EP4702648A1 - Digitales zwillingssystem - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein digitales Zwillingssystem (1000), aufweisend: einen physischen Teil (204) mit einer physischen Vorrichtung (10) zur Imprägnierung eines Körpers (2, 3, 4), aufweisend einen Antrieb (11) mit einer Antriebswelle (12) zur Bewegung des Körpers (2, 3, 4) um eine Rotationsachse (A) und eine Träufeleinheit (51) zur Beträufelung des Körpers (2, 3, 4) mit Imprägniermaterial (6), und mit einem zu imprägnierenden physischen Körper (2, 3, 4), aufweisend wenigstens eine Wicklung (41, 41B); einen virtuellen Teil (203) mit einem digitalen Abbild des Körpers (2, 3, 4); ein Erfassungselement (200) zur Erfassung von Daten des Imprägniermaterials (6) innerhalb des Körpers und/oder auf dem Körper, insbesondere eines Verlaufs und/oder eines Füllstands des Imprägniermaterials; ein Datenübertragungselement (201) zur Datenübertragung zwischen dem physischen Teil (204) und dem virtuellen Teil (203); wobei die Daten durch das Datenübertragungselement (201) zum virtuellen Teil (203) übertragbar sind, wobei das digitale Abbild des Körpers (4D) in Abhängigkeit der Daten veränderbar ist.

Description

Beschreibung

Digitales Zwillingssystem

Die Erfindung betri f ft ein digitales Zwillingssystem .

Dynamoelektrische Maschinen, wie z . B . Elektromotoren, werden u . a . mittels gewickelten Rund-Lackdrähten hergestellt , welche nach einem Wickelprozess in das Blechpaket des Stators eingezogen werden . Daran schließt sich oftmals ein Aus formen des Wickelkopfes , ein Bandagieren des Wickelkopfes und das Einbringen der Phasenisolation an . Der Drahtlack entspricht vorzugsweise im Anwendungsbereich der Niederspannungsmotoren (bis 1 kV) der Hauptisolation .

Zur weiteren mechanischen Verfestigung sowie zur Passivierung vor äußeren Einflüssen schließt sich dann üblicherweise eine Imprägnierung an . Dies stellt fertigungstechnisch und prozessbedingt einen aufwändigen Vorgang dar, bei dem flüssiges Reaktivharz ( z . B . Epoxy oder Polyester ) in das Blechpaket des Stators eingebracht wird (vor allem durch Tauchen, aber auch Tauchrollieren oder Träufeln) . Insbesondere der Imprägniervorgang, welcher oftmals in Form einer Tauchimprägnierung sowie einer anschließenden Heißluftofen-Härtung realisiert wird, ist ein großer Kostenfaktor in der Fertigung .

Im Anschluss daran wird das Reaktivharz oftmals geliert und letztlich gehärtet , was üblicherweise durch Heißluft , Bestro- mung der Wicklung, Infrarot- oder Ultraviolett-Bestrahlung oder Induktion geschieht und dadurch zeit- und energieintensiv ist .

Ferner kann es bei diesem Verfahren zu Mängeln kommen, bspw . zu einer unzureichenden Harzmenge im Bereich von ungünstigen Drahtkreuzungen der Wicklung .

DE 4334959 Al zeigt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Beschichtung einer elektromagnetischen Spule , insbesondere einer Statorspule für einen Elektromotor mit einem isolierenden, katalysierten Harz werden of fenbart . Das katalysierte Harz ist ein Zweikomponentenmaterial , das ein Epoxyharz und einen Katalysator umfaßt . Das katalysierte Harz ist eine frei fließende Flüssigkeit bei einer ersten Temperatur und beginnt bei einer zweiten erhöhten Temperatur rasch zu härten . Die Statorspulen werden zuerst erhitzt , indem durch die Statorspulen Strom zur Erhöhung der Temperatur der Statorspulen auf die erste Temperatur geschickt wird . Das frei fließende , flüssige , katalysierte Harz wird über Düsen auf den Statorspulen verteilt , wobei sich die Statorspulen und die Düsen gegeneinander bewegen . Nachdem das flüssige , katalysierte Harz in einer vorgegebenen Menge auf bestimmten vorgegebenen Stellen und über vorgegebene Zeiträume verteilt worden ist , läßt man das Harz die Statorspulen durchdringen . Die Temperatur der Statorspulen wird anschließend auf die zweite Temperatur erhöht , bei der die Härtung des katalysierten Harzes rasch f ortschreitet . Während des Härtungsprozesses wird durch diesen Wärme frei , und die Stromzufuhr zu den Statorspulen wird bei einer vorgegebenen Temperatur unterbrochen .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde , die Imprägnierung zu verbessern .

Die Lösung der Aufgabe gelingt durch Anspruch 1 , d . h . ein digitales Zwillingssystem, aufweisend : einen physischen Teil mit einer physischen Vorrichtung zur Imprägnierung eines Körpers , aufweisend einen Antrieb mit einer Antriebswelle zur Bewegung des Körpers um eine Rotationsachse und eine Träufeleinheit zur Beträufelung des Körpers mit Imprägniermaterial , und mit einem zu imprägnierenden physischen Körper, aufweisend wenigstens eine Wicklung, einen virtuellen Teil mit einem digitalen Abbild des Körpers , ein Erfassungselement zur Erfassung von Daten des Imprägniermaterials innerhalb des Körpers und/oder auf dem Körper, insbesondere eines Verlaufs und/oder eines Füllstands des Imprägniermaterials , ein Datenübertragungselement zur Datenübertragung zwischen dem physischen Teil und dem virtuellen Teil , wobei die Daten durch das Datenübertragungselement zum virtuellen Teil übertragbar sind, wobei das digitale Abbild des Körpers in Abhängigkeit der Daten veränderbar ist .

Dadurch dass die Daten dem virtuellen Teil übermittelt werden, kann, z . B . durch künstliche Intelligenz , der Imprägnierprozess für verschiedene Varianten von Statoren ( insbesondere verschiedene axiale Längen, unterschiedliche Nutenquerschnitte , verschiedene Achshöhen und weitere ) , Rotoren oder auch für andere Körper optimiert werden . So können Zeit und Ressourcen gespart und eine gute Qualität erreicht werden .

Vorteilhaft findet die Beträufelung bei einem Stator mit Wicklungssystem statt , der zumindest Lagerschilde oder Adapterlagerschilde aufweist , die zumindest den Wickelkopf umgrei fen .

Vorteilhaft ist eine Aus führung, wonach der Körper vor und/oder während und/oder nach der Beträufelung sich um die Rotationsachse bewegt , insbesondere rotiert , wobei das Erfassungselement Daten des Imprägniermaterials innerhalb des Körpers und/oder auf dem Körper, insbesondere eines Verlaufs und/oder eines Füllstands des Imprägniermaterials , erfasst , wobei das Datenübertragungselement die Daten zum virtuellen Teil überträgt , wobei sich das digitale Abbild des Körpers in Abhängigkeit der Daten ändert .

Durch die Rotation und eine Kapillarwirkung kann das Imprägniermaterial gut in z . B . Nuten eines Stators einziehen, wodurch es gut verteilt wird . Der Verlauf wird vorteilhaft überwacht . Auch der Füllstand kann überwacht werden . So kann an Stellen, an denen z . B . zu wenig Imprägniermaterial vorliegt , nachgebessert werden . Vorzugsweise weist das Imprägniermaterial Harz auf .

Flüssiges Reaktivharz ( z . B . Epoxy oder Polyester ) eignet sich besonders gut .

Vorteilhaft ist eine Aus führung, wonach der physische Teil eine Anschlusseinheit aufweist , wobei die Anschlusseinheit zum Anschluss der Wicklung an eine elektrische Energieversorgung ausgebildet ist , wobei die Wicklung durch einen Stromfluss der elektrischen Energieversorgung erwärmbar ist .

Die Wicklung ist vorteilhaft vor und/oder während und/oder nach der Beträufelung zur Erwärmung der Wicklung von Strom durchfließbar .

Während des Träufelns wird die Wicklung beispielsweise ständig bestromt . Der Stromfluss kann gleichmäßig sein . Der Stromfluss kann sich steigern und auch wieder abflachen und, insbesondere gegen Ende des Imprägniervorganges , gegen Null gehen oder Null werden, um ein Herauslaufen zu verhindern .

Vorteilhaft ist eine Aus führung, wonach der Körper um einen ersten Winkel in einer ersten Drehrichtung, vorzugsweise in positiver Drehrichtung, rotiert , wobei der Körper um den negativen ersten Winkel oder einen zweiten Winkel in einer zweiten Drehrichtung, vorzugsweise in negativer Drehrichtung, rotiert .

Vorzugsweise voll zieht der Körper eine Pendelrotation . Dies kann auch als Reversierbewegung ( ähnlich einem Reversierbetrieb ) bezeichnet werden .

Der Körper rotiert z . B . um 180 ° in der ersten Drehrichtung . Auch andere Winkel sind denkbar . Dies ist insbesondere abhängig von einer Länge der Anschlussleitungen zum Anschluss der Wicklung an die elektrische Energieversorgung . Auch andere Bewegungsmuster sind möglich. Vorteilhaft ist es z. B. auch, wenn der erste Winkel al = n-360° ist, wobei n eine natürliche Zahl ist.

So kann der gesamte Körper behandelt werden.

Vorteilhaft ist zudem eine Ausführung, wonach der zweite Winkel a2 zwischen -(n-360° + 1°) und -(n-360° + 10°) liegt, vorzugsweise -(n-360° + 5°) ist, wobei n eine natürliche Zahl ist .

So kann ein gleichbleibender Verlauf über den gesamten Körper hinweg erreicht werden.

Dies kann auch mit dem vorteilhaften Vorgehen erreicht werden, wonach der Körper abwechselnd in erster Drehrichtung um den ersten Winkel al und in zweiter Drehrichtung um den zweiten Winkel a2 bewegt wird, wobei der zweite Winkel wenigstens a2 = - (al + 1°) und höchstens a2 = - (al + 10°) ist, vorzugsweise a2 = - (al + 5°) ist.

Die Bewegungsmuster können auch modulierte und überlagerte Bewegungsmuster beinhalten (z. B. geneigt, schwankend, taumelnd, schraubenförmig) Vorteilhaft ist eine Ausführung, wonach der Körper in der ersten Drehrichtung mit einer ersten Drehgeschwindigkeit rotiert, wobei der Körper in der zweiten Drehrichtung mit einer zweiten Drehgeschwindigkeit rotiert wobei die erste Drehgeschwindigkeit größer ist als die zweite Drehgeschwindigkeit.

Durch die Drehung und auch durch unterschiedliche Geschwindigkeiten bei der Pendelrotation kann das Imprägniermaterial besonders gut verteilt werden.

Pendelnde oder auch modulierende Bewegungen des Körpers sind zur Verbesserung der Verteilung des Imprägniermaterials von Vorteil . Es können auch schraubenähnliche Bewegungsmuster voll zogen werden .

Zudem kann auch eine weitere Bewegung axial überlagert werden .

Durch eine während des Imprägniervorgangs , vorzugsweise ständige , vorzugsweise positionsgenaue ( z . B . axial und in Umfangsrichtung) , Überwachung des Verlaufes des Imprägnierharzes können das Bewegungsmuster und/oder die Bestromung schon während der Imprägnierung verändert bzw . optimiert werden .

Das Erfassungselement zur Erfassung von Daten des Imprägniermaterials innerhalb des Körpers und/oder auf dem Körper, insbesondere eines Verlaufs und/oder eines Füllstands des Imprägniermaterials ist z . B . eine Ultraschall-Sonde .

Vorteilhaft ist eine ständige positionsgenaue ( axial und/oder in Umfangsrichtung) Überwachung des Verlaufes des Imprägnierharzes , insbesondere durch wenigstens eine Ultraschall-Sonde .

Es können auch mehrere Erfassungselemente eingesetzt werden .

Vorteilhaft ist eine Aus führung, wonach bei Erkennen eines Imprägniermangels , eine Dosiermenge des Imprägniermaterials und/oder ein Dosierort und/oder ein Stromfluss in der Wicklung zur Änderung einer Wicklungstemperatur veränderbar ist .

Ein Mangel ist z . B . eine unzureichende Harzmenge im Bereich von ungünstigen Drahtkreuzungen der Wicklung .

Dies bedeutet , dass eine Menge und/oder eine vorgegebene Temperatur des verwendeten Imprägniermaterials beispielsweise erhöht oder auch verringert wird . Dies kann dann sofort während der Imprägnierung des Körpers verändert werden oder auch erst später . Zudem kann die Kenntnis über einen Imprägniermangel später auch für die Imprägnierung anderer Körper genutzt werden, beispielsweise mittels künstlicher Intelligenz . Vorteilhaft ist eine Aus führung, wonach der Körper im Bezug zur Hori zontalen vertikal kippbar ist .

Im Falle eines zu imprägnierenden gekippten Stators kann eine Düse , die das Imprägniermaterial ausgibt , an einem Wickelkopf ansetzen . Das , vorteilhaft wenigstens im Wesentlichen flüssige , Imprägniermaterial fließt dann auf die gegenüberliegende Seite des Körpers , füllt anschließend die Nuten, in welchen die Wicklung liegt , auf und zuletzt wird der diesseitige Wickelkopf imprägniert .

Es können auch mehrere Düsen eingesetzt werden, die vorteilhaft umfänglich verteilt sind .

Die Lösung der Aufgabe gelingt ferner durch ein Verfahren zur Interaktion eines digitalen Zwillingssystems , aufweisend : einen physischen Teil mit einer physischen Vorrichtung zur Imprägnierung eines Körpers , aufweisend einen Antrieb mit einer Antriebswelle zur Bewegung des Körpers um eine Rotationsachse und eine Träufeleinheit zur Beträufelung des Körpers mit Imprägniermaterial , und mit einem zu imprägnierenden physischen Körper, aufweisend wenigstens eine Wicklung, einen virtuellen Teil mit einem digitalen Abbild des Körpers , ein Erfassungselement zur Erfassung von Daten des Imprägniermaterials innerhalb des Körpers und/oder auf dem Körper, insbesondere eines Verlaufs und/oder eines Füllstands des Imprägniermaterials , ein Datenübertragungselement zur Datenübertragung zwischen dem physischen Teil und dem virtuellen Teil , wobei die Daten durch das Datenübertragungselement zum virtuellen Teil übertragen werden, wobei das digitale Abbild des Körpers in Abhängigkeit der Daten verändert wird .

Vorteilhaft ist eine Aus führung, wonach der Körper vor und/oder während und/oder nach der Beträufelung um die Rotationsachse rotiert wird, wobei durch das Erfassungselement Daten des Imprägniermaterials innerhalb des Körpers und/oder auf dem Körper, insbesondere eines Verlaufs und/oder eines Füllstands des Imprägniermaterials , erfasst werden, wobei durch das Datenübertragungselement die Daten zum virtuellen Teil übertragen werden, wobei das digitale Abbild des Körpers in Abhängigkeit der Daten verändert wird .

Das Verfahren wie auch das eingangs beschriebene Zwillingssystem ist für verschiedene Körper geeignet . Es eignet sich für Statoren, Rotoren in verschiedenen Spannungsbereichen, mit verschiedenen Achshöhen, axialen Längen, Nutquerschnitten, Kupferfüll faktoren, Drahtquerschnitten etc . , j edoch auch für Trans formatoren .

Vorteilhaft ist eine Aus führungs form, wonach bei Erkennen eines Imprägniermangels , eine Dosiermenge des Imprägniermaterials und/oder ein Dosierort und/oder ein Stromfluss in der Wicklung zur Änderung einer Wicklungstemperatur , insbesondere in einer j eweiligen Nut , verändert wird .

Die Lösung der Aufgabe gelingt ferner durch ein Verfahren zur Erzeugung eines als digitales Abbild eines zu imprägnierenden physischen Körpers , mit wenigstens einer Wicklung, fungierenden Softwareobj ekts , wobei das digitale Abbild einem virtuellen Teil eines digitalen Zwillingssystems angehört .

Das digitale Zwillingssystem wurde bereits erläutert .

Vorteilhaft ist eine Aus führung, wonach das Softwareobj ekt zyklisch verändert wird .

Beispielsweise werden durch das Erfassungselement Daten des Imprägniermaterials innerhalb des Körpers und/oder auf dem Körper, insbesondere eines Verlaufs und/oder eines Füllstands des Imprägniermaterials , erfasst . Dies kann ständig erfolgen oder auch zyklisch . Das Datenübertragungselement überträgt die Daten, woraufhin das digitale Abbild des Körpers und somit das Softwareobj ekt in Abhängigkeit der Daten verändert wird . Das Softwareobj ekt kann z . B . einmal pro Sekunde verändert werden . Der Zyklus kann j edoch auch kürzer oder länger sein . Besonders geeignet ist ein Zyklus von min . 1 ms und max . 100 ms .

Vorteilhaft werden Daten während der Beträufelung dem virtuellen Teil übermittelt . Dies erfolgt beispielsweise zyklisch .

So wird vorzugsweise das digitale Abbild des Körpers immer genauer, auch hinsichtlich Länge , Durchmesser, Wicklungssystem, Temperaturklasse des späteren Motors etc . Es ist dadurch mehr Wissen vorhanden .

Dieses Wissen kann für darauf folgende zu verarbeitende Körper, insbesondere Statortypen, verwendet werden wie auch während des Vorganges an sich .

Besonders von Vorteil ist j edoch, wenn bei einem laufenden Beträufelprozess oder Vergussprozess eines Körpers , also beispielsweise ein Stator, der gerade bearbeitet wird, eingegri f fen werden kann, um gewisse Parameter im laufenden Prozess zu optimieren .

Beispielhaft erläutert bedeutet dies : Anhand des virtuellen Teils des digitalen Zwillingssystems wird festgestellt , dass die Temperatur des verabreichten Imprägniermaterials außerhalb eines vorgegebenen Temperaturf ensters liegt . Es kann reagiert werden und derart eingegri f fen werden, dass dieser Effekt bzw . Mangel am Körper verhindert werden kann, beispielsweise indem die Temperatur korrigiert wird durch Nachhei zen oder Vergrößern der Einwirkzeit .

Es erfolgt folglich vorteilhaft eine Rückkopplung aus dem virtuellen Teil des digitalen Zwillingssystems in den laufenden Prozess , wodurch eine Qualitätskontrolle und Qualitätsverbesserung des Körpers möglich ist . Vorteilhaft ist somit eine Aus führung, wonach, die Daten durch das Datenübertragungselement zum virtuellen Teil übertragbar sind, wobei das digitale Abbild des Körpers in Abhängigkeit der Daten veränderbar ist und wobei auf Basis des digitalen Abbilds eine Bewegung des Körpers und/oder eine Be- träufelung durch die Vorrichtung abänderbar ist .

Vorteilhaft ist zudem eine Aus führung, wonach auf Basis des digitalen Abbilds ein Stromfluss zur Erwärmung erhöht oder verringert wird .

Vorteilhaft ist zudem eine Aus führung, wonach auf Basis des digitalen Abbilds eine Dosiermenge und/oder ein Dosierort veränderbar ist .

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Aus führungsbeispiele näher beschrieben und erläutert . Es zeigen :

FIG 1 eine Ausgestaltung des digitalen Zwillingssys- tems ,

FIG 2 und 3 einen Körper mit Wicklung,

FIG 4 eine dynamoelektrische rotatorische Maschine ,

FIG 5 einen beispielhaften Verlauf ,

FIG 6 und 7 eine Rotation,

FIG 8 ein mögliches Bewegungsmuster,

FIG 9 einen möglichen Temperaturverlauf ,

FIG 10 einen Stator .

FIG 1 zeigt eine Ausgestaltung des digitalen Zwillingssystems Die Figur zeigt einen virtuellen Teil 203 sowie einen physischen Teil 204 .

Der virtuelle Teil 203 kann auch als digitaler Zwilling bezeichnet werden und ist vorteilhaft ein virtuelles Modell , das ein physisches Obj ekt , vorliegend den Körper, widerspiegelt . Es sind vorteilhaft verschiedene Sensoren angeordnet , die Daten von wichtigen Funktionsbereichen beziehen . Diese Sensoren liefern vorteilhaft Daten über verschiedene Aspekte des Körpers .

Diese Daten werden vorzugsweise anschließend an ein Verarbeitungssystem weitergeleitet und auf das digitale Abbild übertragen . Dies kann zyklisch geschehen .

Sobald das virtuelle Modell mit diesen Daten gefüttert worden ist , kann es eingesetzt werden, um z . B . Simulationen durchzuführen und Optimierungsmöglichkeiten zu generieren .

Diese können daraufhin wiederum für das ursprüngliche physische Obj ekt , insbesondere den physischen Körper, verwendet werden .

Es sind ferner ein Erfassungselement 200 , z . B . Ultraschallsonde , gezeigt . Eine Bewegung des Erfassungselements 200 ist durch 01 und 02 dargestellt .

Die Figur zeigt ein Datenübertragungselement 201 zur Datenübertragung zwischen dem physischen Teil 204 und dem virtuellen Teil 203 . Der virtuelle Teil 203 weist ein digitales Abbild 4D des Körpers 4 auf . Auch die Wicklung 41 hat in der Figur ein digitales Abbild 41D .

Das Erfassungselement 200 ist zur Erfassung von Daten des Imprägniermaterials 6 innerhalb des Körpers 4 und/oder auf dem Körper, insbesondere eines Verlaufs und/oder eines Füllstands des Imprägniermaterials , ausgebildet . Die Daten sind durch das Datenübertragungselement 201 zum virtuellen Teil 203 übertragbar, wobei das digitale Abbild des Körpers 4D in Abhängigkeit der Daten veränderbar ist .

Die Figur zeigt zudem eine Steuerung 202 . Die Steuerung 202 kann Daten vom Datenübertragungselement 201 empfangen und so z . B . die Träufeleinheit 51 anweisen, mehr Imprägniermaterial aus zugeben oder an einer anderen Stelle Imprägnieraterial aus zugeben .

Die Figur zeigt zudem ein Softwareobj ekt 400 . Das Softwareobj ekt 400 dient als digitales Abbild 4D des zu imprägnierenden physischen Körpers .

Die Figur zeigt eine Imprägniervorrichtung 10 .

Die Imprägniervorrichtung 10 zur Imprägnierung eines wenigstens eine Wicklung 41 tragenden Körpers weist auf : Einen Antrieb 11 mit einer Antriebswelle 12 , wobei der Antrieb 11 zur Bewegung des Körpers 4 um die Rotationsachse A ausgebildet ist . Die Antriebswelle 12 weist wenigstens ein Befestigungselement 13 zur lösbaren Anbindung des Körpers 4 an die Antriebswelle 12 auf .

Die in der Figur gezeigte Imprägniervorrichtung 10 weist zudem die Träufeleinheit 51 auf , wobei die Träufeleinheit 51 zur Beträufelung des Körpers 4 mit dem Imprägniermaterial 6 ausgebildet ist .

Die Träufeleinheit 51 weist in der Figur die Dosierdüse 5 auf sowie ein Reservoir 7 , in welchem das Imprägniermaterial 6 vorgehalten wird . Es kann dort auch gemischt und/oder vorgewärmt werden .

Die Träufeleinheit 51 kann z . B . entlang einer Achse B verfahren werden .

Zudem weist die gezeigte Imprägniervorrichtung 10 eine Anschlusseinheit 24 auf , wobei die Anschlusseinheit 24 zum Anschluss der Wicklung 41 an eine elektrische Energieversorgung ausgebildet ist . Hierzu ist in der Figur die Energieversorgungseinheit 25 dargestellt .

Die Wicklung 41 ist in der Figur mittels der Litzenleiter LU, LV, LW an die Energieversorgungseinheit angeschlossen . In der Figur gelingt dies durch eine Klemmplatte 23 .

Auf diese Weise wird ein Stromfluss durch die Wicklung ermöglicht .

Die Litzenleiter sind vorteilhaft flexibel .

Die Litzenleiter sind vorteilhaft so lang, dass sie auch bei z . B . drei vollen Umdrehungen des Körpers die Wicklung 41 mit der Energieversorgungseinheit 25 verbinden und nicht abreißen bzw . sich nicht lösen . Sie können sich beim Drehen um die Antriebswelle 12 wickeln und an dieser anliegen .

Je nach Anwendung, sind die Litzenleiter so lang, dass zwischen einer und zehn vollen Umdrehungen möglich sind .

Wenn der Körper 4 z . B . in die Gegenrichtung bewegt wird, werden die auf der Antriebswelle 12 auf gewickelten Litzenleiter LU, LV, LW wieder abgewickelt .

Es ist auch möglich, mittels Schlei fkontakten Strom von der Energieversorgungseinheit für die Wicklung abzugrei fen . Jedoch wird die in der Figur dargestellte Aus führungs form bevorzugt .

Die Figur zeigt zudem einen Geber 8 .

Die Figur zeigt einen Arm 20 und einen Arm 21 , die mittels eines Gelenks 22 verbunden sind . Dies ist eine beispielhafte Aus führungs form, die ein in Bezug zur Hori zontalen vertikales Kippen des Antriebs 11 bzw . des Körpers 4 ermöglicht . Es sind auch andere Formen möglich . Beispielsweise wird ein Stator 2 oder Rotor 3 ( siehe FIG 4 ) auf die gezeigte Antriebswelle 12 aufgespannt und mittels des Befestigungselements 13 befestigt . Auch andere Aufnahmevorrichtungen sind möglich . Vorteilhaft ist eine Aufnahmevorrichtung, die dazu ausgebildet ist , den Körper 4 um seine Längsachse zu rotieren .

Das Imprägniermaterial 6 ist vorzugsweise flüssig . Im Fall eines zu imprägnierenden Stators wird das Imprägniermaterial 6 beispielsweise auf die Wickelköpfe geträufelt und kann sich aufgrund der Drehbewegung tropf frei und homogen im Wickelkopf verteilen . Durch auftretende Kapillarkräfte kann wird das Imprägniermaterial vorteilhaft in vorliegende Nuten gezogen werden .

Da der Stator 2 durch die Bestromung erwärmt ist bzw . erwärmt wird, wird z . B . die Fließ fähigkeit des Imprägniermaterials 6, vorzugsweise des Harzes , verbessert . Zudem wird so besonders gut eine Gelierung und Härtung des Imprägniermaterials 6 herbeigeführt .

Eine Regelung des Bewegungsmusters und/oder der Bestromung kann durch die Steuerung 202 erfolgen . Durch künstliche Intelligenz kann vorher auch vorgegeben werden, wie die Imprägnierung erfolgen soll . Während des Imprägnierprozesses ist zudem eine Nachbesserung möglich .

Die Einspeisezuleitungen bzw . elektrische Zuleitungen, in der Figur als Litzenleiter LU, LV und LW, sind vorteilhaft axial angeordnet .

Damit können die Bewegungsmuster in ihrer in Umfangsrichtung weiter gefasst werden und größere Drehwinkel erreicht werden, da lediglich eine Verdrillung der Zuleitung eintritt und die Gefahr der Abscherung der Zuleitungen geringer ist .

Eine Zuleitung von Imprägniermaterial , insbesondere Harz bzw . ein Harz aufweisendes Material , kann durch die Düse 5 gelingen . Alternativ kann die Harz zuleitung auch über eine axial angeordnete Zuleitung erfolgen, die beispielsweise ein vorgemischtes 2-K-Harz auf zumindest einen Wickelkopf gibt .

Dadurch dass die elektrische Einspeisezuleitung vorteilhaft am Wicklungssystem angeordnet ist , kann durch die damit erzeugte und geregelte Temperatur des Wicklungssystems die Viskosität des Imprägniermaterials beeinflusst werden und verändert werden .

Durch die Überwachung des Fließvorganges des Imprägniermaterials , insbesondere durch eine oder mehrere Ultraschallsonden, z . B . in den Nuten, kann in die Imprägnierung eingegri ffen werden und nachgebessert werden . Zur Optimierung des Flusses des Imprägniermaterials kann z . B . ein schnelleres Reversieren, ein anderes Bewegungsmuster und/oder eine Temperatursteuerung über Stromfluss in Wicklung 41 erfolgen .

Die Steuerung 202 kann vorteilhaft sowohl den Antrieb 11 als auch die Träufeleinheit 51 steuern . So können von künstlicher Intelligenz vorgegebene Bewegungsmuster und/oder Temperatureinstellungen der Wicklung über einstellbare Stromstärke optimiert werden und den Imprägniervorgang hinsichtlich Ressourcen, insbesondere im Hinblick auf optimierte Harzmenge für j eweilige Achshöhe , Länge des Stators , Wicklungssystem, Anzahl und Volumen der Nuten, Kupferfüll faktor, verbessern . Auch eine Optimierung des zeitlichen Ablaufs und eine Vermeidung nicht mehr notwendiger Nacharbeiten wie z . B . Freidrehen der Statorbohrung und Abkühlen ist ein Vorteil .

Damit ist ein immer mehr der Realität angepasster digitaler Zwilling des Imprägnierprozesses für verschiedenste Motorvarianten möglich .

FIG 2 zeigt einen Körper 4 , der eine Wicklung 41 trägt . Der Körper 4 ist beispielsweise der in FIG 1 gezeigte Rotor 3 oder der Stator 2. Jedoch sind auch andere Körper, die eine Wicklung 41 tragen, mittels des Verfahrens imprägnierbar.

Der Körper 4 wird in der Figur imprägniert, indem dieser mittels eine Dosierdüse 5 Imprägniermaterial 6, insbesondere Harz oder eine Harz aufweisende Mischung, beträufelt wird.

Der Körper 4 wird vor und/oder während und/oder nach der Be- träufelung um eine Rotationsachse A bewegt.

Die Wicklung 41 wird vor und/oder während und/oder nach der Beträufelung von Strom durchflossen.

Dies gelingt in der Figur durch angeschlossene Litzenleiter LU, LV, LW. Diese sind vorteilhaft an eine Energieversorgungseinheit (siehe Bezugszeichen 25 in FIG 4) angeschlossen.

Durch den Stromfluss und einen damit einhergehenden Wärmeverlust, wird der Körper erwärmt.

Das Bezugszeichen RI zeigt, dass der Körper 4 um einen ersten Winkel in einer ersten Drehrichtung, vorzugsweise in positiver Drehrichtung, gedreht wird. Das Bezugszeichen R2 zeigt, dass der Körper um den negativen ersten Winkel gedreht wird. Dies wird in FIG 6 verdeutlicht.

Es ist auch möglich, dass der Körper um einen zweiten Winkel in einer zweiten Drehrichtung, vorzugsweise in negativer Drehrichtung, gedreht wird. Dies wird in FIG 7 verdeutlicht.

Vorteilhaft ist bei der Beträufelung, wenn der Körper abwechselnd in erster Drehrichtung um den ersten Winkel und in zweiter Drehrichtung um den zweiten Winkel bewegt wird, wobei der zweite Winkel wenigstens a2 = - (al + 1°) und höchstens a2 = - (al + 10°) ist, vorzugsweise a2 = - (al + 5°) ist. FIG 3 zeigt den Körper 4, im Bezug zur Horizontalen vertikal gekippt ist. Vorteilhaft ist hierbei ein Kippwinkel ß, der zwischen 5° und 60° bezüglich der Horizontalen liegt.

Besonders gut ist ein Kippwinkel ß, der zwischen 10° und 35° bezüglich der Horizontalen liegt.

Bei einseitiger Befüllung aus einem Harzreservoir kann z.B. ein Stator gut befüllt werden. Das Imprägniermaterial 6, insbesondere Harz, fließt dann durch die Neigung und eine geeignete Drehbewegung entlang der Nuten im Wesentlichen axial durch den Stator, beispielsweise über Kapillare der Wicklung in den Nuten, bis es den auf der anderen Seite des Stators befindlichen Wickelkopf erreicht und befüllt hat.

Durch den Kapillareffekt fließt das Imprägniermaterial vorzugsweise in der Wicklung bis zu einer gewissen Sättigung. Eine exakte Eindosierung der jeweils für den Stator 2 richtigen Menge des Imprägniermaterials ist durch die Erfindung leicht möglich.

FIG 4 zeigt eine dynamoelektrische rotatorische Maschine 1 mit einem Stator 2, einem Rotor 3 und einer Welle 31.

Der Rotor und/oder Stator wurden mittels des beschriebenen Verfahrens imprägniert.

FIG 5 zeigt das Verfahren.

In einem Verfahrensschritt S1 wird der Körper 4 (siehe FIG 1) von Strom durchflossen. Der Körper 4 erwärmt sich dadurch.

Es ist möglich, eine definierte Zeitspanne abzuwarten, um mit Verfahrensschritt S2 fortzufahren. Alternativ wird unmittelbar danach im Verfahrensschritt S2 mittels der Dosierdüse 5 Imprägniermaterial 6 zur Beträufelung des Körpers 4 ausgeleitet . Der Körper 4 wird in einem Verfahrensschritt S3 in die erste Drehrichtung RI rotiert und in die zweite Drehrichtung R2 rotiert . Es erfolgt vorteilhaft eine Pendelrotation .

Durch das Erfassungselement 200 erfolgt in einem Verfahrensschritt S4 die Erfassung von Daten des Imprägniermaterials 6 innerhalb des Körpers und/oder auf dem Körper, insbesondere eines Verlaufs und/oder eines Füllstands des Imprägniermaterials .

In einem Verfahrensschritt S5 werden Daten durch das Datenübertragungselement 201 zum virtuellen Teil 203 übertragen .

Die Daten beinhalten vorteilhaft Informationen zum Füllstand und Verlauf des Imprägniermaterials . Auch andere Informationen können beinhaltet sein .

In einem Verfahrensschritt S 6 wird das digitale Abbild des Körpers in Abhängigkeit der Daten verändert .

Nicht dargestellt sind mögliche weitere Schritte , wie beispielsweise ein Ändern der Dosiermenge oder eines Dosierortes . Die Dosierdüse 5 kann hierzu, während sie Imprägniermaterial ausleitet , umfänglich und/oder axial verfahren werden . Die Ausleitung des Imprägniermaterials kann j edoch auch gestoppt werden, wenn die Dosierdüse verfahren werden soll .

Eine Kombination von Erwärmung der Wicklung, wobei die Wicklung vorteilhaft Kupfer aufweist , durch die beschriebene Bestromung sowie das Aufbringen des Imprägniermaterials durch Träufeln und die Pendelbewegung des zu imprägnierenden Körpers verhindert ein Abtropfen des Imprägniermaterials . Eine homogene Verteilung des Imprägniermaterials , beispielsweise im Wickelkopf , oder z . B . in Nuten von Rotor oder Stator kann dadurch gut erreicht werden .

Beim Imprägnieren kann - z . B . j e nach Art und Größe des Körpers - eine Umkehrgeschwindigkeit , eine Position der Dosierdüsen, zeitweise Verringerung der Dosiermenge vor und während der Umkehr sowie eine zeitliche Varianz aufeinander folgender Umkehrprozesse variiert werden.

Die Dosiermenge kann z.B. während einer vollen Umdrehung maximiert werden, um dann während des Umkehrprozesses minimiert zu werden, um ein Abtropfen zu verhindern.

Der Umkehrprozess kann z.B. nach jeweils 360° (oder ganze Vielfache davon) oder aber nach variablen Rotationswinkeln (z.B. 1. 360°, 2. -365°, 3. +370°, ...) geschehen, um eine möglichst homogene Verteilung zu gewährleisten.

Die Anschlussleitungen bzw. Einspeiseleitungen können auch derart flexibel und lang ausgestaltet sein, dass nur wenige oder gar keine Umkehrungen während des eigentlichen Dosierprozesses notwendig sind. Die Länge und Art der Anschlussleitungen sind vorteilhaft so zu wählen, dass möglichst geringe joulesche Verluste in den Anschlussleitungen vorhanden sind.

Besonders vorteilhaft sind hierbei die beschriebenen flexiblen Litzenleiter mit einem geeigneten Querschnitt, der z. B. nennenswert größer ist als der Querschnitt der Wicklung. Jedoch sind auch andere Aus führungs formen möglich.

FIG 8 zeigt mögliche Bewegungsmuster des Körpers über die Zeit t.

Der Körper kann gleichmäßig rotieren, siehe Verlauf V der durchgängigen Linie für eine Umdrehung von 360°. Der Körper kann während einer Umdrehung jedoch auch wie von der gestrichelten Linie dargestellt rotieren.

FIG 9 zeigt einen möglichen Temperaturverlauf der Wicklung.

Die Erwärmung gelingt vorteilhaft durch die Bestromung der Wicklung .

FIG 10 zeigt Details des Stators 2. Der Stator weist Wickelköpfe 41B auf . Auch ein Lagerschild 9 ist gezeigt . Eine Düse 5B kann auch innerhalb des Stators 2 verfahren werden und innerhalb der Statorbohrung bzw . der Aussparung innerhalb des Stators imprägnieren . Auch ein Er- f assungselement 200B kann dort positioniert sein, eine mögliche Bewegungsrichtung ist mit GIB und C2B dargestellt .

Ein digitales Abbild 2D des Stators ist im virtuellen Teil 203 dargestellt .

Der virtuelle Teil 203 kann auf einer Recheneinheit am Ort der Imprägniervorrichtung vorhanden sein . Der virtuelle Teil 203 kann sich auch in einer Cloud befinden bzw . an einem anderen Ort .

Claims

Patentansprüche

1. Digitales Zwillingssystem (1000) , aufweisend: einen physischen Teil (204) mit einer physischen Vorrichtung (10) zur Imprägnierung eines Körpers (2,3,4) , aufweisend einen Antrieb (11) mit einer Antriebswelle (12) zur Bewegung des Körpers (2,3,4) um eine Rotationsachse (A) und eine Träufeleinheit (51) zur Beträufelung des Körpers (2,3,4) mit Imprägniermaterial (6) , und mit einem zu imprägnierenden physischen Körper (2,3,4) , aufweisend wenigstens eine Wicklung (41,41B) , einen virtuellen Teil (203) mit einem digitalen Abbild des Körpers (2,3,4) , ein Erfassungselement (200) zur Erfassung von Daten des Imprägniermaterials (6) innerhalb des Körpers und/oder auf dem Körper, insbesondere eines Verlaufs und/oder eines Füllstands des Imprägniermaterials, ein Datenübertragungselement (201) zur Datenübertragung zwischen dem physischen Teil (204) und dem virtuellen Teil (203) , wobei die Daten durch das Datenübertragungselement (201) zum virtuellen Teil (203) übertragbar sind, wobei das digitale Abbild des Körpers (4D) in Abhängigkeit der Daten veränderbar ist.

2. Digitales Zwillingssystem nach Anspruch 1, wobei der Körper (2,3,4) vor und/oder während und/oder nach der Beträufelung sich um die Rotationsachse (A) bewegt, insbesondere rotiert, wobei das Erfassungselement (200) Daten des Imprägniermaterials (6) innerhalb des Körpers und/oder auf dem Körper, insbesondere eines Verlaufs und/oder eines Füllstands des Imprägniermaterials (6) , erfasst, wobei das Datenübertragungselement (201) die Daten zum virtuellen Teil (203) überträgt, wobei sich das digitale Abbild des Körpers in Abhängigkeit der Daten ändert.

3. Digitales Zwillingssystem (1000) , wobei der physische Teil (204) eine Anschlusseinheit (24) aufweist, wobei die Anschlusseinheit (24) zum Anschluss der Wicklung (41) an eine elektrische Energieversorgung (25) ausgebildet ist, wobei die Wicklung durch einen Stromfluss der elektrischen Energieversorgung (25) erwärmbar ist.

4. Digitales Zwillingssystem (1000) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wicklung (41) vor und/oder während und/oder nach der Beträufelung zur Erwärmung der Wicklung von Strom durchfließbar ist.

5. Digitales Zwillingssystem (1000) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei Erkennen eines Imprägniermangels, eine Dosiermenge des Imprägniermaterials und/oder ein Dosierort und/oder ein Stromfluss in der Wicklung zur Änderung einer Wicklungstemperatur veränderbar ist.

6. Digitales Zwillingssystem (1000) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Körper (2,3,4) um einen ersten Winkel (al) in einer ersten Drehrichtung, vorzugsweise in positiver Drehrichtung (RI) , rotiert, wobei der Körper (4) um den negativen ersten Winkel -(al) oder einen zweiten Winkel (a2) in einer zweiten Drehrichtung (R2) , vorzugsweise in negativer Drehrichtung, rotiert.

7. Digitales Zwillingssystem (1000) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Körper (4) in der ersten Drehrichtung (RI) mit einer ersten Drehgeschwindigkeit rotiert, wobei der Körper (4) in der zweiten Drehrichtung (R2) mit einer zweiten Drehgeschwindigkeit rotiert wobei die erste Drehgeschwindigkeit größer ist als die zweite Drehgeschwindigkeit.

8. Digitales Zwillingssystem (1000) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Körper (2,3,4) im Bezug zur Horizontalen vertikal kippbar ist.

9. Verfahren zur Interaktion eines digitalen Zwillingssystems (1000) , aufweisend: einen physischen Teil (204) mit einer physischen Vorrichtung (10) zur Imprägnierung eines Körpers (2,3,4) , aufweisend einen Antrieb (11) mit einer Antriebswelle (12) zur Bewegung des Körpers (2,3,4) um eine Rotationsachse (A) und eine Träufeleinheit (51) zur Beträufelung des Körpers (2,3,4) mit Imprägniermaterial (6) , und mit einem zu imprägnierenden physischen Körper (2,3,4) , aufweisend wenigstens eine Wicklung (41,41B) , einen virtuellen Teil (203) mit einem digitalen Abbild (4D) des Körpers (2,3,4) , ein Erfassungselement (200) zur Erfassung von Daten des Imprägniermaterials (6) innerhalb des Körpers und/oder auf dem Körper, insbesondere eines Verlaufs und/oder eines Füllstands des Imprägniermaterials, ein Datenübertragungselement (201) zur Datenübertragung zwischen dem physischen Teil (204) und dem virtuellen Teil (203) , wobei die Daten durch das Datenübertragungselement (201) zum virtuellen Teil (203) übertragen werden, wobei das digitale Abbild des Körpers (2,3,4) in Abhängigkeit der Daten verändert wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Körper (2,3,4) vor und/oder während und/oder nach der Beträufelung um die Rotationsachse (A) rotiert wird, wobei durch das Erfassungselement (200) Daten des Imprägniermaterials (6) innerhalb des Körpers und/oder auf dem Körper, insbesondere eines Verlaufs und/oder eines Füllstands des Imprägniermaterials (6) , erfasst werden, wobei durch das Datenübertragungselement (201) die Daten zum virtuellen Teil (203) übertragen werden, wobei das digitale Abbild des Körpers in Abhängigkeit der Daten verändert wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei bei Erkennen eines Imprägniermangels, eine Dosiermenge des Imprägniermaterials (6) und/oder ein Dosierort und/oder ein Stromfluss in der Wicklung (41) zur Änderung einer Wicklungstemperatur verändert wird.

12. Verfahren zur Erzeugung eines als digitales Abbild (4D) eines zu imprägnierenden physischen Körpers (2,3,4) , mit wenigstens einer Wicklung (41, 41B) , fungierenden Softwareobjekts (400) , wobei das digitale Abbild (4D) einem virtuellen Teil (203) eines digitalen Zwillingssystems (1000) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 angehört.

13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Softwareob ekt (400) zyklisch verändert wird.

14. Physischer Körper (2,3,4) , aufweisend wenigstens eine Wicklung (41,41B) , insbesondere Stator oder Rotor einer dynamoelektrischen rotatorischen Maschine (1) , als Teil des digitalen Zwillingssystems (1000) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.