WO2024099505A1 - Verfahren zur montage eines stators mit einer wellenwicklung - Google Patents

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WO2024099505A1
WO2024099505A1 PCT/DE2023/100783 DE2023100783W WO2024099505A1 WO 2024099505 A1 WO2024099505 A1 WO 2024099505A1 DE 2023100783 W DE2023100783 W DE 2023100783W WO 2024099505 A1 WO2024099505 A1 WO 2024099505A1
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winding
tooth segments
stator
holder
tooth
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PCT/DE2023/100783
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Inventor
Florian SELL-LE BLANC
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/06—Embedding prefabricated windings in machines
    • H02K15/062—Windings in slots; salient pole windings
    • H02K15/065—Windings consisting of complete sections, e.g. coils, waves
    • H02K15/066—Windings consisting of complete sections, e.g. coils, waves inserted perpendicularly to the axis of the slots or inter-polar channels

Definitions

  • the invention relates to a method for assembling a stator with a wave winding which is arranged in grooves of the stator and has winding heads protruding axially beyond a stator body, wherein tooth segments held in a holder are provided between the grooves, which are fed radially outwards during the linear feeding of the mat-like wave winding and corresponding rotation of the holder according to the height of the wire layers and form the grooves for wires of the wave winding between them.
  • EP 3 731 379 B1 already describes a solution for rolling the winding layer to its final radius.
  • a segmented stator is used in which all tooth segments are wound into a holder when the first winding layer is wound. First, they are moved by radially moving them inwards into the later central recess of the stator and then in the subsequent layers they are moved radially outwards in accordance with the heights of the layers of the winding. Due to the narrow space in the middle, the tooth segments in the stator are relatively far apart, so that the actual grooves are only subsequently formed by inserting additional stator segments radially from the outside to the inside between the tooth segments. The stator only receives its final structure when these stator segments are inserted. The number of grooves and their dimensions are limited by the process described, which in turn can have disadvantages in terms of efficiency.
  • the object of the present invention is to provide a method which enables an improved production of a stator and is suitable, for example, for internal rotors or radially slotted stators of radial flow machines.
  • the object is achieved by a method of the type mentioned at the outset, in which during a first rotation of the holder only a portion of the tooth segments are arranged in the holder and are advanced radially outwards in accordance with the height of the inner wire layers and then during at least one subsequent rotation further tooth segments are inserted into the holder from the inside and advanced radially outwards, so that after the last rotation of the holder and the winding of the entire wave winding all tooth segments have been inserted and moved into their radial end position or the last tooth segments are finally inserted and moved radially outwards.
  • tooth segments Due to the fact that the tooth segments are not all arranged in the interior of the later stator at the beginning of the process, there is more space available there to gradually introduce the tooth segments into the process at a closer circumferential distance. Since the tooth segments are still relatively far radially inward in the first winding layer, not all tooth segments are initially introduced during the first revolution so that they do not collide at their radially inner end. With the further radial displacement outwards, the available space then expands so that the other tooth segments are fed into the holder during the second revolution. If necessary, the supply of further tooth segments can also take place during further revolutions of the holder.
  • the tooth segments fed in later can, but do not have to, be immediately shifted to the radial level of the winding layer currently being wound.
  • the tooth segments added later guided tooth segments find their way between the wire webs of the winding mat that connect the winding heads and bring them into their desired position.
  • all tooth segments are moved in the axial direction into the stator interior before they are inserted in the radial direction outwards into the holder and then gradually displaced radially outwards.
  • stator interior When mounted on internally slotted stators for radial flow machines, there is no radial inward displacement during the entire process.
  • the solution according to the invention offers the further advantage that no additional steps are required in which further segments have to be displaced radially from the outside to the inside, which makes the process sequence significantly simpler.
  • the level of the supplied wave winding can be adjusted, whereby this can also be done in a known manner by storing the winding mat in a correspondingly stepped linear magazine that feeds the winding mat.
  • a further advantage of radially mounting the teeth into the partially or fully fed wave winding mat is that there is no geometric limitation regarding the number of layers of the winding or the corresponding tooth length in the radial direction with the exception of the stator inner diameter.
  • a particularly preferred development of the method provides that rounded or bevelled joining aids are mounted on the radially outer tips of the tooth segments before the tooth segments are inserted into the holder.
  • the joining aids can also be designed to slightly overlap the axial ends or to envelop the tooth contour. They can also be removed again after assembly if necessary.
  • the receptacle is formed from two half-shells with axial projections, whereby radial guides for the tooth segments are formed between these projections facing one another by moving the two half-shells axially towards one another.
  • the half shells can have a larger diameter outside the stator interior than this, since they can be inserted axially into the interior from opposite sides with their areas guiding the tooth segments.
  • the method can be designed in such a way that the distances between the axial projections in the area of their axial ends are different, so that the widths of the guide grooves can be adjusted by adjusting the axial position of the half shells relative to each other, so that, for example, tooth segments with a conical longitudinal section can be used.
  • the flexible adaptation to different tooth widths can be used, for example, to assemble different product geometries on a device.
  • a particularly useful measure for further developing the method provides that an assembly device with an adjustable guide is arranged in the holder, by means of which the tooth segments are displaced radially outwards.
  • This guide can be designed, for example, in the form of a rotary cam, which is rotated further into a position with a larger effective radius after each rotation of the holder, so that the tooth segments that pass by are also pushed radially outwards in the guides of the holder.
  • the tooth segments added later can be displaced by a correspondingly larger distance to the same radial level as the tooth segments that were already added earlier by appropriately designing the contact surface, so that all the tooth segments are arranged at the level of the layer of mat that is currently being wound.
  • rollers are used to guide the wire, by means of which the wave winding is deformed to the desired radius of the current winding position of the stator. After the wave winding has been lifted out of its linear magazine, these rollers ensure that the winding mat follows the radius of the stator winding without blocking the necessary installation space for the teeth.
  • a suitable embodiment of the device can provide that the rollers, which can also be spring-mounted, are adjusted to a certain distance from the axis of rotation of the holder according to the respective winding position.
  • a further measure prior to the actual process may involve coating and insulating tooth segments using a primary forming process.
  • a stator yoke is pressed axially between the tooth segments, which gives the stator its final shape and mechanically stabilizes it.
  • stator yoke completes the stator, e.g. by the axial pressing mentioned above.
  • a multi-part stator produced by the process which has a large number of individual teeth with parallel tooth flanks, between which a winding with winding heads is held, and a stator yoke, has the special property that the distance between the teeth and their length is chosen so that in the event of an imaginary radial displacement of the teeth, a collision between adjacent teeth would occur before the teeth would come out of the grooves.
  • stator segmented in this way has a better ratio of number of slots/number of teeth, stator inner diameter and/or slot depth for a wave winding stator with parallel tooth flanks, and the size of the winding heads, which do not contribute to performance, can also be kept smaller than is possible in the prior art.
  • Fig. 1 is a schematic side view of the beginning of the process
  • Fig. 2 is a developed partial view of two receptacles forming a receptacle for tooth segments;
  • Fig. 3 is a side view similar to Fig. 1 after the start of the assembly process
  • Fig. 4 is a developed partial view of a holder with inclined guide flanks.
  • Fig. 1 shows a schematic state at the beginning of the transfer of a wave winding 10 in the form of an elongated mat into a stator 12 to be assembled: tooth segments 14, which form the later stator slots of the stator between them.
  • tooth segments 14 which form the later stator slots of the stator between them.
  • the tooth segments 14 do not occupy directly consecutive radial guides 18, but only every second or third guide, so that there is enough space in the central space so that the consecutive tooth segments 14 do not collide with each other and there is also space for a robot gripper 22, which removes the tooth segments 14 from a magazine located outside the central space and inserts them into the intended radial guide.
  • the tooth segments 14 have lateral projections 24, which later partially close the stator slots radially inward and prevent the conductor wires from escaping from the slots.
  • the radial displacement of the tooth segments 14 is carried out by means of a mounting device 28, which is essentially an adjustable link in the form of a rotatable cam 30.
  • this cam is shown in a first position, in which it pushes the passing tooth segments 14 radially outwards into the first radial position with a run-on slope 32.
  • This displacement takes place in an area in which the winding mat touches the holder 16, so that the next trailing tooth segment 14 is still radially retracted and cannot collide with the wire webs 26 of the winding mat 10.
  • the cam 30 is rotated clockwise so that the run-on bevel 32 extends further radially outwards. Nevertheless, the start of the run-on bevel 32 is still in the radially inner area shown in Fig. 1, so that the tooth segments 14 inserted later can be displaced radially outwards by a correspondingly greater total distance.
  • Fig. 2 shows a developed top view of part of the holder 16 with the radial guides 18.
  • the holder 18 consists of two annular half-shells 34, 36. These have axial projections 38, 40 facing each other, which are aligned with the projections 38, 40 of the other half-shell 34, 36, so that the radial guides are formed between them.
  • the half shells 34, 36 can be removed by pulling them apart axially after assembly of the stator, unless they are designed as a component of the stator.
  • several forming rollers 42 are provided, which are arranged in sequence and describe a radius that corresponds to the outer diameter of the current winding layer of the winding mat 10.
  • the rollers 42 are generally arranged directly next to the tooth segments 14 and act on the winding heads of the winding mat.
  • the positions of the rollers 42 are adjustable and can thus be adapted to the radius of the layer of the winding mat 10 that is currently being wound.
  • the rollers 42 can be spring-mounted.
  • Fig. 3 shows a somewhat advanced stage of the assembly process, in which the first tooth segments 14 with wire webs 26 in between have reached the area of the forming rollers 42.
  • the wire webs 26 are shown and only some of the tooth segments 14 have been assembled, i.e. there are still spaces between the tooth segments that are only filled in the second cycle, or possibly only in later cycles if more than two layers of the winding mat are wound up or if there is not enough space initially. It is also possible to complete the winding up first and then add the missing tooth segments at the end, for example if the space in the interior is particularly limited.
  • stator slots with parallel slot walls can also be formed by tooth segments 14 that are conical in longitudinal section. Since the tooth segments can then no longer be guided in guide slots with a constant cross-section, Fig. 4 shows an embodiment of a receptacle 116 in which the half-shells 134, 136 are designed such that the axial projections 138, 140 have a larger distance between them in the region of their ends, which tapers conically towards the base bodies of the half-shells 134, 136.
  • a radial guide 138 can be created for larger cross-sections of the conical tooth segments 14.
  • the effective width of the radial guide 118 can then be adapted to the cross-section of the tooth segments 14, which decreases radially inward.
  • a stator yoke can be inserted axially to complete the stator, which gives the stator mechanical stability.
  • the half shells 34, 36 of the holder 16 can be removed if necessary and used when assembling further stators.

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Abstract

Ein Verfahren dient zur Montage eines Stators (12) mit einer Wellenwicklung (10), die in Nuten des Stators angeordnet ist und axial über einen Statorkörper hervorstehende Wickelköpfe aufweist, wobei zwischen den Nuten in einer Aufnahme (16; 116) gehaltene Zahnsegmente (14) vorgesehen sind, die während eines linearen Zuführens der mattenartigen Wellenwicklung (10) und korrespondierenden Drehens der Aufnahme (16; 116) entsprechend der Höhe der Drahtlagen radial nach außen zugestellt werden und zwischen sich die Nuten für Drahtstege (26) der Wellenwicklung (10) ausbilden. Um einen besseren Verfahrensablauf zu ermöglichen wird vorgeschlagen, dass während einer ersten Umdrehung der Aufnahme (16; 116) nur ein Teil der Zahnsegmente (14) in der Aufnahme (16; 116) angeordnet und entsprechend der Höhe der inneren Drahtlagen radial nach außen zugestellt werden und dann bei wenigstens einer folgenden Umdrehung weitere Zahnsegmente (14) in die Aufnahme (16; 116) von innen eingesetzt und radial nach außen zugestellt werden, so dass nach der letzten Umdrehung der Aufnahme (16; 116) und dem Aufwickeln der gesamten Wellenwicklung (10) alle Zahnsegmente (14) eingesetzt und in ihre radiale Endstellung verschoben worden sind oder die letzten Zahnsegmente (14) abschließend nach dem Aufwickeln eingesetzt und radial nach außen verschoben werden

Description

Verfahren zur Montage eines Stators mit einer Wellenwicklung
Die Erfindung betrifft gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 ein Verfahren zur Montage eines Stators mit einer Wellenwicklung, die in Nuten des Stators angeordnet ist und axial über einen Statorkörper hervorstehende Wickelköpfe aufweist, wobei zwischen den Nuten in einer Aufnahme gehaltene Zahnsegmente vorgesehen sind, die während des linearen Zuführens der mattenartigen Wellenwicklung und korrespondieren-den Drehens der Aufnahme entsprechend der Höhe der Drahtlagen radial nach außen zugestellt werden und zwischen sich die Nuten für Drähte der Wellenwicklung ausbilden.
Bekannt sind Verfahren, bei welchen die Wellenwicklungsmatten zunächst in ein Werkzeug mit radial außen offenen Nuten übertragen und dann in einem Übertragungsschritt mit mittig in den Stator eingebrachtem Werkzeug radial nach außen in die nach innen offenen Nuten des einteiligen Stators geschoben werden. Neben dem aufwändigen Prozess, bei dem es zu Beschädigungen der empfindlichen Isolation der Drähte der Wellenwicklung kommen kann, besteht bei innen offenen Nuten ein Nachteil in elektrischen Verlusten und der magnetischen Feldführung.
Alternativ ist es z.B. aus der EP 3 886 303 A1 bereits bekannt, die Wickelmatten in außen am Statorumfang offene Radialnuten nach innen einzurollieren. Durch das radiale Verschieben der Drähte kommt es aber wegen des sich vermindernden Umfangs der Wicklungslage zu Erhöhungen der Wickelköpfe, die unerwünscht sind.
Ein alternativer Ansatz, der auf der Blechpaketsegmentierung beruht, wird in der DE102011000172 beschrieben. Die Montageaufgabe wird dort gelöst, indem segmentierte Doppelzähne in eine Wicklung durch radiale Verlagerung von außen nach innen montiert werden. Eine Erhöhung der Wickelköpfe tritt dabei zwar nicht auf, jedoch kann keine magnetisch präferierte Blechpaketgeometrie mit ausgeprägten Polschuhen bzw. Zahnköpfen montiert werden. Es gelten ähnliche Designmerkmale der Nut und der Zahngeometrie wie für die vorherige beschriebene Anmeldung.
Die EP 3 731 379 B1 beschreibt bereits eine Lösung, die Wicklungslage jeweils auf ihrem endgültigen Radius einzurollieren. Hierzu kommt ein segmentierter Stator zum Einsatz, bei welchem alle Zahnsegemente mit dem Wickeln der ersten Wicklungslage in eine Aufnahme zu- nächst durch radiales Verschieben nach innen in die spätere mittige Ausnehmung des Stators verlagert werden und dann in den Folgelagen jeweils entsprechend den Höhen der Lagen der Wicklung radial nach außen verschoben werden. Aufgrund des engen Raums in der Mitte liegen die Zahnsegmente im Stator relativ weit beabstandet, so dass die eigentlichen Nuten erst nachträglich durch Einbringen von weiteren Statorsegmenten radial von außen nach innen zwischen die Zahnsegmente ausgebildet werden. Der Stator erhält seine endgültige Struktur auch erst dadurch, dass diese Statorsegmente eingebracht werden. Die Zahl der Nuten und auch deren Abmessungen sind durch das beschriebene Verfahren beschränkt, was wiederum Nachteile bei der Effizienz mit sich bringen kann.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren bereitzustellen, das eine verbesserte Herstellung eines Stators ermöglicht und sich beispielsweise für Innenläufer oder radial genutete Statoren von Radialflussmaschinen eignet.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei welchem während einer ersten Umdrehung der Aufnahme nur ein Teil der Zahnsegmente in der Aufnahme angeordnet und entsprechend der Höhe der inneren Drahtlagen radial nach außen zugestellt werden und dann bei wenigstens einer folgenden Umdrehung weitere Zahnsegmente in die Aufnahme von innen eingesetzt und radial nach außen zugestellt werden, so dass nach der letzten Umdrehung der Aufnahme und dem Aufwickeln der gesamten Wellenwicklung alle Zahnsegmente eingesetzt und in ihre radiale Endstellung verschoben worden sind oder die letzten Zahnsegmente abschließend eingesetzt und radial nach außen verschoben werden. .
Aufgrund des Umstandes, dass die Zahnsegmente nicht bereits zu Beginn des Verfahrens alle im Innenraum des späteren Stators angeordnet werden, steht dort mehr Raum zur Verfügung, um die Zahnsegmente in engerem Umfangsabstand nach und nach in den Prozess einzuführen. Da bei der ersten Wicklungslage die Zahnsegmente noch relativ weit radial nach innen verlagert sind, werden zunächst nicht alle Zahnsegmente während der ersten Umdrehung eingeführt, damit diese nicht an ihrem radial inneren Ende kollidieren. Mit dem weiteren radialen Verlagern nach außen erweitert sich dann der zur Verfügung stehende Raum, so dass die weiteren Zahnsegmente im Laufe der zweiten Umdrehung der Aufnahme zugeführt werden. Ggf. kann die Zufuhr weitere Zahnsegmente auch noch im Laufe von weiteren Umdrehungen der Aufnahme erfolgen. Die später zugeführten Zahnsegmente können, müssen aber nicht unmittelbar auf das radiale Niveau der aktuell zu wickelnden Wickellage verlagert werden. Die später zuge- führten Zahnsegmente suchen sich dabei ihren Weg zwischen den die Wickelköpfe verbindenden Drahtstege der Wicklungsmatte und bringen diese in ihre Solllage.
Vorzugsweise werden alle Zahnsegmente in Axialrichtung in den Statorinnenraum bewegt, bevor sie in radialer Richtung nach außen in die Aufnahme eingesetzt und dann schrittweise radial nach außen verlagert werden. Bei einer Montage auf innengenutete Statoren für Radialflussm- schinen erfolgt keine Verlagerung radial nach innen während des gesamten Verfahrens.
Die erfindungsgemäße Lösung bietet den weiteren Vorteil, dass keine zusätzlichen Schritte erforderlich sind, bei welchen weitere Segmente von außen radial nach innen verlagert werden müssen, wodurch der Verfahrensablauf wesentlich vereinfacht wird. Bei einer neuen Lage kann das Niveau der zugeführten Wellenwicklung angepasst werden, wobei dies in an sich bekannter weise auch dadurch erfolgen kann, dass die Wicklungsmatte in einem entsprechend gestuften Linearmagazin abgelegt ist, das die Wicklungsmatte zuführt.
Da die Wicklungsmatte auch immer auf ihrem endgültigen Radius ihre Lage im Stator zugeführt wird, besteht keine Gefahr, dass sich die Wicklungsköpfe im Lauf des Prozesses erhöhen.
Ein weiterer Vorteil des radialen Montierens der Zähne in die teilweise oder vollständig zugeführte Wellenwicklungsmatte besteht darin, dass keine geometrische Beschränkung bzgl. der Lagenanzahl der Wicklung bzw. der korrespondierenden Zahnlänge in radialer Richtung mit Ausnahme des Statorinnendurchmessers besteht.
In einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass vor der ersten Drehung der Aufnahme nur jedes zweite Zahnsegment in die Aufnahme eingesetzt wird oder in einer unstetigen Abfolge nur jedes zweite oder dritte Zahnsegment in die Aufnahme eingesetzt wird. Da
Um das Einfügen insbesondere der erst später hinzugefügten Zahnsegmente zu erleichtern, ist in einer besonders bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens vorgesehen, dass an den radial äußeren Spitzen der Zahnsegmente abgerundete oder abgeschrägte Fügehilfen montiert werden, bevor die Zahnsegmente in die Aufnahme eingesetzt werden.
Die Fügehilfen können auch die axialen enden leicht überlappend oder die Zahnkontur umhüllend ausgeführt werden. Sie können ggf. nach der Montage auch wieder entfernt werden. In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens ist weiter vorgesehen, dass die Aufnahme aus zwei Halbschalen mit axialen Vorsprüngen gebildet wird, wobei mittels der einander zugewandten Vorsprünge zwischen diesen Radialführungen für die Zahnsegmente ausgebildet werden, indem die beiden Halbschalen axial aufeinander zu bewegt werden.
Diese Lösung bietet den Vorteil, dass die Halbschalen zu Bildung der Aufnahme einfach in den Statorinnenraum eingebracht werden können. Ebenso einfach können sie nach Abschluss des Verfahrens wieder entfernt werden.
Die Halbschalen können außerhalb des Statorinnenraums einen größeren Durchmesser als dieser aufweisen, da sie von entgegengesetzt liegenden Seiten axial mit ihren die Zahnsegmente führenden Bereichen in den Innenraum eingefügt werden können.
Sofern andere Formen für die Zahnflanken gewünscht werden, kann das Verfahren in der Weise ausgestaltet sein, dass die Abstände zwischen den axialen Vorsprüngen im Bereich ihrer axialen Enden unterschiedlich ausgebildet sind, so dass die Breiten der Führungsnuten durch ein Verstellen der axialen Position der Halbschalen zueinander einstellbar sind, so dass z.B. Zahnsegmente mit konischem Längsschnitt verwendbar sind. Die flexible Anpassung auf verschiedene Zahnbreiten kann z.B. zur Montage von verschiedenen Produktgeometrien auf einer Vorrichtung verwendet werden.
Eine besonders zweckmäßige, einfach konstruktiv umzusetzende Maßnahme zur Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass in der Aufnahme eine Montagevorrichtung mit einer verstellbaren Kulisse angeordnet ist, mittels derer die Zahnsegmente radial nach außen verlagert werden. Diese Kulisse kann z.B. in der Art eines Drehnockens ausgeführt sein, der nach jeder Umdrehung der Aufnahme in eine Position mit einem größeren Wirkradius weitergedreht wird, so dass auch die vorbeilaufenden Zahnsegmente entsprechend weiter in den Führungen der Aufnahme radial nach außen gedrückt werden. Die später hinzugefügten Zahnsegmente können durch eine entsprechende Ausgestaltung der Anlauffläche um einen entsprechend größeren Weg auf das gleiche Radialniveau wie die bereits früher zugeführten Zahnsegmente verlagert werden, so dass alle Zahnsegmente auf dem Niveau der aktuell zu wickelnden Mattenlage angeordnet sind. Während es möglich ist, zunächst alle im Laufe einer Umdrehung der Aufnahme zum Einsatz kommenden Zahnsegmente vor dem Beginn dieser Drehung zuzuführen und in die Führungen der Aufnahme einzusetzen, ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Zahnsegmente sukzessive aus einem Magazin der Aufnahme zugeführt werden. Dies kann z.B. mittels eines Greifroboters geschehen, der beispielsweise die Zahnsegmente aus einem Magazin außerhalb des Statorinnenraums entnimmt und in die vorgesehen Führung aus dem Innenraum radial nach außen einsetzt.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass mehrere Rollen zur Drahtführung eingesetzt werden, mittels derer die Wellenwicklung auf den gewünschten Radius der aktuellen Wicklungslage des Stators verformt wird. Diese Rollen sorgen nach dem Ausheben der Wellenwicklung aus ihrem Linearmagazin dafür, dass die Wickelmatte dem Radius der Statorwicklung folgt, ohne den notwenigen Montageraum für die Zähne zu blockieren.
Eine zweckmäßig Ausführungsform der kann vorsehen, dass die Rollen, die auch federnd gelagert sein können, entsprechend der jeweiligen Wickellage auf einen bestimmten Abstand zur Drehachse der Aufnahme eingestellt werden.
Eine weitere, dem eigentlichen Verfahren vorgelagerte Maßnahme kann vorsehen, dass Zahnsegmente durch Urform verfahren beschichtet und isoliert werden.
In einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass nach dem Aufwickeln der Wellenwicklung zwischen den Zahnsegmenten ein Statorjoch axial eingepresst wird, welches dem Stator seine endgültige Gestalt verleiht und diesen mechanisch stabilisiert.
Hierbei ist es möglich, dass die Aufnahme nicht Bestandteil des späteren Stators wird, ggf. aber sein kann. Sie kann insbesondere dann entfernt werden, wenn nach dem Aufwickeln der Wellenwicklung zwischen den Zahnsegmenten ein Statorjoch, z.B. durch das genannte axiale Einpressen den Stator vervollständigt.
Ein durch das Verfahren hergestellter mehrteiliger Stator, der eine Vielzahl von Einzelzähnen mit parallelen Zahnflanken, zwischen denen eine Wicklung mit Wicklungsköpfen gehalten ist, und ein Statorjoch aufweist, hat die besondere Eigenschaft, dass der Abstand der Zähne und ihre Länge so gewählt sind, dass bei einer gedachten radialen Verlagerung der Zähne eine Kollision benachbarter Zähne eintreten würde, bevor die Zähne aus den Nuten gelangen würden.
Diese besondere geometrische Eigenschaft ermöglicht die Konstruktion eines besonders effizienten Stators, der durch das zuvor vorgestellte erfindungsgemäße Verfahren überhaupt erst herstellbar wird. Ein derart segmentierter Stator besitzt ein besseres Verhältnis von Nutzahl / Zahnanzahl, Stator Innendurchmesser und/oder Nuttiefe für einen Wellenwicklungsstator mit parallelen Zahnflanken, und auch die Größe der Wickelköpfe, die für die Leistungsfähigkeit keinen Beitrag leisten, kann kleiner gehalten werden, als es im Stand der Technik möglich ist.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Wortlaut der Ansprüche sowie aus der nachfolgend anhand der Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispiel. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht des Beginns des Verfahrens;
Fig. 2 eine abgewickelte Teilansicht zweier eine Aufnahme für Zahnsegmente bildenden Aufnahme;
Fig. 3 eine Seitenansicht ähnlich Fig. 1 nach dem Beginn des Montageverfahrens;
Fig. 4 eine abgewickelte T eilansicht einer Aufnahme mit schrägen Führungsflanken.
In Fig. 1 ist zur Veranschaulichung eines Montageverfahrens schematisch ein Zustand zu Beginn der Überführung einer als längliche Matte vorliegenden Wellenwicklung 10 in einen aufzubauenden Stator 12 gezeigt: Zahnsegmente 14, die zwischen sich die späteren Statornuten des Stators ausbilden. In diesem frühen Stadium des Verfahrens, in welchem die ersten Drahtstege 16 gerade das erste Zahnsegment 14 erreichen und die Wellenwicklung noch eine rein lineare, mattenartige Erstreckung besitzt, sind erst wenige Zahnsegmente 14 in eine kreisringförmige Aufnahme 16 mit Radialführungen 18 (siehe Fig. 2) eingesetzt, wobei an den radial äußeren Spitzen der Zahnsegmente abgerundete Fügehilfen 20 aufgesetzt sind. Die Zahnsegmente 14 belegen in dieser Anfangsphase auch nicht unmittelbar aufeinanderfolgende Radialführungen 18 sondern nur jede zweite oder dritte Führung, so dass im mittigen Raum genügend Platz verbleibt, damit die aufeinanderfolgenden Zahnsegmente 14 nicht miteinander kollidieren und auch Raum für ein Robotergreifer 22 verbleibt, der die Zahnsegmente 14 aus einem außerhalb des mittigen Raumes liegenden Magazin entnimmt und in die vorgesehene Radialführung einsetzt An den radial inneren Enden weisen die Zahnsegmente 14 seitliche Vorsprünge 24 auf, die die Statornuten später radial innen teilweise verschließen und verhindern, dass die Leiterdrähte aus den Nuten gelangen können.
Von den Wickelmatten sind nur einige doppellagige Drahtstege 26 gezeigt, die in den späteren Axialnuten des Stators liegen sollen. Die schematische Darstellung zeigt nur ungefähr jeden vierten Drahtsteg, wobei -wie bereits erwähnt- bei der ersten Lagenwicklung durch Drehen der Aufnahme auch noch nicht alle Zahnsegmente 14 in die Aufnahme eingesetzt werden. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel wird an jeder zweiten Radialführung 18 ein Zahnsegment eingesetzt, die übrigen Radialführungen 18 werden dann bei der zweiten Umdrehung der Aufnahme 16 eingesetzt, wenn die Zahnsegmente 14 aus der ersten Umdrehung bereits ein Stück weit radial nach außen verlagert sind, so dass ihre Spitzen zwischen den Drahtstegen 26 liegen.
Das radiale Verlagern der Zahnsegmente 14 erfolgt mittels einer Montagevorrichtung 28, die im Wesentlichen eine verstellbare Kulisse in der Form eines drehbaren Nockens 30 ausgebildet ist. In Fig. 1 und 3 ist dieser Nocken in einer ersten Stellung gezeigt, in welche er die vorbeilaufenden Zahnsegmente 14 mit einer Anlaufschräge 32 radial in die erste Radialstellung nach außen drängt. Diese Verlagerung erfolgt in einem Bereich, in welchem die Wicklungsmatte die Aufnahme 16 tangiert, so dass das nachlaufende nächste Zahnsegment 14 noch radial zurückgezogen ist und nicht mit den Drahtstegen 26 der Wicklungsmatte 10 kollidieren kann.
Die einer nachfolgenden Umdrehung wird der Nocken 30 im Uhrzeigersinn gedreht, so dass die Anlaufschräge 32 entsprechend weiter radial nach außen reicht. Gleichwohl liegt der Anfang der Anlaufschräge 32 auch dann noch in dem in Fig. 1 gezeigtem radial innenliegenden Bereich, so dass die später eingesetzten Zahnsegmente 14 um eine entsprechend größere Gesamtstrecke radial nach außen verlagert werden können.
Fig. 2 zeigt in einer abgewickelten Draufsicht einen Teil der Aufnahme 16 mit den Radialführungen 18. Die Aufnahme 18 besteht aus zwei ringförmigen Halbschalen 34, 36. Diese weisen aufeinander zu weisende axiale Vorsprünge 38, 40 auf, die fluchtend zu den Vorsprüngen 38, 40 der jeweils anderen Halbschale 34, 36 ausgerichtet sind, so dass sie zwischen sich die Radialführungen ausgebildet werden.
Die Halbschalen 34, 36 können durch axiales Auseinanderziehen nach der Montage des Stators entfernt werden, sofern sie nicht als Bauteil des Stators konzipiert sind. Um die zugeführte Wicklungsmatte 10 auf dem vorgesehenen Umfang aufwickeln zu können, sind mehrere in Folge angeordnete Umformrollen 42 vorgesehen, die einen Radius beschreiben, der dem Außendurchmesser der aktuellen Wickellage der Wicklungsmatte 10 entspricht. Die Rollen 42 sind in der Regel unmittelbar neben den Zahnsegmenten 14 angeordnet und wirken auf die Wickelköpfe der Wicklungsmatte. Die Positionen der Rollen 42 sind einstellbar und können so an den Radius der aktuell aufzuwickelnden Lage der Wicklungsmatte 10 angepasst werden. Die Rollen 42 können federnd gelagert sein.
Ausgehend von Fig. 1 ist in Fig. 3 ein etwas fortgeschrittener Zustand des Montageverfahrens gezeigt, wobei die ersten Zahnsegmente 14 mit zwischenliegenden Drahtstegen 26 in den Bereich der Umformrollen 42 gelangt sind. Wie bereits erwähnt, sind nicht alle Drahtstege 26 dargestellt und es sind auch erst einige der Zahnsegmente 14 montiert, d.h. es verbleiben zwischen den Zahnsegmenten noch Freiräume, die erst im zweiten Umlauf gefüllt werden, ggf. auch erst in späteren Umläufen, wenn mehr als zwei Lagen der Wicklungsmatte aufgewickelt werden oder anfänglich noch nicht genügend Raum vorhanden ist. Es ist auch möglich, zunächst das Aufwickeln abzuschließen und dann zum Schluss noch die fehlenden Zahnsegmente zu ergänzen, wenn z.B. die Platzverhältnisse im Innenraum besonders beschränkt sein sollten.
Gut zu erkennen ist in Fig. 3 auch, dass die Zahnsegmente 14 radial über die Umformrollen hinausragen.
Während die in Fig. 1 , 2 und 3 gezeigten Vorrichtungen geeignet sind, Statornuten auszubilden, die sich konisch aufweiten, kann durch im Längsschnitt konisch ausgebildete Zahnsegmente 14 auch eine Ausbildung von Statornuten mit parallelen Nutwänden erreicht werden. Da die Zahnsegmente dann nicht mehr in Führungsnuten mit konstantem Querschnitt geführt werden können, ist in Fig. 4 eine Ausführungsform einer Aufnahme 116 gezeigt, bei welcher die Halbschalen 134, 136 derart ausgebildet sind, dass die axialen Vorsprünge 138, 140 zwischen sich im Bereich ihrer Enden einen größeren Abstand aufweisen, der sich zu den Grundkörpern der Halbschalen 134, 136 hin konisch verjüngt. Durch einen größeren axialen Abstand der Halbschalen 134, 136 zu Beginn des Verfahrens lässt sich eine Radialführung 138 für größere Querschnitte der konischen Zahnsegmente 14. Durch axiales Zustellen der beiden Halbschalen lässt sich die effektive Breite der Radialführung 118 dann an den sich radial nach innen verkleinernden Querschnitt der Zahnsegmente 14 anpassen. Nach dem Vollständigen Aufwickeln der Wicklungsmatte 10 und Einbringen aller Zahnsegmente 14 kann zur Vervollständigung des Stators ein Statorjoch axial eingesetzt werden, das dem Stator mechanische Stabilität verleiht. Die Halbschalen 34, 36 der Aufnahme 16 können ggf. ent- fernt und bei der Montage weiterer Statoren verwendet werden.
Die Erfindung ist nicht auf eine der vorbeschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern in vielfältiger Weise abwandelbar. Sämtliche aus den Ansprüchen und der Beschreibung hervorgehenden Merkmale und Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritten, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
Bezugszei chen liste
10 Wellenwicklung/Wicklungsmatte
12 Stator
14 Zahnsegmente
16 Aufnahme
18 Radialführungen
20 Fügehilfen
22 Robotergreifer
24 seitliche Vorsprünge
26 Drahtstege
28 Montagevorrichtung
30 drehbarer Nocken
32 Anlaufschräge
34, 36 Halbschalen
38, 40 axiale Vorsprünge
42 Umformrollen
116 Aufnahme
118 Radialführungen
134, 136 Halbschalen
138, 140 axiale Vorsprünge

Claims

Patentansprüche Verfahren zur Montage eines Stators (12) mit einer Wellenwicklung (10), die in Nuten des Stators angeordnet ist und axial über einen Statorkörper hervorstehende Wickelköpfe aufweist, wobei zwischen den Nuten in einer Aufnahme (16; 116) gehaltene Zahnsegmente (14) vorgesehen sind, die während eines linearen Zuführens der mattenartigen Wellenwicklung (10) und korrespondierenden Drehens der Aufnahme (16; 116) entsprechend der Höhe der Drahtlagen radial nach außen zugestellt werden und zwischen sich die Nuten für Drahtstege (26) der Wellenwicklung (10) ausbilden, dadurch gekennzeichnet, dass während einer ersten Umdrehung der Aufnahme (16; 116) nur ein Teil der Zahnsegmente (14) in der Aufnahme (16; 116) angeordnet und entsprechend der Höhe der inneren Drahtlagen radial nach außen zugestellt werden und dann bei wenigstens einer folgenden Umdrehung weitere Zahnsegmente (14) in die Aufnahme (16; 116) von innen eingesetzt und radial nach außen zugestellt werden, so dass nach der letzten Umdrehung der Aufnahme (16; 116) und dem Aufwickeln der gesamten Wellenwicklung (10) alle Zahnsegmente (14) eingesetzt und in ihre radiale Endstellung verschoben worden sind oder die letzten Zahnsegmente (14) abschließend nach dem Aufwickeln eingesetzt und radial nach außen verschoben werden. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass vor der ersten Drehung der Aufnahme (16; 116) nur jedes zweite Zahnsegment (14) in die Aufnahme (16; 116) eingesetzt wird oder in einer unstetigen Abfolge nur jedes zweite oder dritte Zahnsegment (14) in die Aufnahme (16; 116) eingesetzt wird. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an den radial äußeren Spitzen der Zahnsegmente (14) abgerundete oder abgeschrägte Fügehilfen (20) montiert werden, bevor die Zahnsegmente (14) in die Aufnahme (16; 116) eingesetzt werden. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (16; 116) aus zwei Halbschalen (34, 36; 134, 136) mit axialen Vorsprüngen (38, 40; 138, 140) gebildet wird, wobei mittels der einander zugewandten Vorsprünge (38, 40; 138, 140) zwischen diesen Radialführungen (38; 138) für die Zahnsegmente (14) ausgebildet werden, indem die beiden Halbschalen (34, 36; 134, 136) axial aufeinander zubewegt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstände zwischen den axialen Vorsprüngen (138, 140) im Bereich ihrer axialen Enden größer ausgebildet sind, so dass die Breiten der Führungsnuten (138) durch ein Verstellen der axialen Position der Halbschalen (134, 136) zueinander einstellbar sind, so dass Zahnsegmente (14) mit konischem Längsschnitt verwendbar sind, mit welchen Nuten mit parallelen Nutflanken hergestellt werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Aufnahme eine Montagevorrichtung (38) mit einer verstellbaren Kulisse (40) angeordnet ist, mittels derer die Zahnsegmente (14) radial nach außen verlagert werden.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnsegmente (14) sukzessive aus einem Magazin der Aufnahme (16; 116) zugeführt werden.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Rollen (42) zur Drahtführung eingesetzt werden, mittels derer die Wellenwicklung (10) auf den gewünschten Radius der aktuellen Wicklungslage des Stators verformt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollen (42) entsprechend der jeweiligen Wickellage auf einen bestimmten Abstand zur Drehachse der Aufnahme (16; 116) eingestellt werden.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Zahnsegmente (14) durch Urformverfahren beschichtet und/oder isoliert werden.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Aufwickeln der Wellenwicklung (10) zwischen den Zahnsegmenten (14) ein Statorjoch axial eingepresst wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme nach dem Einpressen des Statorjochs entfernt wird. Mehrteiliger Stator, der eine Vielzahl von Einzelzähnen mit parallelen Zahnflanken, zwischen denen eine Wicklung mit Wicklungsköpfen gehalten ist, und ein Statorjoch aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Zähne und ihre Länge so gewählt sind, dass bei einer gedachten radialen Verlagerung der Zähne eine Kollision benach- barter Zähne eintreten würde, bevor die Zähne aus den Nuten gelangen würden.
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