EP4659338A1 - Verfahren zur herstellung einer steckwicklung einer elektrischen maschine und spannvorrichtung - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer steckwicklung einer elektrischen maschine und spannvorrichtung

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Publication number
EP4659338A1
EP4659338A1 EP24701685.0A EP24701685A EP4659338A1 EP 4659338 A1 EP4659338 A1 EP 4659338A1 EP 24701685 A EP24701685 A EP 24701685A EP 4659338 A1 EP4659338 A1 EP 4659338A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
clamping
force
clamping jaw
welded
radial
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24701685.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Timo BAUKNECHT
Michael Weisser
Felix HERZOG
Samuel WIEHE
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP4659338A1 publication Critical patent/EP4659338A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/30—Manufacture of winding connections
    • H02K15/33—Connecting winding sections; Forming leads; Connecting leads to terminals
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/20—Shaping or compacting conductors or winding heads after the installation of the winding in the cores or machines; Applying fastening means on winding heads
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H02K15/20—Shaping or compacting conductors or winding heads after the installation of the winding in the cores or machines; Applying fastening means on winding heads
    • H02K15/24—Shaping or compacting winding heads
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/30—Manufacture of winding connections
    • H02K15/33—Connecting winding sections; Forming leads; Connecting leads to terminals
    • H02K15/35—Form-wound windings
    • H02K15/36—Processes or apparatus for simultaneously twisting two or more open ends of hairpins after their insertion into the machine

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a plug-in winding of an electrical machine, wherein pairs of conductor bars to be welded at bar ends are plastically deformed by a generated embossing force.
  • the invention also relates to a clamping device which is designed to carry out the method according to the invention.
  • US 2022/0247285 A1 discloses a manufacturing method for the plug-in winding of a stator of an electrical machine and a clamping tool.
  • the object of the present invention is to improve the clamping of bar ends of conductor bars of a plug-in winding of an electrical machine when welding the bar ends, thereby increasing the material-locking connection after welding the bar ends.
  • the present invention relates to a method for producing a plug-in winding of an electrical machine, comprising providing a stator of the electrical machine.
  • the provided stator has a plurality of conductor bars the plug-in winding, which are each accommodated in particular in a cavity running parallel to the axial direction, preferably a groove, or, advantageously in the case of U-shaped bent conductor bars, in two different cavities running parallel to the axial direction, preferably grooves, of the stator.
  • the cavity or cavities can optionally be at least partially closed in the radial direction or tensioning direction.
  • the conductor bars are preferably accommodated in the grooves before the process by plugging them in.
  • An insulating paper is advantageously arranged between the conductor bars and the iron core of the stator.
  • stator Two or a pair of bar ends of different conductor bars are interlaced with one another, in particular according to a predetermined winding pattern, and in particular outside the stator, preferably on the winding head.
  • the stator has pairs of bar ends of different conductor bars to be welded, the bar ends being interlaced with one another outside the stator core on one end face of the stator.
  • the stator provided therefore has interlaced conductor bars, the interlacing having advantageously been carried out before the process.
  • the provided stator is arranged in accordance with the invention in or on a clamping device, wherein the clamping device comprises at least a first clamping jaw, a second clamping jaw and a spacer element.
  • the first and second clamping jaws are advantageously arranged in a radial direction or clamping direction of the stator, so that they are preferably designed to clamp the pairs to be welded to bar ends of the interlocked conductor bars.
  • the clamping device comprises as many first and second clamping jaws as there are grooves or cavities in the stator in which the conductor bars are accommodated.
  • the spacer element is arranged between the first and second clamping jaws. By arranging or introducing the provided stator into the clamping device, the spacer element is positioned from above or below or laterally between two pairs of bar ends to be welded.
  • the first clamping jaw is positioned at a predetermined stop position by moving the first clamping jaw from the inside to the outside in the radial direction.
  • a pre-tensioning force is then generated in the radial direction from the outside to the inside on the second clamping jaw and in the direction of the first clamping jaw, whereby the pairs of rod ends to be welded are clamped with the spacer element between the second clamping jaw and the first clamping jaw.
  • the pre-tensioning force can be achieved, for example, by arranging a spring element on the second Clamping jaws are generated.
  • all the bar ends of the interlaced conductor bars to be welded are clamped simultaneously between the first and second clamping jaws of the clamping device by the generated pre-tensioning force by means of a separate spring element, wherein the plurality of spring elements of the clamping device are positioned or arranged on the second clamping jaws by means of an actuator, wherein the actuator is designed to move the spring elements in the radial clamping direction by means of a rotatably mounted slot, wherein the slot has, for example, a groove for each spring element, into which a guide element for the spring engages with a pin and the guide element for the spring can be moved by rotating the slot.
  • the at least one spacer element holds the pairs of bar ends to be welded, in particular each at a predetermined distance.
  • an embossing force is generated from the outside to the inside in the radial clamping direction for a predetermined period of time.
  • the embossing force is preferably generated by means of an actuator which is in at least indirect contact with the second clamping jaw and is designed to generate the embossing force on the second clamping jaw.
  • the actuator is, for example, a hydraulic, pneumatic or electric actuator.
  • the stamping force generated acts in particular on the second clamping jaw in the direction of the first clamping jaw and thus advantageously also on all pairs of the bar ends to be welded that are clamped between the second clamping jaw and the first clamping jaw with the spacer element.
  • the stamping force is greater than the pre-tensioning force, in particular by at least a factor of ten or by an order of magnitude.
  • the conductor bars of the pairs of clamped bar ends are advantageously plastically deformed by the stamping force generated.
  • all bar ends of the interlaced conductor bars to be welded between the first and second clamping jaws of the clamping device are simultaneously clamped by the pre-tensioning force generated by a spring and then all clamped and to-be-welded bar ends are simultaneously plastically deformed by the stamping force generated by an actuator.
  • a welding process is then carried out to weld the bar ends of a respective clamped pair of bar ends, in particular a laser welding process.
  • Alternative welding methods such as resistance welding or arc welding, or combinations of welding methods are possible.
  • the welding process is preferably repeated for all or each pair of clamped bar ends to be welded. In an alternative embodiment of the invention, the welding process is carried out on all clamped bar ends simultaneously.
  • a zero gap is achieved between the rod ends to be welded during the welding process, even in the case of misalignment of the conductor rods when the stator is prepared, which results in an increased quality of the material connection or of the weld seam between welded rod ends of the conductor rods.
  • the number of pores in the weld seam is advantageously reduced.
  • the fact that the clamping and embossing is carried out with a clamping device also results in low process costs.
  • the operating clamping force is particularly preferably smaller than the pre-tensioning force.
  • the operating clamping force can be generated in particular by a second position of the spring element or the link or by means of the actuator for generating the embossing force.
  • the actuator is advantageously deactivated after the embossing force has been generated or controlled to generate a lower operating clamping force.
  • the operating clamping force is preferably designed to bring the surfaces of the rod ends to be welded into contact.
  • the contact is advantageously detected in a further step by electrically detecting a resistance between the rod ends to be welded or by visual detection using a camera. This further step sets a low force between the rod ends to be welded during the welding process, thereby increasing the quality of the weld.
  • At least one pair of the rod ends to be welded is captured by a camera as a camera image, whereby the Pre-tensioning force and/or the embossing force and/or the operating clamping force and/or the welding process are adjusted depending on the captured camera image, for example the laser power and/or the feed rate of the laser beam is adjusted during the welding process.
  • the camera image can be used, for example, to evaluate the quality of the plastic deformation and/or the alignment of the bar ends to one another, whereby in particular the embossing force is increased to set a predetermined quality or alignment of the bar ends of the conductor bars to one another if the assessed quality is below a threshold value or if an error such as a larger gap between the clamped pair of bar ends to be welded is detected by image analysis methods.
  • This continuation in particular detects minor misalignments of the conductor bars and/or minor misalignments of the interlocked bar ends to one another and reduces waste.
  • the pre-tensioning force and/or the embossing force and/or the operating clamping force is detected and in particular regulated by means of a force sensor.
  • the welding process is then advantageously adapted depending on the detected pre-tensioning force and/or the detected embossing force and/or the detected operating clamping force, for example the laser power and/or the feed rate of the laser beam.
  • a very low operating clamping force can be generated and/or the welding process, for example welding parameters, can be adapted to the detected operating clamping force, thereby increasing the quality of the weld seam.
  • a very high embossing force can be generated without risk of damaging the rod ends based on a detected camera image for plastic deformation of the rod ends, thereby increasing the quality of the weld seam.
  • an electrical variable between the rod ends to be welded is detected when generating the embossing force, the electrical variable being in particular a level of an electrical current and/or an electrical resistance and/or an electrical impedance between the rod ends to be welded.
  • the level of the operating clamping force and/or the welding process are then adjusted depending on the electrical variable detected. This embodiment allows contact between the rod ends to be electrically detected and the operating clamping force to be minimized and/or the welding process to be optimized.
  • the invention also relates to a clamping device which is designed to be arranged on a head side of the stator of an electrical machine which is perpendicular to the axial direction, wherein the stator has conductor bars of a plug-in winding which protrude from the stator on the head side and are interlaced with one another in pairs according to a predetermined winding pattern.
  • the clamping device comprises at least one first clamping jaw which is designed to be displaced in a radial clamping direction perpendicular to the axial direction of the stator from the inside to the outside in the direction of the bar end which is furthest inside in the radial clamping direction and to be positioned at a predetermined stop position.
  • the clamping device also has a second clamping jaw which is designed to be displaced in the radial clamping direction from the outside to the inside in the direction of the first clamping jaw against the bar end which is furthest outside in the radial clamping direction, wherein pairs of the bar ends to be welded are clamped with at least one spacer element between the second clamping jaw and the first clamping jaw by generating a pre-tensioning force.
  • the at least one spacer element of the clamping device which is movably mounted in the radial clamping direction, holds the pairs of rod ends to be welded at a predetermined distance from one another.
  • the clamping device further comprises a spring element or an actuator, which is designed to generate a pre-tensioning force and/or an operating clamping force in the radial clamping direction on the second clamping jaw for clamping the pairs of rod ends to be welded with at least one spacer element between the second clamping jaw and the first clamping jaw.
  • the clamping device comprises at least one actuator, which is designed to generate an embossing force in the radial clamping direction for clamping, in particular on the second clamping jaw.
  • the optional actuator for generating the pre-tensioning force and the actuator for generating the embossing force can be the same actuator or different or separate actuators.
  • the at least one spacer element of the clamping device is movably mounted on the first and/or second clamping jaw in the radial clamping direction, wherein the at least one spacer element is connected to the first and/or second clamping pack by means of a spring and is designed to be introduced between two pairs of rod ends to be welded when the stator is arranged in the clamping device by means of two oblique side surfaces of the spacer element pointing towards the rod ends.
  • the second clamping jaw preferably has a first element and a second element, the first element being arranged more internally than the second element in the radial clamping direction and being designed to directly contact the rod end arranged at the outermost point in the radial clamping direction.
  • the first element and the second element of the second clamping jaw are advantageously in contact at least in the radial clamping direction, in particular in detachable contact.
  • the first and second elements are not fixed to one another.
  • the first and second elements are advantageously designed to engage with one another.
  • the first and second elements are designed to transfer a force acting on the first element of the second clamping jaw from the first element to the second element.
  • the two elements of the second clamping jaw or the two-part design of the second clamping jaw make it easier to assemble the second clamping jaw and, above all, to replace the wear-prone first element of the second clamping jaw more easily.
  • the clamping device comprises at least one force sensor which is designed to detect the pre-tensioning force applied by means of the actuator and/or an operating clamping force and/or embossing force.
  • the clamping device comprises a control unit which is configured to control the actuator for adjusting the preload force, the operating clamping force and/or the detected embossing force based on the detected preload force, the detected operating clamping force and/or the detected embossing force and/or the detected camera image.
  • Figure 1 Flow chart of the process as a block diagram
  • FIG. 2 Clamping device with stator provided in side view
  • Figure 3 Section of a clamping device with provided stator in cross section
  • FIG. 1 shows a flow chart of the method for producing a plug-in winding of an electrical machine as a block diagram.
  • a stator of the electrical machine is provided in a first step 110 of the method.
  • the stator has a large number of conductor bars of the plug-in winding accommodated in grooves or cavities. Two bar ends of different conductor bars to be welded are interlaced with one another on the winding head of the plug-in winding or on an end face of the stator.
  • the stator is then arranged 120 in a clamping device.
  • the clamping device preferably comprises a large number of first clamping jaws, second clamping jaws and at least one spacer element between the respective first and second clamping jaws per radial clamping direction, the spacer element being arranged between the first and second clamping jaws and between two pairs of interlaced bar ends to be welded.
  • the number of spacer elements depends on the size and the winding pattern of the plug-in winding of the stator.
  • the plurality of first clamping jaw ends of the clamping device can be positioned at the same time at the predetermined stop position in step 130, for example by a cone moving into the clamping device.
  • a pre-tensioning force is then generated in the radial clamping direction on the second clamping jaw to the first clamping jaw, in particular from the outside to the inside.
  • the pre-tensioning force generated clamps the pairs of rod ends to be welded with the spacer element between the second clamping jaw and the first clamping jaw.
  • the pre-tensioning force is preferably generated by means of a spring element or an actuator simultaneously for all radial clamping directions, with the actuator advantageously positioning a spring element on the second clamping jaw for each radial clamping direction.
  • the positioning of the plurality of respective spring elements on the respective second clamping jaw by the actuator can be carried out, for example, by means of a rotary link. It can be provided that during the generation 140 of the pre-tensioning force, in an optional step 141 at least one pair of the rod ends to be welded is recorded as a camera image by means of a camera. In addition, it can optionally be provided to carry out a recording 142 of the generated pre-tensioning force by means of a force sensor. Then, in step 140, the generated pre-tensioning force is optionally adjusted depending on the captured camera image and/or the detected pre-tensioning force.
  • step 150 an embossing force is generated in the radial clamping direction on the second clamping jaw to the first clamping jaw for a predetermined period of time.
  • the embossing force generated is greater than the pre-tensioning force, with the conductor bars of the pairs of clamped rod ends being plastically deformed by the embossing force generated.
  • gap dimensions and/or stresses in the material of the conductor bars that existed before the plastic deformation are reduced, thereby increasing the quality and/or the stresses in the weld seam subsequently generated between the interlocked rod ends of the conductor bars.
  • at least one pair of the rod ends to be welded is recorded as a camera image using a camera.
  • step 160 it can optionally be provided to carry out a recording 152 of the generated embossing force using a force sensor. Then optionally in step 150 the level of the embossing force is adjusted depending on the captured camera image and/or the captured embossing force. Then in step 160 in particular an operating clamping force is generated (step 160a) and then a welding process for welding the rod ends of a respective pair of the rod ends to be welded is carried out (step 160b).
  • the generated or applied or acting operating clamping force acts in the radial clamping direction, in particular on the second clamping jaw from the outside inwards to the first clamping jaw, wherein the operating clamping force is smaller than the embossing force.
  • the generated operating clamping force is in particular smaller than or equal to the pre-tensioning force.
  • an electrical contact of the surfaces of the rod ends to be welded is detected by optionally recording 163 an electrical variable, in particular the electrical resistance, between the welding rod ends is detected.
  • the level of the operating clamping force generated is optionally adjusted depending on the detected camera image and/or the detected operating clamping force and/or depending on the detected electrical quantity, wherein the adjustment of the operating clamping force takes place in particular before the welding process is carried out.
  • the welding process is adjusted depending on the detected camera image and/or the detected operating clamping force and/or depending on the detected electrical quantity.
  • FIG 2 shows a schematic side view of a clamping device 200 with a stator 250 provided.
  • the stator 250 in Figure 2 has only one pair of interlaced bar ends 270 of conductor bars 270 of the plug-in winding of the stator on the front side 251 perpendicular to the axial direction 290 of the stator 250.
  • the conductor bars are received in grooves 252 running parallel to the axial direction 290.
  • a large number of other interlaced bar ends 270 of conductor bars are therefore not shown in Figure 2.
  • the clamping device 200 is arranged on the front side 251 of the provided stator 250.
  • the clamping device can comprise a laser source 210 and/or a camera 220.
  • the laser source 210 and/or the camera 220 can be arranged outside the clamping device 200.
  • the laser source 210 is configured to weld the interlocked bar ends 270 of the plurality of conductor bars 260, thereby producing the plug-in winding of the stator 250.
  • the plurality of pairs of welded bar ends 270 on an end face 251 of the stator 250 is also called the winding head.
  • FIG 3 a section of the clamping device 200 with the provided stator 250 is shown schematically in cross section.
  • the clamping device 200 is designed to be arranged on the end face 251 of the stator 250 of an electrical machine, which end face is perpendicular to the axial direction 290.
  • the clamping device 200 is designed to be arranged on the end face 251 of the stator 250 of an electrical machine, which end face is perpendicular to the axial direction 290.
  • the clamping device 200 comprises a first clamping jaw 201, which is designed to be displaced in a radial clamping direction 295 perpendicular to the axial direction 290 of the stator 250 from a starting position x1 from the inside to the outside in the direction of the rod end 270, 270a that is furthest inside in the radial clamping direction 295 and positioned at a predetermined stop position x2.
  • the clamping device further comprises a second clamping jaw 202, which is designed to be displaced in the radial clamping direction 295 from the outside to the inside in the direction of the first clamping jaw
  • the second clamping jaw 202 can be designed in one piece or, advantageously, in two pieces. If the second clamping jaw 202 comprises a first element 202a and a second element 202b of the second clamping jaw, the assembly of the first element 202a and the replacement of the first element 202a when the first element 202a of the second clamping jaw 202 wears out is simplified.
  • the first element 202a is subject to increased wear, for example due to embossing and proximity to the welding process.
  • the second element 202b can remain unchanged when the first element 202a is replaced.
  • three pairs 280 of the rod ends 270 to be welded are clamped together with two spacer elements 203 between the second clamping jaw 202 and the first clamping jaw 201 positioned at the stop position x2 by the pre-tensioning force generated by the spring element 205.
  • the displacement of the second clamping jaw 202 and the generation of the pre-tensioning force takes place here in the example from Figure 3 by means of the spring element 205, which is received and guided in a guide element 206.
  • the guide element 206 can be displaced in the radial clamping direction 295 by rotating a rotatable guide 204, the rotatable guide 204 having guide grooves 204a for this purpose.
  • the rotation of the guide 204 is preferably carried out by means of an actuator (not shown here).
  • the two spacer elements 203 are movably mounted in the radial clamping direction 295, in particular on the first and/or second clamping jaw 201, 202 and by means of the springs 203a. During clamping, the spacer elements 203 hold the pairs 280 on the rod ends 270 to be welded at a predetermined distance from one another.
  • Figure 3 also shows an actuator 207, which is designed here to generate an operating clamping force and/or an embossing force on the second clamping jaw in the radial clamping direction 295.
  • the embossing force generated by the actuator 207 is detected by a force sensor 208.
  • the force sensor can also be arranged at a different location from Figure 3, for example the actuator 207 comprises the force sensor.

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Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Steckwicklung einer elektrischen Maschine, umfassend folgende Schritte: Bereitstellung (110) eines Stators (250) der elektrischen Maschine mit einer Axialrichtung (290), wobei der Stator (250) eine Vielzahl von Leiterstäben (260) aufweist, wobei jeweils zwei Stabenden (270) unterschiedlicher zur Erzeugung der Steckwicklung aus den Leiterstäben (260) zu verschweißender Leiterstäbe (260) zueinander verschränkt sind; Anordnung (120) des Stators in einer Spannvorrichtung (200), wobei die Spannvorrichtung (200) in einer radialen Spannrichtung (295) senkrecht zur Axialrichtung (290) wenigstens eine erste Spannbacke (201), eine zweite Spannbacke (202) und mindestens ein Abstandselement (203) umfasst, wobei das Abstandselement (203) zwischen der ersten Spannbacke (201) und der zweiten Spannbacke (202) und zwischen zwei Paaren (280) an zu verschweißenden Stabenden (270) angeordnet wird; Positionierung (130) der ersten Spannbacke (201) an einer vorgegebenen Anschlagsposition (x2) durch Bewegung der ersten Spannbacke (201) von innen nach außen in der radialen Spannrichtung (295); Erzeugung (140) einer Vorspannkraft in der radialen Spannrichtung (295) von außen nach innen auf die zweite Spannbacke (202) zur ersten Spannbacke (201), wobei die Paare (280) der zu verschweißenden Stabenden (270) mit dem Abstandselement (203) zwischen der zweiten Spannbacke (202) und der ersten Spannbacke (201) verspannt werden; Erzeugung (150) einer Prägekraft in der radialen Spannrichtung (295) auf die zweite Spannbacke (202) zur ersten Spannbacke (201) für eine vorgegebene Zeitspanne, wobei die Prägekraft größer als die Vorspannkraft ist, wobei die Leiterstäbe (260) der Paare (280) der verspannten Stabenden (270) plastisch verformt werden; und Durchführung (160) eines Schweißprozesses zum Verschweißen der Stabenden (270) eines jeweiligen Paares (280) der zu verschweißenden Stabenden (270).

Description

Beschreibung
Verfahren zur Herstellung einer Steckwicklung einer elektrischen Maschine und Spannvorrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Steckwicklung einer elektrischen Maschine, wobei Paare an Stabenden zu verschweißender Leiterstäbe durch eine erzeugte Prägekraft plastisch verformt werden. Die Erfindung betrifft auch eine Spannvorrichtung, welche dazu eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen.
Stand der Technik
US 2022/0247285 A1 offenbart eine Herstellungsmethode für die Steckwicklung eines Stators einer elektrischen Maschine und ein Spannwerkzeug.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Verspannung von Stabenden von Leiterstäben einer Steckwicklung einer elektrischen Maschine beim Verschweißen der Stabenden zu verbessern, wodurch die stoffschlüssige Verbindung nach dem Verschweißen der Stabenden erhöht wird.
Offenbarung der Erfindung
Die vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend der unabhängigen Ansprüche 1 und 6 gelöst.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Steckwicklung einer elektrischen Maschine, umfassend eine Bereitstellung eines Stators der elektrischen Maschine. Der bereitgestellte Stator weist eine Vielzahl von Leiterstäben der Steckwicklung auf, welche insbesondere jeweils in einem parallel zur Axialrichtung verlaufenden Hohlraum, vorzugsweise einer Nut, oder, vorteilhafterweise bei U-förmig gebogenen Leiterstäben jeweils in zwei unterschiedlichen parallel zur Axialrichtung verlaufenden Hohlräumen, vorzugsweise Nuten, des Stators aufgenommen sind. Der Hohlraum beziehungsweise die Hohlräume können optional zumindest teilweise in radialer Richtung beziehungsweise Spannrichtung geschlossen sein. Die Aufnahme der Leiterstäbe in die Nuten erfolgt vorzugsweise vor dem Verfahren durch Einstecken. Zwischen den Leiterstäben und dem Eisenkern des Stators ist vorteilhafterweise ein Isolationspapier angeordnet. Jeweils zwei beziehungsweise ein Paar von Stabenden unterschiedlicher Leiterstäbe sind zueinander verschränkt, insbesondere entsprechend eines vorgegebenen Wicklungsschemas, und insbesondere außerhalb des Stators, vorzugsweise am Wickelkopf. Mit anderen Worten weist der Stator Paare an zu verschweißenden Stabenden unterschiedlicher Leiterstäbe auf, wobei die Stabenden außerhalb des Statorkerns an einer Stirnseite des Stators zueinander verschränkt sind. Der bereitgestellte Stator weist demnach mit anderen Worten verschränkte Leiterstäbe auf, wobei die Verschränkung vorteilhafterweise vor dem Verfahren durchgeführt wurde. Anschließend wird der bereitgestellte Stator erfindungsgemäß in beziehungsweise an einer Spannvorrichtung angeordnet, wobei die Spannvorrichtung wenigstens eine erste Spannbacke, eine zweite Spannbacke und ein Abstandselement umfasst. Bei der Anordnung des Stators an der Spannvorrichtung werden die erste und zweite Spannbacke vorteilhafterweise in einer radialen Richtung beziehungsweise Spannrichtung des Stators angeordnet, so dass sie vorzugsweise dazu eingerichtet sind, die zu verschweißenden Paare an Stabenden der zueinander verschränkten Leiterstäbe zu verspannen. Vorteilhafterweise umfasst die Spannvorrichtung so viele erste und zweite Spannbacken, wie es jeweils Nuten beziehungsweise Hohlräume des Stators gibt, in welchen die Leiterstäbe aufgenommen sind. Das Abstandselement ist zwischen der ersten und zweiten Spannbacke angeordnet. Durch die Anordnung beziehungsweise Einführung des bereitgestellten Stators in die Spannvorrichtung, wird das Abstandselement von oben oder unten oder seitlich zwischen zwei Paaren an zu verschweißenden Stabenden positioniert. In einem Schritt des Verfahrens wird die erste Spannbacke an einer vorgegebenen Anschlagsposition durch Bewegung der ersten Spannbacke von innen nach außen in der radialen Richtung positioniert. Anschließend wird eine Vorspannkraft in der radialen Richtung von außen nach innen auf die zweite Spannbacke und in Richtung der ersten Spannbacke erzeugt, wobei die Paare der zu verschweißenden Stabenden mit dem Abstandselement zwischen der zweiten Spannbacke und der ersten Spannbacke verspannt werden. Die Vorspannkraft kann beispielsweise durch die Anordnung eines Federelements an der zweiten Spannbacke erzeugt werden. Bevorzugt werden alle zu verschweißenden Stabenden der verschränkten Leiterstäbe zwischen den ersten und zweiten Spannbacken der Spannvorrichtung gleichzeitigt durch die erzeugte Vorspannkraft mittels jeweils eines separaten Federelementes verspannt, wobei die Vielzahl an Federelementen der Spannvorrichtung mittels eines Aktors an den zweiten Spannbacken positioniert beziehungsweise angeordnet werden, wobei der Aktor dazu eingerichtet ist, die Federelemente mittels einer drehbar gelagerten Kulisse in jeweils radialer Spannrichtung zu verschieben, wobei die Kulisse beispielsweise pro Federelement eine Nut aufweist, in welche jeweils ein Führungselement für die Feder mit einem Pin eingreifen und das Führungselement für die Feder durch die Drehung der Kulisse verschoben werden kann. Das wenigstens eine Abstandselement hält dabei die Paare an zu verschweißenden Stabenden insbesondere jeweils in einem vorgegebenen Abstand. Anschließend wird erfindungsgemäß eine Prägekraft von außen nach innen in der radialen Spannrichtung für eine vorgegebene Zeitspanne erzeugt. Die Erzeugung der Prägekraft erfolgt bevorzugt mittels eines Aktors, welcher mit der zweiten Spannbacke in zumindest mittelbarem Kontakt ist und dazu eingerichtet ist, die Prägekraft auf die zweite Spannbacke zu erzeugen. Der Aktor ist beispielsweise ein hydraulischer, pneumatischer oder elektrischer Aktor. Die erzeugte Prägekraft wirkt insbesondere auf die zweite Spannbacke in Richtung der ersten Spannbacke und damit vorteilhafterweise auch auf alle zwischen der zweiten Spannbacke und der ersten Spannbacke mit dem Abstandselement verspannten Paare der zu verschweißenden Stabenden. Die Prägekraft ist größer als die Vorspannkraft, insbesondere mindestens um einen Faktor zehn beziehungsweise um eine Größenordnung. Durch die erzeugte Prägekraft werden die Leiterstäbe der Paare der verspannten Stabenden vorteilhafterweise plastisch verformt. Bevorzugt werden alle zu verschweißenden Stabenden der verschränkten Leiterstäbe zwischen den ersten und zweiten Spannbacken der Spannvorrichtung gleichzeitig durch die jeweils mittels einer Feder erzeugte Vorspannkraft verspannt und anschließend gleichzeitig alle verspannten und zu verschweißenden Stabenden durch die mittels jeweils eines Aktors erzeugte Prägekraft plastisch verformt. Danach wird ein Schweißprozess zum Verschweißen der Stabenden eines jeweiligen verspannten Paares an Stabenden durchgeführt, insbesondere ein Laserschweißprozess. Alternative Schweißverfahren, wie zum Beispiel Widerstandsschweißen oder Lichtbogenschweißen, oder Kombinationen von Schweißverfahren sind möglich. Der Schweißprozess wird vorzugsweise für alle beziehungsweise jedes Paar der verspannten und zu verschweißenden Stabenden wiederholt. In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung wird der Schweißprozess an allen verspannten Stabenden gleichzeitig durchgeführt Durch das erfindungsmäße Verfahren wird auch bei Fehlstellungen der Leiterstäbe bei der Bereitstellung des Stators ein Nullspalt zwischen zu verschweißenden Stabenden während des Schweißprozesses erreicht, wodurch eine gesteigerte Qualität der stoffschlüssigen Verbindung beziehungsweise der Schweißnaht zwischen verschweißten Stabenden der Leiterstäbe resultiert Außerdem wird vorteilhafterweise die Anzahl an Poren in der Schweißnaht reduziert Dadurch, dass die Verspannung und das Prägen mit einer Spannvorrichtung erfolgt, resultieren des Weiteren geringe Prozesskosten.
In einer bevorzugten Weiterführung des Verfahrens wirkt vor oder während des Schweißprozesses eine Betriebsspannkraft in der radialen Spannrichtung von außen nach innen, insbesondere auf die zweite Spannbacke in Richtung der ersten Spannbacke. Mit anderen Worten wird vorteilhafterweise nach der Erzeugung der Prägekraft eine Betriebsspannkraft erzeugt, welche während des Schweißprozesses auf die zwischen der ersten und zweiten Spannbacke verspannten und zu verschweißenden Stabenden wirkt. Die Betriebsspannkraft ist kleiner als die Prägekraft. Vorzugsweise ist die Betriebsspannkraft kleiner oder gleich der Vorspannkraft. Die Betriebsspannkraft entspricht demnach vorteilhafterweise der Vorspannkraft und wird insbesondere mittels des Federelements erzeugt. Die Betriebsspannkraft ist alternativ besonders bevorzugt kleiner als die Vorspannkraft. Die Betriebsspannkraft kann dabei insbesondere durch eine zweite Stellung des Federelements beziehungsweise der Kulisse oder mittels des Aktors zur Erzeugung der Prägekraft erzeugt werden. Mit anderen Worten wird der Aktor vorteilhafterweise nach der Erzeugung der Prägekraft deaktiviert oder zur Erzeugung einer geringeren Betriebsspannkraft gesteuert. Die Betriebsspannkraft ist vorzugsweise dazu eingerichtet, die Flächen der zu verschweißenden Stabenden in Kontakt zu bringen. Der Kontakt wird vorteilhafterweise in einer Weiterführung durch eine elektrische Erfassung eines Widerstands zwischen den zu verschweißenden Stabenden oder durch visuelle Erfassung mittels einer Kamera erfasst. Durch diese Weiterführung wird eine niedrige Kraft während des Schweißprozesses zwischen den zu verschweißenden Stabenden eingestellt, wodurch die Qualität der Schweißnaht erhöht wird.
Beispielsweise wird die Anzahl an Poren in der Schweißnaht weiter reduziert. Durch die Weiterführung resultiert des Weiteren ein robusterer Laserschweißprozess mit weniger Spritzern.
In einer Weiterführung der Erfindung wird wenigstens ein Paar der zu verschweißenden Stabenden mittels einer Kamera als Kamerabild erfasst, wobei die Vorspannkraft und/oder die Prägekraft und/oder die Betriebsspannkraft und/oder der Schweißprozess in Abhängigkeit des erfassten Kamerabildes angepasst werden, beispielsweise wird die Laserleistung und/oder die Vorschubgeschwindigkeit des Laserstrahls beim Schweißprozess angepasst. Durch das Kamerabild kann beispielsweise die Güte der plastischen Verformung und/oder Ausrichtung der Stabenden zueinander bewertet werden, wobei insbesondere die Prägekraft zur Einstellung einer vorgegebenen Güte beziehungsweise Ausrichtung der Stabenden der Leiterstäbe zueinander erhöht wird, falls die bewertete Güte unterhalb eines Schwellenwerts liegt oder durch Bildanalyseverfahren ein Fehler, wie ein größeres Spaltmaß zwischen dem verspannten und zu verschweißenden Paar an Stabenden, erkannt wird. Durch diese Weiterführung werden insbesondere kleinere Fehlstellungen der Leiterstäbe und/oder kleinere Fehlstellungen der verschränkten Stabenden zueinander erkannt und Ausschuss reduziert.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Vorspannkraft und/oder die Prägekraft und/oder die Betriebsspannkraft mittels eines Kraftsensors erfasst und insbesondere geregelt. Anschließend wird vorteilhafterweise der Schweißprozess in Abhängigkeit der erfassten Vorspannkraft und/oder der erfassten Prägekraft und/oder der erfasste Betriebsspannkraft angepasst, beispielsweise die Laserleistung und/oder die Vorschubgeschwindigkeit des Laserstrahls. In dieser Ausgestaltung kann eine sehr geringe Betriebsspannkraft erzeugt werden und/oder der Schweißprozess, beispielsweise Schweißparameter, an die erfasste Betriebsspannkraft angepasst werden, wodurch die Qualität der Schweißnaht steigt. In dieser Ausgestaltung kann alternativ eine sehr große Prägekraft ohne Gefahr der Beschädigung der Stabenden basierend auf einem erfassten Kamerabild zur plastischen Verformung der Stabenden erzeugt werden, wodurch die Qualität der Schweißnaht steigt.
Ein einer anderen Ausführung der Erfindung wird der Erzeugung der Prägekraft eine elektrische Größe zwischen den zu verschweißenden Stabenden erfasst, wobei die elektrische Größe insbesondere eine Höhe eines elektrischen Stromes und/oder eines elektrischen Widerstandes und/oder einer elektrischen Impedanz zwischen den zu verschweißenden Stabenden ist. Anschließend werden die Höhe der Betriebsspannkraft und/oder der Schweißprozess in Abhängigkeit der erfassten elektrischen Größe angepasst. Durch diese Ausführung kann elektrisch ein Kontakt zwischen den Stabenden erfasst und die Betriebsspannkraft minimiert und/oder der Schweißprozess optimiert werden. Die Erfindung betrifft auch eine Spannvorrichtung, welche dazu eingerichtet ist, an einer senkrecht zur Axialrichtung liegenden Kopfseite des Stators einer elektrischen Maschine angeordnet zu sein, wobei der Stator Leiterstäbe einer Steckwicklung aufweist, welche an der Kopfseite aus dem Stator herausstehen und gemäß eines vorgegebenen Wickelschemas paarweise zueinander verschränkt sind. Die Spannvorrichtung umfasst mindestens eine erste Spannbacke, welche dazu eingerichtet ist, in einer zur Axialrichtung des Stators senkrechten radialen Spannrichtung von innen nach außen in Richtung des in radialer Spannrichtung am weitesten innen liegende Stabendes verschoben und an einer vorgegebenen Anschlagsposition positioniert zu werden. Die Spannvorrichtung weist außerdem eine zweite Spannbacke auf, welche dazu eingerichtet ist, in der radialen Spannrichtung von außen nach innen in Richtung der ersten Spannbacke gegen das in der radialen Spannrichtung am weitesten außen liegende Stabende verschoben zu werden, wobei Paare der zu verschweißenden Stabenden mit wenigstens einem Abstandselement zwischen der zweiten Spannbacke und der ersten Spannbacke durch das Erzeugen einer Vorspannkraft verspannt werden. Das hält das wenigstens eine in radialer Spannrichtung beweglich gelagerte Abstandselement der Spannvorrichtung die Paare an zu verschweißenden Stabenden zueinander in einem vorgegebenen Abstand. Die Spannvorrichtung umfasst darüber hinaus ein Federelement oder einen Aktor, welches beziehungsweise welcher dazu eingerichtet ist, eine Vorspannkraft und/oder eine Betriebsspannkraft in der radialen Spannrichtung auf die zweite Spannbacke zur Verspannung der Paare der zu verschweißenden Stabenden mit wenigstens einem Abstandselement zwischen der zweiten Spannbacke und der ersten Spannbacke zu erzeugen. Des Weiteren umfasst die Spannvorrichtung wenigstens einen Aktor, welcher dazu eingerichtet ist, eine Prägekraft in der radialen Spannrichtung zur Verspannung zu erzeugen, insbesondere auf die zweite Spannbacke. Der optionale Aktor zur Erzeugung der Vorspannkraft und der Aktor zur Erzeugung der Prägekraft können des selbe Aktor oder unterschiedliche beziehungsweise voneinander separate Aktoren sein.
Vorzugsweise ist das wenigstens eine Abstandselement der Spannvorrichtung an der ersten und/oder zweiten Spannbacke in der radialen Spannrichtung beweglich gelagert, wobei das wenigstens eine Abstandselement mittels jeweils einer Feder mit der ersten und/oder zweiten Spannpacke verbunden und dazu eingerichtet ist, bei der Anordnung des Stators in der Spannvorrichtung mittels insbesondere zwei schrägen zu den Stabenden zeigenden Seitenflächen des Abstandselements zwischen zwei Paaren an zu verschweißenden Stabenden eingeführt zu werden. Bevorzugt weist die zweite Spannbacke ein erstes Element und ein zweites Element auf, wobei das erste Element gegenüber dem zweiten Element in der radialen Spannrichtung innenliegender angeordnet und dazu eingerichtet ist, das in der radialen Spannrichtung an äußerster Stelle angeordnete Stabende unmittelbar zu kontaktieren. Das erste Element und das zweite Element der zweiten Spannbacke stehen vorteilhafterweise zumindest in der radialen Spannrichtung in Kontakt, insbesondere in lösbarem Kontakt Vorteilhafterweise sind das erste und zweite Element nicht aneinander fixiert. Insbesondere sind vorteilhafterweise das erste und zweite Element dazu eingerichtet ineinander einzugreifen. Vorteilhafterweise sind das erste und zweite Element dazu eingerichtet, eine auf das erste Element der zweiten Spannbacke wirkende Kraft von dem ersten Element auf das zweite Element zu übertragen. Durch die zwei Elemente der zweiten Spannbacke beziehungsweise die zweiteilige Ausführung der zweiten Spannbacke wird eine leichtere Montage der zweiten Spannbacke und vor allem ein einfacher Austausch des verschleißanfälligen ersten Elements der zweite Spannbacke erreicht.
Die Spannvorrichtung umfasst in einer weiteren Ausgestaltung wenigstens einen Kraftsensor, welcher dazu eingerichtet ist, die mittels des Aktors aufgebrachte Vorspannkraft und/oder eine Betriebsspannkraft und/oder Prägekraft zu erfassen.
Es kann in einer anderen Ausführung vorgesehen sein, dass die Spannvorrichtung eine Kamera umfasst, welche dazu eingerichtet ist, wenigstens ein Paar der verspannten und zu verschweißenden Stabenden als Kamerabild zu erfassen.
In einer weitergehenden Ausgestaltung umfasst die Spannvorrichtung ein Steuergerät, welches dazu eingerichtet ist, basierend auf der erfassten Vorspannkraft, der erfassten Betriebsspannkraft und/oder der erfassten Prägekraft und/oder des erfassten Kamerabildes den Aktor zur Anpassung der Vorspannkraft, der Betriebsspannkraft und/oder der erfassten Prägekraft anzusteuern.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezug zu den Figuren.
Figur 1 : Ablaufdiagramm des Verfahrens als Blockschaltbild
Figur 2: Spannvorrichtung mit bereitgestelltem Stator in seitlicher Ansicht Figur 3: Ausschnitt einer Spannvorrichtung mit bereitgestelltem Stator im Querschnitt
Ausführungsbeispiele
In Figur 1 ist ein Ablaufdiagramm des Verfahrens zur Herstellung einer Steckwicklung einer elektrischen Maschine als Blockschaltbild schematisch dargestellt. In einem ersten Schritt 110 des Verfahrens wird ein Stator der elektrischen Maschine bereitgestellt. Der Stator weist eine Vielzahl von in Nuten beziehungsweise Hohlräumen aufgenommenen Leiterstäben der Steckwicklung auf. Am Wickelkopf der Steckwicklung beziehungsweise an einer Stirnseite des Stators sind jeweils zwei Stabenden unterschiedlicher zu verschweißender Leiterstäbe zueinander verschränkt. Anschließend erfolgt eine Anordnung 120 des Stators in einer Spannvorrichtung. Die Spannvorrichtung umfasst vorzugsweise eine Vielzahl von ersten Spannbacken, zweiten Spannbacken und zwischen der jeweiligen ersten und zweiten Spannbacke pro radialer Spannrichtung mindestens ein Abstandselement, wobei das Abstandselement zwischen der ersten und zweiten Spannbacke und zwischen zwei Paaren an verschränkten und zu verschweißenden Stabenden angeordnet wird. Die Anzahl der Abstandselemente ist abhängig von der Größe und dem Wickelschema der Steckwicklung des Stators. Anschließend wird in einem weiteren Schritt 130 die erste Spannbacke an einer vorgegebenen Anschlagsposition in der jeweiligen radialen Spannrichtung positioniert. Die Positionierung erfolgt durch Bewegung der ersten Spannbacke von innen nach außen in der jeweiligen radialen Spannrichtung. Die Vielzahl an ersten Spannbackenden der Spannvorrichtung können im Schritt 130 beispielsweise durch einen in die Spannvorrichtung einfahrenden Konus gleichzeitig an der vorgegebene Anschlagsposition positioniert werden. Im Schritt 140 wird anschließend eine Vorspannkraft in der radialen Spannrichtung auf die zweite Spannbacke zur ersten Spannbacke erzeugt, insbesondere von außen nach innen. Durch die erzeugte Vorspannkraft werden die Paare der zu verschweißenden Stabenden mit dem Abstandselement zwischen der zweiten Spannbacke und der ersten Spannbacke verspannt. Die Vorspannkraft wird bevorzugt mittels eines Federelements oder eines Aktors gleichzeitig für alle radialen Spannrichtungen erzeugt, wobei der Aktor vorteilhafterweise pro radialer Spannrichtung ein Federelement an der zweiten Spannbacke positioniert. Die Positionierung der Vielzahl an jeweiligen Federelementen an der jeweiligen zweiten Spannbacke durch den Aktor kann beispielsweise mittels einer Drehkulisse erfolgen. Es kann vorgesehen sein, dass während der Erzeugung 140 der Vorspannkraft in einem optionalen Schritt 141 wenigstens ein Paar der zu verschweißenden Stabenden mittels einer Kamera als Kamerabild erfasst wird. Zusätzlich kann es optional vorgesehen sein, eine Erfassung 142 der erzeugten Vorspannkraft mittels eines Kraftsensors durchzuführen. Anschließend wird im Schritt 140 die erzeugte Vorspannkraft optional in Abhängigkeit des erfassten Kamerabildes und/oder der erfassten Vorspannkraft angepasst. Danach wird im Schritt 150 eine Prägekraft in der radialen Spannrichtung auf die zweite Spannbacke zur ersten Spannbacke für eine vorgegebene Zeitspanne erzeugt. Die erzeugte Prägekraft ist größer als die Vorspannkraft, wobei die Leiterstäbe der Paare der verspannten Stabenden durch die erzeugte Prägekraft plastisch verformt werden. Dadurch werden vor der plastischen Verformung vorliegende Spaltmaße und/oder Spannungen im Material der Leiterstäbe reduziert, wodurch die Qualität und/oder die Spannungen in der später erzeugten Schweißnaht zwischen den verschränkten Stabenden der Leitstäbe erhöht wird. Es kann vorgesehen sein, dass während des Schrittes 150 im optionalen Schritt 151 wenigstens ein Paar der zu verschweißenden Stabenden mittels einer Kamera als Kamerabild erfasst wird. Zusätzlich kann es optional vorgesehen sein, eine Erfassung 152 der erzeugten Prägekraft mittels eines Kraftsensors durchzuführen. Anschließend wird optional im Schritt 150 die Höhe der Prägekraft in Abhängigkeit des erfassten Kamerabildes und/oder der erfassten Prägekraft angepasst. Anschließend wird im Schritt 160 insbesondere eine Betriebsspannkraft erzeugt (Schritt 160a) und anschließend ein Schweißprozesses zum Verschweißen der Stabenden eines jeweiligen Paares der zu verschweißenden Stabenden durchgeführt (Schritt 160b). Während der Durchführung 160b, 160 des Schweißprozesses beziehungsweise des Verschweißens wirkt die erzeugte beziehungsweise anliegende beziehungsweise wirkende Betriebsspannkraft in der radialen Spannrichtung, insbesondere auf die zweite Spannbacke von außen nach innen zur ersten Spannbacke, wobei die Betriebsspannkraft kleiner als die Prägekraft ist. Vorzugsweise ist die erzeugte Betriebsspannkraft insbesondere kleiner oder gleich der Vorspannkraft. Darüber hinaus kann es vorgesehen sein, dass vor oder während der Durchführung 160 des Schweißprozesses in dem optionalen Schritt 161 wenigstens ein Paar der zu verschweißenden Stabenden mittels einer Kamera als Kamerabild erfasst wird. Es kann des Weiteren vorgesehen sein, dass vor oder während der Durchführung 160 des Schweißprozesses die erzeugte Betriebsspannkraft im optionalen Schritt 162 mittels eines Kraftsensors erfasst wird. Des Weiteren kann es vorgesehen sein, dass ein elektrischer Kontakt der Flächen des zu verschweißenden Stabenden durch optionale Erfassung 163 einer elektrischen Größe, insbesondere des elektrischen Widerstands, zwischen den zu verschweißenden Stabenden erfasst wird. Anschließend wird im Schritt 160 die Höhe der erzeugten Betriebsspannkraft optional in Abhängigkeit des erfassten Kamerabildes und/oder der erfassten Betriebsspannkraft und/oder in Anhängigkeit des erfassten elektrischen Größe angepasst, wobei die Anpassung der Betriebsspannkraft insbesondere vor der Durchführung des Schweißprozesses erfolgt. Es kann optional auch vorgesehen sein, dass der Schweißprozess in Abhängigkeit des erfassten Kamerabildes und/oder der erfassten Betriebsspannkraft und/oder in Anhängigkeit des erfassten elektrischen Größe angepasst wird.
In Figur 2 ist eine Spannvorrichtung 200 mit bereitgestelltem Stator 250 in seitlicher Ansicht schematisch dargestellt. Zur Übersichtlichkeit der Darstellung weist der Stator 250 in Figur 2 an der zur Axialrichtung 290 des Stators 250 senkrechten Stirnseite 251 nur ein Paar an zueinander verschränkten Stabenden 270 von Leiterstäben 270 der Steckwicklung des Stators auf. Die Leiterstäbe sind in parallel zur Axialrichtung 290 verlaufenden Nuten 252 aufgenommen. In Figur 2 sind somit eine Vielzahl von weiteren zueinander verschränkten Stabenden 270 von Leiterstäben nicht dargestellt. Die Spannvorrichtung 200 wird an der Stirnseite 251 des bereitgestellten Stator 250 angeordnet. Die Spannvorrichtung kann eine Laserquelle 210 und/oder eine Kamera 220 umfassen. Alternativ können die Laserquelle 210 und/oder die Kamera 220 außerhalb der Spannvorrichtung 200 angeordnet sein. Die Laserquelle 210 ist dazu eingerichtet, die zueinander verschränkten Stabenden 270 der Vielzahl an Leiterstäben 260 zu verschweißen, wodurch die Steckwicklung des Stators 250 erzeugt wird. Die Vielzahl der Paare an verschweißten Stabenden 270 an einer Stirnseite 251 des Stators 250 wird auch Wickelkopf genannt.
In Figur 3 ist ein Ausschnitt der Spannvorrichtung 200 mit dem bereitgestellten Stator 250 schematisch im Querschnitt dargestellt. Die Spannvorrichtung 200 ist dazu eingerichtet, an der senkrecht zur Axialrichtung 290 liegenden Stirnseite 251 des Stators 250 einer elektrischen Maschine angeordnet zu sein. Die Spannvorrichtung
200 umfasst eine erste Spannbacke 201 , welche dazu eingerichtet ist, in einer zur Axialrichtung 290 des Stators 250 senkrechten radialen Spannrichtung 295 von einer Startposition x1 von innen nach außen in Richtung des in radialer Spannrichtung 295 am weitesten innen liegende Stabendes 270, 270a verschoben und an einer vorgegebenen Anschlagsposition x2 positioniert zu werden. Die Spannvorrichtung umfasst des Weiteren eine zweite Spannbacke 202, welche dazu eingerichtet ist, in der radialen Spannrichtung 295 von außen nach innen in Richtung der ersten Spannbacke
201 gegen das in der radialen Spannrichtung 295 am weitesten außen liegende Stabende 270, 270f verschoben werden und gegen das am weitesten außen liegende Stabende 270, 270f eine in radialer Spannrichtung 295 wirkende Vorspannkraft zu erzeugen. Die zweite Spannbacke 202 kann einteilig oder vorteilhafterweise zweiteilig ausgeführt sein. Umfasst die zweite Spannbacke 202 einen erstes Element 202a und eine zweites Element 202b der zweiten Spannbacke, so ist die Montage des ersten Elements 202a und der Austausch des ersten Elements 202a bei Verschleiß des ersten Elements 202a der zweiten Spannbacke 202 vereinfacht. Das erste Element 202a ist einem erhöhten Verschleiß ausgesetzt, beispielsweise durch das Prägen und die Nähe zum Schweißprozess. Das zweite Element 202b kann beim Austausch des ersten Elements 202a unverändert bleiben. Im Ausführungsbeispiel aus Figur 3 werden drei Paare 280 der zu verschweißenden Stabenden 270 mit zwei Abstandselementen 203 zwischen der zweiten Spannbacke 202 und der an der Anschlagsposition x2 positionierten ersten Spannbacke 201 durch die mittels des Federelements 205 erzeugte Vorspannkraft miteinander verspannt. Die Verschiebung der zweiten Spannbacke 202 und die Erzeugung der Vorspannkraft erfolgt hier im Beispiel aus Figur 3 mittels des Federelementes 205, welches in einem Führungselementes 206 aufgenommen und geführt wird. Das Führungselement 206 kann in radialer Spannrichtung 295 durch die Drehung einer drehbaren Kulisse 204 verschoben werden, wobei die drehbare Kulisse 204 zu diesem Zweck Führungsnuten 204a aufweist. Die Drehung der Kulisse 204 wird vorzugsweise mittels eines Aktors durchgeführt (hier nicht dargestellt). Darüber hinaus sind die zwei Abstandselemente 203 in radialer Spannrichtung 295 beweglich gelagert, insbesondere an der ersten und/oder zweiten Spannbacke 201 , 202 und mittels der Federn 203a. Während der Verspannung halten die Abstandselemente 203 die Paare 280 an zu verschweißenden Stabenden 270 in einem vorgegebenen Abstand zueinander. In Figur 3 ist außerdem ein Aktor 207 dargestellt, welcher hier dazu eingerichtet ist, eine Betriebsspannkraft und/oder eine Prägekraft auf die zweite Spannbacke in der radialen Spannrichtung 295 zu erzeugen. Die mittels des Aktors 207 erzeugte Prägekraft wird mittels eines Kraftsensors 208 erfasst. Der Kraftsensor kann auch abweichend von Figur 3 an anderer Stelle angeordnet sein, beispielsweise umfasst der Aktor 207 den Kraftsensor.

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zur Herstellung einer Steckwicklung einer elektrischen Maschine, umfassend folgende Schritte
• Bereitstellung (110) eines Stators (250) der elektrischen Maschine mit einer Axialrichtung (290), wobei der Stator (250) eine Vielzahl von Leiterstäben (260) aufweist, wobei jeweils zwei Stabenden (270) unterschiedlicher zur Erzeugung der Steckwicklung aus den Leiterstäben (260) zu verschweißender Leiterstäbe (260) zueinander verschränkt sind,
• Anordnung (120) des Stators in einer Spannvorrichtung (200), wobei die Spannvorrichtung (200) in einer radialen Spannrichtung (295) senkrecht zur Axialrichtung (290) wenigstens eine erste Spannbacke (201), eine zweite Spannbacke (202) und mindestens ein Abstandselement (203) umfasst, wobei das Abstandselement (203) zwischen der ersten Spannbacke (201) und der zweiten Spannbacke (202) und zwischen zwei Paaren (280) an zu verschweißenden Stabenden (270) angeordnet wird,
• Positionierung (130) der ersten Spannbacke (201) an einer vorgegebenen Anschlagsposition (x2) durch Bewegung der ersten Spannbacke (201) von innen nach außen in der radialen Spannrichtung (295),
• Erzeugung (140) einer Vorspannkraft in der radialen Spannrichtung (295) von außen nach innen auf die zweite Spannbacke (202) zur ersten Spannbacke (201), wobei die Paare (280) der zu verschweißenden Stabenden (270) mit dem Abstandselement (203) zwischen der zweiten Spannbacke (202) und der ersten Spannbacke (201) verspannt werden,
• Erzeugung (150) einer Prägekraft in der radialen Spannrichtung (295) auf die zweite Spannbacke (202) zur ersten Spannbacke (201) für eine vorgegebene Zeitspanne, wobei die Prägekraft größer als die Vorspannkraft ist, wobei die Leiterstäbe (260) der Paare (280) der verspannten Stabenden (270) plastisch verformt werden, und
• Durchführung (160) eines Schweißprozesses zum Verschweißen der Stabenden (270) eines jeweiligen Paares (280) der zu verschweißenden Stabenden (270).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei während der Durchführung (160) des Schweißprozesses eine Betriebsspannkraft in der radialen Spannrichtung (295) wirkt, wobei die erzeugte Betriebsspannkraft kleiner als die Prägekraft und insbesondere kleiner oder gleich der Vorspannkraft ist.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens ein Paar (280) der zu verschweißenden Stabenden (270) mittels einer Kamera (220) als Kamerabild erfasst wird, wobei die Vorspannkraft, die Prägekraft, die Betriebsspannkraft und/oder der Schweißprozess in Abhängigkeit des erfassten Kamerabildes angepasst werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erzeugte Vorspannkraft, die erzeugte Prägekraft und/oder die erzeugte Betriebsspannkraft mittels eines Kraftsensors erfasst werden, wobei der Schweißprozess in Abhängigkeit der erfassten Vorspannkraft, der erfassten Prägekraft und/oder der erfassten Betriebsspannkraft angepasst wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nach der Erzeugung (150) der Prägekraft eine Erfassung (163) einer elektrischen Größe, insbesondere eines elektrischen Widerstandes, zwischen den zu verschweißenden Stabenden (270) erfolgt, wobei die Höhe der Betriebsspannkraft und/oder der Schweißprozess in Abhängigkeit der erfassten elektrischen Größe angepasst wird.
6. Spannvorrichtung (200), welche dazu eingerichtet ist, an einer senkrecht zur Axialrichtung (290) liegenden Stirnseite (251) des Stators (250) einer elektrischen Maschine angeordnet zu sein, wobei der Stator (250) Leiterstäbe (260) aufweist, welche an der Stirnseite (251) aus dem Stator (250) herausstehen und gemäß eines vorgegebenen Wickelschemas paarweise zueinander verschränkt sind, umfassend mindestens folgende Komponenten
• eine erste Spannbacke (201), welche dazu eingerichtet ist, in einer zur Axialrichtung (290) des Stators (250) senkrechten radialen Spannrichtung (295) von innen nach außen in Richtung des in radialer Spannrichtung (295) am weitesten innen liegende Stabendes (270) verschoben und an einer vorgegebenen Anschlagsposition (x2) positioniert zu werden,
• eine zweite Spannbacke (202), welche dazu eingerichtet ist, in der radialen Spannrichtung (295) von außen nach innen in Richtung der ersten Spannbacke (201) gegen das in der radialen Spannrichtung am weitesten außen liegende Stabende (270) verschoben zu werden, wobei Paare (280) der zu verschweißenden Stabenden (270) mit wenigstens einem Abstandselement (203) zwischen der zweiten Spannbacke (202) und der ersten Spannbacke (201) verspannt werden, wobei das wenigstens eine in radialer Spannrichtung (295) beweglich gelagerte Abstandselement (203) der Spannvorrichtung (200) die Paare (280) an zu verschweißenden Stabenden (270) in einem vorgegebenen Abstand zueinander hält, und
• wenigstens ein Federelement (205) oder ein Aktor, welches beziehungsweise welcher dazu eingerichtet ist, eine Vorspannkraft und/oder eine Betriebsspannkraft in der radialen Spannrichtung auf die zweite Spannbacke (202) zur Verspannung der Paare (280) der zu verschweißenden Stabenden (270) mit wenigstens einem Abstandselement (203) zwischen der zweiten Spannbacke (202) und der ersten Spannbacke (201) zu erzeugen,
• wenigstens ein Aktor (207), welcher dazu eingerichtet ist, eine Prägekraft in der radialen Spannrichtung (295) zur Verspannung zu erzeugen, insbesondere auf die zweite Spannbacke (202).
7. Spannvorrichtung nach Anspruch 6, wobei das wenigstens eine Abstandselement (203) an der ersten Spannbacke (201) und/oder der zweiten Spannbacke (202) in der radialen Spannrichtung (295) beweglich gelagert ist, wobei das wenigstens eine Abstandselement (203) mittels jeweils einer Feder mit der ersten Spannbacke (201) und/oder der zweiten Spannbacke (202) verbunden und dazu eingerichtet ist, bei der Anordnung des Stators (250) in der Spannvorrichtung (200) mittels insbesondere zwei schrägen zu den Stabenden (270) zeigenden Seitenflächen des Abstandselements (203) zwischen zwei Paaren (280) an zu verschweißenden Stabenden (270) eingeführt zu werden.
8. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei die zweite Spannbacke (202) ein erstes Element (202a) und ein zweites Element (202b) umfasst, wobei das erste Element (202a) gegenüber dem zweiten Element (202b) in der radialen Spannrichtung innenliegender und dazu eingerichtet ist, das in der radialen Spannrichtung an äußerste Stelle angeordnete Stabende (270) unmittelbar zu kontaktieren.
9. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, umfassend folgende Komponente
• einen Kraftsensor (208), welcher dazu eingerichtet ist, die mittels des Aktor (207) aufgebrachte Vorspannkraft und/oder eine Betriebsspannkraft und/oder Prägekraft zu erfassen.
10. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, umfassend folgende
Komponente
• eine Kamera (220), welche dazu eingerichtet ist, wenigstens ein Paar (280) der verspannten und zu verschweißenden Stabenden (270) als Kamerabild zu erfassen.
11 . Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, umfassend folgende Komponente
• ein Steuergerät, welches dazu eingerichtet ist, basierend auf der erfassten Vorspannkraft, der erfassten Betriebsspannkraft und/oder der erfassten Prägekraft und/oder des erfassten Kamerabildes den Aktor zur Anpassung der Vorspannkraft, der Betriebsspannkraft und/oder der erfassten Prägekraft anzusteuern.
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