EP2608229B1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen einer Spulenanordnung - Google Patents

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EP2608229B1
EP2608229B1 EP12193634.8A EP12193634A EP2608229B1 EP 2608229 B1 EP2608229 B1 EP 2608229B1 EP 12193634 A EP12193634 A EP 12193634A EP 2608229 B1 EP2608229 B1 EP 2608229B1
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EP
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winding
wire
pin
wire portion
coil
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Helmut Fechtig
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Dunkermotoren GmbH
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    • H01F41/06—Coil winding
    • H01F41/082—Devices for guiding or positioning the winding material on the former
    • H01F41/086—Devices for guiding or positioning the winding material on the former in a special configuration on the former, e.g. orthocyclic coils or open mesh coils

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a coil assembly by means of a winding machine, wherein a wire is wound onto a winding pin of a winding assembly of the winding machine to produce a coil of the coil assembly.
  • the invention also relates to a corresponding winding machine for producing such a coil arrangement.
  • Such a method and such a winding machine are for example from the EP 2 237 292 A2 .
  • a disadvantage of known methods for producing coils or corresponding winding machines is that the coil to be produced must begin at a free end of the wire. Consequently, the coil can not be formed into a piece of wire, one side of which is already part of an electrical component and the other side on one Reel is rolled up.
  • the individual coils In order to produce, for example, with known methods an arrangement of several series-connected coils, the individual coils must be manufactured separately from each other and electrically connected after their preparation, for example by soldering. The production of these electrical connections is complicated and error-prone, so that coil arrangements produced by the known methods or known winding machines are relatively expensive and have a high failure rate.
  • the object of the present invention is to provide a method of manufacturing a coil arrangement which makes it possible to mold an electrical coil into a piece of wire whose free ends can not be accessed. This object is achieved by a method according to claim 1 and a winding machine according to claim 6.
  • a method according to claim 1 wherein from a first wire portion of the wire, a first part winding of the coil is produced by the winding pin is wound according to a first winding sense with the first wire portion and from a second wire portion of the wire, a second part of the winding Coil is produced by the winding pin is wound in accordance with a second winding direction opposite to the first winding sense with the second wire section.
  • the coil produced by this method thus comprises two partial windings which are wound in opposite winding sense.
  • a partial winding for example the first partial winding runs from the outside inwards (towards a longitudinal axis of the coil) and the other partial winding, for example the second partial winding, from inside to outside (away from the longitudinal axis of the coil).
  • a current flowing through the wire of the coil Therefore, in both partial windings has the same direction of rotation with respect to the central axis of the coil. Therefore, despite the different Wickelsinne with the coil, a magnetic flux can be generated.
  • Dividing the coil into the two partial windings ensures that it is not necessary to access a free end of the wire in order to mold the coil into the wire.
  • the coil can also be formed in such a wire whose first end is for example part of an already manufactured component, for example another coil, and whose other free end is still on a reel or reel.
  • a coil assembly having multiple serially connected coils can be made from a single piece of wire.
  • the individual coils need not be made of different pieces of wire and then electrically connected together. With the method, therefore, the operation of the electrical connection of the individual coils can be saved, which allows a cost-effective production of the coil assembly and excludes the electrical connections between the coils as a cause for a failure of the coil assembly.
  • a middle portion of the wire between the two wire sections is fixed to the winding pin. According to the method, therefore, the winding of the two partial windings is started at the central region. Consequently, a free end of the wire need not be accessed.
  • the winding pin is rotated about its longitudinal axis in order to wind it with the first wire section.
  • the winding machine has a wire feed arrangement, and that during manufacture of the first part of the winding winding winding is rotated relative to the wire feed arrangement of the winding machine that the resulting from the rotational movements peripheral speeds are the same size on the winding pin, so that when producing the first part winding , the winding pin is only wound by the first wire section.
  • the winding arrangement and the winding pin are rotated about at least substantially parallel axes of rotation. This prevents that during winding of the first part of the winding winding simultaneously, the second wire section is wound in the same sense as the first wire section.
  • the rotation of the winding pin is prevented about its longitudinal axis and the winding assembly is rotated relative to the wire feed arrangement of the winding machine, so that the winding pin is wrapped by the second wire section due to the rotation of the winding assembly relative to the wire feed arrangement.
  • the manufacture of the coil is divided into two steps.
  • the first step the first partial winding is produced from the first wire section, wherein the winding arrangement and the winding pin rotate in opposite directions.
  • the winding arrangement is further rotated so that the second partial winding is produced from the second wire section.
  • a plurality of coils are produced from a single piece of wire by successively winding a plurality of winding pins each having a first wire section and a second wire section.
  • a coil arrangement with a plurality of coils can be produced particularly easily, wherein each coil comprises a first partial winding and a second partial winding.
  • an end of the first wire section facing away from the central region has a fixed spatial reference to the winding arrangement and the winding pin is moved towards the end of the first wire section, preferably along a straight line, while the winding pin is wound with the first wire section.
  • the winding pin is moved towards the end of the first wire section, preferably along a straight line, while the winding pin is wound with the first wire section.
  • the end of the first wire section is held at a fixed location, while moving during winding of the first partial winding of the winding pin to the end of the wire section.
  • the coil to be produced can be particularly easily attached to a component, for example another coil, in which the wire is installed.
  • the coil arrangement with a plurality of coils connected in series can be produced easily.
  • a counterforce is generated which counteracts a movement of the winding pin.
  • an actuator which is pneumatically or electrically driven, for example, can be provided.
  • a spring for generating the counterforce can also be used.
  • the winding pin is locked after moving to the end of the first wire portion in an end position corresponding to a predetermined position of the coil within the coil assembly. This ensures that, for example, when producing the coil arrangement with a plurality of coils connected in series, the individual coils are positioned with sufficient accuracy relative to one another. Thus, the required for the manufacture of coil assemblies for electric motors tolerances with respect to the geometry of the coil assembly can be met.
  • the same actuator may be provided, which is also set up to generate the opposing force.
  • the actuator is driven so that it generates the counterforce, whereas it is driven after reaching the end position so that it counteracts any movement of the winding pin away from the end position.
  • the end position is predetermined by a mechanical stop or the like and the winding pin is held by appropriate control of a pneumatic actuator, for example a compressed air cylinder, in this predetermined position.
  • a winding machine having a winding arrangement which is adapted to wind a wire on a winding pin to produce a spool of the spool assembly, the winding machine being arranged to consist of a first Wire portion of the wire to produce a first part winding of the coil, in which the winding pin is wound according to a first winding sense with the first wire portion and a second wire portion of the wire to produce a second partial winding of the coil by the winding pin is wound according to a second winding direction opposite to the first winding sense with the second wire section.
  • the winding arrangement has a plate rotatably mounted about a main axis of rotation on which at least one winding pin, preferably in a radial direction relative to the main axis of rotation, is slidably mounted. Due to the displaceable mounting it is achieved that, as described above, the winding pin can be moved toward the end of the first wire section during the production of the first partial winding. This movement can, as described above, be controlled by means of an actuator.
  • the winding machine has a wire feed arrangement which is arranged such that the rotation of the plate about the main axis of rotation leads to a rotation of the winding pin around the wire feed arrangement.
  • the second partial winding can be manufactured according to the second winding direction and / or the first partial winding can be prevented from being wound according to the first winding direction during the production of the first partial winding.
  • the wire feed arrangement is fastened to a movable linkage so as to counteract the movement of the winding pin as a result of the rotation of the plate and / or can follow the displacement of the winding pin towards the end of the first wire section. Despite the movement of the winding pins, the wire feed arrangement thus always remains in the vicinity of the winding pin.
  • the winding machine has guide means which cooperate with the winding pin and / or the wire feed means such that the wire feeding means follow the movement of the winding pin due to the rotation of the disk and / or the shifting of the winding pin towards the end of the first wire section.
  • the guide means may for example comprise a driver, wherein a first driver portion of the winding pins engage in a second driver portion of the wire feed arrangement or otherwise can cooperate with this to follow the wire feed arrangement of the movement of the winding pin.
  • FIG. 1 shows a winding machine 11 with a base plate 13, on which a relative to the base plate 13 rotatably mounted plate 15 is arranged.
  • the plate 15 can as in FIG. 1 be shown substantially circular disk-shaped.
  • a likewise arranged on the base plate 13 main drive 17 is coupled for example by means of a belt or toothed belt with the plate 15 such that it can rotate the plate 15.
  • the main drive 17 may, for example, have an electric motor 19.
  • the plate 15 is part of a winding assembly 21 of the winding machine 11.
  • the winding assembly 21 has at least a winding pin 23, preferably a plurality of, in particular six winding pins 23, which are mounted on the plate 15 in relation to a main axis of rotation of the plate 15 radial direction slidably.
  • the displaceable attachment of the winding pins 23 can be achieved for example by means of slide 25, wherein each winding pin 23 is assigned in each case such a slider 25.
  • Each slider 25 or winding pin 23 may be associated with a pneumatic actuator 29, an actuator 27. Instead of the pneumatic drive 29, an electromagnetic drive can also be provided. It is also conceivable, instead of the actuator 27 or in addition to the actuator 27 to provide a spring which exerts a force on the respective winding pin 23, which acts in the direction of the main axis of rotation.
  • the winding machine 11 has a wire feed arrangement 31, which is set up to supply wire to the respective winding pin 23 during winding of coils and to ensure wire guidance during winding onto the winding pin 23.
  • the wire feed assembly 31 is fixed to the base plate 13 via a movable linkage 33 so that it can follow a movement of the winding pin 23 that is being wound at the moment.
  • At least one winding pin 23, preferably all winding pins 23 have a first driver portion 35.
  • the first cam portion 35 is adapted to engage a second cam portion 37 of the wire feed assembly 31 to guide the wire feed assembly 31 in accordance with the movement of the winding pin 23, so that the wire feed assembly 31 is in a fixed spatial relationship during winding of the winding pin 23 the winding pin 23 remains, even if the winding pin 23 moves in the radial direction with respect to the main axis of rotation and the plate 15, driven by the main drive 17, rotates.
  • winding pins 23 Five of in FIG. 2 shown winding pins 23 are in an end position near the center of the plate 15. These five winding pins 23 are already equipped with ready-wound coils.
  • the sixth winding pin 23 (in FIG. 2 shown on the right) is not yet wound with wire 39.
  • the wire 39 is fixed to the sixth winding pin 23.
  • the winding pin 23 may have, for example, a slot running in its longitudinal direction, a notch or other fixing means which are arranged for fixing the wire 39 to the winding pin 23.
  • FIG. 3 shows a simplified representation of a winding pin 23.
  • a winding pin 23 is for fixing the in FIG. 2 shown a slot 41 provided at one of the plate 15 (see FIG. 1 or explained below FIG. 4 ) facing away from the winding pin 23 begins and extends at least substantially in the axial direction with respect to the winding pins 23.
  • Each winding pin 23 is associated with a rotary drive 43, which can drive the winding pin 23 so that it rotates about its own longitudinal axis 45.
  • the winding pin 23 may be associated with a lifting drive 47, which can adjust the winding pin, for example.
  • the rotary drive 43 may, for example, have an electric motor, and the lifting drive 47 may comprise a pneumatic cylinder.
  • FIG. 4 the plate 15 is shown in a plan view.
  • the main axis of rotation was designated by the reference numeral 49. It can be seen that the main axis of rotation 49 a central axis of the overall circular disc-shaped plate 15th forms.
  • the winding machine 11 is located in the in FIG. 2 shown state in which five coils have already been wound around five different winding pins 23.
  • the sixth winding pin 23, the in FIG. 4 shown below has not yet been wound.
  • FIG. 4 Thus, the state of the winding machine 11 immediately before the production of the sixth and last coil of a coil assembly 51, which consists of a total of six similar coils.
  • the winding machine 11 is arranged to produce a coil arrangement with a different number of coils. For this purpose, this winding machine 11 may have a different number of winding pins 23.
  • a central portion 53 of the wire 39 which is located between a first wire portion 55 of the wire 39 and a second wire portion 57 of the wire 39, fixed to the winding pin 23.
  • the central region 53 in the slot 41 (see FIG. 3 ) are used.
  • the first wire section 55 extends over the region of the wire 39 between the sixth winding pin 23 and the adjacent fifth winding pin 23.
  • the second wire section 57 is at least partially still in the in the FIG. 1 shown wire feed assembly 31 and is released when winding the winding pins 23 of this wire feed assembly 31.
  • the first wire portion 55 and the second wire portion 57 are the same length.
  • FIG. 5 a fully wound coil 67 is shown.
  • the coil has a first partial winding 59 and a second partial winding 65.
  • the winding pin 23 of the FIG. 4 offset in a rotational movement ⁇ 1, so that the first wire section 55 is wound up. Since the winding pin 23 is mounted displaceably in a radial direction with respect to the main axis of rotation 49, the winding pin 23 moves during the winding of the first wire section 55 along a radial direction of movement (arrow 61 in FIG FIG. 4 ). When the first part winding 59 is finished, the winding pin 23 is in an in FIG. 4 Dashed line end position 63. A winding sense of the first part of the winding 59 corresponds to the direction of rotation ⁇ 1.
  • the main drive 17 is displaced according to FIG FIG. 4 the plate 15 in a further rotational movement ⁇ 2, which is opposite to the rotational movement ⁇ 1 of the winding pin 23.
  • the rotational movements ⁇ 1 and ⁇ 2 are chosen such that the resulting peripheral velocities at the winding pin 23 are equal. Since according to the FIG. 1 the wire feed arrangement 31 is fastened to the base plate 13 via the linkage 33 and therefore does not rotate with the plate 15, the winding pin 23 in the winding direction of the first part winding 59 is prevented from being wound by the further rotational movement .omega.2.
  • the rotary drive 43 is stopped to a further rotation ⁇ 1 of the winding pin 23rd to prevent.
  • the main drive 17 continues to drive the plate 15 according to the further rotation ⁇ 2, so that now the winding pin 23 is wound with the second wire section 57 and the second partial winding 65 (see FIG. 5 ) arises.
  • the wire feed arrangement 31 (see FIG FIG. 1 ) to the second portion 57 of the wire 39 to.
  • the wire 39 can, for example, be unwound from a wire reel or reel.
  • the finished wound coil 67 comprising the first partial winding 59 and the second partial winding 65 is, as already mentioned, in the FIG. 5 shown.
  • the first partial winding 59 is located above the second partial winding 65.
  • the second partial winding 65 may also be arranged above the first partial winding 59.
  • the wire 39 is flat wire, which allows the production of relatively compact coil 67.
  • the invention is also applicable in connection with wire having a different cross-sectional shape, for example round wire.
  • the first part winding 59 is wound according to a first winding sense (corresponding to the rotation ⁇ 1).
  • the second partial winding 65 is wound according to a second winding sense (corresponding to the rotation ⁇ 2), which is opposite to the first winding sense of ⁇ 1. Since coil ends 69 of the coil 67 are located on an outer side of the two partial windings 59, 65, that is, on a side facing away from the longitudinal axis 45 side of the two partial windings 59, 65 results in energization of the coil 67, a current which rotates in both partial windings 59, 65 in the same direction about the longitudinal axis 45.
  • the winding machine 11 and a method of manufacturing the coil assembly 51 made thereby make it possible to produce a plurality of series-connected coils 67 wound from a single piece of wire 39.
  • the coil 67 can be formed into a section of the wire 39 without the need for accessing a free, severed end of the wire 39.
  • the method or the winding machine 11 therefore, in particular coil arrangements 51 for electric motors with disc-shaped coils can be produced.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Spulenanordnung mit Hilfe einer Wickelmaschine, wobei ein Draht auf einen Wickelpin einer Wickelanordnung der Wickelmaschine aufgewickelt wird, um eine Spule der Spulenanordnung herzustellen. Die Erfindung betrifft außerdem eine entsprechende Wickelmaschine zum Herstellen einer solchen Spulenanordnung.
  • Ein derartiges Verfahren und eine derartige Wickelmaschine sind beispielsweise aus der EP 2 237 292 A2 , JP2010135710 und US2003/0062797 bekannt.
  • Es ist allgemein bekannt, Spulen, insbesondere für Elektromotoren, maschinell herzustellen. Beim maschinellen Herstellen einer Spule wird ein Stück Draht auf einem rotierenden Wickelpin aufgewickelt. Sobald eine gewünschte Zahl an Windungen aufgewickelt worden ist, wird der Draht abgeschnitten, und die Spule ist hergestellt.
  • Nachteilig an bekannten Verfahren zum Herstellen von Spulen beziehungsweise entsprechenden Wickelmaschinen ist, dass die herzustellende Spule an einem freien Ende des Drahtes beginnen muss. Folglich kann die Spule nicht in ein Stück Draht eingeformt werden, dessen eine Seite bereits Teil eines elektrischen Bauteils ist und dessen andere Seite auf einer Haspel aufgerollt ist. Um beispielsweise mit bekannten Verfahren eine Anordnung aus mehreren in Serie geschalteten Spulen herzustellen, müssen die einzelnen Spulen getrennt voneinander hergestellt werden und nach ihrer Herstellung elektrisch, beispielsweise durch Löten miteinander verbunden werden. Das Herstellen dieser elektrischen Verbindungen ist aufwändig und fehleranfällig, so dass mit den bekannten Verfahren beziehungsweise bekannten Wickelmaschinen hergestellte Spulenanordnungen relativ teuer sind und eine hohe Ausfallrate aufweisen.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Herstellen einer Spulenanordnung zu schaffen, das es ermöglicht, in ein Stück Draht, auf dessen freie Enden nicht zugegriffen werden kann, eine elektrische Spule einzuformen. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und eine Wickelmaschine gemäß Anspruch 6 gelöst.
  • In einer Ausführungsform ist ein Verfahren gemäss Anspruch 1 vorgesehen, wobei aus einem ersten Drahtabschnitt des Drahts eine erste Teilwicklung der Spule hergestellt wird, indem der Wickelpin gemäß einem ersten Wickelsinn mit dem ersten Drahtabschnitt bewickelt wird und aus einem zweiten Drahtabschnitt des Drahts eine zweite Teilwicklung der Spule hergestellt wird, indem der Wickelpin gemäß einem dem ersten Wickelsinn entgegengesetzten zweiten Wickelsinn mit dem zweiten Drahtabschnitt bewickelt wird. Die mit diesem Verfahren hergestellte Spule umfasst also zwei Teilwicklungen, die in entgegengesetztem Wickelsinn gewickelt sind. Bezogen auf eine Längsrichtung des Drahts verläuft jedoch eine Teilwicklung, beispielsweise die erste Teilwicklung von außen nach innen (zu einer Längsachse der Spule hin) und die andere Teilwicklung, beispielsweise die zweite Teilwicklung, von innen nach außen (von der Längsachse der Spule weg). Ein durch den Draht der Spule fließender Strom weist deshalb in beiden Teilwicklungen dieselbe Drehrichtung bezogen auf die Mittelachse der Spule auf. Deshalb kann trotz der unterschiedlichen Wickelsinne mit der Spule ein magnetischer Fluss erzeugt werden.
  • Durch das Aufteilen der Spule in die beiden Teilwicklungen wird erreicht, dass nicht auf ein freies Ende des Drahtes zugegriffen werden muss, um die Spule in den Draht einzuformen. Somit kann die Spule auch in einen solchen Draht eingeformt werden, dessen erstes Ende beispielsweise Teil eines bereits hergestellten Bauteils ist, beispielsweise einer anderen Spule, und dessen anderes freies Ende sich noch auf eine Rolle oder Haspel befindet. Somit kann aus einem einzigen Stück Draht eine Spulenanordnung mit mehreren in Serie geschalteten Spulen hergestellt werden. Anders als bei bekannten Verfahren müssen die einzelnen Spulen nicht aus unterschiedlichen Drahtstücken hergestellt werden und anschließend elektrisch miteinander verbunden werden. Mit dem Verfahren kann also der Arbeitsgang des elektrischen Verbindens der einzelnen Spulen eingespart werden, was eine kostengünstige Herstellung der Spulenanordnung ermöglicht und die elektrischen Verbindungen zwischen den Spulen als Ursache für einen Ausfall der Spulenanordnung ausschließt.
  • Es wird ein mittlerer Bereich des Drahts zwischen den beiden Drahtabschnitten an dem Wickelpin fixiert. Gemäß dem Verfahren wird also an dem mittleren Bereich mit dem Wickeln der beiden Teilwicklungen begonnen. Folglich muss nicht auf ein freies Ende des Drahts zugegriffen werden. Beim Herstellen der ersten Teilwicklung wird der Wickelpin um seine Längsachse rotiert, um ihn mit dem ersten Drahtabschnitt zu bewickeln.
  • Weiter ist vorgesehen, dass die Wickelmaschine eine Drahtzuführungsanordnung aufweist, und dass beim Herstellen der ersten Teilwicklung die Wickelanordnung gegenüber der Drahtzuführungsanordnung der Wickelmaschine derart rotiert wird, dass die aus den Drehbewegungen resultierenden Umfangsgeschwindigkeiten am Wickelpin gleich groß gewählt werden, so dass beim Herstellen der ersten Teilwicklung, der Wickelpin lediglich vom ersten Drahtabschnitt bewickelt wird. Vorzugsweise werden die Wickelanordnung und der Wickelpin um zumindest im Wesentlichen parallel zueinander verlaufende Drehachsen rotiert. Hierdurch wird verhindert, dass beim Wickeln der ersten Teilwicklung gleichzeitig der zweite Drahtabschnitt im selben Wickelsinn wie der erste Drahtabschnitt gewickelt wird.
  • Weiter ist vorgesehen, dass beim Herstellen der zweiten Teilwicklung die Rotation des Wickelpins um seine Längsachse unterbunden wird und die Wickelanordnung gegenüber der Drahtzuführungsanordnung der Wickelmaschine rotiert wird, so dass der Wickelpin von dem zweiten Drahtabschnitt infolge der Rotation der Wickelanordnung gegenüber der Drahtzuführungsanordnung umwickelt wird. Auf diese Weise wird die Herstellung der Spule in zwei Schritte unterteilt. Im ersten Schritt wird aus dem ersten Drahtabschnitt die erste Teilwicklung hergestellt, wobei sich die Wickelanordnung und der Wickelpin in entgegengesetzten Richtungen drehen. In einem zweiten Schritt wird die Wickelanordnung weiter rotiert, so dass aus dem zweiten Drahtabschnitt die zweite Teilwicklung hergestellt wird.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass mehrere Spulen aus einem Stück Draht hergestellt werden, indem nacheinander mehrere Wickelpins mit jeweils einem ersten Drahtabschnitt und einem zweiten Drahtabschnitt bewickelt werden. Durch die Verwendung mehrerer Wickelpins kann besonders einfach eine Spulenanordnung mit mehreren Spulen hergestellt werden, wobei jede Spule eine erste Teilwicklung und eine zweite Teilwicklung umfasst.
  • Es ist bevorzugt, dass ein vom mittleren Bereich abgewandtes Ende des ersten Drahtabschnitts einen festen räumlichen Bezug zu der Wickelanordnung aufweist und der Wickelpin zum Ende des ersten Drahtabschnitts, vorzugsweise entlang einer Geraden hin bewegt wird, während der Wickelpin mit dem ersten Drahtabschnitt bewickelt wird. Bei dem Verfahren wird also nicht der Wickelpin, sondern das Ende des ersten Drahtabschnitts an einem festen Ort gehalten, während sich beim Wickeln der ersten Teilwicklung der Wickelpin zu dem Ende des Drahtabschnitts hin bewegt. Auf diese Weise kann die herzustellende Spule besonders einfach an ein Bauteil, beispielsweise einer anderen Spule, in das der Draht verbaut ist, angefügt werden. Somit lässt sich insbesondere die Spulenanordnung mit mehreren in Serie geschalteten Spulen einfach herstellen.
  • Um die erste Teilwicklung mit einer guten Qualität herstellen zu können, ist bevorzugt, dass eine Gegenkraft erzeugt wird, die einer Bewegung des Wickelpins entgegenwirkt. Zum Erzeugen dieser Gegenkraft kann ein Aktor, der beispielsweise pneumatisch oder elektrisch angetrieben ist, vorgesehen sein. Alternativ oder ergänzend hierzu kann auch eine Feder zum Erzeugen der Gegenkraft eingesetzt werden.
  • Weiter ist bevorzugt, dass der Wickelpin nach dem Bewegen zum Ende des ersten Drahtabschnitts hin in einer Endposition arretiert wird, die einer vorgegebenen Lage der Spule innerhalb der Spulenanordnung entspricht. Hierdurch wird sichergestellt, dass beispielsweise beim Herstellen der Spulenanordnung mit mehreren in Serie geschalteten Spulen die einzelnen Spulen hinreichend genau relativ zueinander positioniert sind. Somit können die zum Herstellen von Spulenanordnungen für Elektromotoren erforderlichen Toleranzen bezüglich der Geometrie der Spulenanordnung eingehalten werden. Zum Arretieren des Wickelpins in seiner Endposition kann beispielsweise derselbe Aktor vorgesehen sein, der auch zum Erzeugen der Gegenkraft eingerichtet ist. Während des Bewegens des Wickelpins zum Ende des ersten Drahtabschnitts hin wird der Aktor so angesteuert, dass er die Gegenkraft erzeugt, wohingegen er nach dem Erreichen der Endposition so angesteuert wird, dass er jeder Bewegung des Wickelpins von der Endposition weg entgegenwirkt. Es ist denkbar, dass die Endposition durch einen mechanischen Anschlag oder dergleichen vorgegeben wird und der Wickelpin durch entsprechende Ansteuerung eines pneumatischen Aktors, beispielsweise eines Druckluftzylinders, in dieser vorgegebenen Position gehalten wird.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist eine Wickelmaschine gemäss Anspruch 6 vorgesehen, wobei die Wickelmaschine eine Wickelanordnung aufweist, die dazu eingerichtet ist, einen Draht auf einen Wickelpin aufzuwickeln, um eine Spule der Spulenanordnung herzustellen, wobei die Wickelmaschine dazu eingerichtet ist, aus einem ersten Drahtabschnitt des Drahts eine erste Teilwicklung der Spule herzustellen, in dem der Wickelpin gemäß einem ersten Wickelsinn mit dem ersten Drahtabschnitt bewickelt wird und aus einem zweiten Drahtabschnitt des Drahts eine zweite Teilwicklung der Spule herzustellen, indem der Wickelpin gemäß einem dem ersten Wickelsinn entgegengesetzten zweiten Wickelsinn mit dem zweiten Drahtabschnitt bewickelt wird.
  • Es ist vorgesehen, dass die Wickelanordnung eine um eine Hauptdrehachse drehbar gelagerte Platte aufweist, auf der mindestens ein Wickelpin, vorzugsweise in einer radialen Richtung bezüglich der Hauptdrehachse, verschiebbar gelagert ist. Durch die verschiebbare Lagerung wird erreicht, dass der Wickelpin, wie oben beschrieben, beim Herstellen der ersten Teilwicklung zum Ende des ersten Drahtabschnitts hin bewegt werden kann. Diese Bewegung kann, wie oben beschrieben, mit Hilfe eines Aktors kontrolliert werden.
  • Weiter ist vorgesehen, dass die Wickelmaschine eine Drahtzuführungsanordnung aufweist, die derart angeordnet ist, dass die Drehung der Platte um die Hauptdrehachse zu einer Rotation des Wickelpins um die Drahtzuführungsanordnung herum führt. Somit kann durch die Drehung der Platte die zweite Teilwicklung gemäß dem zweiten Wickelsinn hergestellt werden und/oder beim Herstellen der ersten Teilwicklung verhindert werden, dass der zweite Drahtabschnitt gemäß dem ersten Wickelsinn gewickelt wird.
  • Um bei der Herstellung der Spule beziehungsweise der Spulenanordnung den Draht gezielt zuführen zu können und eine gleichmäßige Bewicklung zu bewirken, ist bevorzugt, dass die Drahtzuführungsanordnung an einem beweglichen Gestänge befestigt ist, so dass sie der Bewegung des Wickelpins infolge der Drehung der Platte und/oder dem Verschieben des Wickelpins zum Ende des ersten Drahtabschnitts hin folgen kann. Trotz der Bewegung des Wickelpins bleibt die Drahtzuführungsanordnung also immer in der Nähe des Wickelpins.
  • Hierbei ist besonders bevorzugt, dass die Wickelmaschine Führungsmittel aufweist, die mit dem Wickelpin und/oder den Drahtzuführungsmittel derart zusammenwirken, dass die Drahtzuführungsmittel der Bewegung des Wickelpins infolge der Drehung der Platte und/oder dem Verschieben des Wickelpins zum Ende des ersten Drahtabschnitts hin folgen. Die Führungsmittel können beispielsweise einen Mitnehmer aufweisen, wobei ein erster Mitnehmerabschnitt des Wickelpins in einen zweiten Mitnehmerabschnitt der Drahtzuführungsanordnung eingreifen oder auf sonstige Weise
    mit diesem zusammenwirken kann, um die Drahtzuführungsanordnung der Bewegung des Wickelpins folgen zu lassen.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in welcher exemplarische Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen:
    • Figur 1
    eine perspektivische Darstellung einer Wickelmaschine;
    Figur 2
    ein Detail aus der Darstellung von Figur 1;
    Figur 3
    eine Seitenansicht eines Wickelpins der in den Figuren 1 und 2 gezeigten Wickelmaschine;
    Figur 4
    eine Draufsicht auf eine drehbar gelagerte Platte der Wickelmaschine aus den Figuren 1 und 2; und
    Figur 5
    eine Seitenansicht einer mittels der Wickelmaschine hergestellten Spule.
  • Figur 1 zeigt eine Wickelmaschine 11 mit einer Grundplatte 13, auf der eine gegenüber der Grundplatte 13 drehbar gelagerte Platte 15 angeordnet ist. Die Platte 15 kann wie in Figur 1 dargestellt im Wesentlichen kreisscheibenförmig sein. Ein ebenfalls an der Grundplatte 13 angeordneter Hauptantrieb 17 ist beispielsweise mittels eines Riemens oder Zahnriemens mit der Platte 15 derart gekoppelt, dass er die Platte 15 drehen kann. Der Hauptantrieb 17 kann beispielsweise einen Elektromotor 19 aufweisen.
  • Die Platte 15 ist Teil einer Wickelanordnung 21 der Wickelmaschine 11. Die Wickelanordnung 21 weist mindestens einen Wickelpin 23, vorzugsweise mehrere, insbesondere sechs Wickelpins 23, auf, die auf der Platte 15 in bezüglich einer Hauptdrehachse der Platte 15 radialer Richtung verschiebbar befestigt sind. Die verschiebbare Befestigung der Wickelpins 23 kann beispielsweise mittels Schieber 25 erreicht werden, wobei jedem Wickelpin 23 jeweils ein solcher Schieber 25 zugeordnet ist. Jedem Schieber 25 bzw. Wickelpin 23 kann ein Aktor 27 mit einem pneumatischen Antrieb 29 zugeordnet sein. An Stelle des pneumatischen Antriebs 29 kann auch ein elektromagnetischer Antrieb vorgesehen sein. Es ist auch denkbar, an Stelle des Aktors 27 oder zusätzlich zum Aktor 27 eine Feder vorzusehen, die auf den jeweiligen Wickelpin 23 eine Kraft ausübt, die in Richtung zur Hauptdrehachse wirkt.
  • Des Weiteren weist die Wickelmaschine 11 eine Drahtzuführungsanordnung 31 auf, die dazu eingerichtet ist, beim Wickeln von Spulen dem jeweiligen Wickelpin 23 Draht zuzuführen und eine Drahtführung beim Wickeln auf den Wickelpin 23 sicherzustellen. Die Drahtzuführungsanordnung 31 ist über ein bewegliches Gestänge 33 an der Grundplatte 13 befestigt, sodass sie einer Bewegung des Wickelpins 23, der momentan bewickelt wird, folgen kann.
  • Aus Figur 2 ist ersichtlich, dass zumindest ein Wickelpin 23 vorzugsweise alle Wickelpins 23 einen ersten Mitnehmerabschnitt 35 aufweisen. Der erste Mitnehmerabschnitt 35 ist so ausgebildet, dass er in einen zweiten Mitnehmerabschnitt 37 der Drahtzuführungsanordnung 31 eingreifen kann, um die Drahtzuführungsanordnung 31 gemäß der Bewegung des Wickelpins 23 zu führen, sodass die Drahtzuführungsanordnung 31 während des Bewickeln des Wickelpins 23 in einem festen räumlichen Bezug zu dem Wickelpin 23 bleibt, auch dann wenn sich der Wickelpin 23 in radialer Richtung bezüglich der Hauptdrehachse bewegt und die Platte 15, angetrieben vom Hauptantrieb 17, rotiert.
  • Fünf der in Figur 2 dargestellten Wickelpins 23 befinden sich in einer Endposition in der Nähe der Mitte der Platte 15. Diese fünf Wickelpins 23 sind bereits mit fertig gewickelten Spulen bestückt. Der sechste Wickelpin 23 (in Figur 2 rechts dargestellt) ist noch nicht mit Draht 39 bewickelt. Der Draht 39 ist jedoch an dem sechsten Wickelpin 23 fixiert. Zum Fixieren des Drahts 39 kann der Wickelpin 23 bspw. einen in seiner Längsrichtung verlaufenden Schlitz, eine Kerbe oder andere Fixiermittel, die zum Fixieren des Drahts 39 am Wickelpin 23 eingerichtet sind, aufweisen.
  • Figur 3 zeigt eine vereinfachte Darstellung eines Wickelpins 23. Bei diesem Wickelpin 23 ist zum Fixieren des in Figur 2 gezeigten Drahts 39 ein Schlitz 41 vorgesehen, der an einer von der Platte 15 (siehe Figur 1 oder nachfolgend erläuterte Figur 4) abgewandten Seite des Wickelpins 23 beginnt und zumindest im Wesentlichen in axialer Richtung bezüglich des Wickelpins 23 verläuft. Jedem Wickelpin 23 ist ein Drehantrieb 43 zugeordnet, der den Wickelpin 23 so antreiben kann, dass er um seine eigene Längsachse 45 rotiert. Ferner kann dem Wickelpin 23 ein Hubantrieb 47 zugeordnet sein, der den Wickelpin, bspw. während des Bewickelns mit dem Draht 39, entlang der Längsachse 45 verstellen kann. Der Drehantrieb 43 kann bspw. einen Elektromotor aufweisen, und der Hubantrieb 47 kann einen Pneumatikzylinder umfassen.
  • In Figur 4 ist die Platte 15 in einer Draufsicht dargestellt. Die Hauptdrehachse wurde mit dem Bezugszeichen 49 versehen. Man erkennt, dass die Hauptdrehachse 49 eine Mittelachse der insgesamt kreisscheibenförmigen Platte 15 bildet. Die Wickelmaschine 11 befindet sich in dem in Figur 2 gezeigten Zustand, in dem bereits fünf Spulen um fünf unterschiedliche Wickelpins 23 gewickelt worden sind. Der sechste Wickelpin 23, der in Figur 4 unten dargestellt ist, ist noch nicht bewickelt worden. Figur 4 zeigt also den Zustand der Wickelmaschine 11 unmittelbar vor dem Herstellen der sechsten und letzten Spule einer Spulenanordnung 51, die insgesamt aus sechs gleichartigen Spulen besteht. In einer nicht gezeigten Ausführungsform ist die Wickelmaschine 11 zum Herstellen einer Spulenanordnung mit einer anderen Anzahl von Spulen eingerichtet. Hierzu kann diese Wickelmaschine 11 eine andere Anzahl an Wickelpins 23 aufweisen.
  • Zum Herstellen der sechsten Spule wird nun, wie in Figur 4 dargestellt, ein mittlerer Bereich 53 des Drahts 39, der sich zwischen einem ersten Drahtabschnitt 55 des Drahts 39 und einem zweiten Drahtabschnitt 57 des Drahts 39 befindet, am Wickelpin 23 fixiert. Zum Fixieren am Wickelpin 23 kann der mittlere Bereich 53 in den Schlitz 41 (siehe Figur 3) eingesetzt werden. Der erste Drahtabschnitt 55 erstreckt sich über den Bereich des Drahts 39 zwischen dem sechsten Wickelpin 23 und dem benachbarten, fünften Wickelpin 23. Der zweite Drahtabschnitt 57 befindet sich zumindest teilweise noch in der in der Figur 1 gezeigten Drahtzuführungsanordnung 31 und wird beim Bewickeln des Wickelpins 23 von dieser Drahtzuführungsanordnung 31 freigegeben. Vorzugsweise sind der erste Drahtabschnitt 55 und der zweite Drahtabschnitt 57 gleich lang.
  • In der Figur 5 ist eine fertig gewickelte Spule 67 gezeigt. Die Spule weist eine erste Teilwicklung 59 und eine zweite Teilwicklung 65 auf.
  • Zum Herstellen der ersten Teilwicklung 59 (siehe Figur 5) wird der Wickelpin 23 der Figur 4 in eine Drehbewegung ω1 versetzt, sodass der erste Drahtabschnitt 55 aufgewickelt wird. Da der Wickelpin 23 in einer bezüglich der Hauptdrehachse 49 radialen Richtung verschiebbar gelagert ist, bewegt sich der Wickelpin 23 während des Aufwickelns des ersten Drahtabschnitts 55 entlang einer radialen Bewegungsrichtung (Pfeil 61 in Figur 4). Wenn die erste Teilwicklung 59 fertig hergestellt ist, befindet sich der Wickelpin 23 in einer in Figur 4 gestrichelt eingezeichneten Endposition 63. Ein Wickelsinn der ersten Teilwicklung 59 entspricht der Drehrichtung ω1.
  • Um zu verhindern, dass der zweite Drahtabschnitt 57 während der Rotation ω1 des Wickelpins 23 in demselben Wickelsinn auf den Wickelpin 23 aufgewickelt wird wie die erste Teilwicklung 59, versetzt der Hauptantrieb 17 gemäß der Figur 4 die Platte 15 in eine weitere Drehbewegung ω2, die entgegengesetzt ist zur Drehbewegung ω1 des Wickelpins 23. Die Drehbewegungen ω1 und ω2 sind dabei derart gewählt, dass die daraus resultierenden Umfangsgeschwindigkeiten am Wickelpin 23 gleich groß sind. Da gemäß der Figur 1 die Drahtzuführungsanordnung 31 über das Gestänge 33 an der Grundplatte 13 befestigt ist und deshalb nicht mit der Platte 15 mit rotiert, wird durch die weitere Drehbewegung ω2 ein Bewickeln des Wickelpins 23 im Wickelsinn der ersten Teilwicklung 59 vermieden.
  • Während des Bewickelns des Wickelpins 23 mit der ersten Teilwicklung 59 wird der Wickelpin 23 mittels des in der Figur 3 gezeigten Hubantriebs 47 angehoben.
  • Sobald der Wickelpin 23 die in der Figur 4 gezeigte Endposition 63 erreicht hat, wird der Drehantrieb 43 angehalten, um eine weitere Rotation ω1 des Wickelpins 23 zu unterbinden. Der Hauptantrieb 17 treibt die Platte 15 jedoch weiterhin gemäß der weiteren Drehung ω2 an, sodass nun der Wickelpin 23 mit dem zweiten Drahtabschnitt 57 bewickelt wird und die zweite Teilwicklung 65 (siehe Figur 5) entsteht. Während des Bewickelns des Wickelpins 23 mit dem zweiten Drahtabschnitt 57 führt die Drahtzuführungsanordnung 31 (siehe Figur 1) den zweiten Abschnitt 57 des Drahts 39 zu. Hierbei kann der Draht 39 bspw. von einer Drahtrolle oder Haspel abgerollt werden. Sobald der zweite Drahtabschnitt 57 vollständig auf den Wickelpin 23 aufgewickelt worden ist, kann der Hauptantrieb 17 gestoppt werden. Das Ende des Wickelns des zweiten Drahtabschnitts 53 kann bspw. durch Zählen der Umdrehungen der Platte 15 erkannt werden.
  • Die fertig gewickelte Spule 67 umfassend die erste Teilwicklung 59 und die zweite Teilwicklung 65 ist, wie bereits erwähnt, in der Figur 5 dargestellt. Die erste Teilwicklung 59 befindet sich in dieser Darstellung oberhalb der zweiten Teilwicklung 65. Jedoch kann in einer anderen Ausführungsform die zweite Teilwicklung 65 auch oberhalb der ersten Teilwicklung 59 angeordnet sein. In der gezeigten Ausführungsform der Figur 5 handelt es sich bei dem Draht 39 um Flachdraht, der die Herstellung relativ kompakter Spulen 67 erlaubt. Jedoch ist die Erfindung auch in Verbindung mit Draht, der eine andere Querschnittsform aufweist, bspw. Runddraht, anwendbar. Die erste Teilwicklung 59 ist gemäß einem ersten Wickelsinn (entsprechend der Drehung ω1) gewickelt. Die zweite Teilwicklung 65 ist gemäß einem zweiten Wickelsinn (entsprechend der Drehung ω2) gewickelt, der dem ersten Wickelsinn von ω1 entgegengesetzt ist. Da Spulenenden 69 der Spule 67 sich an einer Außenseite der beiden Teilwicklungen 59, 65 befinden, das heißt an einer von der Längsachse 45 abgewandten Seite der beiden Teilwicklungen 59, 65 ergibt sich bei Bestromung der Spule 67 ein Strom, der in beiden Teilwicklungen 59, 65 in der gleichen Richtung um die Längsachse 45 umläuft.
  • Nachdem die letzte Spule 67 hergestellt worden ist, befinden sich gemäß der Figur 4 alle Wickelpins 23 in ihren jeweiligen Endpositionen 63. Diese Endpositionen geben eine Lage der einzelnen Spule 67 innerhalb der aus ihnen gebildeten Spulenanordnung 51 vor. Die fertig hergestellte Spulenanordnung 51 kann dann aus der Wickelmaschine 11 entnommen werden, und bspw. durch Vergießen und/oder durch eine Wärmebehandlung der Spulenanordnung 51 mechanisch stabilisiert werden.
  • Insgesamt erlaubt es die Wickelmaschine 11 und ein von ihr ausgeführtes Verfahren zum Herstellen der Spulenanordnung 51, mehrere in Serie geschaltete Spulen 67 herzustellen, die aus einem einzigen Stück Draht 39 gewickelt sind. Dadurch, dass gemäß dem Verfahren an dem mittleren Bereich 53 zwischen den beiden Drahtabschnitten 55, 57 angesetzt wird, kann die Spule 67 in einen Abschnitt des Drahts 39 eingeformt werden, ohne dass hierzu auf ein freies, abgetrenntes Ende des Drahts 39 zugegriffen werden braucht. Mit dem Verfahren bzw. der Wickelmaschine 11 können deshalb insbesondere Spulenanordnungen 51 für Elektromotoren mit scheibenförmigen Spulen hergestellt werden.

Claims (8)

  1. Verfahren zum Herstellen einer Spulenanordnung (51) mit Hilfe einer Wickelmaschine (11), wobei ein Draht (39) auf einen Wickelpin (23) einer Wickelanordnung (21) der Wickelmaschine (11) aufgewickelt wird, um eine Spule (67) der Spulenanordnung (51) herzustellen, wobei
    - ein mittlerer Bereich (53) des Drahts (39) zwischen einem ersten Drahtabschnitt (55) und einem zweiten Drahtabschnitt (57) an dem Wickelpin (23) fixiert wird, wobei der zweite Drahtabschnitt (57) sich zumindest teilweise noch in einer Drahtzuführungsanordnung (31) befindet,
    - aus dem ersten Drahtabschnitt (55) des Drahts (39) eine erste Teilwicklung (59) der Spule (67) hergestellt wird, indem der Wickelpin (23) gemäß einer ersten Drehbewegung (ω1) mit dem ersten Drahtabschnitt (55) bewickelt wird, wobei beim Herstellen der ersten Teilwicklung (59) der Wickelpin (23) um seine Längsachse (45) rotiert wird, um ihn mit dem ersten Drahtabschnitt (55) zu bewickeln, und wobei beim Herstellen der ersten Teilwicklung (59) die Wickelanordnung (21) gegenüber der Drahtzuführungsanordnung (31) der Wickelmaschine (11) gemäß einer zweiten Drehbewegung (ω2) entgegengesetzt zur ersten Drehbewegung derart rotiert wird, dass die aus den Drehbewegungen (ω1, ω2) resultierenden Umfangsgeschwindigkeiten am Wickelpin (23) gleich groß sind, sodass der Wickelpin (23) lediglich vom ersten Drahtabschnitt (55) bewickelt wird, und
    - aus einem zweiten Drahtabschnitt (57) des Drahts eine zweite Teilwicklung (65) der Spule (67) hergestellt wird, indem der Wickelpin (23)
    gemäß einer der ersten Drehbewegung (ω1) entgegengesetzten zweiten Drehbewegung (ω2) mit dem zweiten Drahtabschnitt (57) bewickelt wird, wobei beim Herstellen der zweiten Teilwicklung (65) die Drehbewegung (ω1) des Wickelpins (23) um seine Längsachse (45) unterbunden wird und die Wickelanordnung (21) gegenüber der Drahtzuführungsanordnung (31) der Wickelmaschine (11) rotiert, sodass der Wickelpin (23) von dem zweiten Drahtabschnitt (57) infolge der Drehbewegung (ω2) der Wickelanordnung (21) gegenüber der Drahtzuführungsanordnung (31) umwickelt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Spulen (67) aus einem Stück Draht (39) hergestellt werden, indem nacheinander mehrere Wickelpins (23) mit jeweils einem ersten Drahtabschnitt (55) und einem zweiten Drahtabschnitt (57) des Drahts bewickelt werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein vom mittleren Bereich (53) abgewandtes Ende des ersten Drahtabschnitts (55) einen festen räumlichen Bezug zu der Wickelanordnung (21) aufweist und der Wickelpin (23) zum Ende des ersten Drahtabschnitts (55), vorzugsweise entlang einer Geraden (61), hinbewegt wird, während der Wickelpin (23) mit dem ersten Drahtabschnitt (55) bewickelt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gegenkraft erzeugt wird, die dem Bewegen des Wickelpins (23) zum Ende des ersten Drahtabschnitts (55) hin entgegenwirkt.
  5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wickelpin (23) nach dem Bewegen zum Ende des ersten Drahtabschnitts hin in einer Endposition (63) arretiert wird, die einer vorgegebenen Lage der Spule (67) innerhalb der Spulenanordnung (51) entspricht.
  6. Wickelmaschine (11) zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, umfassend
    - eine Wickelanordnung (21), die eine um eine Hauptdrehachse (49) drehbar gelagerte Platte (15) aufweist, auf der ein Wickelpin (23), vorzugsweise in einer radialen Richtung (61) bezüglich der Hauptdrehachse (49), verschiebbar gelagert ist,
    - Mittel zum Rotieren des Wickelpins um seine Längsachse gemäß einer ersten Drehbewegung (ω1) und Mittel zum Rotieren der Platte um die Hauptdrehachse gemäß einer zweiten Drehbewegung (ω2) entgegengesetzt zur ersten Drehbewegung (ω1), und
    - eine Drahtzuführungsanordnung (31), die derart angeordnet ist, dass die Drehung der Platte (15) um die Hauptdrehachse (49) zu der zweiten Drehbewegung (ω2) des Wickelpins (23) um die Drahtzuführungsanordnung (31) führt,
    wobei die im Verfahren von Anspruch 1 genannten Drehbewegungen und Teilwicklungen ermöglicht werden.
  7. Wickelmaschine (11) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtzuführungsanordnung (31) an einem Gestänge (33) befestigt ist, sodass sie der Bewegung des Wickelpins (23) infolge der Drehbewegung (w2) der Platte (15) und/oder dem Verschieben (61) des Wickelpins (23) hin zum Ende des ersten Drahtabschnitts (55) folgen kann.
  8. Wickelmaschine (11) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wickelmaschine (11) Führungsmittel (35, 37) aufweist, die mit dem Wickelpin (23) und der Drahtzuführungsanordnung (31) derart zusammenwirken, dass die Drahtzuführungsanordnung (31) der Bewegung des Wickelpins infolge der Drehbewegung (w2) der Platte (15) und/ oder dem Verschieben (61) des Wickelpins (23) hin zum Ende des ersten Drahtabschnitts (55) folgen.
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