WO2019228846A1 - Verfahren zur herstellung von formlitze, verfahren zur herstellung eines elektromotors, sowie verwendung von formlitze - Google Patents

Verfahren zur herstellung von formlitze, verfahren zur herstellung eines elektromotors, sowie verwendung von formlitze Download PDF

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WO2019228846A1
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wire
fingers
ring
loop
twisting
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PCT/EP2019/063037
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Martin STÖCK
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Thyssenkrupp Ag
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Publication date
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    • H02K15/04—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of windings, prior to mounting into machines
    • H02K15/0414—Windings consisting of separate elements, e.g. bars, hairpins, segments, half coils
    • H02K15/0421—Windings consisting of separate elements, e.g. bars, hairpins, segments, half coils consisting of single conductors, e.g. hairpins
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    • H02K3/12—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors arranged in slots
    • H02K3/14—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors arranged in slots with transposed conductors, e.g. twisted conductors

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing shaped wires according to claim 1, a method for producing an electric motor according to claim 10, and the use of a shaped strand according to claim 11 and a stranded wire according to claim 12.
  • Formed strands are strands, i. twisted or untwisted wire tufts, which are compacted and thus obtain a certain cross-sectional shape, usually a rectangular cross-sectional shape.
  • Formed strands can be used as segment conductors in electrical machines, in particular in stators.
  • Segment conductors are conductor sections which are e.g. be inserted or retracted in Statornuten.
  • the protruding ends of two shaped strands can then be connected directly to half coils.
  • the half-coils are also connected by correspondingly connecting on the opposite side of the stator.
  • different winding patterns can be realized, e.g. a concentrated winding or, of special interest, a wave winding.
  • Wave winding means that ultimately (three) continuous conductor strands meander around the stator slots. In a three-phase machine, this is known for example from US9035526B2 or DE10113831B4.
  • wire for shaped strands is preferably insulated wire, in particular enameled wire in question.
  • the individual wires are electrically and mechanically connected for the purpose of further contacting. This is done e.g. with ultrasonic or electrode welding, usually a sleeve is used for this purpose.
  • the insulating lacquer of the wires, which is present in the shaped litz head, is always partly burned, partly squeezed out.
  • connection of two Formlitzen can be done directly, eg by welding two FormlitzkÜ.
  • the FormlitzkÜ are verhülst for this purpose, especially pressed or welded with a sleeve. This is for two reasons, on the one hand to create a defined bonding surface for the welding, on the other hand to electrically and mechanically connect the wire ends in the Formlitzkopf together. Examples of this are given, for example, in EP3051669A1.
  • a disadvantage is the high complexity of a manufacturing plant, such as stranding, which produces a stranded or a Formlitzrohling.
  • An insulated wire which is usually supplied from a roll, is first converted into a forming device into at least one half-loop, ring or helix. Only one wire can be used. A synchronization of a plurality of wires deleted. Furthermore, can be dispensed with a complex stranding. In principle, the step of cutting or cutting off the end of the shaped strand can also be dispensed with. After the wire sections in the head are to be electrically connected anyway, the present in the head loops are not hindering, but even beneficial. After forming, the helix or the at least one ring or half loop can be twisted and compacted accordingly.
  • the compacting is preferably carried out in a compacting device, wherein the twisted wire package is pressed in a compacting process to the stranded wire with a defined outer contour.
  • the electrical and mechanical connection of the individual wires of the shaped strand in the head region can then be carried out using a method known from the prior art, optionally with the use of sleeves.
  • the forming is carried out in a configured as a winding holder forming device.
  • a winding holder usually has two or four fingers arranged in parallel and is configured optionally with or without a rotation axis. In the manner of a reel, wire can be wound there or pushed on and shaped.
  • Such a configuration is particularly suitable for forming the wire in at least one ring or a helix, wherein the shape depends essentially on the spacing and design of the fingers, but should basically approach a rectangle with preferably rounded corners, especially since this structure in a subsequent Process step is to be twisted to form an elongated stranded wire.
  • An embodiment with only one finger is also conceivable, which is essentially suitable for converting a wire there to a half loop. In this case, correspondingly two long sides and a short side connecting the two long sides result.
  • a partial stripping of the wire or the half-loop, ring or coil takes place with a Abisolier driving, wherein the partial stripping after forming and before twisting, in particular on the long sides or on the short sides between fingers of a winding holder made or the partial stripping before forming, in particular on the straight or substantially straight tapered insulated wire is made.
  • the partial stripping is performed at a time at which the shape of the at least one half-loop, ring or coil to be twisted is already fixed. In that sense can be ensured in a simple manner that the stripped areas are in the right places, namely at the points at which the individual wires to make electrical connection with each other and possibly with a sleeve.
  • partial stripping may also be carried out prior to forming, in particular on the straight or substantially straight tapered insulated wire.
  • the partial stripping can preferably mechanical and / or abrasive, in particular by grinding and / or sandblasting, and / or chemical and / or thermal, in particular using cold brittleness, laser sublimation, induction heating takes place.
  • This selection is not exhaustive. However, the aforementioned methods are particularly suitable for industrial use.
  • the twisting of the at least one half-loop, ring or coil is carried out with a twisting device, wherein the twisting device in particular a first gripper for the first distal end of the at least one half-loop, ring or coil, and in particular a second gripper for the second distal end of the at least one half-loop, ring or coil, wherein the grippers are rotated in particular about or about the longitudinal axis of the at least one half-loop, ring or coil.
  • the first gripper are formed by a first finger and the second gripper by a second finger or a pliers tool.
  • Such a configuration of the twisting device is preferably suitable for twisting a half-loop.
  • the open part of the half-loop can be gripped by the pliers tool while the closed part can be gripped by the finger.
  • the twisting device is integrated into the forming device or the twisting is performed in the forming device. This measure is used for process optimization, such that transfers of the at least one half loop, ring or coil can be avoided.
  • the forming device in particular the winding holder, is equipped with appropriate mechanism that the fingers can be pivoted so that the recorded at least one half loop, ring or coil anyway on the fingers can be twisted.
  • the insulated wire and / or the wire package is at least partially acted upon with a baked enamel. The baked enamel can mechanically fix individual wires against each other. This particularly applies to vibrations that occur when alternating current flows.
  • the mechanical and electrical connection of the wire sections takes place in the head ends without sleeves.
  • Another object of the present invention is to propose an improved method of manufacturing an electric motor.
  • this object is achieved by a method according to claim 10. Because the stranded wire used there has been produced according to the method according to the invention, the advantages achieved there can be utilized for the construction of electric motors.
  • Another object of the present invention is to demonstrate an advantageous use of the stranded wire produced according to the invention.
  • the stranded wire produced according to the invention can be used in the rotor or stator of an electric motor.
  • Another object of the present invention is to propose an improved stranded wire.
  • FIG. 1 shows a shaped strand produced according to the method of the invention
  • FIG. Fig. 2 is a stator of an electric motor, in particular an electric
  • Traction motor e.g. for an automobile, with a molded strand produced by the method according to the invention in a side view;
  • Fig. 3 is a stator of an electric motor, in particular an electrical
  • Traction motor e.g. for an automobile, with a molded strand produced by the method according to the invention in an end view;
  • FIG. 4.1a is a plan view of the winding holder according to FIG. 4.1; FIG.
  • Fig. 5.1a is a plan view of the winding holder of FIG. 5.1;
  • FIG. 5.2 partial stripping of the helix on the winding holder according to FIG.
  • Winding holder Forming a partially stripped wire into a coil on a two-finger winding holder
  • Fig. 6.1a is a plan view of the winding holder of FIG. 6.1;
  • Figure 7 shows a winding holder with a finger and a half-loop (top view / side view).
  • 8 shows a winding holder with two fingers and a ring (top view / side view).
  • insulated wire 1 preferably a lacquer-insulated wire.
  • This is an electrically conductive wire, preferably made of copper, aluminum or copper and / or aluminum alloys.
  • the insulated wire can also have a further envelope, for example in the form of baked enamel.
  • the insulated wire is usually on a roll from which the wire is unrolled and fed to the flanging process as a straight or substantially straight tapered wire. By this is meant that the wire is unwound from a roll and is transformed into the intended shape of the half-loop, ring or coil only in the forming process.
  • the result of the Fler einsreaes is a form of strand F.
  • the Formlitze comprises a first head end and a second head end.
  • the head ends of the stranded wire (more precisely, the wire sections located there) are electrically and mechanically interconnected, this can be done using sleeves H 1 and H2.
  • Between the head ends a wire package D is arranged.
  • the wire package consists of a number of wires, which are usually twisted together and are preferably surrounded by a main insulation layer as a wire package.
  • the shaped strand is also compacted and preferably has a rectangular or trapezoidal cross-sectional area.
  • a method according to the invention for producing formed strand comprises at least the process steps
  • helix Under helix is to be understood a spiral-shaped structure with several turns. The ends are usually not connected to each other. In principle, however, it is possible to connect the ends of the helix.
  • the helix does not necessarily have to be circular, but the helix has a more rectangular shape with rounded corners. In this respect can be spoken by two long sides 2a and two short sides 2b of the helix.
  • ring Under ring is to be understood a self-contained structure of a wire with the number of turns 1, that is, the ends are connected together.
  • the ring does not necessarily have to be circular, but the ring has a more rectangular shape with rounded corners. In this respect, it is possible to speak of two long sides 2a and two short sides 2b of the ring.
  • Half-loop is intended to mean a unilaterally open, U-shaped structure.
  • the wire does not describe a complete turn and the ends are not connected. In this respect, it is possible to speak of two long sides 2a and one short side 2b of the half loop.
  • the forming takes place in a forming device 2.
  • a forming device so-called coil holder come into question.
  • the winding holder has a finger 2.1 over which the insulated wire is to some extent laid up and formed into a half-loop.
  • Several wires can be placed behind one another on the finger and converted into several half loops. The resulting half loops can rest side by side and / or one above the other on the finger.
  • the winding holder may have two fingers 2.1, 2.2.
  • the two fingers are parallel or substantially parallel to each other and spaced from each other.
  • the winding holder may have two fingers 2.1, 2.2 and a rotation axis R.
  • the axis of rotation is preferably arranged between the fingers and parallel to the fingers. Essentially, this is a kind of reel on which the insulated wire can be wound into a helix.
  • the wires of the helix can be arranged next to one another and / or one above the other.
  • the winding holder may have four fingers 2.1 to 2.4.
  • the four fingers are parallel or substantially parallel to each other and spaced from each other.
  • the four fingers preferably form the corners of a square or square.
  • One or more rings of the insulated wire can be pushed onto the winding holder. The rings can rest side by side and / or one above the other on the fingers.
  • the winding holder may have four fingers 2.1 to 2.4 and a rotation axis R.
  • the four fingers are parallel or substantially parallel to each other and spaced from each other.
  • the four fingers preferably form the corners of a square or square.
  • the axis of rotation is preferably arranged between the fingers, so to speak in the middle of the rectangle or square and parallel to the fingers. Essentially, this is a kind of reel on which the insulated wire can be wound into a helix.
  • the wires of the helix can be arranged next to one another and / or one above the other.
  • the result of the forming process is the forming of an insulated wire into at least one half-loop, ring or coil.
  • the partial stripping of the at least one half-loop, ring or coil takes place with a Abisolier issued 3.
  • the partial stripping of the insulated at least one half-loop, ring or coil can be done mechanically or abrasive, in particular by grinding and / or sandblasting. Also chemical and / or thermal processes, in particular under Use of cold embrittlement, laser sublimation, induction heating, etc. are conceivable. In principle, any method which makes it possible to remove the insulation of the wire is conceivable here.
  • partial stripping is meant that a longitudinally extending portion of the insulated wire is stripped of the insulating material, which is intended to mean "relief" in technically relevant categories. If the insulated wire is still coated with other components, such as baked enamel, this component is also removed. Essentially, it is important that an electrically conductive surface of the wire is exposed.
  • the insulated wire 1 is basically still held on the respective forming device 2, so that a stripping basically at those portions of the at least one half-loop, ring or coil in question, which are exposed or in other words, are not in contact with a finger.
  • a stripping basically at those portions of the at least one half-loop, ring or coil in question, which are exposed or in other words, are not in contact with a finger.
  • a stripping basically at those portions of the at least one half-loop, ring or coil in question, which are exposed or in other words, are not in contact with a finger.
  • a stripping basically at those portions of the at least one half-loop, ring or coil in question, which are exposed or in other words, are not in contact with a finger.
  • Depending on the forming device here are preferred sections that are to be stripped or can.
  • the areas of the helix or the rings between two fingers come into question, preferably on the shorter sections of the helix or the rings, for example, when the fingers form the corners of a rectangle. In a sense, the short sides are stripped.
  • the result of the stripping process is a helix or rings or half loops with partially stripped wires.
  • twisting device 4 The twisting of the helix or of the rings or half loops takes place via a twisting device 4.
  • the twisting device comprises a first gripper 4.1 for the first distal end of the helix or the rings or half loops, and a second gripper 4.2 for the second distal end of FIG Spiral or the rings or half loops.
  • the grippers will be in about twisted about the longitudinal axis of the helix or the rings or half loops, so that the wires are twisted.
  • the first gripper is formed by a finger and the second gripper by a pliers tool.
  • This twisting device is preferably suitable for twisting half loops.
  • the pliers tool grips the free ends of the half loops while the finger grips the short sides of the half loops.
  • the first finger of the twisting device may also be the first finger of the forming device.
  • the forming device can be equipped in this case with an additional mechanism that allows rotation of the finger and pliers tool against each other.
  • the first gripper is formed by a first finger and the second gripper by a second finger.
  • This twisting device is preferably suitable for twisting the helix or the rings.
  • the fingers grasp the respective distal spiral ends or ring ends, that is the short sides.
  • the first finger of the twisting device may also be the first finger or the second finger of the twisting device the second finger of the forming device.
  • the forming device can be equipped in this case with an additional mechanism that allows rotation of the fingers against each other.
  • the wound thereon rings or the helix can be passed to a twisting device with two fingers.
  • the twisting is then preferably done with this twisting device.
  • the result of the twisting process is a twisted wire package.
  • the compacting takes place in a compacting device 5, in particular a press.
  • the twisted wire package is pressed in a compacting process to a stranded wire F.
  • the preceding method steps ensure that the respective distal ends of the twisted wire package are stripped. If the ends still contain partially insulated wire, they may, but not necessarily, be cut off.
  • FIG. 11 shows an electrode welding method with two welding electrodes E, in which the wire sections of the top ends are electrically and mechanically interconnected.
  • a sleeve is not absolutely necessary in the case of already stripped head sections.
  • the forming is carried out before the stripping.
  • the stripping is carried out before forming (compare in particular FIGS. 6 and 7). Otherwise, reference may essentially be made to the features already outlined above.
  • an insulated wire which is preferably fed from a roll, initially stripped partially with a Abisolier founded to be subsequently formed with a forming device to at least one half-loop, ring or coil.
  • a forming device Preferably comes as a forming device, a rotatable two-finger coil holder in question.
  • the synchronization of stripping to winding holder is preferably such that the stripped areas of the wire rest in the area of the fingers.
  • the forming device is further configured as a twisting device, the resulting at least one ring or coil can remain on the fingers and be twisted directly.
  • the result here too is a twisted wire package which can be supplied to the subsequent method step, in particular compacting.
  • the manufacturing process for producing shaped wire from insulated wire is carried out as follows (see, in particular, FIGS. 4 and 10).
  • Insulated wire is wound on a two-finger winding holder with rotation axis R as a Umformeicardi into a helix.
  • the wires of the coil are preferably all side by side.
  • the shaping device likewise comprises the twisting device, so that the wire wound up between the fingers, that is to say the helix, can be directly twisted.
  • the wire package is inserted into the compacting device together with sleeves and pressed.
  • the result is a shaped strand with a predetermined by the shape of the press cross-sectional shape.
  • the end sections of the shaped strands are then connected to one another electrically and mechanically by electrode welding. There is correspondingly an electrical contact between the stripped in this area ends of the wire package.
  • a further preferred flanging process for the production of shaped wire from insulated wire can be carried out as follows (see in particular FIGS. 5 and 10).
  • Insulated wire is wound into a helix on a four-finger winding holder with an axis of rotation R as a forming device.
  • the wires of the coil are preferably all side by side.
  • the helix is transferred from the four-finger winding holder to a two-finger twisting device.
  • the helix is twisted into a wire package in the two-finger twisting device.
  • the wire package is inserted into the compacting device and pressed. Subsequently, the end portions of the shaped strands are electrically and mechanically interconnected by electrode welding.
  • Additional, but not exhaustively enumerated, process steps may be, for example, a baked enamel application or application of a main insulation layer around the stranded wire, for example by extrusion.
  • the baked enamel has the task of mechanically fixing the individual wires against each other. This particularly applies to vibrations that occur when alternating current flows. During heating and / or pressing, the baked enamel becomes viscous and glues the individual wire layers together, cf. For this example, DE102015201711A1.
  • a combination material known to the person skilled in the art may also be used.
  • the partial removal of the baked enamel should also fall under the production step "partial stripping".
  • the forming device, Abisolier Spur and / or twisting device are combined in one device.
  • the fingers can have different functions (winding, twisting, ).
  • the facilities can also be configured separately.
  • the embodiments are generally not limited to the production of shaped strands with sleeves.
  • the designs can also be applied to shaped strands without sleeves.
  • the stranded wire produced according to the invention is advantageously suitable for the production of an electric motor, in particular its stator S. Accordingly, the advantages of the invention Formlitzeher einsvons for the production of an electric motor, in particular its stator, can be exploited.
  • FIGS. 1 to 3 a stator S of an electric motor is shown by way of example for this purpose.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Formlitze (F) aus einem gerade oder im Wesentlichen gerade zulaufenden isolierten Draht (1), gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: a) Umformung des isolierten Drahtes (1) in mindestens eine Halbschlaufe, Ring oder Wendel mit einer Umformeinrichtung (2); b) Verdrillen der mindestens eine Halbschlaufe, Ring oder Wendel in ein Drahtpaket (D) mit einer Verdrilleinrichtung (4); c) Kompaktieren des Drahtpaketes (D) mit einer Kompaktiereinrichtung (5), sowie - ein Verfahren zur Herstellung eines Elektromotors, wobei die Herstellung zumindest eines Teils der Formlitze für den Elektromotor gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt, sowie - die Verwendung von Formlitze in dem Stator (S) eines Elektromotors, wobei es sich bei der Formlitze zumindest abschnittsweise um die erfindungsgemäß hergestellte Formlitze handelt.

Description

Verfahren zur Herstellung von Formlitze, Verfahren zur Herstellung eines Elektromotors, sowie Verwendung von Formlitze
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Formlitzen gemäß Anspruch 1, ein Verfahren zur Herstellung eines Elektromotors gemäß Anspruch 10, sowie die Verwendung einer Formlitze gemäß Anspruch 11 sowie eine Formlitze nach Anspruch 12.
Formlitzen sind Litzen, d.h. verdrillte oder unverdrillte Drahtbüschel, welche kompaktiert werden und damit eine bestimmte Querschnittsform, meist eine rechteckige Querschnittsform, erhalten.
Formlitzen können als Segmentleiter in elektrischen Maschinen, insbesondere in Statoren, Einsatz finden. Segmentleiter sind Leiterabschnitte, welche z.B. in Statornuten eingelegt oder eingezogen werden. Die überstehenden Enden zweier Formlitzen können dann unmittelbar zu Halbspulen verbunden werden. Die Halbspulen werden durch entsprechendes Verbinden auf der gegenüberliegenden Seite des Stators gleichfalls verbunden. Dabei können verschiedene Wicklungsmuster realisiert werden, z.B. eine konzentrierte Wicklung oder - von besonderem Interesse - eine Wellenwicklung. Wellenwicklung meint, dass sich schlussendlich (drei) durchgehende Leiterstränge um die Statornuten herummäandern. Bei einer dreiphasigen Maschine ist dies beispielsweise aus der US9035526B2 oder DE10113831B4 bekannt.
Als Draht für Formlitzen kommt vorzugsweise isolierter Draht, insbesondere Lackdraht in Frage.
In den Endabschnitten (Formlitzköpfe) sind die Einzeldrähte zwecks weiterer Kontaktierung elektrisch und mechanisch miteinander verbunden. Dies erfolgt z.B. mit Ultraschall- oder Elektrodenschweißen, wobei hierfür meist eine Hülse verwendet wird. Stets wird der im Formlitzkopf vorhandene Isolationslack der Drähte teils verbrannt, teils herausgequetscht.
Die Verbindung zweier Formlitzen kann direkt erfolgen, z.B. durch Verschweißen zweier Formlitzköpfe. Die Formlitzköpfe sind zu diesem Zweck verhülst, insbesondere mit einer Hülse verpresst oder verschweisst. Dies aus zwei Gründen, zum einen um eine definierte Verbindungsfläche für das Verschweißen zu schaffen, zum anderen, um die Drahtenden im Formlitzkopf elektrisch und mechanisch miteinander zu verbinden. Beispiele hierzu sind z.B. in der EP3051669A1 angegeben. Nachteilig ist die hohe Komplexität einer Fertigungsanlage, z.B. Verseilungsanlagen, welche eine Formlitze bzw. einen Formlitzrohling herstellt.
Hier setzt die vorliegende Erfindung an und macht es sich zur Aufgabe, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer Formlitze vorzuschlagen, insbesondere ein Verfahren vorzuschlagen, welches die zuvor genannten Nachteile überwindet, vorzugsweise ein Verfahren zur Herstellung einer Formlitze vorzuschlagen, welches eine sichere elektrische und mechanische Verbindung der Einzeldrähte in einem Formlitzkopf untereinander sowie gegebenenfalls mit einer Hülse ermöglicht.
Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben sind selbstverständlich auch im Zusammenhang mit den beschriebenen Vorrichtungen und umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
Ein in der Regel von einer Rolle zugeführter isolierter Draht wird zunächst in einer Umformeinrichtung in mindestens eine Halbschlaufe, Ring oder Wendel umgeformt. Es kann nur ein einziger Draht verwendet werden. Eine Synchronisation einer Vielzahl von Drähten entfällt. Ferner kann auf eine aufwändige Verseilanlage verzichtet werden. Grundsätzlich kann auch der Arbeitsschritt, das Ende der Formlitze zuzuschneiden bzw. abzuschneiden, entfallen. Nachdem die Drahtabschnitte im Kopfende ohnehin elektrisch miteinander verbunden werden sollen, sind die im Kopf vorliegenden Schlaufen nicht hinderlich, sondern sogar vorteilhaft. Nach dem Umformen kann die Wendel oder der mindestens eine Ring bzw. Halbschlaufe verdrillt und entsprechend kompaktiert werden. Das Kompaktieren erfolgt vorzugsweise in einer Kompaktiereinrichtung, wobei das verdrillte Drahtpaket in einem Kompaktierprozess zu der Formlitze mit definierter Außenkontur verpresst wird. Die elektrische und mechanische Verbindung der Einzeldrähte der Formlitze im Kopfbereich kann anschließend mit einem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren, gegebenenfalls unter Einsatz von Hülsen, erfolgen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorgeschlagenen Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Merkmalen der Unteransprüche. Die Gegenstände bzw. Merkmale der verschiedenen Ansprüche können grundsätzlich beliebig miteinander kombiniert werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Umformen in einer als Wicklungshalter ausgestalteten Umformeinrichtung vorgenommen wird. Ein Wicklungshalter weist in der Regel zwei oder vier parallel angeordnete Finger auf und ist wahlweise mit oder ohne Drehachse ausgestaltet. Nach Art einer Haspel kann dort Draht aufgewickelt oder aufgeschoben und in Form gebracht werden. Eine derartige Ausgestaltung eignet sich insbesondere zur Umformung der Drahtes in mindestens einen Ring oder eine Wendel, wobei die Form im Wesentlichen von der Beabstandung und Ausgestaltung der Finger abhängt, jedoch grundsätzlich einem Rechteck mit vorzugsweise abgerundeten Ecken nahekommen sollte, insbesondere da dieses Gebilde in einem nachfolgenden Prozessschritt zu einer länglichen Formlitze verdrillt werden soll. Insofern ergeben sich für die Wendel, aber auch für den Ring, im Wesentlichen zwei Langseiten und zwei Kurzseiten. Auch eine Ausgestaltung mit nur einem Finger ist denkbar, die sich im Wesentlichen dazu eignet, dass ein Draht dort zu einer Halbschlaufe umgeformt wird. In diesem Falle ergeben sich entsprechend zwei Langseiten und eine die beiden Langseiten verbindende Kurzseite.
Als nachteilig wurde ferner erkannt, dass die um den Einzeldraht angebrachte Isolationsschicht hinderlich für den Verbindungsvorgang der Einzeldrähte im Formlitzkopf ist sowie aufgrund von Lackresten ebenfalls hinderlich für den Verbindungsvorgang zweier Formlitzköpfe miteinander ist, insbesondere auf Grund von Rauchentwicklung, Austreten von Isolationslack-Resten aus dem Formlitzkopf, unsichere Verbindung aufgrund Undefinierter Menge und Verteilung von Isolationslackresten im Formlitzkopf etc.
Es wurde insbesondere das lokal begrenzte Verdampfen des Isolationslackes der Einzeldrähte sowohl für die Einzelfertigung (Batchfertigung) als auch kontinuierliche Fertigung (als Endlos- Draht) vorgeschlagen. Problematisch ist hierbei die Synchronisation der Einzeldrähte, so dass die lokal abisolierten Teilstücke der Einzeldrähte bündig übereinander zu liegen kommen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt ein partielles Abisolieren des Drahtes bzw. der Halbschlaufe, Ring oder Wendel mit einer Abisoliereinrichtung, wobei das partielle Abisolieren nach dem Umformen und vor dem Verdrillen, insbesondere an den Langseiten oder an den Kurzseiten zwischen Fingern eines Wicklungshalters, vorgenommen wird, oder die partielle Abisolierung vor dem Umformen, insbesondere an dem gerade oder im Wesentlichen gerade zulaufenden isolierten Draht, vorgenommen wird. Im Rahmen der ersten Variante wird die partielle Abisolierung zu einem Zeitpunkt vorgenommen, zu dem die Form der zu verdrillenden mindestens einen Halbschlaufe, Ring oder Wendel bereits feststeht. Insofern kann auf einfache Art und Weise sichergestellt werden, dass die abisolierten Bereiche an den richtigen Stellen sind, nämlich an den Stellen, an welchen die Einzeldrähte eine elektrische Verbindung untereinander und gegebenenfalls mit einer Hülse eingehen sollen. Alternativ kann das partielle Abisolieren aber auch vor dem Umformen, insbesondere an dem gerade oder im Wesentlichen gerade zulaufenden isolierten Draht, vorgenommen werden.
Das partielle Abisolieren kann vorzugsweise mechanisch und/oder abrasiv, insbesondere durch Schleifen und/oder Sandstrahlen, und/oder chemisch und/oder thermisch, insbesondere unter Einsatz von Kälte- Verspröden, Lasersublimation, Induktionserhitzen, erfolgt. Diese Auswahl ist nicht abschließend. Die vorgenannten Verfahren eignen sich jedoch in besonders vorteilhafter Weise für den industriellen Einsatz.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Verdrillen der mindestens einen Halbschlaufe, Ring oder Wendel mit einer Verdrilleinrichtung erfolgt, wobei die Verdrilleinrichtung insbesondere einen ersten Greifer für das erste distale Ende der mindestens einen Halbschlaufe, Ring oder Wendel, sowie insbesondere einen zweiten Greifer für das zweite distale Ende der mindestens einen Halbschlaufe, Ring oder Wendel aufweist, wobei die Greifer insbesondere um oder in etwa um die Längsachse der mindestens einen Halbschlaufe, Ring oder Wendel verdreht werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der erste Greifer durch einen ersten Finger und der zweite Greifer durch einen zweiten Finger oder ein Zangenwerkzeug gebildet werden. Eine derartige Ausgestaltung der Verdrilleinrichtung eignet sich vorzugsweise für das Verdrillen einer Halbschlaufe. Insbesondere kann der offene Teil der Halbschlaufe von dem Zangenwerkzeug ergriffen werden, während der geschlossene Teil von dem Finger ergriffen werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Verdrilleinrichtung in die Umformeinrichtung integriert ist bzw. das Verdrillen in der Umformeinrichtung ausgeführt wird. Diese Maßnahme dient der Prozessoptimierung, dergestalt, dass Übergaben der mindestens einen Halbschlaufe, Ring oder Wendel vermieden werden können. In diesem Zusammenhang kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Umformeinrichtung, insbesondere der Wicklungshalter, mit entsprechender Mechanik ausgestattet ist, dass die Finger derart verschwenkt werden können, dass die ohnehin auf den Fingern aufgenommene mindestens eine Halbschlaufe, Ring oder Wendel verdrillt werden kann. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der isolierte Draht und/oder das Drahtpaket zumindest abschnittsweise mit einem Backlack beaufschlagt wird. Der Backlack kann Einzeldrähte gegeneinander mechanisch fixieren. Dies betrifft insbesondere Vibrationen, die beim Durchfluss von Wechselstrom auftreten.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt das mechanische und elektrische Verbinden der Drahtabschnitte in den Kopfenden ohne Hülsen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Elektromotors vorzuschlagen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 10 gelöst. Dadurch dass die dort verwendete Formlitze gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden ist, können die dort erreichten Vorteile für den Bau von Elektromotoren nutzbar gemacht werden.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine vorteilhafte Verwendung der erfindungsgemäß hergestellten Formlitze aufzuzeigen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Verwendung gemäß Anspruch 11 gelöst. Vorzugsweise kann die erfindungsgemäß hergestellte Formlitze in dem Rotor bzw. Stator eines Elektromotors verwendet werden.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine verbesserte Formlitze vorzuschlagen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Formlitze mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Darin zeigen
Fig. 1 eine gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Formlitze; Fig. 2 ein Stator eines Elektromotors, insbesondere eines elektrischen
Traktionsmotors, z.B. für ein Automobil, mit einer mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Formlitze in einer seitlichen Ansicht;
Fig. 3 ein Stator eines Elektromotors, insbesondere eines elektrischen
Traktionsmotors, z.B. für ein Automobil, mit einer mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Formlitze in einer stirnseitigen Ansicht;
Fig. 4.1 Umformen eines isolierten Drahtes in eine Wendel auf einem
Wicklungshalter mit zwei Fingern;
Fig. 4.1a eine Draufsicht auf den Wicklungshalter gemäß Fig. 4.1;
Fig. 4.2 partielles Abisolieren des Drahtes auf dem Wicklungshalter gemäß Fig.
4.1/4.1a;
Fig. 4.3 Verdrillen des Drahtes auf dem Wicklungshalter / Verdrilleinrichtung;
Fig. 5.1 Umformen eines isolierten Drahtes in eine Wendel auf einem
Wicklungshalter mit vier Fingern;
Fig. 5.1a eine Draufsicht auf den Wicklungshalter gemäß Fig. 5.1;
Fig. 5.2 partielles Abisolieren der Wendel auf dem Wicklungshalter gemäß Fig.
5.1/5.1a;
Fig. 5.3/5.4 Übernahme der Wendel von dem Vierfinger-Wicklungshalter auf einen
Zweifinger-Wicklungshalter;
Fig. 5.5 Verdrillen der Wendel auf dem Wicklungshalter / Verdrilleinrichtung
Fig. 6.1 partielles Abisolieren des isolierten Drahtes vor dem Umformen auf einem
Wicklungshalter - Umformen eines partiell abisolierten Drahtes in eine Wendel auf einem Wicklungshalter mit zwei Fingern;
Fig. 6.1a eine Draufsicht auf den Wicklungshalter gemäß Fig. 6.1;
Fig. 6.2 Verdrillen der Wendel auf dem Wicklungshalter / Verdrilleinrichtung;
Fig. 7 ein Wicklungshalter mit einem Finger und einer Halbschlaufe (Draufsicht / seitliche Ansicht); Fig. 8 ein Wicklungshalter mit zwei Fingern und einem Ring (Draufsicht / seitliche Ansicht);
Fig. 9 eine Verdrilleinrichtung mit einem Finger, einem Zangenwerkzeug und einer Halbschlaufe;
Fig. 10.1 - 10.5 Kompaktieren des verdrillten Drahtpaketes in einer Presse;
Fig. 11 Elektrodenschweißen der Kopfenden der Formlitze zum elektrischen und mechanischen Verbinden der dort liegenden Drahtabschnitte.
Ausgangspunkt eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Formlitze ist ein isolierter Draht 1, vorzugsweise ein lackisolierter Draht. Es handelt sich hierbei um einen elektrisch leitfähigen Draht, vorzugsweise aus Kupfer, Aluminium bzw. Kupfer- und/oder Aluminiumlegierungen. Der isolierte Draht kann auch noch eine weitere Umhüllung, beispielsweise in Form von Backlack, aufweist. Der isolierte Draht liegt in der Regel auf einer Rolle vor, von welcher der Draht abgerollt und dem Flerstellungsprozess als gerader oder im Wesentlichen gerade zulaufender Draht zugeführt wird. Hiermit ist gemeint, dass der Draht von einer Rolle abgewickelt wird und erst in dem Umformprozess zu der angedachten Gestalt der Halbschlaufe, Ring oder Wendel umgeformt wird.
Ergebnis des Flerstellungsprozesses ist eine Formlitze F. Die Formlitze umfasst einen erstes Kopfende sowie ein zweites Kopfende. Die Kopfenden der Formlitze (genauer die dort befindlichen Drahtabschnitte) sind elektrisch und mechanisch untereinander verbunden, wobei dies mithilfe von Hülsen H 1 bzw. H2 erfolgen kann. Zwischen den Kopfenden ist ein Drahtpaket D angeordnet. Das Drahtpaket besteht aus einer Anzahl von Drähten, die in der Regel miteinander verdrillt sind und als Drahtpaket vorzugsweise von einer Hauptisolationsschicht umgeben sind. Die Formlitze ist zudem kompaktiert und weist vorzugsweise eine rechteckförmige oder trapezförmige Querschnittsfläche auf.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung von Formlitze umfasst mindestens die Prozessschritte
Umformung eines isolierten Drahtes in mindestens eine Halbschlaufe, Ring oder Wendel auf einer Umformeinrichtung 2
optional ein partielles Abisolieren der mindestens einen Halbschlaufe, Ring oder Wendel mit einer Abisoliereinrichtung 3 Verdrillen der partiell abisolierten mindestens einen Halbschlaufe, Ring oder Wendel in ein
Drahtpaket mit einer Verdrilleinrichtung 4
Kompaktieren des Drahtpaketes mit einer Kompaktiereinrichtung 5
Unter Wendel soll eine spiralförmige Struktur mit mehreren Windungen verstanden werden. Die Enden sind in der Regel nicht miteinander verbunden. Grundsätzlich ist es aber möglich, die Enden der Wendel zu verbinden. Die Wendel muss nicht zwangsläufig kreisrund ausgestaltet sein, vielmehr weist die Wendel eine eher rechteckförmige Gestalt mit abgerundeten Ecken auf. Insofern kann von zwei Langseiten 2a und zwei Kurzseiten 2b der Wendel gesprochen werden.
Unter Ring soll eine in sich geschlossene Struktur eines Drahtes mit der Windungszahl 1 verstanden werden, sprich die Enden sind miteinander verbunden. Der Ring muss nicht zwangsläufig kreisrund ausgestaltet sein, vielmehr weist der Ring eine eher rechteckförmige Gestalt mit abgerundeten Ecken auf. Insofern kann von zwei Langseiten 2a und zwei Kurzseiten 2b des Rings gesprochen werden.
Unter Halbschlaufe soll eine einseitig offene, U-förmige Struktur gemeint sein. Der Draht beschreibt keine vollständige Windung und die Enden sind nicht miteinander verbunden. Insofern kann von zwei Langseiten 2a und einer Kurzseite 2b der Halbschlaufe gesprochen werden.
Zu den einzelnen Verfahrensschritten wird nachfolgend ausgeführt:
Umformen
Das Umformen erfolgt in einer Umformeinrichtung 2. Als Umformeinrichtung kommen sogenannte Wicklungshalter in Frage.
In einer einfachsten Ausführungsform weist der Wicklungshalter einen Finger 2.1 auf, über den der isolierte Draht gewissermaßen aufgelegt und zu einer Halbschlaufe umgeformt wird. Es können mehrere Drähte hintereinander auf den Finger aufgelegt und entsprechend zu mehreren Halbschlaufen umgeformt werden. Die resultierenden Halbschlaufen können nebeneinander und/oder übereinander auf dem Finger aufliegen.
In einer weiteren Ausführungsform kann der Wicklungshalter zwei Finger 2.1, 2.2 aufweisen. Die beiden Finger sind parallel oder im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet und voneinander beabstandet. Es können eine oder mehrere Ringe des isolierten Drahtes auf den Wicklungshalter aufgeschoben werden. Die Ringe können nebeneinander und/oder übereinander auf den Fingern aufliegen.
In einer weiteren Ausführungsform kann der Wicklungshalter zwei Finger 2.1, 2.2 und eine Drehachse R aufweisen. Die Drehachse ist vorzugsweise zwischen den Fingern und parallel zu den Fingern angeordnet. Im Wesentlichen handelt es sich hier um eine Art Haspel, auf der der isolierte Draht zu einer Wendel gewickelt werden kann. Die Drähte der Wendel können nebeneinander und/oder übereinander angeordnet sein.
In einer weiteren Ausführungsform kann der Wicklungshalter vier Finger 2.1 bis 2.4 aufweisen. Die vier Finger sind parallel oder im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet und voneinander beabstandet. In einer Draufsicht bilden die vier Finger vorzugsweise die Ecken eines Vierecks oder Quadrats. Es können eine oder mehrere Ringe des isolierten Drahtes auf den Wicklungshalter aufgeschoben werden. Die Ringe können nebeneinander und/oder übereinander auf den Fingern aufliegen.
In einer weiteren Ausführungsform kann der Wicklungshalter vier Finger 2.1 bis 2.4 und eine Drehachse R aufweisen. Die vier Finger sind parallel oder im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet und voneinander beabstandet. In einer Draufsicht bilden die vier Finger vorzugsweise die Ecken eines Vierecks oder Quadrats. Die Drehachse ist vorzugsweise zwischen den Fingern, gewissermaßen in der Mitte des Rechtecks oder Quadrats und parallel zu den Fingern angeordnet. Im Wesentlichen handelt es sich hier um eine Art Haspel, auf der der isolierte Draht zu einer Wendel gewickelt werden kann. Die Drähte der Wendel können nebeneinander und/oder übereinander angeordnet sein.
Grundsätzlich kommt auch eine Variante mit drei oder mehr Fingern in Frage.
Ergebnis des Umformprozesses ist das Umformen eines isolierten Drahtes in mindestens eine Halbschlaufe, Ring oder Wendel.
Abisolieren
Das partielle Abisolieren der mindestens einen Halbschlaufe, Ring oder Wendel erfolgt mit einer Abisoliereinrichtung 3. Das partielle Abisolieren der isolierten mindestens einen Halbschlaufe, Ring oder Wendel kann mechanisch bzw. abrasiv, insbesondere durch Schleifen und/oder Sandstrahlen erfolgen. Auch chemische und/oder thermische Verfahren, insbesondere unter Einsatz von Kälte- Verspröden, Lasersublimation, Induktionserhitzen usw. sind denkbar. Grundsätzlich ist hier jedes Verfahren denkbar, welches ein Entfernen der Isolation des Drahtes ermöglicht. Mit partiellem Abisolieren ist gemeint, dass ein sich in Längsrichtung erstreckender Abschnitt des isolierten Drahtes von dem Isolationsmaterial befreit wird, wobei „Befreiung“ in technisch relevanten Kategorien gemeint sein soll. Falls der isolierte Draht noch mit weiteren Komponenten, wie beispielsweise Backlack, beschichtet ist, wird diese Komponente ebenfalls entfernt. Im Wesentlichen kommt es darauf an, dass eine elektrisch leitfähige Oberfläche des Drahtes freigelegt wird.
Der isolierte Draht 1 ist grundsätzlich noch auf der jeweiligen Umformeinrichtung 2 gehalten, so dass eine Abisolierung grundsätzlich an denjenigen Abschnitten der mindestens einen Halbschlaufe, Ring oder Wendel in Frage kommt, die frei liegen oder anders ausgedrückt, nicht mit einem Finger in Berührung stehen. Je nach Umformeinrichtung ergeben sich hier bevorzugte Abschnitte, die abisoliert werden sollen bzw. können.
Im Falle des Wicklungshalters mit einem Finger kommt der Bereich der Halbschlaufe unmittelbar neben dem Finger und endseitig der Halbschlaufe in Frage.
Im Falle des Wicklungshalters mit zwei Fingern kommen die Bereiche der Wendel bzw. der Ringe unmittelbar neben den Fingern in Frage. Gewissermaßen werden die Enden der Langseiten 2a abisoliert.
Im Falle des Wicklungshalters mit vier Fingern kommen die Bereiche der Wendel bzw. der Ringe zwischen zwei Fingern in Frage, vorzugsweise auf den kürzeren Abschnitten der Wendel bzw. der Ringe, wenn die Finger beispielsweise die Ecken eines Rechtecks bilden. Gewissermaßen werden die Kurzseiten abisoliert.
Ergebnis des Abisolierprozesses ist eine Wendel bzw. Ringe oder Halbschlaufen mit teilweise abisolierten Drähten.
Verdrillen
Das Verdrillen der Wendel bzw. der Ringe oder Halbschlaufen erfolgt über eine Verdrilleinrichtung 4. Im Wesentlichen umfasst die Verdrilleinrichtung einen ersten Greifer 4.1 für das erste distale Ende der Wendel bzw. der Ringe oder Halbschlaufen, sowie einen zweiten Greifer 4.2 für das zweite distale Ende der Wendel bzw. der Ringe oder Halbschlaufen. Die Greifer werden in etwa um die Längsachse der Wendel bzw. Wendel bzw. der Ringe oder Halbschlaufen verdreht, so dass die Drähte verdrillt werden.
In einer ersten Ausführungsform der Verdrilleinrichtung werden der erste Greifer durch einen Finger und der zweite Greifer durch ein Zangenwerkzeug gebildet. Diese Verdrilleinrichtung eignet sich bevorzugt für das Verdrillen von Halbschlaufen. Das Zangenwerkzeug ergreift die freien Enden der Halbschlaufen, während der Finger die Kurzseiten der Halbschlaufen ergreift. Insoweit kann der erste Finger der Verdrilleinrichtung auch der erste Finger der Umformeinrichtung sein. Die Umformeinrichtung kann in diesem Fall mit einer zusätzlichen Mechanik ausgestattet sein, die ein Verdrehen von Finger und Zangenwerkzeug gegeneinander ermöglicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Verdrilleinrichtung werden der erste Greifer durch einen ersten Finger und der zweite Greifer durch einen zweiten Finger gebildet. Diese Verdrilleinrichtung eignet sich bevorzugt für das Verdrillen der Wendel bzw. der Ringe. Die Finger ergreifen die jeweils distalen Wendelenden bzw. Ringenden, sprich die Kurzseiten. Insoweit kann der erste Finger der Verdrilleinrichtung auch der erste Finger bzw. der zweite Finger der Verdrilleinrichtung der zweite Finger der Umformeinrichtung sein. Die Umformeinrichtung kann in diesem Fall mit einer zusätzlichen Mechanik ausgestattet sein, die ein Verdrehen der Finger gegeneinander ermöglicht.
Soweit die Umformeinrichtung mit vier Fingern ausgestattet ist, können die hierauf aufgewickelten Ringe bzw. die Wendel an eine Verdrilleinrichtung mit zwei Fingern übergeben werden. Das Verdrillen erfolgt dann bevorzugt mit dieser Verdrilleinrichtung. Hierzu kann auf die oben gemachten Ausführungen verwiesen werden.
Ergebnis des Verdrillprozesses ist ein verdrilltes Drahtpaket.
Kompaktieren
Das Kompaktieren erfolgt in einer Kompaktiereinrichtung 5, insbesondere einer Presse.
Das verdrillte Drahtpaket wird in einem Kompaktierprozess zu einer Formlitze F verpresst. Durch die vorausgegangenen Verfahrensschritte ist sichergestellt, dass die jeweiligen distalen Enden des verdrillten Drahtpaketes abisoliert sind. Falls die Enden noch teilweise isolierten Draht enthalten, können diese, aber nicht notwendigerweise, abgeschnitten werden.
Ergebnis des Kompaktierprozesses ist eine Formlitze F. Die Endabschnitte der Formlitzen können anschließend in einem weiteren Prozessschritt elektrisch und mechanisch miteinander verbunden werden Fig. 11 zeigt ein Elektrodenschweißvefahren mit zwei Schweiß-Elektroden E, bei dem die Drahtabschnitte der Kopfenden elektrisch und mechanisch untereinander verbunden werden. Eine Hülse ist im Falle bereits abisolierter Kopfabschnitte nicht zwingend notwendig.
Alternativprozess
In dem oben skizzierten Prozess ist vorzugsweise vorgesehen, dass das Umformen vor dem Abisolieren durchgeführt wird. In einer alternativen Ausgestaltung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass das Abisolieren vor dem Umformen durchgeführt wird (vgl. insbesondere die Fig. 6 und 7). Ansonsten kann im Wesentlichen auf die oben bereits skizzierten Merkmale verwiesen werden.
Hier wird ein isolierter Draht, der vorzugsweise von einer Rolle zugeführt wird, zunächst partiell mit einer Abisoliereinrichtung abisoliert um anschließend mit einer Umformeinrichtung zu mindestens einer Halbschlaufe, Ring oder Wendel umgeformt zu werden. Bevorzugt kommt als Umformeinrichtung ein drehbarer Zweifinger-Wicklungshalter in Frage. Die Synchronisation von Abisolierung zu Wicklungshalter erfolgt vorzugsweise dergestalt, dass die abisolierten Bereiche des Drahtes im Bereich der Finger aufliegen. Soweit die Umformeinrichtung ferner als Verdrilleinrichtung ausgestaltet ist, können die sich ergebende mindestens eine Ring oder Wendel auf den Fingern verbleiben und unmittelbar verdrillt werden.
Das Ergebnis ist auch hier ein verdrilltes Drahtpaket, welches dem nachfolgenden Verfahrensschritt, insbesondere dem Kompaktieren, zugeführt werden kann.
Bevorzugt wird der Herstellungsprozess zur Herstellung von Formlitze aus isoliertem Draht wie folgt ausgeführt (vgl. insbesondere die Fig. 4 und 10).
Isolierter Draht wird auf einem Zweifinger-Wicklungshalter mit Drehachse R als Umformeirichtung zu einer Wendel aufgewickelt. Die Drähte der Wendel liegen bevorzugt alle nebeneinander.
Per Laser als Abisoliereinrichtung werden Abschnitte der Wendel unmittelbar neben den Fingern von der Isolation befreit. Die Umformeinrichtung umfasst gleichermaßen die Verdrilleinrichtung, sodass der zwischen den Fingern aufgewickelte Draht, sprich die Wendel, unmittelbar verdrillt werden kann.
Das Drahtpaket wird zusammen mit Hülsen in die Kompaktiereinrichtung eingelegt und verpresst.
Im Ergebnis entsteht eine Formlitze mit einer durch die Form der Presse vorgegebenen Querschnittsform. Die Endabschnitte der Formlitzen werden anschließend elektrisch und mechanisch durch ein Elektrodenschweißen untereinander verbunden. Es entsteht entsprechend ein elektrischer Kontakt zwischen den in diesem Bereich abisolierten Enden des Drahtpaketes.
Ein weiter bevorzugter Flerstellungsprozess zur Herstellung von Formlitze aus isoliertem Draht kann wie folgt ausgeführt sein (vgl. insbesondere die Fig. 5 und 10).
Isolierter Draht wird auf einem Vierfinger-Wicklungshalter mit Drehachse R als Umformeirichtung zu einer Wendel aufgewickelt. Die Drähte der Wendel liegen bevorzugt alle nebeneinander.
Per Laser als Abisoliereinrichtung werden Abschnitte der Wendel unmittelbar zwischen zwei Fingern von der Isolation befreit. Gewissermaßen werden die Kurzseiten von der Isolation befreit.
Die Wendel wird von dem Vierfinger-Wicklungshalter an eine Zweifinger-Verdrilleinrichtung übergeben.
Die Wendel wird in der Zweifinger-Verdrilleinrichtung zu einem Drahtpaket verdrillt.
Das Drahtpaket wird in die Kompaktiereinrichtung eingelegt und verpresst. Anschließend werden die Endabschnitte der Formlitzen elektrisch und mechanisch durch ein Elektrodenschweißen untereinander verbunden.
Zusätzliche Verfahrensschritte / Weitere Aspekte der Erfindung
Zusätzliche, jedoch nicht abschließend aufgezählte, Verfahrensschritte können beispielsweise eine Backlack-Applizierung oder ein Aufbringen einer Hauptisolationsschicht um die Formlitze herum sein, z.B. durch Extrudieren. Der Backlack hat die Aufgabe, die Einzeldrähte gegeneinander mechanisch zu fixieren. Dies betrifft insbesondere Vibrationen, die beim Durchfluss von Wechselstrom auftreten. Beim Erhitzen und/oder Verpressen wird der Backlack dickflüssig, und verklebt die einzelnen Drahtlagen untereinander, vgl. hierzu z.B. DE102015201711A1. Anstelle von einer Doppelschicht (Isolation + Backlack) kann auch ein dem Fachmann bekanntes Kombinationsmaterial verwendet werden. Die partielle Entfernung des Backlacks soll auch unter den Fertigungsschritt„partielle Abisolierung“ fallen.
Auch können Formlitzen höherer Ordnung hergestellt werden. Dies bedeutet, dass Litzen mit Litzen zu einer neuen Litze (höherer Ordnung) verdrillt werden. Dies kann innerhalb des Verfahrensschritts„Verdrillen“ bewerkstelligt werden.
Vorzugsweise sind die Umformeinrichtung, Abisoliereinrichtung und/oder Verdrilleinrichtung in einer Einrichtung zusammengefasst. So können insbesondere die Finger unterschiedliche Funktionen (Aufwickeln, Verdrillen, ...) aufweisen. Selbstverständlich können die Einrichtungen auch separat ausgestaltet sein.
Die Ausführungen sind generell nicht auf die Herstellung von Formlitzen mit Hülsen beschränkt. Die Ausführungen lassen sich auch auf Formlitzen ohne Hülsen anwenden.
Wie bereits oben ausgeführt, eignet sich die erfindungsgemäß hergestellte Formlitze vorteilhafterweise zur Herstellung eines Elektromotors, insbesondere dessen Stator S. Entsprechend können die Vorteile des erfindungsgemäßen Formlitzeherstellungsverfahrens für die Herstellung eines Elektromotors, insbesondere dessen Stator, ausgenutzt werden. In den Fig. 1 bis 3 ist hierzu beispielhaft ein Stator S eines Elektromotors dargestellt.
Insofern bietet sich die Verwendung von erfindungsgemäß hergestellter Formlitze in dem Stator S eines Elektromotors an.
Verfahren bzw. Verwendungen der vorbeschriebenen Art werden in der Produktion von Elektromotoren, insbesondere in Fahrzeugen, eingesetzt. Bezugszeichenliste
Folgende Bezugszeichen werden in den Abbildungen verwendet: E Schweiß-Elektroden
F Formlitze
H 1 Hülse / Kopfende
H2 Hülse / Kopfende
D Drahtpaket
S Stator
R Drehachse
1 isolierter Draht
G teilweise abisolierter Draht
2 Umformeinrichtung, insbesondere Wicklungshalter
2.1 erster Finger
2.2 zweiter Finger
2.3 dritter Finger
2.4 vierter Finger
2a Langseite
2 b Kurzseite
3 Abisoliereinrichtung, insbesondere Laser
4 Verdrilleinrichtung
4.1 erster Greifer
4.2 zweiter Greifer
5 Kompaktiereinrichtung, insbesondere Presse

Claims

1 Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer Formlitze (F) aus einem gerade oder im Wesentlichen gerade zulaufenden isolierten Draht (1), umfassend folgende Verfahrensschritte: a) Umformung des isolierten Drahtes (1) in mindestens eine Halbschlaufe, Ring oder
Wendel mit einer Umformeinrichtung (2);
b) Verdrillen der mindestens eine Halbschlaufe, Ring oder Wendel in ein Drahtpaket (D) mit einer Verdrilleinrichtung (4);
c) Kompaktieren des Drahtpaketes (D) mit einer Kompaktiereinrichtung (5).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformen in einer als Wicklungshalter ausgestalteten Umformeinrichtung (2) vorgenommen wird, wobei
- der Wicklungshalter einen Finger (2.1) aufweist, über den der isolierte Draht aufgelegt und zu einer Halbschlaufe umgeformt wird, die eine Kurzseite (2b) und zwei Langseiten (2a) aufweist, oder
- der Wicklungshalter zwei Finger (2.1, 2.2) aufweist, wobei die Finger parallel oder im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet und voneinander beabstandet sind, wobei mindestens ein Ring des isolierten Drahtes auf den Wicklungshalter aufgeschoben wird, der jeweils zwei an den Fingern anliegende Kurzseiten (2b) und zwei Langseiten (2a) aufweist, oder
- der Wicklungshalter zwei Finger (2.1, 2.2) und eine Drehachse (R) aufweist, wobei die Finger parallel oder im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet und voneinander beabstandet sind, wobei der isolierte Draht zu einer Wendel auf dem Wicklungshalter aufgewickelt wird, die zwei an den Fingern anliegende Kurzseiten (2b) und zwei Langseiten (2a) aufweist, oder
- der Wicklungshalter vier Finger (2.1 bis 2.4) aufweist, wobei die Finger parallel oder im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet und voneinander beabstandet sind, wobei mindestens ein Ring des isolierten Drahtes auf den Wicklungshalter aufgeschoben wird, der jeweils zwei zwischen den Fingern angeordnete Kurzseiten (2b) und zwei zwischen den Fingern angeordnete Langseiten (2a) aufweist, oder
- der Wicklungshalter vier Finger (2.1 bis 2.4) und eine Drehachse (R) aufweist, wobei die Finger parallel oder im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet 2 und voneinander beabstandet sind, wobei der isolierte Draht zu einer Wendel auf dem Wicklungshalter aufgewickelt wird, die zwei zwischen den jeweiligen Fingern angeordnete Kurzseiten (2b) und zwei zwischen den Fingern angeordnete Langseiten (2a) aufweist.
3. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein partielles Abisolieren des Drahtes bzw. der Halbschlaufe, Ring oder Wendel mit einer Abisoliereinrichtung (3) vorgenommen wird, wobei das partielle Abisolieren nach dem Umformen (a) und vor dem Verdrillen (b), insbesondere an den Langseiten (2a) oder an den Kurzseiten (2b) zwischen Fingern eines Wicklungshalters, vorgenommen wird, oder die partielle Abisolierung vor dem Umformen (a), insbesondere an dem gerade oder im Wesentlichen gerade zulaufenden isolierten Draht, vorgenommen wird.
4. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das partielle Abisolieren mechanisch und/oder abrasiv, insbesondere durch Schleifen und/oder Sandstrahlen, und/oder chemisch und/oder thermisch, insbesondere unter Einsatz von Kälte- Verspröden, Lasersublimation, Induktionserhitzen, erfolgt.
5. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdrillen der mindestens einen Halbschlaufe, Ring oder Wendel mit einer Verdrilleinrichtung (4) erfolgt, wobei die Verdrilleinrichtung insbesondere einen ersten Greifer (4.1) für das erste distale Ende der mindestens einen Halbschlaufe, Ring oder Wendel, sowie insbesondere einen zweiten Greifer (4.2) für das zweite distale Ende der mindestens einen Halbschlaufe, Ring oder Wendel aufweist, wobei die Greifer insbesondere um oder in etwa um die Längsachse der mindestens einen Halbschlaufe, Ring oder Wendel verdreht werden.
6. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Greifer durch einen ersten Finger und der zweite Greifer durch einen zweiten Finger oder ein Zangenwerkzeug gebildet werden. 3
7. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrilleinrichtung in die Umformeinrichtung integriert ist bzw. das Verdrillen in der Umformeinrichtung ausgeführt wird.
8. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der isolierte Draht und/oder das Drahtpaket zumindest abschnittsweise mit einem Backlack beaufschlagt wird.
9. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die abisolierten Drahtabschnitte nach dem Verdrillen mechanisch und elektrisch miteinander verbunden werden, wobei die Verbindung der abisolierten Drahtabschnitte in den Kopfenden insbesondere ohne Hülsen vorgenommen wird.
10. Verfahren zur Herstellung eines Elektromotors, umfassend einen Stator (S), wobei die Wicklung in dem Stator zumindest abschnittsweise von Formlitze gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Formlitze zumindest abschnittsweise mit dem Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9 hergestellt wurde.
11. Verwendung von Formlitze in dem Stator (S) eines Elektromotors, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Formlitze zumindest abschnittsweise um eine gemäß dem Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 9 hergestellte Formlitze (F) handelt.
12. Formlitze, hergestellt nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Kopfende nicht durchtrennte Schlaufen aufweist.
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