DE2837797C2

DE2837797C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines innengenuteten Stators einer elektrischen Maschine

Info

Publication number: DE2837797C2
Application number: DE2837797A
Authority: DE
Inventors: Robert Gerald Ossian Ind. Walker
Original assignee: Industra Products Inc
Current assignee: Industra Products Inc
Priority date: 1977-09-19
Filing date: 1978-08-30
Publication date: 1987-02-19
Also published as: IT7851128A0; US4176444A; JPS596140B2; DE2837797A1; IT1105966B; GB2004209B; GB2004209A; JPS5456102A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines innengenuteten Stators einer elektrischen Maschine, bei dem vor dem Einziehen der Wicklung die Nutschlitze aufgeweitet werden.
Bei der Fertigung von Statoren wird eine Anzahl relativ dünner Statorbleche aus einem Streifen Material herausgestanzt und derart zusammengebündelt, daß ein Stator-Blechpaket entsteht. Dieses hat normalerweise eine im wesentlichen zentral angeordnete und sich axial erstreckende, im allgemeinen zylindrische Bohrung mit einer Vielzahl von in axialer Richtung langgestreckter Nuten, die mit dieser Bohrung in Verbindung stehen und die durch die gleiche Anzahl von Statorzähnen gebildet sind, welche die einander benachbarten Nuten voneinander trennen.
Die Statorzähne haben häufig im Bereich der Statorbohrung einander zugewandte Enden, die dort einen Spalt (Nutschlitz) miteinander bilden, wo die Nuten mit der Bohrung in Verbindung stehen. In die Nutschlitze werden sodann Wicklungen eingelassen, und zwar mittels eines Wickelverfahrens in die Nut selbst, oder dadurch, daß man die Wicklungen getrennt herstellt und sodann axial oder radial diese Wicklungen in die zugeordneten Nuten einbringt.
Durch die US-PS 38 15 207 ist bereits ein Verfahren (bzw. ein Verfahrensschritt) zur Herstellung eines innengenuteten Stators einer elektrischen Maschine bekannt, bei dem die Nutschlitze vor dem Einziehen der Wicklung erweitert werden. Dies geschieht dort durch das in Fig. 1 dargestellte Werkzeug, mit dem die scharfen Kanten, Grade und die im allgemeinen sägezahnförmigen Zahnwände (vgl. dort Spalte 1, Zeilen 54 bis 56) eingeebnet und die Zähne exakt ausgerichtet werden (vgl. Spalte 4, Zeilen 37 bis 43). Es findet dabei eine verhältnismäßig geringfügige Verformung der Zähne statt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, womit das Aufweiten der Nutschlitze vor dem Einziehen der Wicklung in rationeller und kostengünstiger Weise vorgenommen werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 bzw. 2 und 3 gelöst.
Aus der US-PS 34 40 460 ist es zwar bekannt, von vornherein Spalte vorzusehen; übereinstimmend mit der Erfindung werden dort die Spalte nach dem Einlegen der Spulen durch Verbiegen der Bleche reduziert. Dieses Verfahren ist jedoch ebenfalls verhältnismäßig aufwendig, weil die Spalte bei einem Motor mit ausgeprägten Polen im Joch vorgesehen sind.
Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert: Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt:
Fig. 1 zeigt zum Vergleich zwischen der Erfindung und dem Stande der Technik ein Statorblechpaket für eine elektrische Maschine herkömmlicher Bauart, und zwar in einer Ansicht auf einen Teil der Stirnseite des Stators.
Fig. 2A, 2B, 2C und 2D veranschaulichen Geräte zum Erweitern des Nutschlitzes.
Fig. 3 stellt einen Statorteil mit erweitertem Nutschlitz dar, und zwar zusammen mit einer angepaßten Wicklungseinzieheinrichtung.
Fig. 4 zeigt in perspektivischer Ansicht einen Stator und eine Einrichtung zum Verringern des zuvor erweiterten Nutschlitzes zwischen einander benachbarten Zähnen des Stators.
Fig. 5A und 5B zeigen in Stirnansicht bzw. in teilweiser Schnittdarstellung jeweils einen Teil eines Stators in Verbindung mit einer anderen Vorrichtung zum Verringern des Nutschlitzes zwischen einander benachbarten Paaren von Statorkernzähnen.
Fig. 6 ist ein Blockschaltbild, das ein Verfahren zum Herstellen eines Stators entsprechend der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
In den einzelnen Figuren sind einander entsprechende Bauteile mit einander entsprechenden Bezugszeichen versehen.
Der in Fig. 1 dargestellte Stator hat Nuten 13, 15 und 17, in welche Wicklungen einzuführen sind, und zwar entweder durch direktes Wickeln in die Nuten oder durch getrenntes Herstellen der Wicklung und axiales oder radiales Einführen dieser vorgefertigten Wicklung in die Nuten. Jedes Paar einander benachbarter Nuten ist durch einen Statorzahn wie beispielsweise den Zahn 19 oder 21 getrennt. Einander benachbarte Statorzähne haben Enden 23, 25, 27, 29, 31 und 33, die zwischen sich einen Schlitz bilden, durch welchen der Draht oder die Wicklung hindurchgeführt werden muß, um in den Stator eingebaut zu werden.
Ein herkömmlicher Schlitz 1 liegt zwischen den Enden 27 und 29 vor.
Zum axialen Einziehen der vorgefertigten Wicklung wird ein Stator auf eine Vielzahl von im wesentlichen kreisförmig angeordneten und sich parallel zueinander erstreckenden Nadeln verbracht, die dann sowohl die Wicklungen als auch diesen Stator tragen; ein Abstreifer oder eine andere Vorrichtung wird sodann entlang der Nadeln verschoben und bewegt die Wicklungen hierauf entlang und in die Nutschlitze hinein. Eine derartige axiale Einschiebung von vorgefertigten Wicklungen ist beispielsweise in den US-Patentschriften 24 32 267, 33 24 536 oder 34 02 462 dargestellt. Ein Paar 35, 37 derartiger Nadeln ist in Fig. 1 veranschaulicht. Die Nadeln haben Lippen 39 und 41, die die jeweiligen Statorzahnenden 23 und 25 überlappen, um die Wicklung gegenüber dem verhältnismäßig rauhen Stator während des Einziehvorganges zu schonen. Auf diese Weise verringern die Einziehnadeln, insbesondere die Lippen 39 und 41 den für den Einziehvorgang verfügbaren Spalt vom Nutschlitz I auf den Spalt B in veranschaulichter Weise. Ein breiterer Nadelspalt würde natürlich den Einziehvorgang erleichtern und, falls gewünscht, Wicklungen höherer Drahtstärke erlauben. Dies würde natürlich wiederum einen größeren Nutschlitz bedingen, der seinerseits jedoch einen Abfall des Wirkungsgrades der Maschine zur Folge hätte.
Eine größere Nadelspaltweite ohne gleichzeitige Vergrößerung des Nutschlitzes und/oder eine verringerte Nutschlitzweite ohne eine gleichzeitige Verringerung der Nadelspaltweite kann dadurch erreicht werden, daß man die Statorzahnenden in veranschaulichter Weise ausbildet, nämlich so wie die Enden 31 und 33. Nutschlitz I und Nadelspalt B in Nut 13 veranschaulichen in dargestellter Weise die herkömmliche Lösung des Problems. Verformt man jedoch die Zahnenden in der Weise, daß man einen breiteren Nutschlitz I in der in Nut 17 veranschaulichten Weise gewinnt, so erzielt man einen Nutschlitz, der für Nut 15 dargestellt ist, und der fast dem Nadelspalt B gleichkommt, welcher für Nut 17 dargestellt ist. Diese Verformung, die anhand der Enden 31 und 33 veranschaulicht ist, kann natürlich durch das Statorblech-Stanzwerkzeug vorgenommen werden, ohne daß der Spalt zwischen einander benachbarten Zähnen nach dem Bilden der Statorbleche erweitert wird. Da jedoch Rohlinge für Statorbleche häufig mit dem zentralen Werkzeug gebildet werden, kann eine derartige Werkzeuggestaltung unerwünscht sein; in diesem Falle kann das Erweitern des einzelnen, zwischen zwei einander benachbarten Zähnen bestehenden Schlitzes nach dem zunächst vorgenommenen Ausstanzen der Statorbleche erfolgen.
In Fig. 2 wurde ein Stempel 51 axial in die Nut 45 eingeführt. Wird er radial einwärts in die Stellung 51&min; gezwängt, so wirkt er dahingehend, einander benachbarte Statorzahnenden 47 und 49 zu verbiegen, und zwar nach der Statorbohrung hin in die Positionen 47&min; und 49&min;, wobei der Nutschlitz erweitert wird. In der Fertigungspraxis wendet man eine Vielzahl solcher Stempel 51 an, die im wesentlichen kreisförmig und ausrichtbar sowie axial in die zugehörenden Nutschlitze gleichzeitig einführbar sind. Um die Nutschlitze zu vergrößern, werden keilförmige Elemente 53 und 55 jeweils verschoben, um die jeweiligen Stempel radial einwärts zu zwingen und somit Zahnenden für das Einziehen der Wicklung zu formen. Teil 55 kann an einer Grundplatte 57 befestigt werden, die ihrerseits fest mit einem Bohrungsträger verbunden und die die verschiedenen Stempel, wie beispielsweise den Stempel 51 verschiebbar trägt. Ein zweites Rahmenteil 61 kann die verschiedenen Keile, wie beispielsweise Keil 53, abnehmbar tragen. Dabei können die Keile und die Stempel, wie beispielsweise Keil 53 und Stempel 51, in radial auswärtiger Richtung federbelastet sein. Das saubere Ausrichten eines Stators 63 und der oberen und unteren Rahmenteile 57 und 61 erlaubt das gleiche Ausrichten eines Stempels und eines Teilpaares in jedem Nutschlitz sowie die Bewegung der Rahmenteile 57 und 61 gegeneinander, wodurch gleichzeitig jedes zugehörende Zahnendenpaar verformt wird. Die tatsächlich erzielte Verformung eines Zahnendes hängt natürlich von der Gestalt der Stempels 51 wie auch derjenigen des zugehörenden Bohrungsträgerteiles des Bohrungsträgers 59 ab. Sobald der Stator in dieser Weise verformt wurde, haben die Zähne die in Fig. 3 dargestellte Form. Gemäß Fig. 3 werden die einzuziehenden Wicklungen über Einziehnadeln 65, 67 und 69 placiert, die kreisförmig angeordnet sind und die sich parallel erstrecken, ähnlich der Ausführungsform gemäß der zuvor erwähnten US-Patentschriften 33 24 536 und 34 02 462. Es sei jedoch darauf verwiesen, daß diese Nadeln anders als beim Stand der Technik sind; sie weisen nämlich ein Paar von länglichen Sicken 71 und 73 auf, um die jeweils gebildeten Statorzahnenden 75 und 77 aufzunehmen. Ferner haben sie ein Paar Rippen 79 und 81 außerhalb der Sicken 71 und 73 zum Einspannen des zugehörenden Zahnes 83. Ein Einziehstern 85 wird sodann durch die Statorbohrung hindurchgeführt, um die Wicklung in herkömmlicher Weise axial einzuziehen.
In Fig. 4 erkennt man Spulen 87, die in die Nuten des Stators 89 eingeführt sind. Der Stator 89 kann, wie dort veranschaulicht, auf ein zylindrisches Formwerkzeug 91 aufgeschoben werden, um die Statorzahnenden radial nach außen zu verformen, so daß die Statorbohrung wieder zylindrisch wird, während gleichzeitig die Spaltweite des zwischen zwei einander benachbarten Zähnen befindlichen Nutschlitzes verringert wird und engere Nutschlitze geschaffen werden, als sonst erzielbar wären. Der zylindrische Hauptteil des Formwerkzeuges 91 hat wenigstens annähernd das gleiche Maß, wie der Durchmesser der fertigen Statorbohrung. Dieses Werkzeug 91 ist mit einem sich verjüngenden Teil 93 ausgerüstet, um die Einführung in den Stator zu erleichtern und um das Zurückformen der Statorzahnenden zu ermöglichen.
Die Statorbohrung kann auch dadurch wieder zylindrisch gemacht und der Nutschlitz zwischen einander benachbarten Zähnen verringert werden, daß Rollen 117, 119, 121 und 123 eingesetzt werden, die zuvor verformten Enden wieder zurückformen - siehe Fig. 5A und 5B. Diese Rollen greifen an der Innenwand der Statorbohrung an und rollen quer zu ihr hindurch ab, um die Statorzahnenden, wie beispielsweise das Ende 101, radial nach außen in die Endposition zu verbringen. Diese Rollen sind beispielsweise zylindrisch ausgebildet und starr auf einem Kreis angeordnet, so daß der jeweilige Außenmantel einer Rolle an dem jeweils äußeren Punkt mit der Bohrungsfläche des fertigen Stators zusammenfällt. Sobald die Rollen an Ort und Stelle befestigt sind, werden sie im richtigen Abstand zueinander angeordnet, so daß der Stator so aufgeschoben werden kann, daß die verformten Enden zwischen die Rollen zu liegen kommen, worauf der Stator relativ zu den Rollen Drehbewegungen ausführt, um die Statorzahnenden zu verformen. Alternativ hierzu können die Rollen 117, 119, 121 und 123 als Kegelrollen ausgeführt und nach außen senkrecht zu ihren Achsen verschiebbar sein, und zwar beispielsweise durch Nocken- oder durch die Kegelrolle 133 oder auf andere Weise, um eine fortschreitende Verformung der Statorzahnenden in gewünschter Weise zu erzeugen.
Das Zurückformen der Statorzähne läßt sich durch den in den Fig. 5A und 5B dargestellten Apparat leicht erreichen. Der Stator 89 mit seinen verformten Statorzahnenden wird auf die vier Rollen 117, 119, 121 und 123 aufgeschoben. Sodann wird die kegelstumpfförmige, zentrale Rolle 133 gegen die verschiedenen, gegenüberliegenden Kegelrollen angedrückt, so daß diese vier Rollen nach außen gedrängt werden und die Statorbohrung formen. Die vier Außenrollen haben ihre eigenen Achsen, wie beispielsweise die Achse 125. Diese Achsen sind jeweils in Langlöchern, wie beispielsweise dem Langloch 129, an beiden Enden der betreffenden Rolle gelagert, so daß diese vier Rollen dann eine freie Radialbewegung ausführen können, wenn sie nach außen in Eingriff mit der Statorbohrung gedrängt werden.
Aus dem zuvor Gesagten ist nunmehr erkennbar, daß das erfindungsgemäße neue Verfahren und die zugehörende Vorrichtung zum Herstellen von Statoren für elektrische Maschinen die zugrundeliegenden Aufgaben zu erfüllen vermag und zahlreiche Vorteile der beschriebenen wie auch anderer Art herbeiführen kann. Selbstverständlich sind weitere Abwandlungen der Erfindung denkbar. So lassen sich beispielsweise herkömmliche isolierende Nutauskleidungen 103 und Nutverschlußkeile 105 bei aufgeweiteten Nuten leichter in den Stator einführen. So kann man beispielsweise den in Fig. 6 angedeuteten Verfahrensschritt 107 des Verformens der Zahnenden auch in den Verfahrensschritt 109 des Ausstanzens der Statorlaminierungen integrieren, wie bereits zuvor erörtert. Die Bleche werden im Verfahrensschritt 111 zusammengebaut, um ein Statorblechpaket zu ergeben, und zwar durch herkömmliches Verschweißen oder Verschrauben der Bleche oder durch Kleben. Verfahrensschritt 113 betrifft das Einziehen der Statorwicklungen; dabei kann es sich um das Einziehen einer einzelnen Spule oder um mehrere Spulen gleichzeitig handeln. Mit 115 ist der Rückform-Verfahrensschritt dargestellt.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines innengenuteten Stators einer elektrischen Maschine, bei dem vor dem Einziehen der Wicklung die Nutschlitze aufgeweitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufweitung durch radial zur Motorachse hin gerichtetes Verformen der die Nutschlitze begrenzenden Statorzahnenden erfolgt, und daß nach dem Einziehen der Wicklung die Statorzahnenden wieder zurückverformt werden.

2. Abwandlung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle des Verfahrensschritts der Aufweitung der Nutschlitze die Statorbleche in einer Stanzform geschnitten werden, die die Statorzähne mit bereits zur Motorachse hin gerichteten Enden und die Nuten somit mit vergrößerten Schlitzen herstellt.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bohrungsträger (59) die Statorzähne (19, 21) zwischen den Zahnenden radial zur Motorachse hin abstützt, daß eine Anzahl von keilförmigen Stempeln in die Nuten axial einführbar ist und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die die keilförmigen Stempel axial gegeneinander verschiebt.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 mit einer Vielzahl von auf einem Kreis angeordneten, sich parallel erstreckenden Nadeln zum Einziehen der Wicklung, dadurch gekennzeichnet, daß jede Nadel ein Paar von langgestreckten Rinnen zur Aufnahme der verformten Statorzahnenden aufweist.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zurückverformen der Statorzahnenden eine Vielzahl zylindrischer Rollen vorgesehen ist, die gleichzeitig an der Statorbohrung anliegen und quer durch das Bohrungsinnere verfahrbar sind.