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Die
Erfindung betrifft eine Endkappenvorrichtung für einen
Wickelkern einer elektrischen Maschine, insbesondere für
einen Statorkern einer elektrischen Maschine. Die Erfindung betrifft
darüber hinaus ein Verfahren zum Bewickeln zumindest eines Wickelkerns,
insbesondere eines Wickelkerns einer elektrischen Maschine.
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Elektrische
Maschinen, wie beispielsweise Elektromotoren oder elektrische Generatoren
in Polspultechnik, werden in vielen Bereichen der Technik verwendet.
Derartige elektrische Maschinen weisen in aller Regel einen fest
montierten Stator auf. In diesem Stator ist ein sogenannter Rotor
drehbeweglich befestigt. Der Stator weist eine Anzahl von Spulen auf,
die durch eine Beaufschlagung mit einem elektrischen Strom ein variables
Magnetfeld erzeugen können. Die Spulen sind dabei in der
Regel aus einem elektrischen Leiterdraht hergestellt, der mehrfach
um einen Wickelkern herum gewickelt ist. Die so hergestellten Spulen
werden kreisförmig um einen Innen raum herum angeordnet.
Durch eine geeignete Ansteuerung der einzelnen Spulen erzeugt der
Stator ein rotierendes Magnetfeld. Um die Intensität des Magnetfelds
zu erhöhen ist es üblich, den Wickelkern, um den
die elektrischen Leiter herumgewickelt werden, aus einem weichmagnetischen
Material zu fertigen. Dazu werden in der Regel gestapelte Bleche aus
einem Eisenblech verwendet.
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Bei
manchen Bauformen von elektrischen Maschinen weist der Rotor einen
Permanentmagneten auf. Bei anderen Bauformen von elektrischen Maschinen
ist dagegen auch der Rotor unter Verwendung von Wickelspulen ausgebildet.
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Damit
die Wickelspulen ein für den Betrieb der elektrischen Maschine
geeignetes magnetisches Feld erzeugen können ist es erforderlich,
dass diese gemäß einem definierten Verdrahtungsplan
elektrisch miteinander verbunden werden. Nach dem Stand der Technik
werden die Spulen üblicherweise separat als Einzelspulen
gewickelt, und anschließend zu einem Stator bzw. zu einem
Rotor zusammengefügt. Anschließend werden die
Kabelenden der Spulen üblicherweise von Hand elektrisch
miteinander verbunden. Da die Drähte auch im Bereich der Wickelenden
elektrisch isoliert sein müssen, wird oftmals ein Isolierschlauch über
den Verbindungsstellen angebracht. Diese Art der Herstellung von
elektrischen Maschinen ist auf Grund der manuellen Arbeitsschritte
langsam, zeitaufwändig, umständlich und fehlerträchtig.
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Es
wurde auch schon vorgeschlagen, die Wickelenden mit Hilfe einer
Platine miteinander zu verbinden, welche stirnseitig auf die Wicklungen
(von Stator und/oder Rotor) gelegt wird. Eine solche Platine ist
als Ring ausgebildet und beinhaltet Leiterbahnen, die entsprechend
dem vorbestimmten Verdrahtungsplan geführt sind. Die Kontaktierung
der Wickelenden mit der Platine erfolgt über Anschlussfelder,
die am Außen- und/oder Innenradius der ring förmigen
Platine angeordnet sind. Problematisch ist bei derartigen Platinen,
dass die Ausnutzung der Leiterplatte nur sehr schlecht ist. Die
Platine ist daher sehr teuer. Darüber hinaus muss die Positionierung
der Wickelenden in der Regel zumindest teilweise manuell erfolgen,
da die Wickelenden nach dem Aufwickeln auf den Spulenträger
wieder schlaff sind und sich somit in axialer Richtung nicht fixieren
lassen. Außerdem wird durch die Lage der herzustellenden Schaltverbindungen
die Baulänge des Motors in axialer Richtung vergrößert.
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Ein
weiteres Problem besteht durch die Wickelkerne. Da diese in der
Regel aus einem weichmagnetischen Material hergestellt sind, weisen
sie scharfe Kanten auf und sind darüber hinaus auch elektrisch
leitfähig. Bei einem Betrieb der elektrischen Maschine
ist es möglich, dass durch Vibrationen die elektrische
Isolation der elektrischen Leiter der Spulen leidet. Dies kann zu
einem Defekt der elektrischen Maschine und zu Kurzschlüssen
führen, die auch andere Komponenten schädigen
können. Um dieses Problem anzugehen, wurde bereits vorgeschlagen,
die Enden eines metallischen Wickelkerns mit einer Kunststoffbeschichtung
zu versehen, bzw. mit einer Kappe aus einem isolierenden Material
zu versehen.
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So
ist beispielsweise in
WO
2006/042834 A1 eine elektrische Maschine offenbart, die
eine Anzahl von Spulenträgern aufweist, die um die Wirkachse der
elektrischen Maschine herum angeordnet sind. Die Wicklungen des
Wickelsystems sind auf die Spulenträger aufgewickelt. An
die Spulenträger sind Führungskanäle
angeformt, die der Aufnahme und Führung von Wickelenden
dienen.
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In
US 7,116,023 B2 ist
ein Stator einer elektromagnetischen Maschine offenbart, der eine
Mehrzahl diskreter und individuell gewickelter Statorsegmente aufweist,
auf denen endseitig Kappen angeordnet sind. Die endseitigen Kappen
weisen Beine auf, um die Endkappe formschlüssig auf den Segmenten
anzuordnen. Die Endkappen weisen weiterhin angeschrägte
Oberflächen auf, um das Aufwickeln des Kabels auf die Segmente
zu erleichtern. Darüber hinaus weisen die Endkappen männliche und
weibliche Kupplungen auf, die ineinander gesteckt werden können,
um einander benachbarte Segmente miteinander zu verbinden. Die Endkappen weisen
auch Finger und Schlitze auf, um die Segmente in einer im Wesentlichen
gleichen Fläche auszurichten. Die Endkappen weisen Kabelisolationseigenschaften,
einschließlich Haken, Hülsen und Ummantelungen
auf, um die Verbindungskabel die entlang des Stators verlegt sind,
voneinander zu trennen und die Segmente elektrisch miteinander zu
verbinden. Die Segmente weisen an ihren äußeren
Enden unterbrochene Konturen auf, um Öl hindurch treten zu
lassen. Die Endkappen weisen Durchgänge auf, um Öl
hindurch treten zu lassen.
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In
WO 2005/101612 A1 ist
ein Stator einer elektrischen Maschine beschrieben, der Folgendes aufweist:
einen Kern, der einen durch Zusammenfügung einer Mehrzahl
von Stahlplatten gebildeten ringartigen Kernkörper aufweist;
eine Mehrzahl von Polen mit einander entgegengesetzten Polen, die
entlang einer Umfangsrichtung in definierten Intervallen radial
vorstehende Teile aufweisen; ein Isolationsteil, das die innere
Oberfläche eines zwischen zwei einander benachbarten, zueinander
entgegengesetzt stehenden Polen gebildeten Schlitzes überdeckt; eine
Wicklung die durch das Aufwickeln eines Drahtes um den Isolierkörper
und den hervorstehenden Draht ausgebildet ist. Das Isolierteil weist
in einem Eckbereich einen gekrümmten Oberflächenbereich auf,
der mit dem Kabel in Kontakt tritt. Ein magnetischer Körper
ist zwischen dem hervorstehenden Teil und dem Isolierkörper
vorgesehen.
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Mit
derartigen Wickelkörpern ist es zwar möglich,
die Standzeit der elektrischen Maschine zu erhöhen. Die
Ausbildung der elektrischen Maschine selbst, insbesondere die Kontaktierung
der Leiterbahnenden der jeweiligen elektrischen Spulen, wird jedoch
nicht vereinfacht.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, eine verbesserte Endkappenvorrichtung
für den Wickelkern einer elektrischen Maschine vorzuschlagen.
Weiterhin besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein verbessertes
Verfahren zu Bewickeln zumindest eines Wickelkerns vorzuschlagen.
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Es
wird vorgeschlagen, eine Endkappenvorrichtung für einen
Wickelkern einer elektrischen Maschine, insbesondere für
einen Statorkern einer elektrischen Maschine, welche zumindest einen
Wickelaufnahmebereich mit wenigstens einem Bodenbereich und wenigstens
zwei seitlich angeordneten Begrenzungswänden, sowie zumindest
eine Leitungshaltereinrichtung zur Halterung eines elektrischen Leiters
in wenigstens einem Leitungsführungsbereich aufweist, wobei
wenigstens eine Durchgangsausnehmung zwischen dem Wickelaufnahmebereich
und dem Leitungsführungsbereich der Leitungshalteeinrichtung
vorgesehen ist, derart auszubilden, dass die Durchgangsausnehmung
innerhalb der Länge des Bodenbereichs des Wickelaufnahmebereichs
angeordnet ist. Mit Hilfe der Endkappenvorrichtung ist es möglich,
den elektrischen Leiter in einem definierten Bereich zu wickeln.
Der so entstehende Wickel kann dann mechanisch dauerhaft in seiner
jeweiligen Position verbleiben. Mit Hilfe der Endkappenvorrichtung
kann der elektrische Leiter auch davor geschützt werden,
von dem Wickelkern beschädigt zu werden. Der Wickelkern
besteht üblicherweise aus einem metallischen Material,
so dass hier scharfe Kanten vorliegen könnten, die den
elektrischen Leiter beschädigen könnten. Zusätzlich
kann die Endkappenvorrichtung eine zusätzliche elektrische
Isolation bewirken. Dazu ist es vorteilhaft, wenn die Endkappenvorrichtung
aus einem elektrisch isolierenden Material, wie beispielsweise aus
einem Kunststoffmaterial gefertigt ist. Es ist möglich,
die Endkappenvorrichtung beispielsweise durch einen Spritzgussvorgang
kostengünstig herzustellen. Insbesondere mit Hilfe der
seitlich angeordneten Begrenzungswände ist es möglich,
die einzelnen Wicklungen des Leiterwickels in seitlicher Richtung
zu fixieren, um beispielsweise ein Herabgleiten einzelner Windungen
der Wickel wirksam zu verhindern. Insbesondere der Bodenbereich
der Endkappenvorrichtung kann einen mechanischen Schutz des elektrischen
Leiters gegenüber dem Wickelkern bewirken. Die Durchgangsausnehmung
kann beispielsweise in Form eines Schlitzes erfolgen. Es können
jedoch auch andere Formen für die Durchgangsausnehmung
realisiert werden. Üblicherweise ist es dabei vorteilhaft,
wenn die Durchgangsausnehmung zu einer Seite hin offen ist. Insbesondere
für Spezialfälle kann es jedoch auch sinnvoll
sein, dass beispielsweise eine kreisförmige, in sich geschlossene
Durchgangsausnehmung vorgesehen wird. Durch die vorgeschlagene Anordnung
der Durchgangsausnehmung innerhalb der Länge des Bodenbereichs
des Wickelaufnahmebereichs ist es möglich, den elektrischen
Leiter beim Wickeln auf den Wickelkern mit einer besonders vorteilhaften
Vorspannung zu versehen. Diese Vorspannung kann zumindest teilweise
in einer Richtung verlaufen, die in einer Ebene liegt, die parallel
zur Ebene des Bodenbereichs liegt. Dadurch kann ein besonders strammer
Wickel erzeugt werden. Auch ist es möglich, den Wickel
mit seiner Anfangswicklung auf besonders einfache Weise benachbart
zu der mit der Durchgangsausnehmung versehenen Begrenzungswand beginnen
zu lassen. Von dort aus kann der Wickel beispielsweise einlagig über
den Bodenbereich zwischen den beiden Begrenzungswänden
hinweg erfolgen. Anschließend kann auf der ersten Lage
eine zweite Lage ausgebildet werden, und so weiter. Die vorgeschlagene
Endkappenvorrichtung eignet sich in besonderem Maße für
Wickel, welche mit einem relativ dicken elektrischen Leiter bewickelt
werden sollen. Der elektrische Leiter kann beispielsweise eine Dicke
von 0,5 mm, 0,7 mm oder 1 mm aufweisen. Derartige elektrische Leiter
werden insbesondere im Zusammenhang mit elektrischen Maschinen verwendet,
welche ein hohes Drehmoment erzeugen sollen (bzw. durch deren elektrische
Leiter relativ große elektrische Ströme fließen
sollen). Die Angabe, dass die Durchgangsausnehmung innerhalb der
Länge des Bodenbereichs des Wickelaufnahmebereichs angeordnet ist,
kann insbesondere dahingehend verstanden werden, dass die Länge
in einer Richtung definiert ist, wel che im Wesentlichen parallel
zu den Begrenzungswänden der Endkappenvorrichtung verläuft. Die
Durchgangsausnehmung ist in der Regel so ausgebildet, dass die Zuführung
des elektrischen Leiters von außen in den Wickelaufnahmebereich
hinein in der Regel derart erfolgt, dass der elektrische Leiter zumindest
abschnittsweise und/oder zumindest teilweise in einer Richtung verläuft,
welche im Wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung des
Bodenbereichs des Wickelaufnahmebereichs steht oder zumindest einen
größeren Winkel mit der Längsrichtung
des Bodenbereichs einschließt (beispielsweise mehr als
30°, 40°, 45°, 50°, 60°,
70°, 75°, 80° oder 85°). Bei
fertig ausgebildetem Wickel entspricht die Richtung der im Wickelaufnahmebereich
der Endkappenvorrichtung liegenden Gänge des elektrischen
Leiters üblicherweise in etwa der Längsrichtung
des Bodenbereichs des Wickelaufnahmebereichs. Die Leitungshalteeinrichtung
ist üblicherweise derart ausgebildet, dass sie den elektrischen
Leiter in wenigstens einem Kanalführungsbereich haltert.
Vorzugweise erfolgt die Halterung in einer Mehrzahl von Kanalführungsbereichen
und/oder in Form eines Kanalführungsbereichs, der zum Teil
unterbrochen ist, beispielsweise von wenigstens einer Durchgangsausnehmung
durchbrochen ist. Der Kanalführungsbereich der Leitungshalteeinrichtung
ist dabei üblicherweise derart angeordnet, dass der Kanalführungsbereich
gesondert vom Wickelaufnahmebereich der Endkappenvorrichtung liegt.
Dadurch kann eine bauliche Trennung von elektrischem Wickel und der
Kabelführung außerhalb des Wickelbereichs realisiert
werden.
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Zusätzlich
oder alternativ wird vorgeschlagen, eine Endkappenvorrichtung für
einen Wickelkern einer elektrischen Maschine, insbesondere für einen
Statorkern einer elektrischen Maschine, welche eine Mehrzahl von
Wickelaufnahmebereichen mit jeweils wenigstens einem Bodenbereich
und jeweils wenigstens zwei seitlich angeordneten Begrenzungswänden
derart auszubilden, dass zumindest eine Leitungshalteeinrichtung
zur Halterung eines elektrischen Leiters in wenigstens einem Leitungsführungsbereich
vorgesehen ist.
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Dadurch,
dass eine einzelne Endkappenvorrichtung mit einer Mehrzahl an Wickelaufnahmebereichen
versehen ist, ist es insbesondere möglich, den Aufwand
für die Herstellung der Endkappenvorrichtungen, die für
die Bestückung einer elektrischen Maschine erforderlich
sind, zu reduzieren. Anstatt beispielsweise 18 oder 21 einzelne
Endkappenvorrichtungen zu fertigen, ist es statt dessen möglich, beispielsweise
8 oder 9 Endkappenvorrichtungen mit jeweils 3 Wickelaufnahmebereichen
herzustellen. Neben dem gegebenenfalls verringerten Aufwand für die
Herstellung der Endkappenvorrichtungen als solche, ist es auch möglich,
den Montageaufwand zur Montage der Endkappenvorrichtungen an den
Wickelkern zu reduzieren. Gegebenenfalls können auch die
Endkappenvorrichtungen zur Stabilisierung des Wickelkerns bzw. zur
Stabilisierung von mehreren aneinander gefügten Wickelkernen
dienen.
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Möglich
ist es, bei der Endkappenvorrichtung die Durchgangsausnehmung im
Wesentlichen mittig zum Bodenbereich des Wickelaufnahmebereichs
anzuordnen. Die vorgeschlagene Anordnung bezieht sich dabei in aller
Regel auf die Längsrichtung des Bodenbereichs des Wickelaufnahmebereichs.
Versuche haben ergeben, dass sich durch eine derartige, im Wesentlichen
mittige Anordnung der Durchgangsausnehmung eine besonders vorteilhafte
Vorspannung des elektrischen Leiters realisieren lässt. Insbesondere
ist es auf besonders einfache Weise möglich, nach Belieben
eine Wicklung im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn auszubilden. Dadurch
wird ein besonders universeller Einsatz der Endkappenvorrichtung
möglich. Beispielsweise ist es möglich, die Richtung
des Wickels (im Uhrzeigersinn/entgegen dem Uhrzeigersinn) bei unveränderter Endkappenvorrichtung
erst zum Zeitpunkt der eigentlichen Bewicklung festzulegen. Dies
kann produktionstechnisch von großem Vorteil sein.
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Möglich
ist es weiterhin, dass bei der Endkappenvorrichtung wenigstens eine
zusätzliche Durchgangsausnehmung vorgesehen ist, welche seitlich
versetzt zum Bodenbereich des Wickelaufnahmebereichs angeordnet
ist. Es ist möglich, diese zusätzliche Durchgangsausnehmung
ebenfalls innerhalb der Länge des Bodenbereichs des Wickelaufnahmebereichs
anzuordnen. Möglich – und bevorzugt – ist
es, die zusätzliche Durchgangsausnehmung derart seitlich
zu versetzen, dass diese außerhalb der Länge des
Bodenbereichs des Wickelaufnahmebereichs angeordnet ist. Besonders
sinnvoll ist es, wenn die Lage der zusätzlichen Durchgangsausnehmung
so gewählt wird, dass sie im Wesentlichen an einem Ort
liegt, welcher dem vorgesehenen Außendurchmesser des Wickels
entspricht. Dadurch wird es möglich, den elektrischen Leiter
besonders vorteilhaft und elegant vom Wickelbereich wegzuführen.
Diese vorgeschlagene Anordnung kann sich auch auf die maximal erreichbare
Größe des auf die Endkappenvorrichtung aufwickelbaren Wickels
beziehen. Denn bei einer Endkappenvorrichtung mit mehreren Wickelaufnahmebereichen
ergibt sich auf Grund des Abstands zwischen zwei einzelnen, benachbart
zueinander liegenden Wickelaufnahmebereichen, die maximale Größe
eines auf die Endkappenvorrichtung aufwickelbaren Wickels (wobei
die Art und Weise, wie der Wickel gefertigt wird, zu berücksichtigen
ist; wird der Wickel beispielsweise mit Hilfe einer Wickelnadel
gewickelt, so ist die Dicke der Wickelnadel und ein gewisses Spiel
zwischen Wickelnadel und Wickel zu berücksichtigen). Auch
bei einer Endkappenvorrichtung mit einem einzelnen Wickelaufnahmebereich
ergibt sich die maximale Wickelgröße, wenn man
davon ausgeht, dass (wie üblich) die Endkappenvorrichtungen
sich im eingebauten Zustand gegenseitig berühren.
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Vorteilhaft
kann es auch sein, wenn eine asymmetrische Anordnung von Durchgangsausnehmung(en)
und/oder zusätzlichen Durchgangsausnehmung(en) vorgesehen
wird. Eine derartige asymmetrische Ausbildung entspricht der ebenfalls
asymmetrischen Lage der elektrischen Leiter, die von außen
in den Wickelaufnahmebereich hinein, bzw. vom Wickelaufnahmebereich
weg nach außen führen. Durch eine derartige Anpassung
der Lage der elektrischen Leiter im fertiggewickelten Wickel und
der Positionierung der Durchgangsausnehmungen ist es insbesondere
möglich, eine unnötige Verbiegung des elektrischen
Leiters vermeiden zu können. Dies kann Ermüdungsbrüchen
des elektrischen Leiters vorbeugen und darüber hinaus den
Aufwand zur Ausbildung der elektrischen Wickel verringern und/oder
die Wickelgeschwindigkeit erhöhen.
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Zweckmäßigerweise
ist bei der Endkappenvorrichtung wenigstens ein Bodenbereich und/oder wenigstens
eine Begrenzungswand mit einer Kontur versehen, die zumindest abschnittsweise
im Wesentlichen der Kontur eines Wickels entspricht. Insbesondere
im Bereich des Bodenbereichs kann es ermöglicht werden,
dass die elektrischen Leiter, die den Wickel ausbilden, über
den gesamten Bodenbereich hinweg bündig an diesem anliegen
(wobei sich dies selbstverständlich nur auf die den Bodenbereich
benachbarte Lage bezieht). Dadurch können unerwünschte
Hohlräume vermieden werden, die beispielsweise zu einem
Schwingen einzelner elektrischer Leiter führen könnten.
Dadurch wiederum kann der Wirkungsgrad der elektrischen Maschine
erhöht werden, bzw. können Brummgeräusche
verringert werden. Die Kontur des Bodenbereichs kann dabei so gewählt
sein, dass der elektrische Leiter dabei vorteilhaft gebogen ist
und insbesondere nicht übermäßig gebogen
werden muss. In Bezug auf die Begrenzungswand ist es durch die vorgeschlagene Ausbildung
insbesondere möglich, die Endkappenvorrichtung mit möglichst
wenig Material auszubilden. Darüber hinaus ist es mit der
vorgeschlagenen Ausbildung möglich, dass eine Wickelnadel,
welche den elektrischen Leiter auf den Wickelbereich wickelt, einem
günstigeren Bewegungspfad folgen kann. Dies kann den Verschleiß der
Wickelmaschine verringern und/oder die Wickelgeschwindigkeit erhöhen.
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Eine
weitere mögliche Ausbildungsform der Endkappenvorrichtung
ergibt sich, wenn zumindest eine Leitungshalteeinrichtung integral
mit zumindest einer Begrenzungswand ausgebildet ist. Mit Hilfe dieser
Ausbildungsform ist es insbesondere möglich, den Materialverbrauch
für die Endkappenvorrich tung zu verringern. Dadurch kann
aber auch das Gesamtgewicht der resultierenden elektrischen Maschine verringert
werden. Darüber hinaus ist es auch auf besonders vorteilhafte
Weise möglich, den Bauraum für die Endkappenvorrichtung,
und damit schlussendlich auch für die elektrische Maschine,
verkleinern zu können, was entsprechend vorteilhaft ist.
Gegebenenfalls kann durch die vorgeschlagene Ausbildungsweise auch
die mechanische Stabilität der Endkappenvorrichtung bzw.
der fertigen elektrischen Maschine erhöht werden.
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Es
kann sich weiterhin als sinnvoll erweisen, dass die Endkappenvorrichtung
wenigstens eine Wickelansatzführungsanschrägung
aufweist, welche insbesondere im Bodenbereich eines Wickelaufnahmebereichs
ausgebildet ist. Mit Hilfe einer derartigen Wickelansatzführungsanschrägung
kann der elektrische Leiter bei der Bewicklung der elektrischen
Maschine, insbesondere bei der Ausbildung der ersten Lage des entsprechenden
Wickels, besonders genau positioniert werden, sodass sich die Güte
der resultierenden elektrischen Maschine erhöhen kann.
Da die Positionierung der ersten Lage des Wickels üblicherweise
einen Einfluss auf die Positionierung der zweiten sowie der darauf
folgenden Schichten hat, kann die vorgeschlagene Ausbildung der
Endkappenvorrichtung in der Praxis eine deutliche Qualitätsverbesserung
der resultierenden elektrischen Maschine bewirken.
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Eine
besonders sinnvolle Weiterbildungsmöglichkeit ergibt sich,
wenn die Endkappenvorrichtung einstückig ausgebildet ist.
Eine derartige einstückige Ausbildung kann beispielsweise
in Form eines Spritzgussverfahrens erzielt werden. Die einstückige Ausbildung.
kann insbesondere eine schnelle und kostengünstige Fertigung
der Endkappenvorrichtung ermöglichen. Darüber
hinaus kann sich durch die einstückige Ausbildung auch
die mechanische Stabilität der Endkappenvorrichtung erhöhen.
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Sinnvoll
kann es darüber hinaus sein, wenn die Endkappenvorrichtung
einen Winkelbereich von bis zu 90°, vorzugsweise von bis
zu 60° abdeckt. Die vorgeschlagene Dimensionierung kann
einen besonders vorteilhaften Kompromiss zwischen einfacher Herstellung
der Endkappenvorrichtung und einfacher Montage der elektrischen
Maschine darstellen. Einerseits ist es erstrebenswert, die Endkappenvorrichtung
möglichst groß auszubilden. Andererseits verkompliziert
sich das Herstellungsverfahren der Endkappenvorrichtung, wenn der
Winkelbereich zu groß wird. Wenn beispielsweise ein Spritzgussverfahren zur
Herstellung der Endkappenvorrichtung verwendet wird, so ist es bei
einem Winkelbereich von z. B. 60° möglich, dass
eine einfache Spritzgussform verwendet werden kann, welche ohne
bewegliche Teile innerhalb der Spritzgussform auskommt. Selbstverständlich
sind auch andere Winkelgrenzen, wie beispielsweise Winkel von 10°,
20°, 30°, 45°, 50°, 60°, 70°,
80° oder 90° möglich. Besonders bevorzugt
sind hierbei Winkelbereiche, bei denen eine geradzahlige Anzahl
einen Vollkreis ergibt.
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Weiterhin
kann es sich als sinnvoll erweisen, wenn wenigstens eine Montagehilfseinrichtung,
insbesondere ein Engpassvorsprung und/oder ein Haltewerkzeugeingriffsbereich
vorgesehen ist. Mit Hilfe eines Engpassvorsprungs kann die Endkappenvorrichtung
in einem dazu korrespondierenden Aufnahmebereich des Wickelkerns
der elektrischen Maschine vormontiert werden. Auf Grund der Engpassung der
beiden Teile kommt es zu einem mechanischen Verbund von Wickelkern
und Endkappenvorrichtung. Der mechanische Verbund muss dabei nur
relativ geringe mechanische Kräfte aufnehmen können.
Insbesondere ist es völlig ausreichend, wenn die Haltekraft so
groß ist, dass eine Bewicklung der Wickelaufnahmebereiche
mit einem elektrischen Leiter durchgeführt werden kann.
Nach dem Abschluss der Bewicklung der Wickelaufnahmebereiche kann
der mechanische Verbund zwischen Endkappenvorrichtung und Wickelkern
durch die Wickel selbst erfolgen. Zusätzlich oder alternativ
können auch Eingriffsbereiche für ein Haltewerkzeug
an der Endkappenvorrichtung ausgebildet werden. Diese Bereiche können beispielsweise
zur Aufnahme von stiftförmigen Vorrichtungen dienen, die
die Endkappenvorrichtung zur Durchführung der Bewicklung
mechanisch auf den Wickelkern drücken.
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Sinnvoll
kann es auch sein, dass die Endkappenvorrichtung zumindest einen
Vorsprungsbereich aufweist, welcher insbesondere an einer Begrenzungswand
und/oder einer Leitungshalteeinrichtung angeordnet ist. Ein derartiger
Vorsprungsbereich kann auf besonders vorteilhafte Weise zur Halterung von
elektrischen Leiterschlaufen dienen. Hierbei kann es sich insbesondere
um Abschnitte des elektrischen Leiters handeln, die die Verbindung
der elektrischen Maschine mit einem externen elektrischen Stromnetz
herstellen. Auch kann mit Hilfe eines derartigen Vorsprungsbereichs
eine Montage der Endkappenvorrichtung auf den Wickelkern erleichtert werden.
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Weiterhin
wird eine elektrischen Maschine mit einer Mehrzahl von Wickelbereichen
vorgeschlagen, die zumindest eine Endkappenvorrichtung gemäß dem
oben beschriebenen Aufbau aufweist. Die resultierende elektrische
Maschine weist dann die bereits vorab beschriebenen Vorteile und
Eigenschaften in analoger Weise auf. Insbesondere ist es möglich,
die elektrische Maschine mit einem relativ starken elektrischen
Leiter auszubilden. Die entsprechende elektrische Maschine kann
somit besonders hohe elektrische Ströme erzeugen (Generatorbetrieb)
bzw. ein besonders hohes mechanisches Drehmoment (Motorbetrieb)
erzeugen.
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Möglich
ist es insbesondere die elektrische Maschine derart auszubilden,
dass zumindest zwei Wickelbereiche, vorzugsweise die Mehrzahl der
Wickelbereiche, besonders bevorzugt im Wesentlichen sämtliche
Wickelbereiche eines Wickelkerns der elektrischen Maschine einen
durchgängigen Wickeldraht aufweisen. Dies kann sich entweder
nur auf den Stator, nur auf den Rotor, insbesondere aber auch auf
Stator und Rotor beziehen. Durch die vorgeschlagene Ausbildung ist
es möglich, die elektrische Maschine be sonders einfach,
schnell, kostengünstig und platzsparend auszubilden. Insbesondere
kann die Anzahl der durchzuführenden manuellen Arbeitsschritte
deutlich gesenkt werden. Dadurch, dass eine große Anzahl
von elektrischen Verbindungen zwischen einzelnen Leiterabschnitten
der Bewicklung entfallen kann, kann darüber hinaus die
mechanische Zuverlässigkeit und die elektrische Isolationsgüte
der elektrischen Maschine erhöht werden, Weiterhin wird
vorgeschlagen, bei einer Vorrichtung zum Bewickeln zumindest eines
Wickelkerns mit einem elektrischen Leiter, bei dem der elektrische
Leiter unter Verwendung einer Wickelnadel auf den Wickelkern gewickelt
wird, zumindest zwei Wickelbereiche, vorzugsweise die Mehrzahl der
Wickelbereiche, besonders bevorzugt im Wesentlichen sämtliche
Wickelbereiche des Wickelkerns, durchgängig mit dem elektrischen
Leiter zu bewickeln. Auch hier kann sich das Verfahren auf den Stator,
auf den Rotor, oder auf Stator und Rotor beziehen. Als besonders
vorteilhaft erweist sich das vorgeschlagene Verfahren im Zusammenhang
mit einer elektrischen Maschine, die den oben beschriebenen Aufbau
aufweist. Auch die Vorrichtung kann im Sinne der oben beschriebenen Weiterbildungsmöglichkeiten
in analoger Weise weitergebildet werden. Darüber hinaus
soll es möglich sein, für ein Verfahren zum Bewickeln
zumindest eines Wickelkerns mit einem elektrischen Leiter Schutz beanspruchen
zu können, bei dem der elektrische Leiter unter Verwendung
einer Wickelnadel auf den Wickelkern gewickelt wird, und bei dem
zumindest zwei Wickelbereiche, vorzugsweise die Mehrzahl der Wickelbereiche,
besonders bevorzugt im Wesentlichen sämtliche Wickelbereiche
des Wickelkerns, durchgängig mit dem elektrischen Leiter
bewickelt werden.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand von einzelnen Ausführungsbeispielen
und unter Bezug auf die beigefügten Figuren näher
beschrieben.
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Es
zeigt:
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1:
Eine perspektivische Ansicht einer Endkappe von außen gesehen;
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2:
eine perspektivische Ansicht einer Endkappe von innen gesehen;
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3:
eine schematische Draufsicht einer Endkappe von oben;
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4:
eine schematische Draufsicht einer Endkappe von unten;
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5:
einen Querschnitt durch eine Endkappe;
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6:
eine schematische Detaildraufsicht auf den Kabelführungsbereich
einer Endkappe;
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7:
einen Querschnitt durch einen Ankerbereich eines Elektromotors;
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8:
eine Draufsicht auf einen Statorbereich eines Elektromotors von
innen gesehen;
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9 eine
mögliche Verlegeanordnung für den elektrischen
Leiter im Kabelführungsbereich der Endkappen;
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10:
die Bewicklung eines Stators einer elektrischen Maschine in perspektivischer
Ansicht.
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In
den 1 bis 4 ist jeweils eine Schutzkappe 1 für
den Stator 2 einer elektrischen Maschine (beispielsweise
einem Elektromotor und/oder einem elektrischen Generator) dargestellt. Die 1 bis 4 zeigen
die Schutzkappe 1 in unterschiedlichen Ansichten: 1 zeigt
die Schutzkappe 1 in einer perspektivischen Ansicht von
außen und schräg oben. 2 zeigt
die Schutzkappe 1 in einer perspektivischen Ansicht von
innen und schräg oben. „Innen” und „außen” bezieht
sich dabei auf die radiale Krümmung der Schutzkappe 1 bzw.
auf den Stator 2, wenn die Schutzkappe 1 auf dem
Stator 2 befestigt ist. 3 zeigt
die Schutzkappe 1 in einer Draufsicht von oben. 4 zeigt
die Schutzkappe 1 in einer Draufsicht von unten.
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Die
vorliegend dargestellte Schutzkappe 1 weist drei Wickelaufnahmen 4 auf.
Die einzelnen Wickelaufnahmen 4 sind mit Hilfe eines Verbindungsstegs 9 miteinander
verbunden. Der Verbindungssteg 9 überdeckt im
vorliegend dargestellten Ausführungsbeispiel der Schutzkappe 1 einen
Winkelbereich α von α = 30° (vgl. 3).
Jede einzelne Wickelaufnahme 4 weist einen Bodensteg 5 auf,
der auf beiden Seiten von Seitenwänden 6, 7, 8 flankiert wird.
In radialer Richtung gesehen auf der Innenseite des Bodenbereichs 5 ist
die Seitenwand 6 annähernd scheibenförmig
mit der Kontur einer halbierten Ellipse ausgebildet und integral
mit dem Bodensteg 5 der Wickelaufnahme 4 verbunden.
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Auf
der der inneren Seitenwand 6 gegenüberliegenden
Seite des Bodenstegs 5 der Wickelaufnahme 4 sind
vorliegend zwei Wandbereiche 7, 8 vorgesehen,
nämlich die Rückwand 10 der schmalen Kabelhalterung 7,
sowie die Rückwand 11 der breiten Kabelhalterung 8.
Dabei ist benachbart zu jeder Wickelaufnahme 4 jeweils
eine schmale Kabelhalterung 7, sowie eine breite Kabelhalterung 8 vorgesehen. Die
schmale Kabelhalterung 7 sowie die breite Kabelhalterung 8 sind
einstückig mit dem Verbindungssteg 9 ausgebildet.
Vorzugsweise schließen zumindest Teile der Rückwände 10, 11 des
schmalen Kabelkanals 7 bzw. des breiten Kabelkanals 8 mit
der Innenseite des Verbindungsstegs 9 bündig ab.
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Der
Bodensteg 5 ist an seiner Unterseite 12 flach
ausgebildet. Die Oberseite 13 des Bodenstegs 5 weist
dagegen eine Konturierung auf, die so gewählt ist, dass
ein beispielsweise aus Kupfer gefertigtes elektrisches Kabel, welches
um den Wickelkern 14 herumgewickelt ist, und die innerste
Lage des Kabelwickels 15 bildet, im Wesentlichen bündig
an der Oberseite 13 des Bodenstegs 5 der Schutzkappe 1 anliegt,
ohne dass dieses einen übermäßig kleinen Biegeradius
aufweist, oder gar geknickt ist (vgl. 7 und 8).
Insbesondere kann die Formgebung des Bodenstegs 5 einer
in der Hälfte geteilten Ellipse ähneln oder entsprechen.
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Wie
insbesondere 2 und 3 entnommen
werden kann, kann im Bereich der Rückwand 10, 11 der
schmalen Kabelhalterung 7, bzw. der breiten Kabelhalterung 8 zusätzlich
eine Versteifungsausnehmung 16 vorgesehen wer den. Mit Hilfe
der Versteifungsausnehmung 16 kann einerseits Material eingespart
werden, andererseits kann die mechanische Stabilität der
schmalen Kabelhalterung 7 bzw. der breiten Kabelhalterung 8 erhöht
werden. Die Versteigungsausnehmung 16 ist im vorliegend
dargestellten Ausführungsbeispiel der Schutzkappe recht breit
ausgeführt. Selbstverständlich ist es auch möglich,
die Versteifungsausnehmung 16 schmaler auszubilden und/oder
mehrere Versteifungsausnehmungen 16 vorzusehen. Im vorliegend
dargestellten Ausführungsbeispiel ist bei der breiten Kabelhalterung 8, die
eine entsprechend breite Versteifungsausnehmung 16 aufweist,
eine zusätzliche Versteifungsrippe 38 in der Mitte
der Versteifungsausnehmung 16 vorgesehen. Möglich
ist es selbstverständlich auch, bei der breiten Kabelhalterung 8 eine
Mehrzahl von Versteifungsrippen 38 vorzusehen. Zusätzlich
oder optional ist es auch möglich, im Bereich der schmalen Kabelhalterung
eine oder mehrere Versteifungsrippen 38 anzuordnen.
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Wie
weiterhin insbesondere 1 und 6 entnommen
werden kann, weisen die schmale Kabelhalterung 7 sowie
die breite Kabelhalterung 8 auf ihrer Vorderseite 17, 18 jeweils
mehrere Kabelkanäle 19, 20, 21 auf.
Im vorliegend dargestellten Ausführungsbeispiel einer Schutzkappe 1 sind
drei Kabelkanäle 19, 20, 21,
nämlich ein unterer Kabelkanal 19 (dem Verbindungssteg 9 benachbart),
ein mittlerer Kabelkanal 20 und ein oberer Kabelkanal 21 vorgesehen.
Die Kabelkanäle 19, 20, 21 sind
jeweils durch einen Trennsteg 24 voneinander getrennt.
Die Kabelkanäle 19, 20, 21 sind
jeweils nutartig ausgebildet und so dimensioniert, dass das im Zusammenhang mit
der Schutzkappe 1 zu verwendende elektrische Kabel 29, 30, 31, 32 im
Wesentlichen bündig in diesem zu Liegen kommt. Selbstverständlich
ist es denkbar, eine abweichende Anzahl von Kabelkanälen 19, 20, 21 vorzusehen,
wie beispielsweise 2, 4, 5 oder 6 Kabelkanäle 19, 20, 21.
Obgleich im vorliegend dargestellten Ausführungsbeispiel
die Abstände der Kabelkanäle 19, 20, 21 zueinander
jeweils gleich sind, ist es ebenso möglich, die Abstände
der Kabelkanäle 19, 20, 21 zueinander
unterschiedlich groß zu gestalten. Dazu kann beispielsweise
die Dicke der Trennstege 24 variiert werden. Durch eine derartige
unterschiedliche Dimensionierung der Abstände der Kabelkanäle 19, 20, 21 kann
gegebenenfalls eine verbesserte Bewicklung eines Magnetkerns (beispielsweise
des Stators 2) der elektrischen Maschine 3 erreicht
werden. Bei üblichen Bauformen wird der Abstand der Kabelkanäle 19, 20, 21 zueinander
ausgehend vom Verbindungssteg 9 mit zunehmendem Abstand
vom Verbindungssteg 9 größer werden.
Es ist im Übrigen auch denkbar, eine größere
Anzahl von Kabelkanälen 19, 20, 21 vorzusehen, und
nur einen Teil dieser Kabelkanäle zur Führung von
elektrischen Kabeln zu verwenden. Die verbleibenden Kabelkanäle 19, 20, 21 dienen
dann lediglich der Schaffung eines zusätzlichen Abstands.
Sie werden somit quasi als „Dummy”-Kabelkanäle
verwendet.
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Zwischen
den schmalen Kabelhalterungen 7 und den breiten Kabelhalterungen 8 ist
jeweils ein Abstand vorgesehen, so dass sich schlitzartige Ausnehmungen
bilden, die als Kabeldurchführung 22, 23 dienen.
Die Kabeldurchführungen 22, 23 sind jeweils in
Relation zum Bodensteg 5 der Wickelaufnahmen 4 an
unterschiedlichen Positionen angeordnet. Dadurch können
die Kabeldurchführungen 22, 23 in zwei
unterschiedliche Gruppen unterteilt werden, nämlich in
die zentralen Kabeldurchführungen 22, sowie in
die seitlichen Kabeldurchführungen 23.
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Die
zentrale Kabeldurchführung 22 ist, in Umfangsrichtung
A (vgl. 3) der Schutzkappe 1 gesehen,
zentral in der Mitte des jeweiligen Bogenstegs 5 angeordnet.
In radialer Richtung B gesehen befindet sie sich entsprechend der
Anordnung von schmaler Kabelhalterung 7 und breiter Kabelhalterung 8 seitlich
des Bodenstegs 5 der einzelnen Wickelaufnahmen 4 der
Schutzkappe 1. Über die zentralen Kabeldurchführungen 22 wird
der elektrische Leiter 29, 30, 31, 32,
mit dem die Kabelwickel 15 ausgebildet werden, von der
Vorderseite 17, 18 der Kabelhalterungen 7, 8 durch
die zentrale Kabeldurchführung 22 in Richtung
der Wickelaufnahme 4 geführt. Üblicherweise
bildet der entsprechende elektrische Leiter 29, 30, 31, 32 den
Anfang des Kabelwickels 15. Dementsprechend bildet der
elektrische Leiter 29, 30, 31, 32 die
dem Bodensteg 5 benachbarte, innere Wickellage aus. Sinnvollerweise
wird der elektrische Leiter 29, 30, 31, 32 daher über
den unteren Kabelkanal 19 der zentralen Kabeldurchführung 22 zugeführt.
Um die Positionierung des elektrischen Leiters zu Beginn des Wickelvorgangs
zu verbessern, sind im Bodensteg 5, benachbart zum Verbindungssteg 9,
keilförmige Ausnehmungen vorgesehen, die als Einfädelschrägen 25 für
den elektrischen Leiter 29, 30, 31, 32 dienen.
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Nach
Ausbildung des Kabelwickels 15 wird der Leiter 29, 30, 31, 32 von
der Wickelaufnahme 4 durch eine Kabeldurchführung 22, 23 nach
außen in einen Kabelkanal 19, 20, 21 hineingeführt. Üblicherweise
erfolgt die „Ausleitung” des elektrischen Leiters 29, 30, 31, 32 dabei über
eine seitliche Kabeldurchführung 23. Diese ist
so positioniert, dass sie in etwa auf der Höhe der äußersten
Lage des fertig ausgebildeten Kabelwickels 15 angeordnet
ist. Dementsprechend entspricht die Lage der seitlichen Kabeldurchführungen 23 in
etwa dem äußeren Umfang der Seitenwände 6 der
jeweiligen Wickelaufnahme 4.
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Um
bei der „Ausleitung” des elektrischen Leiters 29, 30, 31, 32 dessen
Positionierung auf dem fertig ausgebildeten Kabelwickel 15 zu
verbessern, sind, wie man insbesondere 2, 3 und 4 entnehmen
kann, auf der Innenseite des Verbindungsstegs 9 (also auf
der Seite, an der am Verbindungssteg 9 die Wickelaufnahmen 4 angeordnet sind)
Positionierungsvorsprünge 39 vorgesehen. Dabei
ist jeweils zwischen zwei Wickelaufnahmen 4 ein Positionierungsvorsprung 39 angeordnet.
Vorzugsweise befinden sich die Positionierungsvorsprünge 39 in
der Mitte zwischen den dazu benachbarten Wickelaufnahmen 4.
Typische Höhen für einen Positionierungsvorsprung
sind 1 mm, 1,5 mm oder 2 mm.
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Wie
insbesondere 1 und 2 entnommen
werden kann, sind an der Oberseite der schmalen Kabelhalterungen 7 sowie
der breiten Kabelhalterungen 8 jeweils zusätzliche
Vorsprünge 26 mit einem angenähert rechteckigen
Querschnitt mit abgerundeten Ecken vorgesehen. Diese Vorsprünge 26 können
als Montagehilfsmittel, als Abstandshaltevorrichtung und gegebenenfalls
auch als zusätzliche Haltevorrichtung für einzelne
Leiterbereiche 29, 30, 31, 32 dienen.
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Wie
insbesondere 4 entnommen werden kann, sind
auf der Unterseite 12 der Schutzkappe 1 weitere
Versteifungsausnehmungen 16 vorgesehen. Die Versteifungsausnehmungen 16 können sowohl
im Bereich der Bodenstege 5 als auch im Bereich des Verbindungsstegs 9 ausgebildet
werden. Mit Hilfe der Versteifungsausnehmungen 16 kann
einerseits Material gespart werden, andererseits kann die mechanische
Festigkeit der Schutzkappe 1 erhöht werden. Im
Bereich der Stirnseite der Seitenwände 6 der Wickelaufnahmen 4 sind
ebenfalls Ausnehmungen 40 vorgesehen. Diese dienen – neben einer
gewissen mechanischen Versteifung – insbesondere der Materialeinsparung.
Darüber hinaus können mit Hilfe der Ausnehmungen 40 die
Wandstärken im Bereich der Seitenwände 6 verringert
werden, was für eine Fertigung der Schutzkappe 1 mittels
eines Spritzgussverfahrens in der Regel von Vorteil ist. Weiterhin
sind in 4 vorliegend drei Fixierungsvorsprünge 27 zu
erkennen. Die Fixierungsvorsprünge 27 können
in korrespondierende Ausnehmungen eingesetzt werden, welche im Wickelkern 14,
auf den die Schutzkappe 1 aufgesetzt wird, vorgesehen sind.
Mit Hilfe der Fixierungsvorsprünge 27 kann eine
mechanische Vorfixierung zwischen Schutzkappe 1 und Wickelkern 14 erzielt
werden, so dass die Bewicklung der Baugruppe aus Schutzkappe 1 und
Wickelkern 14 mit einem elektrischen Leiter 29, 30, 31, 32 besonders
einfach ausgeführt werden kann. Die mechanische Endfestigkeit
wird anschließend durch die Kabelwickel 15 selbst
erzeugt. Neben den Fixierungsvorsprüngen 27 können
zusätzlich oder alternativ auch Montageausnehmungen 28 vorgesehen
werden, die der Aufnahme von Teilen eines Haltewerkzeugs dienen.
Im vorliegend dargestellten Ausführungsbeispiel einer Schutzkappe 1 sind
die Montageausnehmungen 28 in seitlichen Endbereichen des
Verbindungsstegs 9 ausgebildet.
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Wie
insbesondere 3 entnommen werden kann, ist
die Schutzkappe 1 derart dimensioniert, das diese in Umfangsrichtung
A gesehen einen Winkelbereich α von α = 30° überdeckt.
Für einen vollständigen Stator 2 müssen
daher insgesamt 12 Schutzkappen 1 pro Statorseite verwendet
werden. Wie ebenfalls insbesondere 3 entnommen
werden kann, sind die Seitenflächen 35 der schmalen Kabelhalterungen 7 sowie
der breiten Kabelhalterungen 8 von der Rückwand 10, 11 ausgehend
zur Vorderseite 17, 18 der jeweiligen Kabelhalterungen 7, 8 hin
verlaufend sich verjüngend ausgebildet. Der Verjüngungswinkel
ist geringfügig größer als 30° gewählt.
Dadurch ist es möglich, die Schutzkappe 1 besonders
einfach in einem Spritzgussverfahren herzustellen. Insbesondere
kann eine Spritzgussform verwendet werden, die ohne innere bewegliche
Teile auskommt. Dies kann die Produktionskosten deutlich verringern.
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Selbstverständlich
ist es ebenso möglich, dass der Winkelbereich α größer
gewählt wird. Gegebenenfalls kann die Schutzkappe 1 auch
einen Vollkreis überdecken. Je größer
die Schutzkappe 1 ausgebildet ist, umso geringer werden
die Montagekosten, da sich die Fixierung der Schutzkappe 1 auf
dem Stator 2 vereinfacht. Andererseits steigen jedoch die Herstellungskosten
für die Schutzkappe 1 an. Hier kann ein für
die konkrete Anwendung jeweils optimaler Kompromiss gefunden werden.
Dieser Kompromiss kann insbesondere auch von der geplanten Stückzahl
der Schutzkappe 1 abhängen.
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In 5 ist
ein Querschnitt durch eine Wickelaufnahme 4 der Schutzkappe 1 dargestellt. 5 kann
insbesondere die Formgebung der Wickelaufnahme 4 mit Bodensteg 5,
Seitenwand 6, Kabelhalterung 7 bzw. 8 mit
integrierten Kabelkanälen 19, 20, 21 entnommen
werden. Zusätzlich ist die Einfädelschräge 25 zu
erkennen. Zusätzlich ist durch gestrichelte Linien die
Lage eines elektrischen Kabels 29, das in den Kabelkanälen 19, 20, 21 liegt
bzw. einen Kabelwickel 15 in der Wickelaufnahme 4 bildet, dargestellt.
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In 6 ist
eine Detailvergrößerung eines schmalen Kabelkanals 7 sowie
eines breiten Kabelkanals 8 dargestellt. Es ist jeweils
die Vorderseite 17, 18 des schmalen Kabelkanals 7 bzw.
des breiten Kabelkanals 8 dargestellt. Hier kann insbesondere
die geometrische Anordnung der einzelnen Kabelkanäle 19, 20, 21 sowie
der dazwischen liegenden Trennstege 24 entnommen werden.
Ebenfalls ist zur Verdeutlichung der Lage der elektrischen Kabel 29, 30, 31, 32 bei
einer fertig bewickelten elektrischen Maschine 3 eine mögliche
Anordnung eines elektrischen Kabels 29, 30, 31, 32 durch
gestrichelte Linien angedeutet. Das in 6 auf der
rechten Seite befindliche elektrische Kabel 30 wird, ausgehend
vom unteren Kabelkanal 19 der rechten, schmalen Kabelkanalhalterung 7,
durch die zentrale Kabeldurchführung 22 nach innen
zur Wickelaufnahme 4 geführt. Das in 6 auf
der linken Seite dargestellte elektrische Kabel 31 verläuft
von der Außenseite des Wickels 15 durch die seitliche
Kabeldurchführung 23 hindurch in den oberen Kabelkanal 21 der
linken schmalen Kabelhalterung 7 hinein. Schließlich
ist im mittleren Kabelkanal 20 der breiten Kabelhalterung 8 sowie
der schmalen Kabelhalterungen 7 ein weiteres elektrisches
Kabel 32 durch eine gestrichelte Linie angedeutet. Dieses
elektrische Kabel 32 wird an der Wickelaufnahme 4 vorbeigeführt, überbrückt
also die zentrale Kabeldurchführung 22 sowie die
seitliche Kabeldurchführung 23, die in 6 zu
erkennen sind.
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7 und 8 zeigen
jeweils einen fertig mit einem Kabelwickel 15 bewickelten
Wickelkern 14.
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7 stellt
dabei einen Querschnitt durch eine Wickelaufnahme 4 dar,
wobei die Querschnittsebene tangential (parallel zur Richtung A)
verläuft. Die Blick richtung verläuft von radial
außen nach radial innen (parallel zur Richtung B) verläuft.
Im Inneren der Wickelanordnung 33 befindet sich ein Wickelkern 14, der
vorliegend aus mehreren miteinander verbundenen Blechen aus einem
weichmagnetischen Material besteht. An den beiden Stirnflächen 34 des
Wickelkerns 14 ist eine Schutzkappe 1 aufgesetzt,
von der im in 7 dargestellten Querschnitt
der Bodensteg 5 zu erkennen ist. Um die aus Magnetkern 33 und
die beiden Bodenstege 5 bestehende Baugruppe des Wickelkerns 14 herum
ist ein elektrischer Leiter 29, 30, 31, 32 gewickelt,
der schlussendlich einen Kabelwickel 15 ausbildet. Wie 7 entnommen
werden kann, ist die Oberseite 13 des Bodenstegs so gewählt,
dass die Windungen des Kabelwickels 15 bündig
an der Oberseite 13 des Bodenstegs 5, sowie an den
Außenseiten des Magnetkerns 33 anliegen. Die Außenkontur
der in 7 ebenfalls noch zu erkennenden Seitenwand 6 ist
derart gewählt, dass die Außenkontur des Kabelwickels 15 und
die Außenkontur der Seitenwand 6 im Wesentlichen
einander entsprechen.
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In 8 ist
der gleiche Wickelkern 14 von radial innen aus betrachtet.
Auch hier ist zu erkennen, wie der Kabelwickel 15 um den
Wickelkern 14 herumgeführt ist, wobei der Wickelkern 14 aus
Magnetkern 33 und zwei Schutzkappen 1 besteht.
Zusätzlich sind in 8 noch die
schmalen Kabelhalterungen 7 sowie die breiten Kabelhalterungen 8,
sowie die dazwischen ausgebildeten zentralen Kabeldurchführungen 22 und
seitlichen Kabeldurchführungen 23 zu erkennen.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass beim in 7 und 8 dargestellten
Ausführungsbeispiel nur die obere Schutzkappe 1 mit
integrierten Kabelhalterungen 7, 8 versehen ist.
Die untere Schutzkappe ist demgegenüber ohne derartige
Kabelhalterungen 7, 8 ausgeführt. Dadurch
ist es insbesondere möglich, Bauraum einzusparen. Selbstverständlich ist
es ebenso denkbar, auch die untere Schutzkappe 1 mit derartigen
Kabelhalterungen 7, 8 zu versehen.
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Dabei
müssen die Kabelhalterungen 7, 8 der oberen
und der unteren Schutzkappe 1 nicht unbedingt gleichartig
ausgeführt sein.
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In 9 ist
schließlich das Prinzip der Kabelführung von unterschiedlichen
elektrischen Leitern 41, 42, 43 in den
unterschiedlichen Kabelkanälen 19, 20, 21 im
Bereich einer Schutzkappe 1 dargestellt. Die Bewicklung
entlang des vollständigen Umfangs des Stators ergibt sich
durch entsprechende Fortsetzung der Kabelführung und Bewicklung
nach links und rechts. Die elektrischen Leiter 41, 42, 43 können entlang
des vollständigen Umfangs dabei jeweils als einzelner,
durchgängiger elektrischen Leiter 41, 42, 43 realisiert
werden. Die einzelnen elektrischen Leiter 41, 42, 43 werden
anschließend mit den einzelnen Phasen einer Drehstromquelle
verbunden.
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Der
erste Leiter 41 verläuft im Bereich der Kabelhalterungen 7, 8 im
unteren Kabelkanal 41. In einem ersten Einfädelbereich 44 wird
der erste Leiter 41 vom unteren Kabelkanal 41 in
den mittig liegenden Bereich der Wickelaufnahme 4 des ersten
Wickelbereichs 50 geleitet (die Lage des ersten Leiters 41 im
ersten Einfädelbereich 44 befindet sich somit im
Inneren des Wickels, ist also Teil der untersten Lage des Wickels).
Dort wird der erste Leiter 41 mehrfach über die
Wickelaufnahme 4, den darunter liegenden Bodensteg 5 und
den dazwischen liegenden Magnetkern 33 herum geführt,
so dass sich ein erster Wickel 50 bildet. Die Lage des
ersten Wickels 50 ist im oberen Bereich 53 von 9 angedeutet. Vom äußeren
Umfangsbereich des ersten Wickels 50 (äußere
Lage des Wickels) wird der erste Leiter 41 über
den ersten Ausfädelbereich 45 zurück
in den unteren Kabelkanal 41 geführt. Danach wird
der erste Leiter 41 am zweiten 51 und dritten 52 Wickelbereich vorbeigeführt.
Danach folgt ein weiterer erster Wickelbereich 50, bei
dem der erste Leiter 41 zu einer Wickelaufnahme 4 geführt
wird und ein Wickel 50 ausgebildet wird.
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In
analoger Weise verläuft der zweite Leiter 42 im
mittleren Kabelkanal 20. Der zweite Leiter 42 wird über
einen zweiten Einfädelbereich 46 zum Inneren des
zweiten Wickels 51 (untere Lage) geführt und bildet
durch mehrfaches Wickeln des zweiten Leiters 42 um die
Wickelaufnahme 4, den Magnetkern 33 und den Bodensteg 5 den
zweiten Wickel 51 aus. Vom Wickeläußeren
(äußere Lage) wird der zweite Leiter 42 über
einen zweiten Ausfädelbereich 47 zurück
in den mittleren Kabelkanal 20 geleitet.
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Der
dritte Leiter 43 verläuft in entsprechender Weise
im oberen Kabelkanal 21. Der dritte Leiter 43 wird über
einen dritten Einfädelbereich 48 zum Inneren des
dritten Wickels 52 (untere Lage) geführt und bildet
durch mehrfaches Wickeln des dritten Leiters 43 um die
Wickelaufnahme 4, den Magnetkern 33 und den Bodensteg 5 den
dritten Wickel 52 aus. Vom Wickeläußeren
(äußere Lage) wird der dritte Leiter 43 über
einen dritten Ausfädelbereich 49 zurück
in den oberen Kabelkanal 21 geleitet.
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Wie
man der Lage der unterschiedlichen Leiter 41, 42, 43 im
Bereich der jeweiligen Einfädelbereiche 44, 46, 48 und
Ausfädelbereiche 45, 47, 49 in 9 entnehmen
kann, sind der erste Leiter 41 sowie der zweite Leiter 42 im
vorliegend dargestellten Ausführungsbeispiel in einer ersten
Richtung (vorliegend z. B. im Uhrzeigersinn) gewickelt. Dem gegenüber
ist der dritte Leiter 43 in einer davon abweichenden, zweiten
Richtung (vorliegend z. B. entgegen dem Uhrzeigersinn) gewickelt.
Die in 9 dargestellten unterschiedlichen Wickelrichtungen
der unterschiedlichen Wickel 50, 51, 52 sind
jedoch rein exemplarisch gewählt und können je
nach Erfordernis angepasst werden.
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Um
die Zusammengehörigkeit der unterschiedlichen Leiter 41, 42, 43 und
der dazugehörigen Wickel 50, 51, 52 zu
veranschaulichen, wurden für die unterschiedlichen, jeweils
elektrisch miteinander in Verbindung stehenden Leiterbereiche unterschiedliche
Schraffuren verwendet.
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In 10 ist
dargestellt, wie der Stator 2 einer elektrischen Maschine 3 mit
Hilfe einer an einer Halterung 37 geführten Wickelnadel 36 bewickelt werden
kann. Die Halterung 37 kann beispielsweise von einem Roboterarm
bewegt werden. Das elektrische Kabel 29 wird von der Wickelnadel 36 freigegeben.
Die Freigabe des elektrischen Kabels erfolgt dabei unter einer entsprechenden
Zugbeanspruchung. In 10 sind die einzelnen Wickelkerne 14 zu
erkennen, die gemeinsam den Stator 2 ausbilden. An den
Stirnseiten der Wickelkerne 14 sind der Magnetkern 33,
sowie die Schutzkappen 1 zu erkennen. Im vorderen Bereich
der 10 sind die Wickelkerne 14 bereits mit
Kabelwickeln 15 bewickelt. Im hinteren Bereich der 10 muss
der elektrische Leiter 29 dagegen noch aufgebracht werden.
Dank der vorgeschlagenen Schutzkappen 1 sowie des in 9 zu erkennenden
Wickelplans ist es möglich, den gesamten Stator 2 der
elektrischen Maschine 3 mit einem einzigen, durchgehenden
elektrischen Kabel 29 (bzw. einem durchgehenden elektrischen
Kabel pro elektrischem Pol der Stromquelle) zu bewickeln. Dadurch
können manuelle Fertigungsschritte, bei denen die Kabelenden
der einzelnen Kabelwickel 15 jeweils miteinander verbunden
werden müssen, auf vorteilhafte Weise entfallen. Dies kann
einerseits die Produktionskosten senken, die geometrischen Abmessungen
der fertigen elektrischen Maschine 3 verkleinern, sowie
die Zuverlässigkeit der elektrischen Maschine 3 erhöhen,
da die Verbindungspunkte von elektrischen Leitern 29, 30, 31, 32 in
der Regel einen mechanischen Schwachpunkt darstellen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 2006/042834
A1 [0007]
- - US 7116023 B2 [0008]
- - WO 2005/101612 A1 [0009]