Tascheninnenkontur verlaufende Drahtschlaufe (141) bildet, und daß das Herumführen und das Einziehen des Drahts (14) so lange wiederholt wird, bis die vorgegebene Windungszahl auf den Wickeldorn (23) aufgewickelt ist und der Draht am Ende des Wickels abisoliert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der flache Draht (14) hochkant auf den Wickeldorn (23) aufgewickelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei jedem nachfolgenden Einziehen des die Taschenöffnung der Formtaschen (24) überspannenden Drahtabschnitts die sich neu bildende Drahtschlaufe (141) an die in der Formtasche (24) befindliche vorherige Drahtschlaufe (141) angelegt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß jede in einer Formtasche (24) gebildete Drahtschlaufe (141) solange in der Formtasche (24) fixiert wird, bis der im Wickelvorgang nachfolgende Drahtabschnitt in die nachfolgende Formtasche (24) eingezogen worden ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht (14) von einem Drahtwickel abgezogen und gerichtet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß ein isolierter Runddraht von einem Drahtwickel abgezogen, zu einem flachen Draht (14) gewalzt und gerichtet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, daß das Einziehen der Drahtabschnitte in die Formtaschen (24) mittels Schieber (25) durchgeführt wird, die am Wickeldorn (23) zum Eintauchen in die zugeordnete Formtasche (24) axial verschieblich angeordnet sind, und daß die Längen/Breiten-Abmessungen der Schieber (25) so festgelegt werden, daß sie um das Maß der in den Formtaschen (24) einliegenden Drahtschlaufen (141) kleiner sind als die entsprechenden Innenabmessungen der Formtaschen (24).

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß nach jedem Herumführen des Drahts (14) um den Wickeldorn (23) die den Formtaschen (24) zugeordneten Schieber (25) gewechselt werden und daß die eingewechselten Schieber (25) mit um das Maß einer Drahtschlaufe (141) gegenüber den ausgewechselten Schiebern reduzierten Längen/Breiten- Abmessungen versehen werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß das Herumführen des Drahts (14) um den Wickeldorn (23) durch Fixieren des Drahtanfangs am Wickeldorn (23) und Drehen des mit den Formtaschen (24) fest verbundenen Wickeldorns (23) erreicht wird.

10. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß ein schrittweise angetriebener, um seine Achse rotierender Wickelzylinder (22) einen koaxialen Wickeldorn (23) und eine der halben Zahl der Erregerfeldpole entsprechende Anzahl von Formtaschen (24) aufweist, die um gleiche Umfangswinkel gegeneinander versetzt auf einem Längenabschnitt des Wickeldorns (23) drehfest mit diesem angeordnet sind, daß jeder Formtasche (24) mindestens ein am Wickeldorn (23) axial verschieblicher Schieber (25) zugeordnet ist, der unter Einschieben des die Taschenöffnung der Formtasche (24) überspannenden Drahtabschnitts in die Formtasche (24) bis zu deren Taschengrund einzutauchen vermag, und daß die Antriebsbewegung der Schieber (25) mit der schrittweisen Antriebsbewegung des Wickelzylinders (22) synchronisiert ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Formtasche (24) ein Schiebersatz mit einer der Windungszahl der Erregerwicklung entsprechenden Anzahl von Schiebern (25a-25f) zugeordnet ist, daß die Längen/Breiten-Abmessungen des ersten Schiebers (25a) im Schiebersatz um das Maß einer Drahtschlaufe (141) kleiner sind als die entsprechenden Innenabmessungen der zugeordneten Formtasche (24) und daß die Längen/Breiten- Abmessungen der nachfolgenden Schieber (25b-25f) jeweils um das Maß einer Drahtschlaufe (141) kleiner sind als die des vorhergehenden Schiebers (25a-25e).

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Schiebersatz (25a-25f) auf einem Revolverkopf (26) angeordnet ist, der nach jeder vollen Umdrehung des Wickeldorns (23) um einen Schaltschritt weiterdreht, so daß der nächste Schieber mit der zugeordneten Formtasche (24) axial fluchtet.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10-12, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schieber (25) solange in der zugeordneten Formtasche (24) eingetaucht bleibt, bis der in Drehrichtung des Wickelzylinders (22) nachfolgende Schieber (25) in die nachfolgende Formtasche (24) eingetaucht ist.

14. Nach dem Verfahren nach Anspruch 1 hergestellte Formspule, die mit mehreren Windungen Erregerfeldpole einer elektrischen Maschine mäanderförmig umläuft, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen aus einem isolierten flachen Draht (14) gebildet sind und daß die einzelnen Windungen mit ihren querschnittsgrößeren Breitseiten dicht aneinanderliegen.