WO2022029006A1 - Method for additively manufacturing a three-dimensional component having at least one winding - Google Patents

Method for additively manufacturing a three-dimensional component having at least one winding Download PDF

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WO2022029006A1
WO2022029006A1 PCT/EP2021/071291 EP2021071291W WO2022029006A1 WO 2022029006 A1 WO2022029006 A1 WO 2022029006A1 EP 2021071291 W EP2021071291 W EP 2021071291W WO 2022029006 A1 WO2022029006 A1 WO 2022029006A1
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winding
coil
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irradiation
thickness
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PCT/EP2021/071291
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Axel Helm
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Technische Universität Bergakademie Freiberg
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00Details of windings
    • H02K3/04Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00Processes of additive manufacturing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00Products made by additive manufacturing
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/04Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of windings, prior to mounting into machines
    • H02K15/0407Windings manufactured by etching, printing or stamping the complete coil

Definitions

  • the invention relates to a method for the additive manufacturing of a three-dimensional component with at least one winding, in particular with at least one coil for an electrical machine, in particular an electric motor or generator, and a corresponding component with at least one winding, in particular with at least one coil for an electrical machine , In particular an electric motor or generator.
  • At least one appropriate coating unit is usually provided for layer-by-layer application.
  • At least one corresponding irradiation unit e.g. comprising at least one laser and/or an electron beam device, in particular an electron beam gun and/or arc device
  • the object is achieved by a method for the additive manufacturing of a three-dimensional component with at least one winding, in particular with at least one coil for an electrical machine, in particular an electric motor or generator, by applying a construction material in layers and locally selective hardening of the construction material by irradiation with at least one jet impinging on the construction material.
  • a general idea of the invention is therefore characterized by a method for additive manufacturing by applying a construction material in layers and locally selective solidification of the construction material by irradiation with at least one beam impinging on the construction material, for the production of a three-dimensional component with at least one winding, in particular with at least to use a coil for an electrical machine, in particular an electric motor or generator.
  • an axial length of the winding, in particular the coil (17) is stretched by at least 30%, preferably at least 100%, from a relaxed initial state (or the winding/coil is at least designed in such a way that this is possible), in particular without plastic deformation (at 20°C) and/or compressed by at least 30%, in particular without plastic deformation (at 20°C) (or the winding/coil is at least designed in such a way that this is possible).
  • the at least one winding in particular coil
  • the at least one winding can be expanded from a relaxed initial state (at 20 °C) by at least 30%, preferably at least 100% %, even more preferably at least 300%, possibly at least 500%, are stretched, in particular without undergoing plastic deformation, and/or are compressed by at least 30%, possibly at least 50% (in particular without undergoing plastic deformation).
  • the irradiation is configured in such a way that a thickness of the winding, at least in sections, is less than or equal to 5.0 mm, preferably less than or equal to 1.0 mm, more preferably less than or equal to 0.5 mm and/or or wherein in one thickness direction (possibly a respective coating plane) at least in sections at most 50, preferably at most 10, more preferably at most 5, more preferably at most 2 or exactly one, irradiation path(s) are (directly) next to each other.
  • a central idea of the second (particularly preferred) aspect is to use the additive manufacturing process to achieve a comparatively small thickness (conductor thickness or material thickness) of the winding, preferably ⁇ 1.0 mm and/or at most 20, possibly at most 15 or at most 10 radiation paths next to each other.
  • the material thickness (thickness) of the winding or coil is achieved in a synergistic manner using the additive manufacturing method proposed here.
  • a corresponding winding can be produced in a simple manner.
  • a component with at least one winding can be understood to mean a (possibly one-piece, in particular monolithic) component which comprises a winding or is formed by such a winding (thus possibly having no further structures apart from the winding).
  • the winding can in particular be a coil for an electrical machine, in particular an electric motor or generator.
  • a winding is to be understood in particular as a winding up of a material in the solid state of aggregation around an (actual or physical or geometrical) axis.
  • the winding can be single or multi-layer.
  • the winding (or coil) is configured (or arranged) for application to a stator of an electric motor.
  • the axial direction is preferably defined here by the (geometric) winding axis (or coil axis) around which the winding is wound (or attached).
  • This axis is preferably straight, but can also be curved if necessary.
  • the length should be understood as a distance (along the winding axis) between two end points of the winding that lie on the axis (whereby in this perspective the points of the winding should also include those points that are inside the winding, considering these in particular as an envelope).
  • the (respective) extent of the winding (coil) in mutually perpendicular directions, both of which are perpendicular to the (respective) longitudinal direction, is also referred to below as width and height.
  • a thickness of the winding is to be understood in particular as its material thickness in the longitudinal direction. This can be constant (e.g. with a plate-like configuration of the winding or coil) or vary. If the thickness varies, it should preferably apply that the above condition (thickness ⁇ 5.0 mm, preferably ⁇ 1.0 mm, more preferably ⁇ 0.5 mm, optionally ⁇ 0.2 mm) for at least 20%, preferably at least 50%, even more preferably at least 90%, possibly for the entire material length of the winding (or coil).
  • a material length is to be understood in particular as a length of the material of the winding (or coil), ie a length of the winding in an (imaginary) state in which it is aligned (or stretched).
  • the winding can vary in a cross-section perpendicular to the (local) extension of the winding material (for example with a circular geometry of the material). Then the above condition should preferably apply for the entire cross-section (ie especially at the point where the thickness is at its maximum).
  • a thickness direction is to be understood as meaning the direction in which the thickness extends. In this direction, alternatively or additionally, at most 50, preferably at most 10, more preferably at most 5, more preferably at most 2 or exactly one irradiation path should lie directly next to one another.
  • the thickness or direction of thickness preferably extends (during additive manufacturing) in a (respective) coating plane (at least in sections), or perpendicularly thereto or in yet another direction.
  • the winding axis extends parallel to a construction plane (surface of a construction platform) (at least in sections), or perpendicularly thereto or in yet another direction.
  • a stretching or compression of the coil is to be understood in particular as meaning a corresponding increase (stretching) and shortening (compression) of its length. It should preferably be possible for the winding (in particular the coil) to be stretched (and/or compressed) considerably and to return (elastic) to its initial state after this stretching (or compression).
  • the winding can be further processed or equipped in a simple manner (in particular by polishing and/or cleaning and/or introducing electrical insulation).
  • the coil can first be stretched, then insulation can be introduced (particularly as explained in detail below) and then (using an elastic restoring force) returned to its original state (or to an intermediate state, for example if the insulation prevents the coil or winding retracts completely).
  • the winding (coil) is stretched by preferably at least 30%, more preferably at least 100%, even more preferably at least 500% and /or compressed by at least 30%, possibly at least 50%.
  • winding offers advantages in particular for post-processing, such as cleaning (e.g. with compressed air and/or ultrasound), by polishing (e.g. by means of sandblasting) and/or insulation (e.g. by casting compounds, insulating resins and/or solid insulators) .
  • insulation can be introduced comparatively easily, since accessibility is ensured by the (elastic) deformability.
  • prepregs pre-insulated foils
  • a complete wetting with potting compounds or Insulating resins can be guaranteed more easily if the winding (coil) is impregnated or varnished in an initial state (especially stretched state) and brought (pressed) to the (final) length after the insulating process.
  • a gap (distance) between adjacent winding sections (individual windings) (at least in sections) is preferably less than or equal to 1 mm, preferably less than or equal to 0.2 mm, possibly less than or equal to 0.1 mm.
  • the gap can (at least in sections) be larger than 0.05 mm, possibly larger than 0.08 mm.
  • the gap (distance) between adjacent winding sections (individual windings) can alternatively or additionally be at most equal to the thickness of at least one of the two adjacent winding sections, preferably at most 0.5 times the thickness of at least one of the two adjacent winding sections.
  • a construction space of a system for the additive production of the winding (coil), in particular a SLM system (DMLS), can be used comparatively efficiently.
  • individual lines that is to say preferably singular irradiation paths which preferably do not directly adjoin another irradiation path, with no spacing in between
  • comparatively small gaps can be achieved here (due to good surface properties).
  • a wall thickness of a (respective) winding or coil can be adjusted by a targeted parameterization of the irradiation device.
  • a reduced thickness can be achieved by increasing the speed (with the same power and layer thickness), since the energy input per area decreases with increasing speed. This can result in a narrower weld pool, which results in a thinner component.
  • a (respective) irradiation path can run (at least in sections) perpendicular to the direction of thickness (and/or parallel to a (particularly local) extension of the material of the winding or coil).
  • a (respective) irradiation path can run from one end of the component in the area of a (the) respective irradiation path to the other end of the component in the area of the respective irradiation path (at least essentially) without interruptions.
  • triangulation which can arise after a (virtual) construction of the surface geometries by creating a corresponding file, can lead to an interruption of the irradiation path or the vectors during the transfer to the actual irradiation.
  • these interruptions lead to holding times of the irradiation device (delays), which in turn can lead to pores in the material.
  • This problem can be solved by setting or programming continuous vectors and thus each conductor (per layer) can only be produced by a single vector, for example. A significant reduction in production time can also be achieved as a result.
  • irradiation paths can lie (directly) next to one another (next to one another) in the thickness direction, which are preferably traversed in opposite directions (antiparallel) to a respective adjacent irradiation path.
  • individual vectors can be placed next to one another along the component geometry in order, for example, to be able to realize greater wall thicknesses (thicknesses) than can be produced by a single irradiation line (single vector). From this, a surface quality can be improved (in particular a surface roughness can be reduced) and/or a construction time can be shortened.
  • the wall thickness (thickness) can be adjusted as follows: As already explained above, a wall thickness can be adjusted by an irradiation parameter when manufacturing windings or (individual) coils by (multiple) irradiation. The sum of the wall thickness can then result in the total wall thickness.
  • a certain wall thickness can be achieved in a targeted manner by choosing a hatch distance (distance between the irradiation lines) such that a total sum of the irradiations results in the necessary (desired) wall thickness. It is also possible to keep the sum of irradiation sections constant and only change a distance between the irradiation vectors in order to achieve the desired level.
  • the hatch distance is reduced, since increases tend to lead to (more) porosity.
  • the individual windings of the (overall) winding or coil are preferably moved as close together as possible, for example to within 0.1 mm or less (for example only 0.05 mm). It is particularly important to ensure that individual winding sections do not fuse together (unless this is desired).
  • walls supporting walls
  • the walls can be integrated between individual winding sections (or two adjacent individual windings), which can be positioned at a similar distance (e.g. one wall per at least 3 and/or at most 20 individual windings).
  • the walls are removed after fabrication.
  • the thickness direction preferably runs parallel to the (respective) coating plane and/or construction platform surface.
  • the direction of thickness can run perpendicularly to the respective coating plane and/or construction platform surface.
  • the winding has an at least substantially constant thickness.
  • the winding (coil) can be configured in a plate-like manner.
  • a plate-like configuration means in particular that a respective winding section has the shape of a plate.
  • a cross section of the winding may vary.
  • at least one end winding can have a surface-enlarging structure for cooling.
  • at least one end winding can be shortened in the radial direction compared to the other areas of the winding.
  • An increase in surface area can preferably be achieved by a large number of (e.g. radially aligned) projections (e.g. in the form of webs and/or nubs and/or pins and/or (outward) fibers).
  • Other geometric forms are also possible.
  • fixations for the mechanical fastening of at least one line of the fluid cooling can preferably already be provided during manufacture.
  • a large cooling surface can be achieved particularly advantageously with a comparatively short end winding geometry.
  • the (necessary) installation space also plays a role here.
  • a shortening of the end winding is proposed.
  • a radial extent of the coil material in the region of the end winding can be less than 0.9 times, preferably less than 0.7 times, possibly less than 0.5 times (on average) the radial extent of the coil material outside the area of the winding head.
  • a cross section through the respective winding (or coil) in the region of the end winding can have a different (e.g. more compact) shape or (in a side view) be bent or angled.
  • a cross-sectional area through the winding (coil) in the area of the end winding can be at least 0.5 times, preferably at least 0.8 times and/or at most 1.5 times, preferably 1.2 times as large as one Cross-sectional area in the remaining areas.
  • a radial extension in the area of the end winding can be a maximum of 0.8 times, preferably a maximum of 0.5 times as large as a radial extension in the other areas of the winding (coil).
  • a cross section of the winding (coil) in the region of the end winding can be rectangular or triangular, for example.
  • adjacent winding sections (coil sections) form respective triangles in cross section, which are aligned alternately (so that a point of one triangle points in exactly the other direction than the point of the respective adjacent triangles).
  • Sections of the winding (coil) can have at least one indentation (possibly exactly one indentation on one side, particularly in the case of a rectangular configuration) and/or run in waves or zigzags at least in sections (particularly in the region of a winding overhang).
  • a segmentation of stators is common in order to simplify the assembly of windings (or coils, in particular made of copper).
  • a corresponding tooth base can make it difficult to attach such coils.
  • An indentation (provided, for example, on one or both sides) (which preferably forms corresponding deformation ears) can simplify assembly of a (closed) coil on a segmented stator with a tooth base.
  • no mechanical deformation by a winding machine is necessary, which allows an increase in installation space, since in particular no plastic elements are required on the stator tooth.
  • the respective winding (with a bulge or deformation ears) can be plugged on one side of a stator segment.
  • the bulge or the deformation ears limiting the bulge) can be used for elastic deformation over the tooth root.
  • Other geometries can also have such an effect, for example a waveform or a zigzag shape that can be used to spread the entire coil geometry.
  • the winding can have a polygonal, in particular quadrangular, configuration.
  • a plurality of individual windings or each individual winding has a polygonal, in particular quadrangular, configuration (i.e. forms a polygon or in particular a quadrangle in a plan view along the longitudinal direction of the overall winding). More preferably, such a square configuration is combined with a square cross-section (as discussed above).
  • the winding (coil) can have no pitch, at least in sections.
  • the winding (coil) has at least one 360° revolution (in particular based on at least one individual winding) only over an angular range of less than or equal to 180°, preferably less than or equal to 120°, possibly less than or equal to 90° slope up.
  • a pitch of the winding (coil) means that it advances in the longitudinal direction. If there is no gradient, it is therefore preferably the case that the winding (with respect to the longitudinal direction) does not progress any further.
  • an incline in that the angle relative to the longitudinal direction is less than 90°, for example less than 88° or less than 85° or less than 80° and/or greater than 45°.
  • a comparatively space-saving design can be achieved by means of such measures (or jump points in the course).
  • the winding (coil) has non-melted areas, at least in sections, which are preferably held together by sintering processes and/or adjacent melted areas in the composite material.
  • a reduction in eddy currents preferably through an effect similar to that in the case of laminated cores of the stator
  • a laminar structure is conceivable (i.e. in particular such that layers of melted material alternate with layers of non-melted material, particularly in the case of a rectangular cross section or a plate-like configuration of the winding or coil).
  • a line spacing can be selected comparatively large enough that a non-merged area is created between the exposure lines. This can be mechanically strengthened due to sintering processes.
  • the winding can be produced using different irradiation modes.
  • a winding (comparatively thin in relation to the material thickness, in particular in the longitudinal direction of the coil) can be produced by irradiation with (only) one irradiation path width.
  • a distance between an individual winding of the (overall) winding and a respective adjacent individual winding can be set in such a way that unsolidified build-up material (after the irradiation) remains between them. After solidification by irradiation, unsolidified powder can be removed so that individual windings with the thickness (material thickness) of an irradiation track remain.
  • a (porous) winding can be produced by irradiation with an irradiation track width.
  • a distance to the respective next irradiation path can be selected in such a way that the two (adjacent) solidified irradiation paths are connected by a porous layer (sintered layer or layer with sintered areas).
  • the build-up material between the two (adjacent) irradiation paths may not be completely melted, but only partially melted (or partially melted).
  • a single winding then comprises two (parallel) irradiation paths and an intermediate space porously connecting these irradiation paths (and optionally further parallel irradiation paths with corresponding intermediate spaces).
  • the porous part can be used to reduce eddy currents.
  • a comparatively wide winding can be produced by irradiation with several irradiation path widths (in particular without a gap, as explained in the previous paragraph).
  • comparatively thick individual windings can also contain porous winding areas.
  • a single winding of two or more, z. B. four (parallel) irradiation paths that are directly adjacent to each other, a porous intermediate layer and two or more, z. B. four, further (parallel) irradiation paths can be constructed.
  • a winding (as a series of individual windings) can comprise a number of parallel conductors or conductor tracks (formed by irradiation tracks during manufacture). If a distance between the parallel conductor tracks (made by corresponding irradiation tracks) set comparatively large, when manufacturing the winding, an area can arise between the conductor tracks in which the construction material is not (completely) melted in a materially bonded manner, so that free spaces arise between the parallel conductor tracks, which can lead to a reduction in eddy currents.
  • the winding in particular the coil (for an electrical machine, in particular an electric motor or generator), is preferably polished and/or cleaned. This is preferably done by means of sandblasting.
  • a method for producing a three-dimensional component with at least one winding, in particular a coil for an electrical machine, in particular an electric motor or generator comprising a method step of additive manufacturing, in particular
  • a three-dimensional component with at least one winding, in particular a coil for an electrical machine, in particular an electric motor or generator by applying a construction material in layers and locally selective solidification of the construction material by irradiation with at least one beam impinging on the construction material , and at least one process step of surface treatment and/or covering (of a winding or coil surface), wherein an axial length of the winding, in particular coil, is stretched by h is carried out and a surface treatment and/or covering of the winding, in particular the coil, is carried out in the stretched state, and/or a compression of an axial length of the winding of the coil takes place, with a surface treatment and/or covering of the winding being carried
  • the surface treatment step includes polishing, preferably including sandblasting.
  • the surface treatment step can include cleaning, preferably with a liquid and/or gaseous cleaning agent.
  • the surface covering preferably includes the arrangement of (electrical) insulation at least partially on the surface of the coil material, in particular between adjacent individual windings.
  • Stretching the winding (coil) is particularly advantageous in order to ensure accessibility for surface treatment processes. This means that polishing can be carried out at any point on the component using comparatively coarse media (e.g. when sandblasting). Shading can advantageously be avoided in this case.
  • the winding (coil) may be expanded before polishing (and/or compressed after polishing and/or contract by itself due to an elastic restoring force).
  • a cleaning step for example using a fluid, in particular gas or liquid
  • the coil is preferably stretched and/or compressed (or compressed) after cleaning or can contract independently after stretching due to an elastic restoring force.
  • the winding (coil) is stretched (or spread) prior to placement of insulation or a (e.g., liquid) source material for insulation.
  • the coil can be compressed and/or contract independently due to an (elastic) restoring force.
  • the arrangement of insulation can include:
  • a provision of a preferably internally hollow insulating winding (which is preferably connected to the winding, for example by being screwed in like a screw).
  • An insulating layer e.g. B. Mylar®
  • An insulating layer e.g. B. Mylar®
  • This type of insulation is only possible due to a special (wall-like, see above) geometry.
  • prepregs represent another (similar) possibility.
  • These are pre-impregnated layers (foils) which comprise a plastic (e.g. resin, in particular epoxy resin) and are coated on both sides with a Nomex® foil, for example.
  • a pre-impregnation can, for example, fuse with the winding geometry (conductor geometry) by pressing, in particular in combination with a heat treatment (in an oven) and thereby ensure an adhesive bond.
  • Additively manufactured solids are a further possibility for solid-state insulation. These can consist of wound (coil-like) geometries. An assembly can thus be made possible, for example, by screwing it in like a screw. Stereolithography, for example, can be considered as a production process, in which thermally stable materials in particular can also be processed.
  • spacers e.g. spacer plates
  • the stretched (spread) coil can then be soaked and pressed to size, with spacers providing the minimum spacing.
  • a distance when arranging the insulating material or a preliminary stage of the insulating material can also be provided by granules in the insulating material.
  • a stretched (spread) coil can then be soaked and pressed to size, with the granulate dictating the minimum spacing.
  • a method for arranging a coil on a stator segment of an electric motor comprising a method for additively manufacturing a three-dimensional component with at least one winding, in particular a coil for an electric motor, by applying it in layers of a construction material and locally selective hardening of the construction material by irradiation with at least one beam impinging on the construction material, with at least one elastic section of the coil being displaced outwards in the radial direction, the coil then (or at least in sections at the same time as the outward displacement process ) is brought over a projection of the stator, in particular a tooth base, with the outwardly displaced section then being displaced inward again in the radial direction due to its elasticity.
  • a three-dimensional component with at least one winding in particular a coil for an electrical machine, in particular an electric motor or generator, is proposed which, according to the first and/or second and/or third and/or fourth aspect of the invention (and possibly continuing education features) is produced.
  • a coil on a stator segment is also proposed, in particular, which is produced using the above method.
  • an electrical machine in particular an electric motor or generator, comprising a three-dimensional component and/or at least one coil on a stator segment, produced using the above method, is also proposed.
  • the use of a method for the additive manufacturing of a three-dimensional component with at least one winding, in particular a coil for an electrical machine, in particular an electric motor or generator, by applying a construction material in layers and locally selective solidification of the construction material by irradiation with at least one the beam impinging on the construction material is proposed (the method preferably having further features according to the first and/or second and/or third and/or fourth aspect of the invention and optionally corresponding further developing features).
  • the invention preferably includes the additive production of coils (tooth coils) for electric motors, and in particular their (series) production, assembly and compaction on the end winding.
  • coils teeth coils
  • Conventionally manufactured coils are subject to different restrictions due to the use of wires or wire-like cross-sections. Losses due to (poorly) filled stator slots, skin effect and eddy currents are current problems that can be reduced or eliminated by manufacturing using an additive process.
  • winding can already be printed in a spread state, in order to simplify post-processing operations (especially in terms of accessibility).
  • Connections can be provided in different configurations (for example, crimp and/or plug-in connections).
  • the structural material can preferably comprise at least 30% by weight, in particular at least 90% by weight: one metal or more metals, preferably copper or a copper alloy; and/or aluminum or an aluminum alloy; and/or iron or an iron alloy.
  • one metal or more metals preferably copper or a copper alloy; and/or aluminum or an aluminum alloy; and/or iron or an iron alloy.
  • Each of the metals mentioned can form at least 10% by weight or at least 50% by weight or at least 90% by weight of the building material.
  • various additive manufacturing methods are possible within the scope of the present invention.
  • powder In a powder bed-based manufacturing process, powder can be applied in one plane, with structures within the plane being irradiated. As a result of the irradiation, the powder can be melted and then cooled. The irradiation can take place by means of a laser, electron beam and/or electric arc.
  • powder for the required layer thickness can be applied in a powder supply system only in the area that is to be solidified and solidified by irradiation (by means of laser, electron beam and/or arc).
  • a build material can be provided in wire form.
  • the wire can be melted and cooled by means of radiation (laser, electron beam and/or arc).
  • a powder bed-based manufacturing process is particularly preferably used.
  • FIG. 1 shows a schematic oblique view of a stator of an electric motor according to the invention
  • FIG. 2 shows a coil according to the invention in a (schematic) side view
  • FIG. 3 shows the coil according to FIG. 2 in a stretched state
  • FIG. 4 shows a highly schematic plan view of a coil section
  • Fig. 5 shows the coil section according to FIG. 4 with different
  • FIG. 6 shows a schematic section of a coil according to the invention in a state in which an insulation is being arranged
  • FIG. 7 shows a detail from FIG. 6 in an enlarged representation
  • FIG. 9 shows the winding section according to FIG. 8 in the stretched state
  • FIG. 10 shows a section of a coil according to the invention (in the region of the end winding);
  • FIG. 11 shows an alternative embodiment of a coil according to the invention (in the area of the end winding);
  • FIG. 12 shows an alternative embodiment of a coil according to the invention (in the area of the end winding);
  • FIG. 13 shows a schematic representation of a coil according to the invention in the region of the end winding
  • FIG. 14 shows a representation analogous to FIG. 13 in a different embodiment (in the region of the end winding);
  • FIG. 15 is a plan view of a spool according to the invention.
  • FIG. 17 shows a schematic view of a winding head end in plan view
  • FIG. 18 shows the winding head end according to FIG. 17 in the stretched state
  • FIG. 19 shows the winding head end according to FIG. 17 in an even further stretched position
  • FIG. 20 shows a schematic side view of a winding of a coil on a stator
  • FIG. 21 shows a schematic illustration analogous to FIG. 20 in a different embodiment of the coil
  • FIG. 22 shows the coil according to FIG. 21 in a different view
  • Figure 23 is a side cross-sectional view through a spool
  • FIG. 24 shows a cross-sectional view through the coil analogous to FIG. 23 in a different embodiment
  • FIG. 25 shows an illustration analogous to FIG. 23 according to a different embodiment of the coil
  • 26 is a schematic representation of a coil with spacers.
  • Fig. 27 is a schematic representation of a coil with granulate between
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an electric motor produced using the method according to the invention or a corresponding stator (with a partially exposed view of the interior).
  • the electric motor preferably has a stator 10 with stator teeth 11 and stator slots 14 . Furthermore, coils 17 with respective end windings 18 and connections 16 can be seen.
  • 2 shows a coil 17 according to the invention in an initial state.
  • FIG. 3 shows the coil 17 according to FIG. 2 in a stretched state (in a schematic side view).
  • Insulation is particularly preferably introduced after the coil 17 has been stretched (according to FIG. 3). The coil can then be compressed or contract again.
  • 4 shows a highly schematic plan view (in the direction of thickness) of a coil 17.
  • the longer side defines the direction in which the coil material extends (in this section). 4 also shows irradiation vectors which are arranged antiparallel according to a conventional hatching method. As can be seen, there is a large number of jump points.
  • FIG. 5 shows an analog section (to FIG. 4).
  • the irradiation vectors are co-directional with the extension of the material of the coil.
  • jump points can be reduced, which can shorten the construction time.
  • the surface is improved, in particular smoother.
  • Figure 6 illustrates an advantageous method of placing insulation.
  • spacers 24 can be provided on individual windings, which in turn are spaced apart from one another by means of a fixation 19 . After the arrangement of an insulating material (e.g. by casting), these spacers 24 can be removed.
  • FIG. 9 shows the winding section according to FIG. 8 in the stretched state.
  • a gripper 20 is shown in FIGS. 8 and 9 (see FIG. 8) by means of which the coil can be stretched, preferably over one or more tension straps 12 .
  • the (active) stretching can be stopped and/or (active) compression can be carried out.
  • the clamping strap(s) 12 can (can) be produced during the additive manufacturing process and, if necessary, removed after the operation.
  • 10 to 12 show various possibilities for enlarging the surface area in the area of the end winding 18.
  • projections 21 can be seen (here, for example, which is not mandatory, three in a row in the longitudinal direction of the coil).
  • FIG. 10 run straight (radially) and can be designed, for example, as webs or pins.
  • FIG. 11 shows an embodiment basically like FIG. 10, but in this case the projections 21 (to further increase the surface area) are curved (multiple bends). Another solution is shown in FIG. Here, the protrusions 21 are simply curved (and bend towards each other, but this is not mandatory).
  • Fig. 13 shows a section of a coil 17 according to the invention with a structure for (radial) shortening of the coil in the area of the end winding 18.
  • the coil sections in the region of the end winding 18 are bent here (in a side view) (partly in one direction, partly in the other direction, it would also be conceivable for all sections to be bent in the same direction).
  • the coil can be shortened in the radial extent (in the region of the end winding) (from a radial extent h2 without a kink to a radial extent h1 without necessarily reducing a conductor cross-sectional area).
  • Fig. 14 shows a solution with a triangular cross-section of the coil 17 in the area of the end winding 18. This also allows the coil to be shortened in the radial extent (in the area of the end winding) (from a radial extent h2 without changing the geometry to a radial extent hl without mandatory to reduce a conductor cross-sectional area).
  • the triangles are arranged alternately in such a way that the tip of one triangle points in the opposite direction to the tip of the respective neighboring triangle.
  • FIG. 15 shows a (schematic) plan view of a coil 17 according to the invention with a bulge 22 which is delimited by deformation ears 23.
  • FIG. 15 shows a (schematic) plan view of a coil 17 according to the invention with a bulge 22 which is delimited by deformation ears 23.
  • FIG. 16 shows a segmented stator with a tooth base.
  • the coil 17 according to FIG. 15 is now preferably placed on one side of the stator segment according to FIG. 16 (ie moved over the tooth base on one side).
  • the deformation ears are used for elastic deformation over the tooth root.
  • FIG. 17 shows an alternative geometry for such a method, which here has a wavy end winding.
  • the waveform can be stretched as shown in Figure 18 (by an appropriate force F) and further stretched (as shown in Figure 19).
  • Fig. 20 shows a conventional coil winding in the form of a helix.
  • FIG. 21 shows an alternative embodiment for a coil winding.
  • the individual windings of the coil 17 are oriented perpendicular to the axial extent of the coil. This is achieved (see FIG. 22) by appropriate compensation (in the form of jump points) on one of four sides of the winding.
  • the winding When looking at the course of an individual winding, there are different ways of constructing the winding (coil). The simplest is a continuous helix. However, it is advantageous for the coil to have a course with corresponding sections, referred to below as "jump points", at which the increase (or the gradient required to form the coil) takes place, i.e. where the transition to the next winding or the next revolution takes place this now, for example, on only one (or two) of four sides of a winding, it can be seen that it is possible to integrate a further winding, since the skew of a continuously and circumferentially increasing helix takes place at the beginning and end of the coil and space is lost as a result .
  • the coil material here has a rectangular cross section.
  • the laminar structure consists of (completely) fused sections and interruptions outlined by dashes or, in particular, porous sections 13 between the fully melted sections where the coil material is only partially (or not at all) melted.
  • Figure 25 shows a chaotic arrangement of merged and unmerged areas.
  • spacer 26 shows a coil with (here schematically: three) individual windings which are separated from one another by spacers 26, preferably in the form of spacer plates.
  • the spacers 26 (spacer plates) specify an insulating thickness when casting.
  • FIG. 27 shows (here in the schematic representation: two) individual windings with granules 25 in between.
  • the coil spread by the granules can be soaked and pressed to size, with the granules being able to specify the minimum spacing.

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Abstract

The invention relates to a method for additively manufacturing a three-dimensional component having at least one winding, in particular a coil (17) for an electric motor, by layer-by-layer application of a construction material and locally selective solidification of the construction material by irradiation with at least one beam impinging on the construction material, wherein the irradiation is configured in such a manner that a thickness of the winding at least in sections is less than or equal to 1.0 mm, preferably is less than or equal to 0.5 mm, and/or wherein at most ten, preferably at most five, furthermore preferably at most two irradiation paths lie next to one another, or there is precisely one irradiation path, at least in sections in a thickness direction.

Description

Verfahren zur additiven Fertigung eines dreidimensionalen Bauteiles mit mindestens einer Wicklung Process for the additive manufacturing of a three-dimensional component with at least one winding
Beschreibung description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur additiven Fertigung eines dreidimensionalen Bauteiles mit mindestens einer Wicklung, insbesondere mit mindestens einer Spule für eine elektrische Maschine, insbesondere einen Elektromotor oder Generator, sowie ein entsprechendes Bauteil mit mindestens einer Wicklung, insbesondere mit mindestens einer Spule für eine elektrische Maschine, insbesondere einen Elektromotor oder Generator. The invention relates to a method for the additive manufacturing of a three-dimensional component with at least one winding, in particular with at least one coil for an electrical machine, in particular an electric motor or generator, and a corresponding component with at least one winding, in particular with at least one coil for an electrical machine , In particular an electric motor or generator.
Verfahren und entsprechende Vorrichtungen zur additiven Fertigung dreidimensionaler Bauteile durch schichtweises Aufbringen und örtlich selektives Verfestigen eines Aufbaumaterials sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt. Zum schichtweisen Aufbringen ist üblicherweise mindestens eine entsprechende Beschichtungseinheit vorgesehen. Für das örtlich selektive Verfestigen wird üblicherweise mindestens eine entsprechende Bestrahlungseinheit (z. B. umfassend mindestens einen Laser und/oder eine Elektronenstrahleinrichtung, insbesondere Elektronenstrahlkanone, und/oder Lichtbogeneinrichtung) bereitgestellt. Methods and corresponding devices for the additive manufacturing of three-dimensional components by layer-by-layer application and locally selective solidification of a construction material are known in principle from the prior art. At least one appropriate coating unit is usually provided for layer-by-layer application. At least one corresponding irradiation unit (e.g. comprising at least one laser and/or an electron beam device, in particular an electron beam gun and/or arc device) is usually provided for the locally selective solidification.
Weiterhin ist es aus dem Stand der Technik, nämlich DE 10 2014 20 305 Al sowie US 2019/0260252 Al, bekannt, Fertigungsverfahren bzw. entsprechende Vorrichtungen zur additiven Fertigung auch zur Herstellung von Spulen für Elektromotoren zu verwenden. In der US 2019/0260252 Al geht es insbesondere um das Anbringen einer Isolation. Die DE 10 2014 201 305 Al beschreibt die Herstellung einer Spule mit Kühlkanälen. Furthermore, it is known from the prior art, namely DE 10 2014 20 305 A1 and US 2019/0260252 A1, manufacturing methods and corresponding devices for additive manufacturing also for the production of coils for to use electric motors. US 2019/0260252 A1 deals in particular with the attachment of insulation. DE 10 2014 201 305 A1 describes the production of a coil with cooling channels.
Die aus dem Stand der Technik bekannte Herstellung von solchen Spulen oder allgemein Bauteilen mit mindestens einer Wicklung wird als verbesserungswürdig angesehen. The known from the prior art production of such coils or components in general with at least one winding is considered to be in need of improvement.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur additiven Fertigung mindestens eines Bauteils mit mindestens einer Wicklung (bzw. mit mindestens einer Spule) sowie eine entsprechende Herstellvorrichtung vorzuschlagen, wobei der Herstellungsaufwand möglichst reduziert sein soll, insbesondere bei gleichzeitiger Realisierung einer platzsparenden Konstruktion. It is the object of the invention to propose a method for the additive manufacturing of at least one component with at least one winding (or with at least one coil) and a corresponding manufacturing device, whereby the manufacturing effort should be reduced as much as possible, in particular with the simultaneous realization of a space-saving construction.
Diese Aufgabe wird insbesondere durch den Gegenstand gemäß Anspruch 1 gelöst. This object is achieved in particular by the subject matter of claim 1.
Insbesondere wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur additiven Fertigung eines dreidimensionalen Bauteiles mit mindestens einer Wicklung, insbesondere mit mindestens einer Spule für eine elektrische Maschine, insbesondere einen Elektromotor oder Generator, durch schichtweises Aufbringen eines Aufbaumaterials und örtlich selektives Verfestigen des Aufbaumaterials durch eine Bestrahlung mit mindestens einem auf das Aufbaumaterial auftreffenden Strahl. In particular, the object is achieved by a method for the additive manufacturing of a three-dimensional component with at least one winding, in particular with at least one coil for an electrical machine, in particular an electric motor or generator, by applying a construction material in layers and locally selective hardening of the construction material by irradiation with at least one jet impinging on the construction material.
Ein allgemeiner Erfindungsgedanke zeichnet sich also dadurch aus, ein Verfahren zur additiven Fertigung durch schichtweises Aufbringen eines Aufbaumaterials und örtlich selektives Verfestigen des Aufbaumaterials durch eine Bestrahlung mit mindestens einem auf das Aufbaumaterial auftreffenden Strahl, zur Herstellung eines dreidimensionalen Bauteils mit mindestens einer Wicklung, insbesondere mit mindestens einer Spule für eine elektrische Maschine, insbesondere einen Elektromotor oder Generator, zu verwenden. A general idea of the invention is therefore characterized by a method for additive manufacturing by applying a construction material in layers and locally selective solidification of the construction material by irradiation with at least one beam impinging on the construction material, for the production of a three-dimensional component with at least one winding, in particular with at least to use a coil for an electrical machine, in particular an electric motor or generator.
Gemäß einem ersten besonders bevorzugten Aspekt der Erfindung wird eine axiale Länge der Wicklung, insbesondere Spule (17), aus einem entspannten Ausgangzustand um mindestens 30 %, vorzugsweise mindestens 100 %, gestreckt (oder die Wicklung/Spule ist zumindest so beschaffen, dass dies möglich ist), insbesondere ohne sich (bei 20°C) plastisch zu verformen, und/oder um mindestens 30 % gestaucht, insbesondere ohne sich (bei 20°C) plastisch zu verformen (oder die Wicklung/Spule ist zumindest so beschaffen, dass dies möglich ist). According to a first particularly preferred aspect of the invention, an axial length of the winding, in particular the coil (17), is stretched by at least 30%, preferably at least 100%, from a relaxed initial state (or the winding/coil is at least designed in such a way that this is possible), in particular without plastic deformation (at 20°C) and/or compressed by at least 30%, in particular without plastic deformation (at 20°C) (or the winding/coil is at least designed in such a way that this is possible).
Gemäß dem ersten (besonders bevorzugten) Aspekt der Erfindung (der alternativ oder zusätzlich zum nachfolgenden zweiten Aspekt vorgesehen sein kann) kann die mindestens eine Wicklung (insbesondere Spule) aus einem entspannten Ausgangszustand (bei 20 °C) um mindestens 30%, vorzugsweise mindestens 100%, noch weiter vorzugsweise mindestens 300%, ggf. mindestens 500% gestreckt werden, insbesondere ohne sich plastisch zu verformen, und/oder um mindestens 30%, ggf. mindestens 50% gestaucht werden (insbesondere ohne sich plastisch zu verformen). According to the first (particularly preferred) aspect of the invention (which can be provided as an alternative or in addition to the second aspect below), the at least one winding (in particular coil) can be expanded from a relaxed initial state (at 20 °C) by at least 30%, preferably at least 100% %, even more preferably at least 300%, possibly at least 500%, are stretched, in particular without undergoing plastic deformation, and/or are compressed by at least 30%, possibly at least 50% (in particular without undergoing plastic deformation).
Gemäß einem weiteren besonders bevorzugten Aspekt der Erfindung wird die Bestrahlung so konfiguriert, dass eine Dicke der Wicklung zumindest abschnittsweise kleiner oder gleich 5,0 mm, vorzugsweise kleiner oder gleich 1,0 mm, weiter vorzugsweise kleiner oder gleich 0,5 mm ist und/oder wobei in einer Dickenrichtung (ggf. einer jeweiligen Beschichtungsebene) zumindest abschnittsweise höchstens 50, vorzugsweise höchstens 10, weiter vorzugsweise höchstens 5, weiter vorzugsweise höchstens 2 oder genau eine, Bestrahlungsbahn/-en (unmittelbar) nebeneinander liegt/-en. According to a further particularly preferred aspect of the invention, the irradiation is configured in such a way that a thickness of the winding, at least in sections, is less than or equal to 5.0 mm, preferably less than or equal to 1.0 mm, more preferably less than or equal to 0.5 mm and/or or wherein in one thickness direction (possibly a respective coating plane) at least in sections at most 50, preferably at most 10, more preferably at most 5, more preferably at most 2 or exactly one, irradiation path(s) are (directly) next to each other.
Ein zentraler Gedanke des zweiten (besonders bevorzugten) Aspektes liegt also darin, mittels des additiven Fertigungsverfahrens eine vergleichsweise geringe Dicke (Leiterdicke bzw. Materialstärke) der Wicklung zu realisieren, vorzugsweise von < 1,0 mm und/oder höchstens 20, ggf. höchstens 15 oder höchstens 10, nebeneinander liegenden Bestrahlungsbahnen. A central idea of the second (particularly preferred) aspect is to use the additive manufacturing process to achieve a comparatively small thickness (conductor thickness or material thickness) of the winding, preferably <1.0 mm and/or at most 20, possibly at most 15 or at most 10 radiation paths next to each other.
Gemäß dem zweiten Aspekt geht es insbesondere darum, eine Materialstärke (Dicke) der Wicklung bzw. Spule möglichst klein auszubilden, was auf synergistische Art und Weise mittels des hier vorgeschlagenen additiven Herstellungsverfahrens gelingt. Dadurch kann auf einfache Art und Weise eine entsprechende Wicklung hergestellt werden. Insbesondere ist es möglich, auf einfache Art und Weise eine vergleichsweise elastische Wicklung (Spule) bereitzustellen, die entsprechend gestreckt und/oder gestaucht werden kann, beispielsweise um eine Isolierung anzubringen und/oder eine Oberfläche der Wicklung (Spule) zu polieren. According to the second aspect, it is particularly important to make the material thickness (thickness) of the winding or coil as small as possible, which is achieved in a synergistic manner using the additive manufacturing method proposed here. As a result, a corresponding winding can be produced in a simple manner. In particular, it is possible to provide a comparatively elastic winding (coil) in a simple manner, which can be correspondingly stretched and/or compressed, for example to apply insulation and/or to polish a surface of the winding (coil).
Unter einem Bauteil mit mindestens einer Wicklung kann ein (ggf. einstückiges, insbesondere monolithisches) Bauteil verstanden werden, das eine Wicklung umfasst oder durch eine solche Wicklung gebildet wird (also ggf. keine weiteren Strukturen, außer die Wicklung, aufweist). Bei der Wicklung kann es sich insbesondere um eine Spule für eine elektrische Maschine, insbesondere einen Elektromotor oder Generator, handeln. A component with at least one winding can be understood to mean a (possibly one-piece, in particular monolithic) component which comprises a winding or is formed by such a winding (thus possibly having no further structures apart from the winding). The winding can in particular be a coil for an electrical machine, in particular an electric motor or generator.
Unter einer Wicklung ist insbesondere eine um eine (tatsächliche bzw. physische oder geometrische) Achse verlaufende Aufwicklung eines Materials im festen Aggregatszustand zu verstehen. Die Wicklung kann ein- oder mehrlagig sein. Vorzugsweise ist die Wicklung (bzw. Spule) zum Aufbringen auf einen Stator eines Elektromotors konfiguriert (bzw. dort angeordnet). Die Wicklung (bzw. die Spule) soll vorzugsweise mindestens einen 360°-Umlauf (= Einzel-Wicklung) aufweisen, vorzugsweise mindestens 2 oder mindestens 5 oder mindestens 10 derartige 360°-Umläufe (bzw. aneinandergereihte Einzel-Wicklungen). A winding is to be understood in particular as a winding up of a material in the solid state of aggregation around an (actual or physical or geometrical) axis. The winding can be single or multi-layer. Preferably, the winding (or coil) is configured (or arranged) for application to a stator of an electric motor. The winding (or the coil) should preferably have at least one 360° rotation (=individual winding), preferably at least 2 or at least 5 or at least 10 such 360° rotations (or individual windings arranged in a row).
Eine Erstreckung der Wicklung in axialer Richtung soll insbesondere auch als Länge der Wicklung verstanden werden. Die axiale Richtung ist hier vorzugsweise durch die (geometrische) Wicklungsachse (bzw. Spulenachse) definiert, um die die Wicklung herumgewickelt (bzw. aufgesteckt) ist. Diese Achse verläuft vorzugsweise gerade, kann ggf. jedoch auch gekrümmt sein. Bei einer gekrümmten Achse soll als Länge insbesondere ein Abstand (entlang der Wickelachse) zwischen zwei Endpunkten der Wicklung verstanden werden, die auf der Achse liegen (wobei in dieser Betrachtungsweise zu den Punkten der Wicklung auch diejenigen Punkte gehören sollen, die im Inneren der Wicklung, diese insbesondere als Einhüllende betrachtend, liegen). An extension of the winding in the axial direction should also be understood in particular as the length of the winding. The axial direction is preferably defined here by the (geometric) winding axis (or coil axis) around which the winding is wound (or attached). This axis is preferably straight, but can also be curved if necessary. In the case of a curved axis, the length should be understood as a distance (along the winding axis) between two end points of the winding that lie on the axis (whereby in this perspective the points of the winding should also include those points that are inside the winding, considering these in particular as an envelope).
Die (jeweilige) Ausdehnung der Wicklung (Spule) in zueinander senkrechten Richtungen, die beide senkrecht zur (jeweiligen) Längsrichtung sind, wird nachfolgend auch mit Breite und Höhe bezeichnet. The (respective) extent of the winding (coil) in mutually perpendicular directions, both of which are perpendicular to the (respective) longitudinal direction, is also referred to below as width and height.
Unter einer Dicke der Wicklung ist insbesondere deren Materialstärke in Längsrichtung zu verstehen. Diese kann konstant sein (beispielsweise bei einer plattenartigen Konfiguration der Wicklung bzw. Spule) oder variieren. Wenn die Dicke variiert, soll vorzugsweise gelten, dass die oben angegebene Bedingung (Dicke < 5,0 mm vorzugsweise < 1,0 mm, weiter vorzugsweise < 0,5 mm, ggf. < 0,2 mm) für mindestens 20%, vorzugsweise mindestens 50%, noch weiter vorzugsweise mindestens 90%, ggf. für die gesamte Materiallänge der Wicklung (bzw. Spule) gilt. A thickness of the winding is to be understood in particular as its material thickness in the longitudinal direction. This can be constant (e.g. with a plate-like configuration of the winding or coil) or vary. If the thickness varies, it should preferably apply that the above condition (thickness < 5.0 mm, preferably < 1.0 mm, more preferably < 0.5 mm, optionally < 0.2 mm) for at least 20%, preferably at least 50%, even more preferably at least 90%, possibly for the entire material length of the winding (or coil).
Unter einer Materiallänge ist insbesondere eine Länge des Materials der Wicklung (bzw. Spule) zu verstehen, also eine Länge der Wicklung in einem (gedachten) Zustand, in dem diese auf eine Linie gebracht (bzw. gestreckt ist) ist. A material length is to be understood in particular as a length of the material of the winding (or coil), ie a length of the winding in an (imaginary) state in which it is aligned (or stretched).
Insbesondere kann die Wicklung (Spule) in einem Querschnitt senkrecht zur (lokalen) Erstreckung des Wicklungsmaterials variieren (beispielsweise bei einer kreisförmigen Geometrie des Materials). Dann soll die obige Bedingung vorzugsweise für den gesamten Querschnitt gelten (also insbesondere auch an der Stelle, an der die Dicke maximal wird). In particular, the winding (coil) can vary in a cross-section perpendicular to the (local) extension of the winding material (for example with a circular geometry of the material). Then the above condition should preferably apply for the entire cross-section (ie especially at the point where the thickness is at its maximum).
Unter einer Dickenrichtung ist die Richtung der Erstreckung der Dicke zu verstehen. In dieser Richtung sollen alternativ oder zusätzlich höchstens 50, vorzugsweise höchstens 10, weiter vorzugsweise höchstens 5, weiter vorzugsweise höchstens 2 oder genau eine Bestrahlungsbahn unmittelbar nebeneinander liegen. A thickness direction is to be understood as meaning the direction in which the thickness extends. In this direction, alternatively or additionally, at most 50, preferably at most 10, more preferably at most 5, more preferably at most 2 or exactly one irradiation path should lie directly next to one another.
Die Dicke bzw. Dickenrichtung erstreckt sich vorzugsweise (während der additiven Herstellung) in einer (jeweiligen) Beschichtungsebene (zumindest abschnittsweise), oder senkrecht dazu oder in eine noch andere Richtung. The thickness or direction of thickness preferably extends (during additive manufacturing) in a (respective) coating plane (at least in sections), or perpendicularly thereto or in yet another direction.
Die Wicklungsachse erstreckt sich ausführungsgemäß parallel zu einer Bauebene (Oberfläche einer Bauplattform) (zumindest abschnittsweise), oder senkrecht dazu oder in eine noch andere Richtung. According to the embodiment, the winding axis extends parallel to a construction plane (surface of a construction platform) (at least in sections), or perpendicularly thereto or in yet another direction.
Unter einer Streckung bzw. Stauchung der Spule soll insbesondere eine entsprechende Vergrößerung (Streckung) sowie Verkürzung (Stauchung) von deren Länge verstanden werden. Vorzugsweise soll die Wicklung (insbesondere Spule) also erheblich gestreckt (und/oder gestaucht) werden können und nach dieser Streckung (bzw. Stauchung) wieder (elastisch) in ihren Ausgangszustand zurückgehen. A stretching or compression of the coil is to be understood in particular as meaning a corresponding increase (stretching) and shortening (compression) of its length. It should preferably be possible for the winding (in particular the coil) to be stretched (and/or compressed) considerably and to return (elastic) to its initial state after this stretching (or compression).
Durch eine derartige Ausbildung kann die Wicklung (Spule) auf einfache Art und Weise weiter verarbeitet bzw. ausgestattet werden (insbesondere durch eine Polierung und/oder Reinigung und/oder Einbringung einer elektrischen Isolierung). Beispielsweise kann die Spule zunächst gestreckt werden, daraufhin eine Isolierung eingebracht werden (insbesondere wie weiter unten im Detail erläutert) und danach (unter Ausnutzung einer elastischen Rückstellkraft) wieder in ihren Ausgangszustand zurückgebracht werden (oder in einen Zwischenzustand, beispielsweise wenn die Isolierung verhindert, dass sich die Spule bzw. Wicklung vollständig zurückzieht). With such a configuration, the winding (coil) can be further processed or equipped in a simple manner (in particular by polishing and/or cleaning and/or introducing electrical insulation). For example, the coil can first be stretched, then insulation can be introduced (particularly as explained in detail below) and then (using an elastic restoring force) returned to its original state (or to an intermediate state, for example if the insulation prevents the coil or winding retracts completely).
Im Ergebnis wird die Herstellung und Nachbearbeitung (Post-Processing) derartiger Wicklungen bzw. Spulen vereinfacht. As a result, the production and post-processing of such windings or coils is simplified.
Generell (unabhängig von der Frage, ob eine plastische Verform ung stattfindet) wird in einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens gemäß dem zweiten Aspekt die Wicklung (Spule) um vorzugsweise mindestens 30%, weiter vorzugsweise mindestens 100%, noch weiter vorzugsweise mindestens 500% gestreckt und/oder um mindestens 30%, ggf. mindestens 50%, gestaucht. In general (regardless of the question of whether plastic deformation takes place), in a preferred embodiment of the method according to the second aspect, the winding (coil) is stretched by preferably at least 30%, more preferably at least 100%, even more preferably at least 500% and /or compressed by at least 30%, possibly at least 50%.
Dies ist generell vorteilhaft, um die Spule weiter zu bearbeiten bzw. anpassen (und/oder mit weiteren Materialien, wie beispielsweise einem Isoliermaterial) ausstatten zu können. This is generally advantageous in order to be able to process or adapt the coil further (and/or to be able to equip it with other materials, such as an insulating material).
Die bevorzugte Flexibilität der Wicklung (Spule) bietet insbesondere Vorteile für die Nachbearbeitung, wie beim Reinigen (beispielsweise mit Druckluft und/oder Ultraschall), durch Polieren (beispielsweise mittels Sandstrahlen) und/oder Isolieren (beispielsweise durch Vergussmassen, Isolierharze und/oder Feststoffisolatoren). The preferred flexibility of the winding (coil) offers advantages in particular for post-processing, such as cleaning (e.g. with compressed air and/or ultrasound), by polishing (e.g. by means of sandblasting) and/or insulation (e.g. by casting compounds, insulating resins and/or solid insulators) .
Insbesondere können Isolierungen vergleichsweise einfach eingebracht werden, da die Zugänglichkeit durch die (elastische) Verformbarkeit gewährleistet wird. Beispielsweise können sogenannte Prepregs (vorisolierte Folien) einfach eingebracht werden. Auch eine vollständige Benetzung mit Vergussmassen oder Isolierharzen kann einfacher gewährleistet werden, wenn die Wicklung (Spule) in einem Ausgangszustand (insbesondere gestreckten Zustand) getränkt oder lackiert wird und nach dem Isoliervorgang auf die (finale) Länge gebracht (gedrückt) wird. In particular, insulation can be introduced comparatively easily, since accessibility is ensured by the (elastic) deformability. For example, so-called prepregs (pre-insulated foils) can be easily inserted. Also a complete wetting with potting compounds or Insulating resins can be guaranteed more easily if the winding (coil) is impregnated or varnished in an initial state (especially stretched state) and brought (pressed) to the (final) length after the insulating process.
Vorzugsweise ist bei der Fertigung ein Spalt (Abstand) zwischen benachbarten Wicklungsabschnitten (Einzel-Wicklungen) (zumindest abschnittsweise) kleiner oder gleich 1 mm, vorzugsweise kleiner oder gleich 0,2 mm, ggf. kleiner oder gleich 0,1 mm. Der Spalt kann (zumindest abschnittsweise) größer als 0,05 mm, ggf. größer 0,08 mm sein. Der Spalt (Abstand) zwischen benachbarten Wicklungsabschnitten (Einzel-Wicklungen) kann alternativ oder zusätzlich höchstens gleich einer Dicke mindestens eines der beiden benachbarten Wicklungsabschnitte sein, vorzugsweise höchstens dem 0,5-fachen der Dicke mindestens einem der beiden benachbarten Wicklungsabschnitte entsprechen. During production, a gap (distance) between adjacent winding sections (individual windings) (at least in sections) is preferably less than or equal to 1 mm, preferably less than or equal to 0.2 mm, possibly less than or equal to 0.1 mm. The gap can (at least in sections) be larger than 0.05 mm, possibly larger than 0.08 mm. The gap (distance) between adjacent winding sections (individual windings) can alternatively or additionally be at most equal to the thickness of at least one of the two adjacent winding sections, preferably at most 0.5 times the thickness of at least one of the two adjacent winding sections.
Durch derartige Maßnahmen kann ein Bauraum einer Anlage zur additiven Herstellung der Wicklung (Spule), insbesondere einer SLM-Anlage (DMLS) vergleichsweise effizient ausgenutzt werden. Insbesondere können Einzellinien (also vorzugsweise singuläre Bestrahlungsbahnen, die vorzugsweise nicht unmittelbare an eine weitere Bestrahlungsbahn, ohne Abstand dazwischen, angrenzen) vergleichsweise nahe aneinander liegend hergestellt werden. Insbesondere bei einer Linienbelichtung (vgl. Fig. 5) können hier vergleichsweise kleine Spalte (von beispielsweise kleiner oder gleich 0,1 mm) erzielt werden (aufgrund von guten Oberflächeneigenschaften). By means of such measures, a construction space of a system for the additive production of the winding (coil), in particular a SLM system (DMLS), can be used comparatively efficiently. In particular, individual lines (that is to say preferably singular irradiation paths which preferably do not directly adjoin another irradiation path, with no spacing in between) can be produced lying comparatively close to one another. Particularly in the case of a line exposure (cf. FIG. 5), comparatively small gaps (of, for example, less than or equal to 0.1 mm) can be achieved here (due to good surface properties).
Generell kann eine Wandstärke einer (jeweiligen) Wicklung bzw. Spule durch ei ne gezielte Parametrisierung der Bestrahlungseinrichtung eingestellt werden. Beispielsweise kann eine reduzierte Dicke (Wandstärke bzw. Materialstärke) durch eine erhöhte Geschwindigkeit (bei gleicher Leistung und Schichtdicke) erzielt werden, da der Energieeintrag pro Fläche mit steigender Geschwindigkeit geringer wird. Dadurch kann ein schmaleres Schmelzbad resultieren, das in einem dünneren Bauteil resultiert. In general, a wall thickness of a (respective) winding or coil can be adjusted by a targeted parameterization of the irradiation device. For example, a reduced thickness (wall thickness or material thickness) can be achieved by increasing the speed (with the same power and layer thickness), since the energy input per area decreases with increasing speed. This can result in a narrower weld pool, which results in a thinner component.
In Ausführungsformen kann eine (jeweilige) Bestrahlungsbahn (zumindest abschnittsweise) senkrecht zur Dickenrichtung verlaufen (und/oder parallel zu einer (insbesondere lokalen) Erstreckung des Materials der Wicklung bzw. Spule). Alternativ oder zusätzlich kann eine (jeweilige) Bestrahlungsbahn von einem Ende des Bauteils im Bereich einer (der) jeweiligen Bestrahlungsbahn zum anderen Ende des Bauteils im Bereich der jeweiligen Bestrahlungsbahn (zumindest im Wesentlichen) ohne Unterbrechungen verlaufen. Eine Programmierung von solchen Einzelvektoren (bzw. von derartig durchgehenden Bestrahlungsbahnen) hat insbesondere den Vorteil, dass der Prozess vergleichsweise wenig fehleranfällig ist und dadurch weniger Fehlstellen im Material entstehen, die wiederum beispielsweise eine Leitfähigkeit verschlechtern können. In üblichen Bestrahlungsverfahren können durch eine Triangulation, die nach einer (virtuellen) Konstruktion der Flächengeometrien durch die Erstellung einer entsprechenden Datei entstehen kann, bei der Überführung in die tatsächliche Bestrahlung zu einer Unterbrechung der Bestrahlungsbahn bzw. der Vektoren führen. Diese Unterbrechungen führen dann beim tatsächlichen Durchführen des additiven Herstellungsverfahrens zu Haltezeiten der Bestrahlungseinrichtung (delays) führen, die wiederum zu Poren im Material führen können. Durch eine Einstellung bzw. Programmierung durchgängiger Vektoren kann diese Problematik behoben und somit jeder Leiter (pro Schicht) beispielsweise nur durch einen einzelnen Vektor hergestellt werden. Dadurch kann auch eine erhebliche Reduzierung der Fertigungszeit erzielt werden. In embodiments, a (respective) irradiation path can run (at least in sections) perpendicular to the direction of thickness (and/or parallel to a (particularly local) extension of the material of the winding or coil). Alternatively or additionally, a (respective) irradiation path can run from one end of the component in the area of a (the) respective irradiation path to the other end of the component in the area of the respective irradiation path (at least essentially) without interruptions. Programming such individual vectors (or such continuous irradiation paths) has the particular advantage that the process is comparatively less error-prone and as a result there are fewer defects in the material, which in turn can impair conductivity, for example. In conventional irradiation methods, triangulation, which can arise after a (virtual) construction of the surface geometries by creating a corresponding file, can lead to an interruption of the irradiation path or the vectors during the transfer to the actual irradiation. When the additive manufacturing process is actually carried out, these interruptions lead to holding times of the irradiation device (delays), which in turn can lead to pores in the material. This problem can be solved by setting or programming continuous vectors and thus each conductor (per layer) can only be produced by a single vector, for example. A significant reduction in production time can also be achieved as a result.
In weiteren Ausführungsformen können in Dickenrichtung mehrere (beispielsweise mindestens 2 oder mindestens 4 und/oder höchstens 100 oder höchstens 20) Bestrahlungsbahnen (unmittelbar) aneinander (nebeneinander) liegen, die vorzugsweise gegenläufig (antiparallel) zu einer jeweils benachbarten Bestrahlungsbahn durchfahren werden. Insbesondere können einzelne Vektoren entlang der Bauteil-Geometrie aneinander gelegt werden, um beispielsweise größere Wandstärken (Dicken) als durch eine einzelne Bestrahlungslinie (Einzelvektor) herstellbar sind, realisieren zu können. Daraus kann eine Oberflächenbeschaffenheit verbessert (insbesondere eine Oberflächenrauheit reduziert) werden und/oder eine Bauzeit verkürzt werden. Unter „entlang der Geometrie" ist insbesondere zu verstehen, dass die einzelnen Vektoren parallel zur (lokalen) Erstreckung des Wicklungsmaterials bzw. Spulenmaterials ausgerichtet sind (also vorzugsweise nicht in einem Winkel dazu). Durch eine derartige Ausrichtung können Sprungpunkte reduziert werden, was die Fertigungszeit erheblich, beispielsweise um 2/3, reduzieren kann (wenn die Sprungpunkte z. B. von 12 auf 4 reduziert werden). Eine Einstellung der Wandstärke (Dicke) kann wie folgt durchgeführt werden: Wie bereits oben erläutert kann bei der Fertigung von Wicklungen bzw. (Einzel-) Spulen durch (mehrfache) Bestrahlung eine Wandstärke durch einen Bestrahlungsparameter eingestellt werden. Die Summe der Wandstärke kann dann die Gesamtwandstärke ergeben. Alternativ kann eine bestimmte Wandstärke gezielt dadurch erreicht werden, dass ein Hatch-Abstand (Abstand zwischen den Bestrahlungslinien) so gewählt wird, dass eine Gesamtsumme der Bestrahlungen die nötige (gewünschte) Wandstärke ergibt. Auch ist es möglich, die Summe von Bestrahlungsabschnitten konstant zu halten und nur einen Abstand zwischen den Bestrahlungsvektoren zu verändern, um das gewünschte Maß zu erreichen. Vorteilhafterweise wird dabei der Hatch-Abstand verkleinert, da Vergrößerungen tendenziell zu (mehr) Porosität führen. In further embodiments, several (e.g. at least 2 or at least 4 and/or at most 100 or at most 20) irradiation paths can lie (directly) next to one another (next to one another) in the thickness direction, which are preferably traversed in opposite directions (antiparallel) to a respective adjacent irradiation path. In particular, individual vectors can be placed next to one another along the component geometry in order, for example, to be able to realize greater wall thicknesses (thicknesses) than can be produced by a single irradiation line (single vector). From this, a surface quality can be improved (in particular a surface roughness can be reduced) and/or a construction time can be shortened. "Along the geometry" is to be understood in particular that the individual vectors are aligned parallel to the (local) extension of the winding material or coil material (i.e. preferably not at an angle to it). Such an alignment can reduce jump points, which reduces the production time can be significantly reduced, for example by 2/3 (if the jump points are reduced from 12 to 4, for example). The wall thickness (thickness) can be adjusted as follows: As already explained above, a wall thickness can be adjusted by an irradiation parameter when manufacturing windings or (individual) coils by (multiple) irradiation. The sum of the wall thickness can then result in the total wall thickness. Alternatively, a certain wall thickness can be achieved in a targeted manner by choosing a hatch distance (distance between the irradiation lines) such that a total sum of the irradiations results in the necessary (desired) wall thickness. It is also possible to keep the sum of irradiation sections constant and only change a distance between the irradiation vectors in order to achieve the desired level. Advantageously, the hatch distance is reduced, since increases tend to lead to (more) porosity.
Eine Baubarkeit von Wicklungen bzw. Spulen kann zumindest bei bestimmten Aspekt-Verhältnissen (ab beispielsweise Dicke zu Höhe = 1:8) erschwert sein. Beispielsweise kann bei bestimmten Spulen ein Verhältnis von 1: 166 (eine Dicke bzw. Materialstärke ist beispielsweise 0,3 mm; eine Höhe ist beispielsweise 50 mm) vorliegen. Eine aufgrund des Schmelzprozesses bei der additiven Herstellung entstehende Spannung kann sich bei solchen dünnen Querschnitten negativ auf das Bauteil auswirken und es kann zu Verzügen kommen. Diese Verzüge können so weit gehen, dass die Bauteile unbrauchbar werden. Dem soll vorzugsweise entgegengewirkt werden. It can be difficult to build windings or coils, at least in the case of certain aspect ratios (from, for example, thickness to height=1:8). For example, in certain coils there can be a ratio of 1:166 (a thickness or material thickness is, for example, 0.3 mm; a height is, for example, 50 mm). With such thin cross-sections, the tension created by the melting process during additive manufacturing can have a negative effect on the component and warpage can occur. These distortions can go so far that the components become unusable. This should preferably be counteracted.
Vorzugsweise werden die Einzel-Wicklungen der (Gesamt-)Wicklung bzw. Spule so nah wie möglich aneinander gerückt, beispielsweise bis auf 0,1 mm oder weniger (beispielsweise lediglich 0,05 mm). Dabei ist insbesondere darauf zu achten, dass einzelne Wicklungsabschnitte nicht miteinander verschmelzen (soweit dies nicht gewünscht ist). Weiterhin können Wände (Stützwände) zwischen einzelnen Wicklungsabschnitten (bzw. zwei aneinandergrenzenden Einzel-Wicklungen) integriert werden, die in einem ähnlichen Abstand positioniert werden können (z. B. eine Wand pro mindestens 3 und/oder höchsten 20 Einzel-Wicklungen). Vorzugsweise werden die Wände nach der Fertigung entfernt. The individual windings of the (overall) winding or coil are preferably moved as close together as possible, for example to within 0.1 mm or less (for example only 0.05 mm). It is particularly important to ensure that individual winding sections do not fuse together (unless this is desired). Furthermore, walls (supporting walls) can be integrated between individual winding sections (or two adjacent individual windings), which can be positioned at a similar distance (e.g. one wall per at least 3 and/or at most 20 individual windings). Preferably, the walls are removed after fabrication.
Derartige Maßnahmen können zu einer Verzugsminimierung führen. Folgende Mechanismen spielen dabei eine Rolle: Aufgrund von vergleichsweise nahe beieinander liegenden Bauteilen kann eine durch den Herstellungsprozess entstehende Wärme gleichmäßig abgeleitet werden. Durch eine vergleichsweise hohe (maximale) Packung auf einer Bauplattform können Abkühlzeiten beeinflusst werden und dadurch eine Verzögerung wiederkehrender Aufschmelzungen auf einem Bauteil. Es kann eine Stützfunktion realisiert sein, sowohl zwischen den Bauteilen als auch zwischen Stützwänden und Bauteilen. Generell wird vorgeschlagen, die Einzel-Wicklungen der (Gesamt-Wicklung bzw. Spule) so zu bauen, dass diese senkrecht zur Bauplattform (bzw. Bauebene) positioniert werden. Such measures can lead to a minimization of delays. The following mechanisms play a role here: Due to the fact that components are comparatively close together, one can be damaged by the manufacturing process generated heat can be dissipated evenly. Cooling times can be influenced by a comparatively high (maximum) packing on a construction platform and thus a delay in recurring melting on a component. A support function can be implemented, both between the components and between support walls and components. In general, it is proposed to build the individual windings of the (total winding or coil) in such a way that they are positioned perpendicular to the construction platform (or construction level).
Vorzugsweise verläuft die Dickenrichtung parallel zu der (jeweiligen) Beschichtungsebene und/oder Bauplattform-Oberfläche. Alternativ kann die Dickenrichtung senkrecht zu der jeweiligen Beschichtungsebene und/oder Bauplattform-Oberfläche verlaufen. The thickness direction preferably runs parallel to the (respective) coating plane and/or construction platform surface. Alternatively, the direction of thickness can run perpendicularly to the respective coating plane and/or construction platform surface.
In Ausführungsformen weist die Wicklung eine zumindest im Wesentlichen konstante Dicke auf. Alternativ oder zusätzlich kann die Wicklung (Spule) plattenartig konfiguriert sein. Unter einer plattenartigen Konfigurierung ist insbesondere zu verstehen, dass ein jeweiliger Wicklungsabschnitt die Form einer Platte hat. In embodiments, the winding has an at least substantially constant thickness. Alternatively or additionally, the winding (coil) can be configured in a plate-like manner. A plate-like configuration means in particular that a respective winding section has the shape of a plate.
In Ausführungsformen kann ein Querschnitt der Wicklung (Spule) variieren. Alternativ oder zusätzlich kann mindestens ein Wickelkopf eine oberflächenvergrößernde Struktur zur Kühlung aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann mindestens ein Wickelkopf in radialer Richtung gegenüber den übrigen Bereichen der Wicklung verkürzt sein. In embodiments, a cross section of the winding (coil) may vary. Alternatively or additionally, at least one end winding can have a surface-enlarging structure for cooling. Alternatively or additionally, at least one end winding can be shortened in the radial direction compared to the other areas of the winding.
Beispielsweise innerhalb eines Elektromotors kann aufgrund eines Widerstandes des Leiters (der durch die Wicklung bzw. Spule ausgebildet wird) Wärme entstehen. Die Leitfähigkeit üblicher (metallischer) Leiter, wie insbesondere Kupfer oder einer Kupferlegierung, nimmt mit steigender Wärme ab. Dies hat zur Folge, dass eine effiziente Kühlung für Elektromotoren vergleichsweise bedeutsam ist. Da der (jeweilige) Wickelkopf bei einer Anwendung in einem Elektromotor, beispielsweise im Vergleich zu einem Material (z. B. Kupfer), das sich in der Stator-Nut befindet (Aktivteil), besser zugänglich ist, ist dort eine Kühlung vergleichsweise effizient. Eine vergleichsweise einfache Möglichkeit ist es nun, ausführungsgemäß, eine Fläche von Wickelkopfenden zu vergrößern, um somit eine effizientere Kühlwirkung eines Fluids (Gas, vorzugswiese Luft, oder Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser) zu erreichen. Eine Oberflächenvergrößerung (im Bereich des Wickelkopfes) kann vorzugsweise durch eine Vielzahl von (beispielsweise radial ausgerichteten) Vorsprüngen (beispielsweise in Form von Stegen und/oder Noppen und/oder Stiften und/oder (nach außenstehenden) Fasern) erreicht werden. Noch andere geometrische Ausprägungen sind möglich. In Kombination mit einer möglichen Fluidkühlung können hierbei vorzugsweise bereits Fixierungen zur mechanischen Befestigung mindestens einer Leitung der Fluidkühlung bei der Herstellung vorgesehen werden. Besonders vorteilhaft kann gleichzeitig eine große Kühlfläche mit einer vergleichsweise kurzen Wickelkopfgeometrie erzielt werden. Auch hier spielt der (nötige) Bauraum eine Rolle. For example, within an electric motor, heat can be generated due to a resistance of the conductor (which is formed by the winding or coil). The conductivity of conventional (metallic) conductors, such as in particular copper or a copper alloy, decreases with increasing heat. As a result, efficient cooling for electric motors is comparatively important. Since the (respective) end winding is more accessible when used in an electric motor, for example compared to a material (e.g. copper) that is located in the stator slot (active part), cooling is comparatively efficient there. A comparatively simple possibility is now, according to the embodiment, to enlarge an area of the end windings in order to to achieve a more efficient cooling effect of a fluid (gas, preferably air, or liquid, preferably water). An increase in surface area (in the area of the end winding) can preferably be achieved by a large number of (e.g. radially aligned) projections (e.g. in the form of webs and/or nubs and/or pins and/or (outward) fibers). Other geometric forms are also possible. In combination with a possible fluid cooling, fixations for the mechanical fastening of at least one line of the fluid cooling can preferably already be provided during manufacture. At the same time, a large cooling surface can be achieved particularly advantageously with a comparatively short end winding geometry. The (necessary) installation space also plays a role here.
Weiterhin wird ausführungsgemäß eine Wickelkopfverkürzung vorgeschlagen. Eine radiale Erstreckung des Spulenmaterials kann im Bereich des Wickelkopfes beispielsweise (im jeweiligen Mittel) weniger als 0,9-mal, vorzugsweise weniger als 0,7-mal, ggf. weniger als 0,5 mal so groß sein wie eine radiale Erstreckung des Spulenmaterials außerhalb des Bereichs des Wickelkopfes. Beispielsweise kann ein Querschnitt durch die jeweilige Wicklung (bzw. Spule) im Bereich des Wickelkopfes eine andere (z. B. kompaktere) Form aufweisen oder (in einer Seitenansicht) abgebogen bzw. abgewinkelt verlaufen. In Ausführungsformen kann eine Querschnittsfläche durch die Wicklung (Spule) im Bereich des Wickelkopfes mindestens 0,5-mal, vorzugsweise mindestens 0,8-mal und/oder höchstens 1,5-mal, vorzugsweise 1,2-mal so groß sein wie eine Querschnittsfläche in den übrigen Bereichen. Alternativ oder zusätzlich kann eine radiale Erstreckung im Bereich des Wickelkopfes maximal 0,8-mal, vorzugsweise maximal 0,5-mal so groß sein wie eine radiale Erstreckung in den übrigen Bereichen der Wicklung (Spule). Furthermore, according to the embodiment, a shortening of the end winding is proposed. A radial extent of the coil material in the region of the end winding can be less than 0.9 times, preferably less than 0.7 times, possibly less than 0.5 times (on average) the radial extent of the coil material outside the area of the winding head. For example, a cross section through the respective winding (or coil) in the region of the end winding can have a different (e.g. more compact) shape or (in a side view) be bent or angled. In embodiments, a cross-sectional area through the winding (coil) in the area of the end winding can be at least 0.5 times, preferably at least 0.8 times and/or at most 1.5 times, preferably 1.2 times as large as one Cross-sectional area in the remaining areas. Alternatively or additionally, a radial extension in the area of the end winding can be a maximum of 0.8 times, preferably a maximum of 0.5 times as large as a radial extension in the other areas of the winding (coil).
In Ausführungsformen kann ein Querschnitt der Wicklung (Spule) im Bereich des Wickelkopfes beispielsweise rechteckförmig oder dreieckig sein. Bei einer dreieckigen Ausgestaltung ist besonders bevorzugt, wenn jeweils benachbarte Wicklungsabschnitte (Spulenabschnitte) im Querschnitt jeweilige Dreiecke ausbilden, die alternierend ausgerichtet sind (so dass eine Spitze des einen Dreiecks in die genau andere Richtung weist, wie die Spitze der jeweils benachbarten Dreiecke). Die Wicklung (Spule) kann abschnittsweise mindestens eine Einbuchtung (ggf. genau eine Einbuchtung auf einer Seite, insbesondere bei rechteckförmiger Konfiguration) aufweisen und/oder mindestens abschnittsweise (insbesondere im Bereich eines Wickelkopfes) wellen- oder zickzackförmig verlaufen. In embodiments, a cross section of the winding (coil) in the region of the end winding can be rectangular or triangular, for example. In the case of a triangular configuration, it is particularly preferred if adjacent winding sections (coil sections) form respective triangles in cross section, which are aligned alternately (so that a point of one triangle points in exactly the other direction than the point of the respective adjacent triangles). Sections of the winding (coil) can have at least one indentation (possibly exactly one indentation on one side, particularly in the case of a rectangular configuration) and/or run in waves or zigzags at least in sections (particularly in the region of a winding overhang).
Eine Segmentierung von Statoren ist üblich, um eine Montage von Wicklungen (bzw. Spulen, insbesondere aus Kupfer) zu vereinfachen. Ein entsprechender Zahnfuß kann das Aufstecken derartiger Spulen erschweren. A segmentation of stators is common in order to simplify the assembly of windings (or coils, in particular made of copper). A corresponding tooth base can make it difficult to attach such coils.
Um dennoch eine vergleichsweise einfache Montage realisieren zu können, wird ausführungsgemäß eine entsprechende geometrische Ausprägung (insbesondere in Kombination mit einer prozessbedingten Flexibilität) vorgeschlagen. Durch eine (z. B. einseitig oder beidseitig vorgesehene) Einbuchtung (die vorzugsweise entsprechende Verformungsohren ausbildet) kann eine Montage einer (geschlossenen) Spule auf einem segmentierten Stator mit Zahnfuß vereinfacht werden. Es ist vorzugsweise keine mechanische Verformung durch eine Wickelmaschine nötig, was einen Zugewinn an Bauraum ermöglicht, da insbesondere keine Kunststoffelemente auf dem Stator-Zahn benötigt werden. Beispielsweise kann die jeweilige Wicklung (mit einer Ausbuchtung bzw. Verformungsohren) auf einem Statorsegment einseitig aufgesteckt werden. Um nun auch eine zweite Seite über den Zahnfuß zu bewegen, kann die Ausbuchtung (bzw. die die Ausbuchtung begrenzenden Verformungsohren) für eine elastische Verformung über den Zahnfuß genutzt werden. In order to nevertheless be able to implement a comparatively simple assembly, a corresponding geometrical characteristic (in particular in combination with a process-related flexibility) is proposed according to the embodiment. An indentation (provided, for example, on one or both sides) (which preferably forms corresponding deformation ears) can simplify assembly of a (closed) coil on a segmented stator with a tooth base. Preferably, no mechanical deformation by a winding machine is necessary, which allows an increase in installation space, since in particular no plastic elements are required on the stator tooth. For example, the respective winding (with a bulge or deformation ears) can be plugged on one side of a stator segment. In order to now also move a second side over the tooth root, the bulge (or the deformation ears limiting the bulge) can be used for elastic deformation over the tooth root.
Auch andere Geometrien können einen solchen Effekt haben, beispielsweise eine Wellenform oder eine Zickzackform, die für eine Spreizung der gesamten Spulengeometrie genutzt werden kann. Other geometries can also have such an effect, for example a waveform or a zigzag shape that can be used to spread the entire coil geometry.
Die Wicklung kann eine mehreckige, insbesondere viereckige Konfiguration aufweisen. Darunter ist insbesondere zu verstehen, dass mehrere Einzel- Wicklungen oder jede Einzel-Wicklung eine mehreckige, insbesondere viereckige, Konfiguration aufweist (also ein Vieleck bzw. insbesondere Viereck ausbildet in einer Draufsicht entlang der Längsrichtung der Gesamtwicklung). Besonders bevorzugt wird eine derartige viereckige Konfiguration mit einem viereckigen Querschnitt (wie oben erläutert) kombiniert. Die Wicklung (Spule) kann mindestens abschnittsweise keine Steigung aufweisen. Vorzugsweise weist die Wicklung (Spule) in zumindest einem 360°-Umlauf (insbesondere bezogen auf zumindest eine Einzel-Wicklung) nur über einen Winkelbereich von kleiner oder gleich 180°, vorzugsweise kleiner oder gleich 120°, ggf. kleiner oder gleich 90° eine Steigung auf. Alternativ oder zusätzlich kann bei einer viereckigen Konfiguration der Wicklung nur an zwei oder nur an einer Viereckseite eine Steigung vorliegen. Unter einer Steigung der Wicklung (Spule) ist zu verstehen, dass diese in Längsrichtung vorrückt. Wenn keine Steigung vorliegt ist es also vorzugsweise so, dass die Wicklung (in Bezug auf die Längsrichtung) nicht weiter voranschreitet. In einer Ansicht senkrecht auf die Längsrichtung ist eine Steigung dadurch erkennbar, dass der Winkel gegenüber der Längsrichtung kleiner als 90° ist, beispielsweise kleiner 88° oder kleiner als 85° oder kleiner als 80° und/oder größer als 45°. Durch derartige Maßnahmen (bzw. Sprungpunkte im Verlauf) kann eine vergleichsweise platzsparende Bauweise erzielt werden. The winding can have a polygonal, in particular quadrangular, configuration. This means in particular that a plurality of individual windings or each individual winding has a polygonal, in particular quadrangular, configuration (i.e. forms a polygon or in particular a quadrangle in a plan view along the longitudinal direction of the overall winding). More preferably, such a square configuration is combined with a square cross-section (as discussed above). The winding (coil) can have no pitch, at least in sections. Preferably, the winding (coil) has at least one 360° revolution (in particular based on at least one individual winding) only over an angular range of less than or equal to 180°, preferably less than or equal to 120°, possibly less than or equal to 90° slope up. As an alternative or in addition, in the case of a square configuration of the winding, there can be a slope on only two sides or only on one side of the square. A pitch of the winding (coil) means that it advances in the longitudinal direction. If there is no gradient, it is therefore preferably the case that the winding (with respect to the longitudinal direction) does not progress any further. In a view perpendicular to the longitudinal direction, an incline can be seen in that the angle relative to the longitudinal direction is less than 90°, for example less than 88° or less than 85° or less than 80° and/or greater than 45°. A comparatively space-saving design can be achieved by means of such measures (or jump points in the course).
Optional weist die Wicklung (Spule) zumindest abschnittsweise nichtaufgeschmolzene Bereiche auf, die vorzugsweise durch Sinterprozesse und/oder benachbarte aufgeschmolzene Bereiche im Materialverbund Zusammenhalten. Dadurch kann insbesondere eine Wirbelstromreduzierung (vorzugsweise durch einen ähnlichen Effekt wie bei Stator-Blechpaketen) erreicht werden. Dabei ist eine laminare Struktur denkbar (also insbesondere derart, dass sich Schichten von aufgeschmolzenem Material mit Schichten vom nicht-aufgeschmolzenem Material abwechseln, insbesondere bei einem rechteckförmigen Querschnitt bzw. einer plattenartigen Ausgestaltung der Wicklung bzw. Spule). Beispielsweise kann ein Linienabstand vergleichsweise so groß gewählt werden, dass zwischen den Belichtungslinien ein nicht-verschmolzener Bereich entsteht. Dieser kann aufgrund von Sinterprozessen mechanisch verfestigt werden. Optionally, the winding (coil) has non-melted areas, at least in sections, which are preferably held together by sintering processes and/or adjacent melted areas in the composite material. In this way, in particular, a reduction in eddy currents (preferably through an effect similar to that in the case of laminated cores of the stator) can be achieved. A laminar structure is conceivable (i.e. in particular such that layers of melted material alternate with layers of non-melted material, particularly in the case of a rectangular cross section or a plate-like configuration of the winding or coil). For example, a line spacing can be selected comparatively large enough that a non-merged area is created between the exposure lines. This can be mechanically strengthened due to sintering processes.
Bei einem dreieckförmigen Querschnitt durch das Wicklungsmaterial (bzw. Spulenmaterial) kann ebenfalls eine laminare Struktur vorliegen oder eine Struktur mit winklig (ggf. zufällig zueinander) angeordneten nichtverschmolzenen Bereichen. In the case of a triangular cross-section through the winding material (or coil material), there can also be a laminar structure or a structure with non-fused regions arranged at an angle (possibly at random to one another).
Generell kann die Wicklung (Spule) mittels verschiedener Bestrahlungsmodi hergestellt werden. Beispielsweise kann eine (bezogen auf die Materialstärke, insbesondere in Längsrichtung der Spule vergleichsweise dünne) Wicklung durch Bestrahlung mit (nur) einer Bestrahlungsbahnbreite hergestellt werden. Ein Abstand einer Einzel- Wicklung der (Gesamt-)Wicklung zu einer jeweiligen benachbarten Einzel- Wicklung kann so eingestellt sein, dass dazwischen unverfestigtes Aufbaumaterial (nach der Bestrahlung) verbleibt. Im Anschluss an die Verfestigung durch die Bestrahlung kann unverfestigtes Pulver entfernt werden, so dass Einzel- Wicklungen mit der Dicke (Materialstärke) einer Bestrahlungsbahn übrigbleiben. In general, the winding (coil) can be produced using different irradiation modes. For example, a winding (comparatively thin in relation to the material thickness, in particular in the longitudinal direction of the coil) can be produced by irradiation with (only) one irradiation path width. A distance between an individual winding of the (overall) winding and a respective adjacent individual winding can be set in such a way that unsolidified build-up material (after the irradiation) remains between them. After solidification by irradiation, unsolidified powder can be removed so that individual windings with the thickness (material thickness) of an irradiation track remain.
Bei einem alternativen Bestrahlungsmodus kann eine (poröse) Wicklung durch Bestrahlung mit einer Bestrahlungsbahnbreite erzeugt werden. Ein Abstand zur jeweils nächsten Bestrahlungsbahn kann so gewählt werden, dass die beiden (benachbarten) verfestigten Bestrahlungsbahnen durch eine poröse Schicht (Sinterschicht bzw. Schicht mit Ansinterungen) verbunden sind. Hierbei ist das Aufbaumaterial zwischen den beiden (benachbarten) Bestrahlungsbahnen ggf. nicht vollständig aufgeschmolzen, sondern nur teilweise aufgeschmolzen (bzw. angeschmolzen). Eine Einzel-Wicklung umfasst dann zwei (parallele) Bestrahlungsbahnen und einen diese Bestrahlungsbahnen porös verbindenden Zwischenraum (sowie ggf. weitere parallele Bestrahlungsbahnen mit entsprechenden Zwischenräumen). Der poröse Teil kann zur Wirbelstromreduzierung genutzt werden. In an alternative irradiation mode, a (porous) winding can be produced by irradiation with an irradiation track width. A distance to the respective next irradiation path can be selected in such a way that the two (adjacent) solidified irradiation paths are connected by a porous layer (sintered layer or layer with sintered areas). In this case, the build-up material between the two (adjacent) irradiation paths may not be completely melted, but only partially melted (or partially melted). A single winding then comprises two (parallel) irradiation paths and an intermediate space porously connecting these irradiation paths (and optionally further parallel irradiation paths with corresponding intermediate spaces). The porous part can be used to reduce eddy currents.
In einem weiteren Bestrahlungsmodus kann eine vergleichsweise breite Wicklung durch Bestrahlung mit mehreren Bestrahlungsbahnbreiten (insbesondere ohne einen Zwischenraum, wie im vorhergehenden Absatz erläutert) erzeugt werden. In a further irradiation mode, a comparatively wide winding can be produced by irradiation with several irradiation path widths (in particular without a gap, as explained in the previous paragraph).
In Abwandlungen können vergleichsweise dicke Einzel-Wicklungen auch poröse Wicklungsbereiche enthalten. Beispielsweise kann eine Einzel-Wicklung aus zwei oder mehr, z. B. vier, (parallelen) Bestrahlungsbahnen, die unmittelbar aneinander liegen, einer porösen Zwischenschicht und zwei oder mehr, z. B. vier, weiteren (parallelen) Bestrahlungsbahnen aufgebaut sein. In modifications, comparatively thick individual windings can also contain porous winding areas. For example, a single winding of two or more, z. B. four (parallel) irradiation paths that are directly adjacent to each other, a porous intermediate layer and two or more, z. B. four, further (parallel) irradiation paths can be constructed.
Generell kann eine Wicklung (als Aneinanderreihung von Einzel-Wicklungen) mehrere parallele Leiter bzw. Leiterbahnen umfassen (bei der Herstellung gebildet durch Bestrahlungsbahnen). Wird ein Abstand zwischen den parallelen Leiterbahnen (hergestellt durch entsprechende Bestrahlungsbahnen) vergleichsweise groß eingestellt, kann beim Herstellen der Wicklung ein Bereich zwischen den Leiterbahnen entstehen, in dem das Aufbaumaterial nicht (komplett) stoffschlüssig aufgeschmolzen wird, so dass Freiräume entstehen zwischen den parallelen Leiterbahnen, die zu einer Wirbelstromreduzierung führen können. In general, a winding (as a series of individual windings) can comprise a number of parallel conductors or conductor tracks (formed by irradiation tracks during manufacture). If a distance between the parallel conductor tracks (made by corresponding irradiation tracks) set comparatively large, when manufacturing the winding, an area can arise between the conductor tracks in which the construction material is not (completely) melted in a materially bonded manner, so that free spaces arise between the parallel conductor tracks, which can lead to a reduction in eddy currents.
Vorzugsweise wird die Wicklung, insbesondere Spule (für eine elektrische Maschine, insbesondere einen Elektromotor oder Generator) poliert und/oder gereinigt. Dies erfolgt vorzugsweise mittels Sandstrahlen. The winding, in particular the coil (for an electrical machine, in particular an electric motor or generator), is preferably polished and/or cleaned. This is preferably done by means of sandblasting.
Gemäß einem dritten (besonders bevorzugten, grundsätzlich unabhängigen) Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Bauteiles mit mindestens einer Wicklung, insbesondere einer Spule für eine elektrische Maschine, insbesondere einen Elektromotor oder Generator, vorgeschlagen, umfassend einen Verfahrensschritt einer additiven Fertigung, insbesondere gemäß einem der vorhergehenden Aspekte, eines dreidimensionalen Bauteiles mit mindestens einer Wicklung, insbesondere einer Spule für eine elektrische Maschine, insbesondere einen Elektromotor oder Generator, durch schichtweises Aufbringen eines Aufbaumaterials und örtlich selektives Verfestigen des Aufbaumaterials durch eine Bestrahlung mit mindestens einem auf das Aufbaumaterial auftreffenden Strahl, und mindestens einen Verfahrensschritt einer Oberflächenbehandlung und/oder -bedeckung (einer Wicklungs- bzw. Spulenoberfläche), wobei eine Streckung einer axialen Länge der Wicklung, insbesondere Spule, durchgeführt wird und eine Oberflächenbehandlung und/oder -bedeckung der Wicklung, insbesondere Spule, im gestreckten Zustand durchgeführt wird, und/oder eine Stauchung einer axialen Länge der Wicklung der Spule erfolgt, wobei vor der Stauchung eine Oberflächenbehandlung und/oder -bedeckung der Wicklung, insbesondere Spule, im gestreckten Zustand durchgeführt wird. According to a third (particularly preferred, fundamentally independent) aspect of the invention, a method for producing a three-dimensional component with at least one winding, in particular a coil for an electrical machine, in particular an electric motor or generator, is proposed, comprising a method step of additive manufacturing, in particular According to one of the preceding aspects, a three-dimensional component with at least one winding, in particular a coil for an electrical machine, in particular an electric motor or generator, by applying a construction material in layers and locally selective solidification of the construction material by irradiation with at least one beam impinging on the construction material , and at least one process step of surface treatment and/or covering (of a winding or coil surface), wherein an axial length of the winding, in particular coil, is stretched by h is carried out and a surface treatment and/or covering of the winding, in particular the coil, is carried out in the stretched state, and/or a compression of an axial length of the winding of the coil takes place, with a surface treatment and/or covering of the winding being carried out before the compression, in particular coil, is carried out in the stretched state.
In Ausführungsformen umfasst der Oberflächenbehandlungsschritt ein Polieren, vorzugsweise umfassend ein Sandstrahlen. In embodiments, the surface treatment step includes polishing, preferably including sandblasting.
Alternativ oder zusätzlich kann der Oberflächenbehandlungsschritt ein Reinigen, vorzugsweise mit einem flüssigen und/oder gasförmigen Reinigungsmittel, umfassen. Die Oberflächenbedeckung umfasst vorzugsweise die Anordnung einer (elektrischen) Isolierung zumindest teilweise auf der Oberfläche des Spulenmaterials, insbesondere zwischen einander benachbarten Einzel- Wicklungen. Alternatively or additionally, the surface treatment step can include cleaning, preferably with a liquid and/or gaseous cleaning agent. The surface covering preferably includes the arrangement of (electrical) insulation at least partially on the surface of the coil material, in particular between adjacent individual windings.
Insbesondere um die Zugänglichkeit für Oberflächenbearbeitungsverfahren zu gewährleisten, ist eine Streckung der Wicklung (Spule) vorteilhaft. Somit kann auch durch vergleichsweise grobe Medien (beispielsweise beim Sandstrahlen) an jeder Stelle des Bauteils ein Polieren durchgeführt werden. Abschattungen können dabei vorteilhafterweise umgangen werden. Die Wicklung (Spule) kann vor dem Polieren gespreizt werden (und/oder nach dem Polieren zusammengedrückt werden und/oder sich aufgrund einer elastischen Rückstellkraft eigenständig zusammenziehen). Stretching the winding (coil) is particularly advantageous in order to ensure accessibility for surface treatment processes. This means that polishing can be carried out at any point on the component using comparatively coarse media (e.g. when sandblasting). Shading can advantageously be avoided in this case. The winding (coil) may be expanded before polishing (and/or compressed after polishing and/or contract by itself due to an elastic restoring force).
Alternativ oder zusätzlich zu einem Polieren kann ein Reinigungsschritt (beispielsweise mittels eines Fluids, insbesondere Gas oder Flüssigkeit) durchgeführt werden. Auch dazu wird die Spule vorzugsweise gestreckt und/oder nach dem Reinigen gestaucht (bzw. zusammengedrückt) bzw. kann sich nach dem Strecken aufgrund einer elastischen Rückstellkraft eigenständig zusammenziehen. As an alternative or in addition to polishing, a cleaning step (for example using a fluid, in particular gas or liquid) can be carried out. For this purpose, too, the coil is preferably stretched and/or compressed (or compressed) after cleaning or can contract independently after stretching due to an elastic restoring force.
Besonders bevorzugt wird die Wicklung (Spule) vor der Anordnung einer Isolierung oder eines (z. B. flüssigen) Ausgangsmaterials für die Isolierung gestreckt (bzw. gespreizt). Alternativ oder zusätzlich kann nach der Anordnung der Isolierung oder eines (ggf. flüssigen) Ausgangsmaterials für die Isolierung die Spule zusammengedrückt werden und/oder sich aufgrund einer (elastischen) Rückstellkraft eigenständig zusammenziehen. More preferably, the winding (coil) is stretched (or spread) prior to placement of insulation or a (e.g., liquid) source material for insulation. Alternatively or additionally, after the insulation or a (possibly liquid) starting material for the insulation has been arranged, the coil can be compressed and/or contract independently due to an (elastic) restoring force.
Die Anordnung der Isolierung kann umfassen: The arrangement of insulation can include:
- eine Bereitstellung eines festen Ausgangsmaterials, das zumindest teilweise aufgeschmolzen wird oder gelöst wird bzw. in Lösung gebracht wird (und wieder erstarrt und dadurch eine Verbindung mit der Wicklung eingeht und ggf. benachbarte Wicklungsabschnitte zusammenhält) und/oder - eine Bereitstellung eines flüssigen oder pastösen Ausgangsmaterials (das beim Erstarren eine Verbindung mit der Wicklung eingeht und ggf. benachbarte Wicklungsabschnitte zusammenhält) und/oder - a provision of a solid starting material that is at least partially melted or dissolved or dissolved (and solidifies again and thereby enters into a connection with the winding and possibly holds adjacent winding sections together) and/or - Provision of a liquid or pasty starting material (which forms a connection with the winding when it solidifies and possibly holds adjacent winding sections together) and/or
- eine Bereitstellung eines festen Isoliermaterials, das zwischen benachbarte Wicklungsabschnitte gelegt wird (wobei vorzugsweise kein vorangehendes Aufschmelzen erfolgt und/oder kein vorangehendes Auflösen erfolgt) und/oder - a provision of a solid insulating material to be laid between adjacent winding sections (preferably without prior melting and/or prior dissolving) and/or
- eine Bereitstellung einer durch ein additives Herstellungsverfahren hergestellten (insbesondere als vorzugsweise innen hohle Isolier-Wicklung ausgebildeten) Isolierung und/oder - a provision of insulation produced by an additive manufacturing process (in particular designed as an insulating winding that is preferably hollow on the inside) and/or
- eine Bereitstellung einer vorzugsweise innen hohlen Isolier-Wicklung (die vorzugsweise beispielsweise durch schraubenartiges Eindrehen mit der Wicklung verbunden wird). - A provision of a preferably internally hollow insulating winding (which is preferably connected to the winding, for example by being screwed in like a screw).
Insbesondere bei einer dünnen Materialstärke (bzw. dünnen Wandstärke) gemäß dem zweiten Aspekt und/oder einer vergleichsweise hohen Flexibilität (gemäß dem ersten Aspekt) kann sich eine erhebliche Verbesserung der Zugänglichkeit von Einzel-Wicklungen und damit der Isolierfähigkeit ergeben. Eine Streckung (Spreizung), ist mit nur geringem Aufwand (Werkzeugaufwand) möglich. In particular with a thin material thickness (or thin wall thickness) according to the second aspect and/or a comparatively high flexibility (according to the first aspect), there can be a significant improvement in the accessibility of individual windings and thus in the insulating capability. An elongation (spreading) is possible with little effort (expenditure on tools).
Unterschiedliche Isoliersysteme sowohl in der Flüssig- als auch in der Festphase können genutzt werden. Die Verwendung von bekannten und bereits eingesetzten Isolierungen (beispielsweise Drahtlack, Epoxidharz und/oder Polyamid), aber auch andere Isolierungen, sind dadurch ermöglicht. Different insulation systems in both the liquid and the solid phase can be used. This enables the use of known and already used insulation (for example wire enamel, epoxy resin and/or polyamide), but also other insulation.
Um eine vollständige Benetzung in vergleichsweise geringen Zwischenräumen, insbesondere von kleiner 0,1 mm realisieren zu können, ist es möglich, die Wicklung (Spule) gestreckt in ein Bad einzubringen und diese nach der (kompletten) Benetzung dann beispielsweise mit Hilfe eines Werkezuges auf ein Endmaß zusammenzudrücken. In order to be able to achieve complete wetting in comparatively small gaps, in particular of less than 0.1 mm, it is possible to stretch the winding (coil) into a bath and then, after (complete) wetting, to open it with the help of a tool, for example final dimension to compress.
Eine weitere Möglichkeit stellen Festkörperisolierungen dar. Zwischen benachbarten Einzel-Wicklungen (Lagen der Gesamtwicklung) kann eine Isolierschicht (Isolierfolie), z. B. aus Mylar®, angeordnet sein, das für eine (vollflächige) Isolierung sorgen kann. Diese Art der Isolierung wird insbesondere erst aufgrund einer speziellen (wandartigen, siehe oben) Geometrie möglich. Eine andere (ähnliche) Möglichkeit stellen sogenannte Prepregs dar. Dabei handelt es sich um vorimprägnierte Schichten (Folien), die einen Kunststoff (z. B. Harz, insbesondere Epoxidharz) umfassen und beispielsweise beidseitig mit einer Nomex®-Folie beschichtet sind. Eine solche Vorimprägnierung kann beispielsweise durch ein Verpressen, insbesondere in Kombination mit einer Wärmebehandlung (in einem Ofen) mit der Wicklungsgeometrie (Leitergeometrie) verschmelzen und dabei für eine adhäsive Bindung sorgen. Dies kann auch als eine Primärisolierung bezeichnet werden, da es sich das Harz dann (direkt) auf dem Wicklungsmaterial (Leiter) befindet und sich auch (insbesondere) bei Oberflächenrauheiten (vollflächig) anschmiegt. Eingebrachte Festkörper, wie beispielsweise eine Mylar®-Folie, können hingegen als Sekundärisolierung bezeichnet werden. Another possibility is solid insulation. An insulating layer (insulating film), e.g. B. Mylar®, be arranged, which can provide (full-surface) insulation. This type of insulation is only possible due to a special (wall-like, see above) geometry. So-called prepregs represent another (similar) possibility. These are pre-impregnated layers (foils) which comprise a plastic (e.g. resin, in particular epoxy resin) and are coated on both sides with a Nomex® foil, for example. Such a pre-impregnation can, for example, fuse with the winding geometry (conductor geometry) by pressing, in particular in combination with a heat treatment (in an oven) and thereby ensure an adhesive bond. This can also be referred to as primary insulation, since the resin is then (directly) on the winding material (conductor) and also (particularly) clings to surface roughness (over the entire surface). On the other hand, inserted solids, such as a Mylar® foil, can be referred to as secondary insulation.
Eine weitere Möglichkeit der Festkörperisolierung stellen wiederum additiv hergestellte Festkörper dar. Diese können aus gewickelten (spulenartigen) Geometrien bestehen. Eine Montage kann damit beispielsweise durch ein schraubenartiges Eindrehen ermöglicht sein. Als Fertigungsprozesse kommen beispielsweise Stereolithographie in Frage, bei der auch insbesondere thermisch stabile Werkstoffe verarbeitet werden können. Additively manufactured solids are a further possibility for solid-state insulation. These can consist of wound (coil-like) geometries. An assembly can thus be made possible, for example, by screwing it in like a screw. Stereolithography, for example, can be considered as a production process, in which thermally stable materials in particular can also be processed.
Um einen Abstand der (Einzel-)Wicklungen zur Isolierung herzustellen, können Abstandshalter (z. B. Abstandbleche) zwischen den Einzel-Wicklungen angeordnet werden, um eine Isolierdicke (bei Verguss) vorzugeben. Die gestreckte (gespreizte) Spule kann dann getränkt werden und auf Maß gepresst werden, wobei Abstandshalter den minimalen Abstand vorgeben. In order to create a distance between the (individual) windings and the insulation, spacers (e.g. spacer plates) can be arranged between the individual windings in order to specify an insulation thickness (in the case of casting). The stretched (spread) coil can then be soaked and pressed to size, with spacers providing the minimum spacing.
Ein Abstand (bei Anordnen des Isoliermaterials bzw. einer Vorstufe des Isoliermaterials) kann auch durch ein Granulat im Isoliermaterial erfolgen. Eine gestreckte (gespreizte) Spule kann dann getränkt und auf Maß gepresst werden, wobei das Granulat den minimalen Abstand vorgibt. A distance (when arranging the insulating material or a preliminary stage of the insulating material) can also be provided by granules in the insulating material. A stretched (spread) coil can then be soaked and pressed to size, with the granulate dictating the minimum spacing.
Gemäß einem vierten (unabhängigen) Aspekt der Erfindung (der vorzugsweise mit einem ersten und/oder zweiten und/oder dritten Aspekt der Erfindung kombiniert wird) wird ein Verfahren zum Anordnen einer Spule auf einem Statorsegment eines Elektromotors vorgeschlagen, umfassend ein Verfahren zur additiven Fertigung eines dreidimensionalen Bauteiles mit mindestens einer Wicklung, insbesondere einer Spule für einen Elektromotor, durch schichtweises Aufbringen eines Aufbaumaterials und örtlich selektives Verfestigen des Aufbaumaterials durch eine Bestrahlung mit mindestens einem auf das Aufbaumaterial auftreffenden Strahl, wobei zumindest ein elastischer Abschnitt der Spule in radialer Richtung nach außen verlagert wird, die Spule dann (oder zumindest abschnittsweise zeitgleich mit dem Vorgang der Verlagerung nach außen) über einen Vorsprung des Stators, insbesondere einen Zahnfuß, hinweg verbracht wird, wobei der nach außen verlagerte Abschnitt sich darauf aufgrund seiner Elastizität wieder in radialer Richtung nach innen verlagert. According to a fourth (independent) aspect of the invention (which is preferably combined with a first and/or second and/or third aspect of the invention) there is proposed a method for arranging a coil on a stator segment of an electric motor, comprising a method for additively manufacturing a three-dimensional component with at least one winding, in particular a coil for an electric motor, by applying it in layers of a construction material and locally selective hardening of the construction material by irradiation with at least one beam impinging on the construction material, with at least one elastic section of the coil being displaced outwards in the radial direction, the coil then (or at least in sections at the same time as the outward displacement process ) is brought over a projection of the stator, in particular a tooth base, with the outwardly displaced section then being displaced inward again in the radial direction due to its elasticity.
Erfindungsgemäß wird weiterhin ein dreidimensionales Bauteil mit mindestens einer Wicklung, insbesondere einer Spule für eine elektrische Maschine, insbesondere einen Elektromotor oder Generator, vorgeschlagen, das nach dem ersten und/oder zweiten und/oder dritten und/oder vierten Aspekt der Erfindung (und evtl, weiterbildenden Merkmalen) hergestellt ist. According to the invention, a three-dimensional component with at least one winding, in particular a coil for an electrical machine, in particular an electric motor or generator, is proposed which, according to the first and/or second and/or third and/or fourth aspect of the invention (and possibly continuing education features) is produced.
Erfindungsgemäß wird weiterhin insbesondere eine Spule auf einem Statorsegment vorgeschlagen, hergestellt nach dem obigen Verfahren. According to the invention, a coil on a stator segment is also proposed, in particular, which is produced using the above method.
Erfindungsgemäß wird weiterhin eine elektrische Maschine, insbesondere ein Elektromotor oder Generator, umfassend ein dreidimensionales Bauteil und/oder mindestens eine Spule auf einem Statorsegment, hergestellt nach dem obigen Verfahren vorgeschlagen. According to the invention, an electrical machine, in particular an electric motor or generator, comprising a three-dimensional component and/or at least one coil on a stator segment, produced using the above method, is also proposed.
Erfindungsgemäß wird weiterhin die Verwendung eines Verfahrens zur additiven Fertigung eines dreidimensionalen Bauteils mit mindestens einer Wicklung, insbesondere eine Spule für eine elektrische Maschine, insbesondere einen Elektromotor oder Generator, durch schichtweises Aufbringen eines Aufbaumaterials und örtlich selektives Verfestigen des Aufbaumaterials durch eine Bestrahlung mit mindestens einem auf das Aufbaumaterial auftreffenden Strahl, vorgeschlagen (wobei das Verfahren vorzugsweise weitere Merkmale gemäß dem ersten und/oder zweiten und/oder dritten und/oder vierten Aspekt der Erfindung sowie optional entsprechende weiterbildende Merkmale aufweist). According to the invention, the use of a method for the additive manufacturing of a three-dimensional component with at least one winding, in particular a coil for an electrical machine, in particular an electric motor or generator, by applying a construction material in layers and locally selective solidification of the construction material by irradiation with at least one the beam impinging on the construction material, is proposed (the method preferably having further features according to the first and/or second and/or third and/or fourth aspect of the invention and optionally corresponding further developing features).
Die Erfindung umfasst vorzugsweise die additive Herstellung von Spulen (Zahnspulen) für Elektromotoren, sowie insbesondere deren (Serien-)Fertigung, Montage und Kompaktierung am Wickelkopf. Konventionell gefertigte Spulen unterliegen unterschiedlichen Restriktionen aufgrund des Einsatzes von Drähten oder drahtartigen Querschnitten. Verluste durch (schlecht) gefüllte Stator-Nuten, Skin-Effekt und Wirbelströme sind aktuelle Probleme, die durch die Herstellung mittels eines additiven Verfahrens reduziert oder eliminiert werden können. The invention preferably includes the additive production of coils (tooth coils) for electric motors, and in particular their (series) production, assembly and compaction on the end winding. Conventionally manufactured coils are subject to different restrictions due to the use of wires or wire-like cross-sections. Losses due to (poorly) filled stator slots, skin effect and eddy currents are current problems that can be reduced or eliminated by manufacturing using an additive process.
Durch die additive Herstellung von (Zahn-)Spulen im Vergleich zu konventioneller Wickeltechnik können verschiedene Vorteile erzielt werden. Übliche Wickelmaschinen für konventionelle Wicklungen sind vergleichsweise kostenintensiv und müssen im Prinzip für jeden neuen Motortypen neu konzipiert werden. Additive Herstellungsanlagen können hingegen ohne zusätzliche Werkzeug kosten jede Wicklung herstellen. Für die Herstellung konventioneller Wicklungen sind Umformprozesse (Biegen, Ziehen, Stauchen) nötig, die sich unterschiedlich auf das finale Ergebnis (Wicklung auf Blechpaket) auswirken. Umformzonen können aufgrund von partiellen Materialveränderungen eine schlechtere Leitfähigkeit aufweisen. Beim eigentlichen Wickelprozess können große mechanische Kräfte auftreten, da ein Rückfedern das Überwinden des elastischen Verformungsbereichs erfordert. Ein solcher Prozess kann oft über Monate hinweg validiert und optimiert werden. Dies verlängert die Entwicklungszeit um Größenordnungen und ist bei additiv hergestellten (Zahn-) Spulen nicht notwendig. Various advantages can be achieved through the additive manufacturing of (tooth) coils compared to conventional winding technology. Conventional winding machines for conventional windings are comparatively expensive and in principle have to be redesigned for each new motor type. Additive manufacturing systems, on the other hand, can produce any winding without additional tooling costs. For the production of conventional windings, forming processes (bending, drawing, upsetting) are necessary, which have different effects on the final result (winding on a laminated core). Forming zones can have poorer conductivity due to partial material changes. During the actual winding process, large mechanical forces can occur because springback requires overcoming the elastic deformation range. Such a process can often be validated and optimized over months. This extends the development time by orders of magnitude and is not necessary for additively manufactured (tooth) coils.
Die Herstellung erster Muster, Prototypen und Serien kann beschleunigt werden. Eine nötige Umformarbeit erfordert stabile Isolierkörper bzw. Grundkörper, die bei konventioneller Wickeltechnik als Grundlage der Wicklung verbaut werden. Bei der Fertigung von Spulen durch additive Herstellung können diese reduziert oder eingespart werden und dadurch wiederum mehr Material (insbesondere Kupfer bzw. Kupferlegierung) in der Stator-Nut integriert werden. Durch die Verarbeitung von Drähten oder drahtartigen Querschnitten als Leiter in elektrischen Maschinen (Motoren, Generatoren) kommt es zu keiner optimalen Ausfüllung der Stator-Nut. Durch die additive Herstellung können Füllfaktoren von über 70% ermöglicht werden, da hierbei der Leiterquerschnitt ideal an die Nut angepasst werden kann. Mit konventionellen Fertigungsmethoden können Stator-Wicklungen nicht in jeder beliebigen Geometrie herstellbar sein. Wandungen von oftmals weniger als 1 mm Wandstärke lassen sich beispielsweise nicht im 90°-Winkel umformen, ohne zu reißen oder auszuknicken. Diese dünnen blechartigen Leiterquerschnitte sind aber vorteilhaft, da aufgrund von dünnen Wandungen Leistungsverluste durch Skin- Effekt und Wirbelströme reduziert werden können. Zudem kommt es aufgrund der vorgegebenen Biegeradien bei der Verarbeitung konventioneller Drähte zum Bauraumverlust am Wickelkopf. Durch additive Herstellung von Spulen ist die Ausprägung des Wickelkopfes nicht an Restriktionen konventioneller Fertigung gebunden und kann damit sehr platzsparend konstruiert und gefertigt werden. Zudem ermöglicht es die erfindungsgemäße Vorgehensweise insbesondere, dass bei Elektromotoren die Nutzung anderer Isoliersysteme als bisher zum Einsatz kommt. Da Umformprozesse hier nicht mehr nötig sind, können wesentlich einfachere Vergussmassen für eine Isolierung eingesetzt werden, die sich durch hohe Durchschlagbeständigkeiten auszeichnen. Eine mechanische (höhere) Festigkeit kann durch die nun nicht mehr benötigte hohe Flexibilität des Isolators erzielt werden. The production of first samples, prototypes and series can be accelerated. A necessary forming work requires stable insulating bodies or base bodies, which are installed as the basis of the winding with conventional winding technology. When manufacturing coils using additive manufacturing, these can be reduced or saved, which in turn means that more material (in particular copper or copper alloy) can be integrated in the stator slot. The processing of wires or wire-like cross-sections as conductors in electrical machines (motors, generators) does not result in optimal filling of the stator slot. Filling factors of over 70% can be made possible through additive manufacturing, since the conductor cross-section can be ideally adapted to the slot. With conventional manufacturing methods, stator windings cannot be manufactured in any geometry. For example, walls that are often less than 1 mm thick cannot be formed at a 90° angle without tearing or buckling. However, these thin sheet-like conductor cross-sections are advantageous, since power losses due to skin Effect and eddy currents can be reduced. In addition, there is a loss of installation space at the winding head due to the specified bending radii when processing conventional wires. Additive manufacturing of coils means that the shape of the end winding is not tied to the restrictions of conventional manufacturing and can therefore be designed and manufactured in a very space-saving manner. In addition, the procedure according to the invention makes it possible, in particular, for electric motors to use other insulation systems than previously. Since forming processes are no longer necessary here, much simpler potting compounds can be used for insulation, which are characterized by high dielectric strength. A (higher) mechanical strength can be achieved through the high flexibility of the insulator, which is no longer required.
Eine Möglichkeit der (Serien-)Fertigung ist das sogenannte Stacking, bei dem möglichst viele Teile vergleichsweise eng aneinander und/oder übereinander gepackt werden, um die Bauplattform ideal auszunutzen. Um die Bauteile (einfach) voneinander trennen zu können, ist es möglich, eine Gradierung zwischen den einzelnen Lagen der Bauteile vorzunehmen. Damit ist es möglich, einen Bereich, der nicht zum Bauteil gehört, mit einem vergleichsweise porösen Parameter herzustellen, was zur Folge hat, dass sich die einzelnen Spulen einfach auseinanderbrechen lassen. One possibility of (series) production is so-called stacking, in which as many parts as possible are packed comparatively close together and/or on top of each other in order to make ideal use of the construction platform. In order to be able to (easily) separate the components from one another, it is possible to grade the individual layers of the components. This makes it possible to produce an area that does not belong to the component with a comparatively porous parameter, with the result that the individual coils can be easily broken apart.
Weiterhin sei darauf hingewiesen, dass die Wicklung (Spule) bereits in einem gespreizten Zustand gedruckt werden kann, um Nachbearbeitungsvorgänge (insbesondere in Sachen Zugänglichkeit) zu vereinfachen. Furthermore, it should be noted that the winding (coil) can already be printed in a spread state, in order to simplify post-processing operations (especially in terms of accessibility).
Anschlüsse können Verbindungen in unterschiedlichen Ausbildungen vorgesehen werden (beispielsweise Crimp- und/oder Steckverbindungen). Connections can be provided in different configurations (for example, crimp and/or plug-in connections).
Das Aufbaumaterial kann vorzugsweise zu mindestens 30 Gew.-%, insbesondere zu mindestens 90 Gew.-% umfassen: Ein Metall oder mehrere Metalle, vorzugsweise Kupfer oder eine Kupferlegierung; und/oder Aluminium oder eine Aluminiumlegierung; und/oder Eisen oder eine Eisenlegierung. Jedes der genannten Metalle kann mindestens 10 Gew.-% oder mindestens 50 Gew.-% oder mindestens 90 Gew.-% des Aufbaumaterials ausbilden. Generell kommen verschiedene additive Fertigungsverfahren im Rahmen der vorliegenden Erfindung in Frage. The structural material can preferably comprise at least 30% by weight, in particular at least 90% by weight: one metal or more metals, preferably copper or a copper alloy; and/or aluminum or an aluminum alloy; and/or iron or an iron alloy. Each of the metals mentioned can form at least 10% by weight or at least 50% by weight or at least 90% by weight of the building material. In general, various additive manufacturing methods are possible within the scope of the present invention.
In einem pulverbett-basierenden Fertigungsverfahren kann in einer Ebene Pulver aufgetragen werden, wobei Strukturen innerhalb der Ebene bestrahlt werden. Durch die Bestrahlung kann eine Aufschmelzung des Pulvers mit anschließender Abkühlung erfolgen. Die Bestrahlung kann mittels Laser, Elektronenstrahl und/oder Lichtbogen erfolgen. In a powder bed-based manufacturing process, powder can be applied in one plane, with structures within the plane being irradiated. As a result of the irradiation, the powder can be melted and then cooled. The irradiation can take place by means of a laser, electron beam and/or electric arc.
Alternativ kann in einem Pulverzufuhrsystem nur in dem Bereich, der verfestigt werden soll, Pulver für die benötigte Schichtdicke aufgebracht werden und durch eine Bestrahlung (mittels Laser, Elektrodenstrahl und/oder Lichtbogen) verfestigt werden. Alternatively, powder for the required layer thickness can be applied in a powder supply system only in the area that is to be solidified and solidified by irradiation (by means of laser, electron beam and/or arc).
Bei einem Drahtzufuhrsystem kann anstelle eines pulverförmigen Materials ein Aufbaumaterial in Drahtform bereitgestellt werden. Der Draht kann mittels Bestrahlung (Laser, Elektronenstrahl und/oder Lichtbogen) aufgeschmolzen und abgekühlt werden. In a wire feed system, instead of a powdered material, a build material can be provided in wire form. The wire can be melted and cooled by means of radiation (laser, electron beam and/or arc).
Besonders bevorzugt wird ein pulverbettbasierendes Fertigungsverfahren eingesetzt. A powder bed-based manufacturing process is particularly preferably used.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Further embodiments of the invention result from the dependent claims.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben, die anhand der Abbildungen näher erläutert werden. Hierbei zeigen: The invention is described below using exemplary embodiments which are explained in more detail using the figures. Here show:
Fig. 1 eine schematische Schrägansicht eines Stators eines erfindungsgemäßen Elektromotors; 1 shows a schematic oblique view of a stator of an electric motor according to the invention;
Fig. 2 eine erfindungsgemäße Spule in einer (schematischen) Seitenansicht; 2 shows a coil according to the invention in a (schematic) side view;
Fig. 3 die Spule gemäß Fig. 2 in einem gestreckten Zustand; Fig. 4 eine hochschematische Draufsicht auf einen Spulenabschnitt; FIG. 3 shows the coil according to FIG. 2 in a stretched state; FIG. 4 shows a highly schematic plan view of a coil section;
Fig. 5 den Spulenabschnitt gemäß Fig. 4 mit abweichendenFig. 5 shows the coil section according to FIG. 4 with different
Bestrahlungsvektoren; irradiation vectors;
Fig. 6 einen schematischen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Spule in einem Zustand beim Anordnen einer Isolierung; 6 shows a schematic section of a coil according to the invention in a state in which an insulation is being arranged;
Fig. 7 einen Ausschnitt aus Fig. 6 in vergrößerter Darstellung; FIG. 7 shows a detail from FIG. 6 in an enlarged representation; FIG.
Fig. 8 eine schematische Darstellung eines Wicklungsabschnitts; 8 shows a schematic representation of a winding section;
Fig. 9 den Wicklungsabschnitt gemäß Fig. 8 im gestreckten Zustand; FIG. 9 shows the winding section according to FIG. 8 in the stretched state;
Fig. 10 einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Spule (im Bereich des Wickelkopfes); 10 shows a section of a coil according to the invention (in the region of the end winding);
Fig. 11 eine alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spule (im Bereich des Wickelkopfs); 11 shows an alternative embodiment of a coil according to the invention (in the area of the end winding);
Fig. 12 eine alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spule (im Bereich des Wickelkopfs); 12 shows an alternative embodiment of a coil according to the invention (in the area of the end winding);
Fig. 13 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Spule im Bereich des Wickelkopfs; 13 shows a schematic representation of a coil according to the invention in the region of the end winding;
Fig. 14 eine Darstellung analog Fig. 13 in einer abweichenden Ausführungsform (im Bereich des Wickelkopfs); FIG. 14 shows a representation analogous to FIG. 13 in a different embodiment (in the region of the end winding);
Fig. 15 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Spule; 15 is a plan view of a spool according to the invention;
Fig. 16 einen segmentierten Stator in einer Schrägdarstellung (mit Zahnfuß); 16 shows a segmented stator in an oblique representation (with tooth base);
Fig. 17 eine schematische Ansicht eines Wickelkopfendes in Draufsicht; Fig. 18 das Wickelkopfende gemäß Fig. 17 im gestreckten Zustand; 17 shows a schematic view of a winding head end in plan view; FIG. 18 shows the winding head end according to FIG. 17 in the stretched state;
Fig. 19 das Wickelkopfende gemäß Fig. 17 im noch weiter gestrecktenFIG. 19 shows the winding head end according to FIG. 17 in an even further stretched position
Zustand; Status;
Fig. 20 eine schematische Seitendarstellung einer Wicklung einer Spule auf einem Stator; 20 shows a schematic side view of a winding of a coil on a stator;
Fig. 21 eine schematische Darstellung analog Fig. 20 in einer abweichenden Ausführungsform der Spule; FIG. 21 shows a schematic illustration analogous to FIG. 20 in a different embodiment of the coil;
Fig. 22 die Spule gemäß Fig. 21 in einer abweichenden Ansicht; FIG. 22 shows the coil according to FIG. 21 in a different view;
Fig. 23 eine Querschnittsansicht durch eine Spule von der Seite; Figure 23 is a side cross-sectional view through a spool;
Fig. 24 eine Querschnittsansicht durch die Spule analog Fig. 23 in einer abweichenden Ausführungsform; FIG. 24 shows a cross-sectional view through the coil analogous to FIG. 23 in a different embodiment;
Fig. 25 eine Darstellung analog Fig. 23 gemäß einer abweichenden Ausführungsform der Spule; FIG. 25 shows an illustration analogous to FIG. 23 according to a different embodiment of the coil;
Fig. 26 eine schematische Darstellung einer Spule mit Abstandshaltern; und 26 is a schematic representation of a coil with spacers; and
Fig. 27 eine schematische Darstellung einer Spule mit Granulat zwischenFig. 27 is a schematic representation of a coil with granulate between
Einzel-Wicklungen. single windings.
In der nachfolgenden Beschreibung werden für gleiche und gleich wirkende Teile dieselben Bezugsziffern verwendet. In the following description, the same reference numerals are used for the same parts and parts with the same effect.
Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung einen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Elektromotor bzw. eines entsprechenden Stators (mit teilweise freigegebenem Einblick in das Innere). 1 shows a schematic representation of an electric motor produced using the method according to the invention or a corresponding stator (with a partially exposed view of the interior).
Der Elektromotor weist vorzugsweise einen StatorlO mit Stator-Zähnen 11, und Stator-Nuten 14, auf. Weiterhin sind Spulen 17 mit jeweiligen Wickelköpfen 18 und Anschlüssen 16 erkennbar. Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Spule 17 in einem Ausgangszustand. Fig. 3 zeigt die Spule 17 gemäß Fig. 2 in einem gestreckten Zustand (in einer schematischen Seitenansicht). The electric motor preferably has a stator 10 with stator teeth 11 and stator slots 14 . Furthermore, coils 17 with respective end windings 18 and connections 16 can be seen. 2 shows a coil 17 according to the invention in an initial state. FIG. 3 shows the coil 17 according to FIG. 2 in a stretched state (in a schematic side view).
Besonders bevorzugt wird nach der Streckung der Spule 17 (gemäß Fig. 3) eine Isolierung eingebracht. Daraufhin kann die Spule dann wieder zusammengedrückt werden bzw. sich zusammenziehen. Insulation is particularly preferably introduced after the coil 17 has been stretched (according to FIG. 3). The coil can then be compressed or contract again.
Fig. 4 zeigt hochschematisch eine Draufsicht (in Dickenrichtung) auf eine Spule 17. Bei der vorliegenden Rechteckform definiert die längere Seite die Richtung der Erstreckung des Spulenmaterials (in diesem Abschnitt). In Fig. 4 sind weiterhin Bestrahlungsvektoren dargestellt, die gemäß einem üblichen Hatching- Verfahren antiparallel angeordnet sind. Wie man erkennt, liegt eine hohe Anzahl von Sprungpunkten vor. 4 shows a highly schematic plan view (in the direction of thickness) of a coil 17. In the present rectangular shape, the longer side defines the direction in which the coil material extends (in this section). 4 also shows irradiation vectors which are arranged antiparallel according to a conventional hatching method. As can be seen, there is a large number of jump points.
Fig. 5 zeigt einen analogen Ausschnitt (zu Fig. 4). Hier sind jedoch die Bestrahlungsvektoren gleichgerichtet mit der Erstreckung des Materials der Spule. Dadurch können Sprungpunkte reduziert werden, wodurch die Bauzeit verkürzt werden kann. Zudem wird die Oberfläche verbessert, insbesondere glatter. FIG. 5 shows an analog section (to FIG. 4). Here, however, the irradiation vectors are co-directional with the extension of the material of the coil. As a result, jump points can be reduced, which can shorten the construction time. In addition, the surface is improved, in particular smoother.
Fig. 6 erläutert ein vorteilhaftes Verfahren zum Anordnen einer Isolierung. Hier können an Einzel-Wicklungen Abstandshalter 24 vorgesehen sein, die wiederum über eine Fixierung 19 gegeneinander beabstandet sind. Nach Anordnung eines Isoliermaterials (z. B. durch Verguss) können diese Abstandshalter 24 entfernt werden. Figure 6 illustrates an advantageous method of placing insulation. Here, spacers 24 can be provided on individual windings, which in turn are spaced apart from one another by means of a fixation 19 . After the arrangement of an insulating material (e.g. by casting), these spacers 24 can be removed.
Fig. 8 zeigt schematisch einen Wicklungsabschnitt. 8 schematically shows a winding section.
Fig. 9 zeigt den Wicklungsabschnitt gemäß Fig. 8 im gestreckten Zustand. FIG. 9 shows the winding section according to FIG. 8 in the stretched state.
In Fig. 8 und 9 ist ein Greifer 20 gezeigt (siehe Fig. 8), mittels dem die Spule, vorzugsweise über eine oder mehrere Spannlasche/n 12, gestreckt werden kann. Nach Anordnung des Isoliermaterials kann die (aktive) Streckung beendet werden und/oder eine (aktive) Stauchung durchgeführt werden. Die Spannlasche/n 12 kann (können) bei der additiven Herstellung mit gefertigt werden und ggf. nach dem Arbeitsgang entfernt werden. Fig. 10 bis 12 zeigen verschiedene Möglichkeiten einer Oberflächenvergrößerung im Bereich des Wickelkopfes 18. In der Querschnittsdarstellung gemäß Fig. 10 sind Vorsprünge 21 erkennbar (hier beispielsweise, was nicht zwingend ist, je drei hintereinander in Längsrichtung der Spule). Die Vorsprünge 21 gemäß Fig. 10 verlaufen gerade (radial) und können beispielsweise als Stege oder Stifte ausgebildet sein. Fig. 11 zeigt eine Ausführungsform grundsätzlich wie Fig. 10, wobei hier jedoch die Vorsprünge 21 (zur weiteren Oberflächenvergrößerung) gebogen (mehrfach gebogen) verlaufen. Eine weitere Lösung ist in Fig. 12 gezeigt. Hier sind die Vorsprünge 21 einfach gebogen ausgebildet (und biegen sich zueinander hin, was jedoch nicht zwingend ist). A gripper 20 is shown in FIGS. 8 and 9 (see FIG. 8) by means of which the coil can be stretched, preferably over one or more tension straps 12 . After the insulating material has been arranged, the (active) stretching can be stopped and/or (active) compression can be carried out. The clamping strap(s) 12 can (can) be produced during the additive manufacturing process and, if necessary, removed after the operation. 10 to 12 show various possibilities for enlarging the surface area in the area of the end winding 18. In the cross-sectional representation according to FIG. 10, projections 21 can be seen (here, for example, which is not mandatory, three in a row in the longitudinal direction of the coil). The projections 21 according to FIG. 10 run straight (radially) and can be designed, for example, as webs or pins. FIG. 11 shows an embodiment basically like FIG. 10, but in this case the projections 21 (to further increase the surface area) are curved (multiple bends). Another solution is shown in FIG. Here, the protrusions 21 are simply curved (and bend towards each other, but this is not mandatory).
Fig. 13 zeigt einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Spule 17 mit einer Struktur zur (radialen) Verkürzung der Spule im Bereich des Wickelkopfs 18. Fig. 13 shows a section of a coil 17 according to the invention with a structure for (radial) shortening of the coil in the area of the end winding 18.
Die Spulenabschnitte im Bereich des Wickelkopfs 18 sind hier (in einer Seitenansicht) abgeknickt (teilweise in die eine, teilweise in die andere Richtung, denkbar wäre auch, dass sämtliche Abschnitte in dieselbe Richtung abgeknickt sind). Dadurch kann die Spule in radialer Erstreckung (im Bereich des Wickelkopfs) verkürzt werden (von einer radialen Erstreckung h2 ohne Knick auf eine radiale Erstreckung hl, ohne zwingend eine Leiterquerschnittsfläche zu reduzieren). The coil sections in the region of the end winding 18 are bent here (in a side view) (partly in one direction, partly in the other direction, it would also be conceivable for all sections to be bent in the same direction). As a result, the coil can be shortened in the radial extent (in the region of the end winding) (from a radial extent h2 without a kink to a radial extent h1 without necessarily reducing a conductor cross-sectional area).
Fig. 14 zeigt eine Lösung mit einem dreieckförmigen Querschnitt der Spule 17 im Bereich des Wickelkopfes 18. Auch dadurch kann die Spule in radialer Erstreckung (im Bereich des Wickelkopfs) verkürzt werden (von einer radialen Erstreckung h2 ohne Geometrieänderung auf eine radiale Erstreckung hl, ohne zwingend eine Leiterquerschnittsfläche zu reduzieren). Konkret (was jedoch nicht zwingend ist) sind die Dreiecke derart alternierend angeordnet, dass jeweils eine Spitze des einen Dreiecks in die andere Richtung weist als die Spitze des jeweiligen benachbarten Dreiecks. Fig. 14 shows a solution with a triangular cross-section of the coil 17 in the area of the end winding 18. This also allows the coil to be shortened in the radial extent (in the area of the end winding) (from a radial extent h2 without changing the geometry to a radial extent hl without mandatory to reduce a conductor cross-sectional area). In concrete terms (which is not mandatory, however), the triangles are arranged alternately in such a way that the tip of one triangle points in the opposite direction to the tip of the respective neighboring triangle.
Fig. 15 zeigt eine (schematische) Draufsicht einer erfindungsgemäßen Spule 17 mit einer Ausbuchtung 22, die durch Verformungsohren 23 begrenzt wird. FIG. 15 shows a (schematic) plan view of a coil 17 according to the invention with a bulge 22 which is delimited by deformation ears 23. FIG.
Fig. 16 zeigt einen segmentierten Stator mit Zahnfuß. Die Spule 17 gemäß Fig. 15 wird nun vorzugsweise auf dem Stator-Segment gemäß Fig. 16 einseitig aufgesteckt (also an einer Seite des Zahnfußes über diesen hinweg bewegt). Um nun auch die zweite (gegenüberliegende) Seite über den Zahnfuß zu bewegen, werden die Verformungsohren für eine elastische Verformung über den Zahnfuß genutzt. 16 shows a segmented stator with a tooth base. The coil 17 according to FIG. 15 is now preferably placed on one side of the stator segment according to FIG. 16 (ie moved over the tooth base on one side). In order to now also move the second (opposite) side over the tooth root, the deformation ears are used for elastic deformation over the tooth root.
Fig. 17 zeigt eine alternative Geometrie für ein solches Verfahren, das hier einen wellenförmigen Wickelkopf aufweist. Die Wellenform kann gemäß Fig. 18 (durch eine entsprechende Kraft F) gestreckt werden und (gemäß Fig. 19) noch weiter gestreckt werden. FIG. 17 shows an alternative geometry for such a method, which here has a wavy end winding. The waveform can be stretched as shown in Figure 18 (by an appropriate force F) and further stretched (as shown in Figure 19).
Fig. 20 zeigt eine konventionelle Spulenwicklung in Form einer Helix. Fig. 20 shows a conventional coil winding in the form of a helix.
Fig. 21 zeigt eine alternative Ausführungsform für eine Spulenwicklung. Hier sind (in der Ansicht gemäß Fig. 21) die Einzel-Wicklungen der Spule 17 senkrecht zu der axialen Erstreckung der Spule orientiert. Dies wird (vgl. Fig. 22) durch entsprechenden Ausgleich (in Form von Sprungpunkten) an einer von vier Seiten der Wicklung erreicht. 21 shows an alternative embodiment for a coil winding. Here (in the view according to FIG. 21) the individual windings of the coil 17 are oriented perpendicular to the axial extent of the coil. This is achieved (see FIG. 22) by appropriate compensation (in the form of jump points) on one of four sides of the winding.
Bei der Betrachtung des Verlaufs einer Einzel-Wicklung bestehen unterschiedliche Möglichkeiten die Wicklung (Spule) zu konstruieren. Am einfachsten ist eine kontinuierliche Helix. Vorteilhaft ist jedoch ein Verlauf der Spule mit entsprechenden nachfolgend als „Sprungpunkte" bezeichneten Abschnitten, an denen der Anstieg (bzw. die nötige Steigung zur Ausbildung der Spule) stattfindet, also wo der Übergang zur nächsten Wicklung bzw. zum nächsten Umlauf stattfindet. Legt man diesen nun beispielsweise auf nur eine (oder zwei) von vier Seiten einer Wicklung, ist festzustellen, dass es möglich ist, eine weitere Wicklung zu integrieren, da die Schrägung einer kontinuierlich und umlaufend ansteigenden Helix am Anfang und Ende der Spule stattfindet und damit Bauraum verlorengeht. When looking at the course of an individual winding, there are different ways of constructing the winding (coil). The simplest is a continuous helix. However, it is advantageous for the coil to have a course with corresponding sections, referred to below as "jump points", at which the increase (or the gradient required to form the coil) takes place, i.e. where the transition to the next winding or the next revolution takes place this now, for example, on only one (or two) of four sides of a winding, it can be seen that it is possible to integrate a further winding, since the skew of a continuously and circumferentially increasing helix takes place at the beginning and end of the coil and space is lost as a result .
Fig. 23 zeigt eine laminare Struktur des Spulenmaterials. Das Spulenmaterial ist hier rechteckförmig im Querschnitt. Die laminare Struktur besteht aus (vollständig) verschmolzenen Abschnitten und durch Striche skizzierten Unterbrechungen bzw. insbesondere poröse Abschnitte 13 zwischen den vollständig geschmolzenen Abschnitten, bei denen das Spulenmaterial nur teilweise (oder gar nicht) aufgeschmolzen ist. 23 shows a laminar structure of the coil material. The coil material here has a rectangular cross section. The laminar structure consists of (completely) fused sections and interruptions outlined by dashes or, in particular, porous sections 13 between the fully melted sections where the coil material is only partially (or not at all) melted.
Fig. 24 zeigt eine analoge Struktur, jedoch mit dreieckförmigem Querschnitt des Leitermaterials. Auch hier sind jedoch die einzelnen verschmolzenen und nichtverschmolzenen Bereiche laminar angeordnet. 24 shows an analogous structure, but with a triangular cross-section of the conductor material. Here, too, however, the individual fused and non-fused regions are arranged in a laminar manner.
Fig. 25 zeigt eine chaotische Anordnung von verschmolzenen und nichtverschmolzenen Bereichen. Figure 25 shows a chaotic arrangement of merged and unmerged areas.
Derartige Maßnahmen reduzieren Wirbelstromverluste. Such measures reduce eddy current losses.
Fig. 26 zeigt eine Spule mit (hier schematisch: drei) Einzel-Wicklungen, die durch Abstandshalter 26, vorzugsweise in Form von Abstandsblechen, voneinander getrennt sind. Die Abstandshalter 26 (Abstandsbleche) geben eine Isolierdicke beim Verguss vor. 26 shows a coil with (here schematically: three) individual windings which are separated from one another by spacers 26, preferably in the form of spacer plates. The spacers 26 (spacer plates) specify an insulating thickness when casting.
Fig. 27 zeigt (hier in der schematischen Darstellung: zwei) Einzel-Wicklungen mit dazwischen vorhandenem Granulat 25. Die durch das Granulat gespreizte Spule kann getränkt werden und auf Maß gepresst werden, wobei das Granulat den minimalen Abstand vorgeben kann. 27 shows (here in the schematic representation: two) individual windings with granules 25 in between. The coil spread by the granules can be soaked and pressed to size, with the granules being able to specify the minimum spacing.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass alle oben beschriebenen Teile für sich alleine gesehen und in jeder Kombination, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellten Details, als erfindungswesentlich beansprucht werden. Abänderungen hiervon sind dem Fachmann geläufig. At this point it should be pointed out that all the parts described above, viewed individually and in any combination, in particular the details shown in the drawings, are claimed to be essential to the invention. Modifications of this are familiar to those skilled in the art.
Bezugszeichenliste Reference List
F Kraft hl,h2 Erstreckung F force hl,h2 extension
10 Stator 10 stator
11 Stator-Zahn 11 stator tooth
12 Spannlaschelß poröser Abschnitt 12 turnbuckle clamp porous section
14 Stator-Nut 14 stator slot
16 Anschluss Spule Wickelkopf Fixierung Greifer Vorsprung Ausbuchtung Verformungsohr Abstandshalter Granulat Abstandshalter 16 connection coil winding head fixation gripper protrusion bulge deformation ear spacer granule spacer

Claims

Ansprüche Verfahren zur additiven Fertigung eines dreidimensionalen Bauteiles mit mindestens einer Wicklung, insbesondere einer Spule (17) für eine elektrische Maschine, insbesondere einen Elektromotor oder Generator, durch schichtweises Aufbringen eines Aufbaumaterials und örtlich selektives Verfestigen des Aufbaumaterials durch eine Bestrahlung mit mindestens einem auf das Aufbaumaterial auftreffenden Strahl, wobei eine axiale Länge der Wicklung, insbesondere Spule (17), aus einem entspannten Ausgangzustand um mindestens 30 %, vorzugsweise mindestens 100 %, gestreckt wird oder zumindest werden kann, insbesondere ohne sich plastisch zu verformen, und/oder um mindestens 30 % gestaucht wird oder zumindest werden kann, insbesondere ohne sich plastisch zu verformen. Verfahren, insbesondere nach Anspruch 1, zur additiven Fertigung eines dreidimensionalen Bauteiles mit mindestens einer Wicklung, insbesondere einer Spule (17) für eine elektrische Maschine, insbesondere einen Elektromotor oder Generator, durch schichtweises Aufbringen eines Aufbaumaterials und örtlich selektives Verfestigen des Aufbaumaterials durch eine Bestrahlung mit mindestens einem auf das Aufbaumaterial auftreffenden Strahl, wobei die Bestrahlung so konfiguriert wird, dass eine Dicke der Wicklung zumindest abschnittsweise kleiner oder gleich 1,0 mm, vorzugsweise kleiner oder gleich 0,5 mm ist und/oder wobei in einer Dickenrichtung zumindest abschnittsweise höchstens zehn, vorzugsweise höchstens fünf, weiter vorzugsweise höchstens zwei oder genau eine, Bestrahlungsbahn/-en nebeneinander liegt/-en. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Spalt zwischen benachbarten Wicklungsabschnitten kleiner oder gleich 1 mm, vorzugsweise kleiner oder gleich 0,2 mm ist und/oder höchstens gleich einer Dicke mindestens eines der beiden benachbarten Wicklungsabschnitte ist, vorzugsweise höchstens dem 0,5-fachen der Dicke mindestens eines der beiden benachbarten Wicklungsabschnitte entspricht. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine jeweilige Bestrahlungsbahn senkrecht zur Dickenrichtung verläuft und/oder von einem Ende des Bauteiles im Bereich einer/der jeweiligen Bestrahlungsbahn zum anderen Ende des Bauteiles im Bereich der jeweiligen Bestrahlungsbahn zumindest im Wesentlichen ohne Unterbrechungen verläuft. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Dickenrichtung mehrere Bestrahlungsbahnen aneinander liegen, die vorzugsweise gegenläufig durchfahren werden. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dickenrichtung parallel zu der jeweiligen Beschichtungsebene und/oder Bauplattform-Oberfläche verläuft oder wobei die Dickenrichtung senkrecht zu der jeweiligen Beschichtungsebene und/oder Bauplattform-Oberfläche verläuft. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wicklung zumindest abschnittsweise eine zumindest im Wesentlichen konstante Dicke aufweist und/oder plattenartig konfiguriert ist. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Querschnitt der Wicklung variiert und/oder vorzugsweise mindestens ein Wickelkopf (18) eine oberflächenvergrößernde Struktur zur Kühlung aufweist und/oder mindestens ein Wickelkopf (18) in radialer Richtung gegenüber den übrigen Bereichen der Wicklung verkürzt ist. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wicklung mindestens eine Einbuchtung aufweist und/oder mindestens abschnittsweise, insbesondere im Bereich eines Wicklungskopfes (18), wellen- oder zickzackförmig verläuft. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wicklung eine mehreckige, insbesondere viereckige, Konfiguration aufweist. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wicklung mindestens abschnittsweise keine Steigung aufweist, vorzugsweise in zumindest einem 360°-Umlauf nur über einen Winkelbereich von kleiner oder gleich 180°, weiter vorzugsweise kleiner oder gleich 120°, eine Steigung aufweist und/oder bei einer viereckigen Konfiguration der Wicklung nur an zwei oder nur an einer Viereckseite eine Steigung aufweist. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wicklung (Spule) zumindest abschnittsweise nicht-aufgeschmolzene Bereiche aufweist, die vorzugsweise durch Sinterprozesse und/oder benachbarte aufgeschmolzene Bereiche im Materialverbund Zusammenhalten. Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Bauteiles mit mindestens einer Wicklung, insbesondere einer Spule (17) für eine elektrische Maschine, insbesondere einen Elektromotor oder Generator, umfassend einen Verfahrensschritt einer additiven Fertigung, insbesondere gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, eines dreidimensionalen Bauteiles mit mindestens einer Wicklung, insbesondere einer Spule (17) für eine elektrische Maschine, insbesondere einen Elektromotor oder Generator, durch schichtweises Aufbringen eines Aufbaumaterials und örtlich selektives Verfestigen des Aufbaumaterials durch eine Bestrahlung mit mindestens einem auf das Aufbaumaterial auftreffenden Strahl, und mindestens einen Verfahrensschritt einer Oberflächenbehandlung und/oder -bedeckung, wobei eine Streckung einer axialen Länge der Wicklung, insbesondere Spule (17), durchgeführt wird und eine Oberflächenbehandlung und/oder -bedeckung der Wicklung, insbesondere Spule, im gestreckten Zustand durchgeführt wird, und/oder eine Stauchung einer axialen Länge der Wicklung der Spule erfolgt, wobei vor der Stauchung eine Oberflächenbehandlung und/oder -bedeckung der Wicklung, insbesondere Spule, im gestreckten Zustand durchgeführt wird. Verfahren Anspruch 13, wobei der Oberflächenbehandlungsschritt ein Polieren, vorzugsweise umfassend ein Sandstrahlen, umfasst. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei der Oberflächenbehandlungsschritt ein Reinigen, vorzugsweise mit einem flüssigen und/oder gasförmigen Reinigungsmittel, umfasst Verfahren zur Herstellung einer isolierten Wicklung, insbesondere einer isolierten Spule (17) für eine elektrische Maschine, insbesondere einen Elektromotor oder Generator, umfassend das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 13 bis 15, wobei die Oberflächenbedeckung die Anordnung einer Isolierung umfasst. Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Wicklung vor der Anordnung der Isolierung oder eines, z. B. flüssigen, Ausgangsmaterials für die Isolierung gestreckt wird und/oder nach der Anordnung der Isolierung oder eines, ggf. flüssigen, Ausgangsmaterials für die Isolierung zusammengedrückt wird und/oder sich aufgrund einer elastischen Rückstellkraft eigenständig zusammenzieht. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 oder 16, wobei die Anordnung der Isolierung umfasst: Claims Method for the additive manufacturing of a three-dimensional component with at least one winding, in particular a coil (17) for an electrical machine, in particular an electric motor or generator, by applying a construction material in layers and locally selective solidification of the construction material by irradiating the construction material with at least one impinging jet, wherein an axial length of the winding, in particular the coil (17), is or at least can be stretched from a relaxed initial state by at least 30%, preferably at least 100%, in particular without plastic deformation, and/or by at least 30 % is compressed or at least can be compressed, in particular without plastic deformation. Method, in particular according to claim 1, for the additive manufacturing of a three-dimensional component with at least one winding, in particular a coil (17) for an electrical machine, in particular an electric motor or generator, by applying a construction material in layers and locally selective solidification of the construction material by irradiation with at least one beam impinging on the build material, the irradiation being configured such that a thickness of the winding at least in sections is less than or equal to 1.0 mm, preferably less than or equal to 0.5 mm and/or wherein in a thickness direction at least in sections at most ten, preferably at most five, more preferably at most two or exactly one, irradiation path(s) is/are next to each other/ -en. Method according to one of the preceding claims, wherein a gap between adjacent winding sections is less than or equal to 1 mm, preferably less than or equal to 0.2 mm and/or at most equal to a thickness of at least one of the two adjacent winding sections, preferably at most 0.5 times the thickness of at least one of the two adjacent winding sections. Method according to one of the preceding claims, wherein a respective irradiation path runs perpendicular to the thickness direction and/or runs at least essentially without interruptions from one end of the component in the region of a/the respective irradiation path to the other end of the component in the region of the respective irradiation path. Method according to one of the preceding claims, in which several irradiation paths lie next to one another in the direction of thickness and are preferably traversed in opposite directions. Method according to one of the preceding claims, wherein the thickness direction runs parallel to the respective coating plane and/or building platform surface or wherein the thickness direction runs perpendicular to the respective coating plane and/or building platform surface. Method according to one of the preceding claims, wherein the winding has an at least substantially constant thickness at least in sections and/or is configured like a plate. Method according to one of the preceding claims, wherein a cross section of the winding varies and/or preferably at least one end winding (18) has a surface-enlarging structure for cooling and/or at least one end winding (18) is shortened in the radial direction compared to the other areas of the winding. Method according to one of the preceding claims, in which the winding has at least one indentation and/or runs in a wavy or zigzag manner at least in sections, in particular in the region of a winding overhang (18). A method according to any one of the preceding claims, wherein the winding has a polygonal, in particular quadrangular, configuration. Method according to one of the preceding claims, wherein the winding has no gradient at least in sections, preferably in at least one 360° revolution only over an angular range of less than or equal to 180°, more preferably less than or equal to 120°, and/or at a square configuration of the winding has a pitch on only two or only on one side of the square. Method according to one of the preceding claims, wherein the winding (coil) has non-melted areas at least in sections, which are preferably held together by sintering processes and/or adjacent melted areas in the composite material. Method for producing a three-dimensional component with at least one winding, in particular a coil (17) for an electrical machine, in particular an electric motor or generator, comprising a method step of additive manufacturing, in particular according to one of the preceding claims, of a three-dimensional component with at least one winding, in particular a coil (17) for an electrical machine, in particular an electric motor or generator, by applying a construction material in layers and locally selective solidification of the construction material by irradiation with at least one beam impinging on the construction material, and at least one process step of a surface treatment and/or - covering, wherein an axial length of the winding, in particular the coil (17), is stretched and a surface treatment and/or covering of the Winding, in particular coil, is carried out in the stretched state, and/or an axial length of the winding of the coil is compressed, with a surface treatment and/or covering of the winding, in particular coil, being carried out in the stretched state before compression. The method of claim 13, wherein the surface treatment step comprises polishing, preferably comprising grit blasting. Method according to claim 13 or 14, wherein the surface treatment step comprises cleaning, preferably with a liquid and/or gaseous cleaning agent. Method for producing an insulated winding, in particular an insulated coil (17) for an electrical machine, in particular an electric motor or generator The method according to any one of the preceding claims 13 to 15, wherein the surface covering comprises the placement of insulation. A method according to claim 16, wherein the winding prior to the placement of the insulation or one, e.g. B. liquid, starting material for the insulation is stretched and / or is compressed after the arrangement of the insulation or a, possibly liquid, starting material for the insulation and / or contracts independently due to an elastic restoring force. A method according to any one of claims 15 or 16, wherein the placement of the insulation comprises:
- eine Bereitstellung eines festen Ausgangsmaterials, das zumindest teilweise aufgeschmolzen wird oder gelöst wird und/oder - Provision of a solid starting material which is at least partially melted or dissolved and/or
- eine Bereitstellung eines flüssigen oder pastösen Ausgangsmaterials und/oder - Provision of a liquid or pasty starting material and/or
- eine Bereitstellung eines festen Isoliermaterials, das zwischen benachbarte Wicklungsabschnitte gelegt wird und/oder - a provision of a solid insulating material, which is placed between adjacent winding sections and / or
- eine Bereitstellung einer durch ein additives Herstellungsverfahren hergestellten Isolierung und/oder - a provision of insulation produced by an additive manufacturing process and/or
- eine Bereitstellung einer vorzugsweise innen hohlen Isolier-Wicklung. Verfahren zum Anordnen einer Spule (17) auf einem Statorsegment eines Elektromotors, umfassend das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest ein elastischer Abschnitt der Spule (17) in radialer Richtung nach außen verlagert wird, die Spule (17) dann über einen Vorsprung des Stators, insbesondere einen Zahnfuß, hinweg verbracht wird, wobei der nach außen verlagerte Abschnitt sich darauf aufgrund seiner Elastizität wieder in radialer Richtung nach innen verlagert. Dreidimensionalen Bauteiles mit mindestens einer Wicklung, insbesondere Spule (17) für eine elektrische Maschine, insbesondere einen Elektromotor oder Generator, hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 18. Spule (17) auf Statorsegment hergestellt nach Anspruch 19. Elektrische Maschine, insbesondere Elektromotor oder Generator, umfassend ein dreidimensionales Bauteil nach Anspruch 20 und/oder mindestens eine Spule (17) auf einem Statorsegment nach Anspruch 21. - A provision of a preferably internally hollow insulating winding. A method of arranging a coil (17) on a stator segment of an electric motor, comprising the method according to any one of the preceding claims, wherein at least an elastic portion of the coil (17) is displaced radially outwards, the coil (17) then over a projection of the stator, in particular a tooth base, is moved away, the outwardly displaced section then being displaced inward again in the radial direction due to its elasticity. Three-dimensional component with at least one winding, in particular coil (17) for an electrical machine, in particular an electric motor or generator, manufactured according to one of claims 1 to 18. Coil (17) on a stator segment manufactured according to claim 19. Electrical machine, in particular electric motor or generator , comprising a three-dimensional component according to claim 20 and/or at least one coil (17) on a stator segment according to claim 21.
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