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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Biegen einer Vielzahl von Wicklungssegmenten zur Bildung einer Wicklung eines Wicklungsträgers, sprich eines Stators oder eines Rotors, einer elektrischen Maschine. Ferner werden ein Wicklungsträger und eine elektrische Maschine mit einem genannten Wicklungsträger bereitgestellt.
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Elektrische Maschinen weisen Wicklungsträger auf, die ein Blechpaket samt in dem Blechpaket eingeführten Wicklungen aufweisen und als Statoren oder Rotoren der elektrischen Maschinen ausgebildet sind.
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Dabei sind die Wicklungen aus einer Vielzahl von Wicklungspins ausgebildet, die haarnadel- oder U-förmig ausgebildet sind und jeweils zwei Schenkel als Wicklungssegmente aufweisen.
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Zur Bildung von Wicklungen werden die beiden Wicklungssegmente der jeweiligen Wicklungspins mit einem Spreizschritt über einen Wickelschritt des Wicklungsträgers verschränkt und verkröpft, so dass die beiden Wicklungssegmente jedes einzelnen Wicklungspins entsprechend dem Wickelschritt des Wicklungsträgers in entsprechende dafür vorgesehene Polnuten des Blechpakets eingesteckt werden können.
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Anschließend werden freiliegende aus dem Blechpaket herausragende Bereiche von Wicklungssegmenten der meisten Wicklungspins, die zur Bildung von Wicklungen vorgesehen sind und deshalb mit freiliegenden Bereichen von Wicklungssegmenten von korrespondierenden, entsprechend dem Wickelschritt beabstandet angeordneten Wicklungspins direkt elektrisch verbunden werden, werden verschränkt und mit den korrespondierenden ebenfalls verschränkten Bereichen der Wicklungssegmente der korrespondierenden Wicklungspins elektrisch verbunden.
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Freiliegenden Bereiche von Wicklungssegmenten der restlichen, ausgewählten Wicklungspins, die neben der oben genannten Funktion zur Bildung von Wicklungen noch zur Verschaltung der Wicklungen zu Stromphasen bzw. zur Herstellung von elektrischen Verbindungen von den Wicklungen zu einer externen Stromquelle oder einer Leistungselektronik durch Phaseneingang oder Phasenausgang vorgesehen sind, werden anderweitig verschränkt und mit den externen Stromleitungen elektrisch verbunden.
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Die gebogenen Biegebereiche der Wicklungssegmente bilden dann einen Wickelkopf des Wicklungsträgers der elektrischen Maschine. Um eine elektrische Maschine bei einer gleichbleibenden Leistungsdichte möglichst bauraumsparend zu bauen, muss die Bauhöhe des Wickelkopfs der elektrischen Maschine möglichst klein gehalten werden.
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Alternativ sind auch stab- oder |-förmige Wicklungsstäbe vorgesehen, die dann anders als zuvor beschriebene Wicklungspins zuerst bis auf jeweils zwei freiliegenden Endbereiche in die entsprechenden Polnuten eingeführt und anschließend an den jeweiligen beiden Endbereichen verschränkt werden.
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Damit bilden sowohl die Wicklungspins als auch die Wicklungsstäbe Steckwicklungen aus.
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Wie bei technischen Komponenten üblich, gibt es zudem bei elektrischen Maschinen allgemeine Anforderung, diese möglichst in einem einfachen Herstellungsverfahren kostengünstig herzustellen. Insbesondere ist diese Anforderung im Automobilbereich sehr hoch.
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Daraus ergibt sich die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfache und kostengünstige Möglichkeit bereitzustellen, mit dem ein Wicklungsträger und somit eine elektrische Maschine bauraumsparend hergestellt werden können.
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Diese Aufgabe wird durch Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Biegen einer Vielzahl von Wicklungssegmenten zur Bildung einer Wicklung bzw. einer Steckwicklung eines Wicklungsträgers, sprich eines Stators oder eines Rotors, einer elektrischen Maschine bereitgestellt.
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Dabei umfasst die Vorrichtung eine Haltereinrichtung, die eingerichtet ist, den Wicklungsträger festzuhalten, in dem die Wicklungssegmente angeordnet sind.
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Die Vorrichtung umfasst ferner eine Hauptbiegeeinrichtung, die eine Anzahl von zur Haltereinrichtung weisenden Hauptarretierungselementen umfasst. Die Hauptarretierungselemente sind entlang erster Abschnitte einer Umfangslinie angeordnet, die eine Achse umläuft. Die Hauptarretierungselemente sind eingerichtet, freiliegende Endabschnitte einer ersten Gruppe der Wicklungssegmente zu arretieren.
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Die Vorrichtung umfasst ferner eine Partiellbiegeeinrichtung, die eine Anzahl von ebenfalls zur Haltereinrichtung weisenden Partiellarretierungselementen umfasst. Die Partiellarretierungselemente sind entlang zweiter Abschnitte der Umfangslinie angeordnet und eingerichtet, freiliegende Endabschnitte einer zweiten Gruppe der Wicklungssegmente zu arretieren.
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Dabei sind die Haltereinrichtung einerseits sowie die Hauptbiegeeinrichtung und die Partiellbiegeeinrichtung andererseits zueinander drehbar ausgeführt.
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Durch Aufteilung der Biegeeinrichtung in einer Haupt- und einer Partiellbiegeeinrichtung ist es möglich, die Wicklungssegmente entsprechend ihren Funktionen derart zu verschränken bzw. zu biegen, dass diese mit einem gleichen endgültigen Biegewinkel zur Querschnittebene des Wicklungsträgers jedoch mit unterschiedlichen Biegelängen gebogen werden können.
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Hierbei bedeutet die Biegelänge eine Länge eines Biegebereichs eines Wicklungssegments, der nach dem Biegevorgang des Wicklungssegments den gebogenen Abschnitt des Wicklungssegments ausbildet.
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Der gleiche Biegewinkel ermöglicht es den Wicklungssegmenten, dass diese noch stärker gebogen werden können als Wicklungssegmente mit unterschiedlichen Biegewinkeln. Dies ermöglicht wiederum eine geringe Bauhöhe bei dem Wickelkopf.
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Unterschiedliche Biegelängen bei den Wicklungssegmenten ermöglichen es, dass die Wicklungssegmente, die abhängig von ihren Funktionen zur Bildung von Wicklungen oder zur Herstellung von elektrischen Verbindungen mit einer externen Stromquelle oder einer Leistungselektronik vorgesehen sind, in anschließender Herstellungsphase des Wicklungsträgers in einer einfachen Weise jeweils mit korrespondierenden Wicklungssegmenten oder mit externen Stromleitungen elektrisch verbunden werden können.
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Durch die zueinander drehbare Ausführung der Haltereinrichtung einerseits sowie der Haupt- und der Partiellbiegeeinrichtung andererseits ist es möglich, entweder die freiliegenden Endabschnitte der Biegebereiche bzw. der Wicklungssegmente in Bezug auf den Wicklungsträger oder umgekehrt den Wicklungsträger in Bezug auf die Endabschnitte zu drehen und dabei die Wicklungssegmente zu biegen.
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Die zuvor genannten ersten und zweiten Abschnitte der Umfangslinie bilden voneinander disjunkte Bereiche der Umfangslinie. Die erste und die zweite Gruppe von Wicklungssegmenten bilden demzufolge keine Schnittmenge. Mit anderen Worten: Ein Wicklungssegment gehört entweder zu der ersten Gruppe von Wicklungssegmenten oder zu der zweiten Gruppe von Wicklungssegmenten.
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Die genannte Vorrichtung ist an sich einfach und kostengünstig herstellbar. Zudem lässt derartige Vorrichtung einfach bedienen. Folglich lassen sich die Wicklungsträger und somit auch elektrische Maschinen mit der genannten Vorrichtung einfach, kostengünstig und zudem bauraumsparend herzustellen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Vorrichtung sind die Haltereinrichtung und die Haltebiegeeinrichtung zueinander bidirektional drehbar ausgeführt.
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Durch die zueinander bidirektionale Drehung können die Haltereinrichtung und die Hauptbiegeeinrichtung die erste Gruppe der Wicklungssegmente bidirektional biegen. Dies erleichtert die zuvor beschriebene Verschränkung bzw. Biegung der ersten und der zweiten Gruppe von Wicklungssegmenten mit einem gleichen endgültigen Biegewinkel jedoch mit unterschiedlichen Biegelängen.
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Vorzugsweise sind die Haltereinrichtung und Partiellbiegeeinrichtung auch zueinander bidirektional drehbar ausgeführt.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Vorrichtung sind die Haltereinrichtung und die Partiellbiegeeinrichtung zueinander unidirektional drehbar ausgeführt.
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Durch die zueinander unidirektionale Drehung können die Haltereinrichtung und die Partiellbiegeeinrichtung die zweite Gruppe der Wicklungssegmente nur unidirektional biegen. Dies hat den Vorteil, dass die zweite Gruppe der Wicklungssegmente, die sowieso nur in einer Biegerichtung gebogen werden sollen, nicht fälschlicherweise in einer entgegengesetzten, falschen Biegerichtung gebogen werden.
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Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Vorrichtung weist die Umfangslinie eine Form einer Ellipse auf, wobei die Achse durch den Mittelpunkt der Ellipse hindurchführt. Vorzugsweise weist die Umfangslinie eine Form eines Kreises auf, wobei die Achse durch den Mittelpunkt des Kreises hindurchführt.
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Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind die Haupt- und/oder Partiellarretierungselemente als Greifelemente oder als Ausnehmungen ausgebildet, in die die Endabschnitte der Wicklungssegmente passend eingesteckt werden können.
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Ein als Ausnehmung ausgebildetes Arretierungselement ermöglicht eine einfache passive Arretierung eines Wicklungssegments bzw. dessen Endabschnitts mit einem geringen Bewegungsfreiraum.
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Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Vorrichtung umfasst diese eine Drehantriebseinrichtung, die eingerichtet ist, die Haltereinrichtung, die Haupt- und/oder die Partiellbiegeeinrichtung zueinander um die Achse zu drehen.
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Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Vorrichtung umfasst diese eine Linearantriebseinrichtung, die eingerichtet ist, die Haltereinrichtung, die Haupt- und/oder die Partiellbiegeeinrichtung voneinander unabhängig in Richtung der Achse zu verschieben.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Biegen einer Vielzahl von Wicklungssegmenten zur Bildung einer Wicklung eines Wicklungsträgers einer elektrischen Maschine bereitgestellt. Dabei umfasst das Verfahren folgende Verfahrensschritte:
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Zunächst werden freiliegende Endabschnitte von ersten Wicklungssegmenten arretiert.
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Anschließend werden die ersten Wicklungssegmente an jeweiligen Biegebereichen in eine erste Biegerichtung entlang einer Umfangslinie gebogen.
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Danach werden die Endabschnitte der ersten Wicklungssegmente weiterhin arretiert und an den jeweiligen Biegebereichen in eine zweite, der ersten Biegerichtung entgegengesetzte Biegerichtung entlang der Umfangslinie gebogen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens werden nach dem Biegen der ersten Wicklungssegmente in die erste Biegerichtung neben den ersten Wicklungssegmenten auch freiliegende Endabschnitte von zweiten Wicklungssegmenten mit arretiert. In dem anschließenden Biegevorgang werden sowohl die ersten als auch die zweiten Wicklungssegmente an jeweiligen Biegebereichen in die zweite Biegerichtung entlang der Umfangslinie gebogen.
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Durch das oben beschriebene Verfahren können die ersten und die zweiten Wicklungssegmente in einer einfachen Weise mit einem gleichen endgültigen Biegewinkel jedoch mit unterschiedlichen Biegelängen gebogen werden können.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens werden die ersten und die zweiten Wicklungssegmente entlang einer ellipsenförmigen, insb. einer kreisförmigen, Umfangslinie gebogen.
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Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens werden die ersten und/oder die zweiten Wicklungssegmente durch Einführen jeweiliger freiliegenden Endabschnitte in jeweiligen Ausnehmungen arretiert, die die entsprechenden Endabschnitte beim Biegevorgang festhalten.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Wicklungsträger, sprich ein Rotor oder ein Stator, für eine elektrische Maschine bereitgestellt. Der Wicklungsträger umfasst eine erste Gruppe von Wicklungssegmenten zur Bildung von Wicklungen. Ferner umfasst der Wicklungsträger eine zweite Gruppe von Wicklungssegmenten, die neben der Bildung der Wicklungen noch zur Verschaltung der Wicklungen zu Stromphasen und/oder zur Herstellung von elektrischen Verbindungen von den Wicklungen bzw. den Stromphasen zu einer externen Stromquelle vorgesehen sind. Dabei sind die Stromphasen bspw. die U-, V- und W-Phasen eines Stators einer elektrischen Maschine.
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Die Wicklungssegmente der ersten Gruppe weisen jeweils einen ersten, freiliegenden Biegebereich auf. Dabei ist der erste Biegebereich mit einem Biegebereich eines anderen korrespondierenden Wicklungssegments direkt elektrisch verbunden. Hierbei bedeutet eine „direkte elektrische Verbindung“ eine elektrische Verbindung, die ohne dazwischenliegende Wicklungssegmente hergestellt ist. Eine derartige Verbindung ist bspw. über Löt- oder Schweißverbindung und ggfs. mittels eines elektrisch leitenden Stegs hergestellt, der zwischen den beiden miteinander zu verbindenden Biegebereichen platziert wurde.
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Die Wicklungssegmente der zweiten Gruppe weisen jeweils einen zweiten, freiliegenden Biegebereich auf. Dabei ist der zweite Biegebereich mit einer elektrischen Leitung direkt elektrisch verbunden, die zu einer externen Stromquelle führt oder zur Verschaltung der Wicklungen zu Stromphasen vorgesehen ist. Dabei ist eine elektrische Leitung bspw. als eine Stromschiene oder ein Stromkabel ausgebildet. Eine „direkte elektrische Verbindung“ bedeutet auch hier eine elektrische Verbindung, die ohne dazwischenliegende Wicklungssegmente hergestellt ist. Eine derartige Verbindung ist bspw. über Löt- oder Schweißverbindung und ggfs. mittels eines elektrisch leitenden Stegs hergestellt, der zwischen dem zweiten Biegebereich und der elektrischen Leitung platziert wurde.
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Dabei sind der erste Biegebereich und der zweite Biegebereich mit einem und demselben Biegewinkel gebogen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Wicklungsträgers ist dieser nach dem zuvor beschriebenen Verfahren hergestellt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine elektrische Maschine mit einem zuvor beschriebenen Wicklungsträger bereitgestellt, wobei der Wicklungsträger als ein Stator oder ein Rotor der elektrischen Maschine ausgebildet ist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der oben beschriebenen Vorrichtung sind, soweit im Übrigen auf das oben beschriebene Verfahren, auf den oben beschriebenen Wicklungsträger oder auf die oben genannte elektrische Maschine übertragbar, auch als vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens, des Wicklungsträgers bzw. der elektrischen Maschine anzusehen.
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Im Folgenden werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 in einer schematischen Darstellung eine Vorrichtung zum Biegen von Wicklungssegmenten gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
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2 in einer schematischen Darstellung Haupt- und Partiellbiegeeinrichtungen der in 1 dargestellten Vorrichtung in einer Untersicht;
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3 in einem schematischen Ablaufdiagramm ein Verfahren zum Biegen von Wicklungssegmenten gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
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4A–4D in jeweiligen schematischen Seitenansichten einen Abschnitt der in 1 dargestellten Vorrichtung und Zwischenprodukte eines Wicklungsträgers bei seiner Herstellung nach jedem Verfahrensschritt gemäß dem in 3 dargestellten Verfahren.
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Zunächst wird auf 1 verwiesen, in der Vorrichtung V zum Biegen von Wicklungssegmenten WS1, WS2 eines Wicklungsträgers WT, bspw. eines Stators, einer in der Figur nicht dargestellten elektrischen Maschine schematisch dargestellt ist.
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Die Vorrichtung V umfasst eine Halteeinrichtung HE, die eingerichtet ist, einen Wicklungsträger WT samt in ihm angeordneten Wicklungssegmenten WS1, WS2 festzuhalten.
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Die Vorrichtung V umfasst ferner eine erste Hauptbiegeeinrichtung HB1, eine erste Partiellbiegeeinrichtung PB1, eine zweite Hauptbiegeeinrichtung HB2 und eine zweite Partiellbiegeeinrichtung PB2.
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Die erste und die zweite Hauptbiegeeinrichtung HB1, HB2 sind gegenüber der Halteeinrichtung HE und um eine Drehachse AS (siehe 2) bidirektional drehbar ausgeführt, so wie es in 1 mit einem Doppelpfeil DP veranschaulicht ist.
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Die erste und die zweite Partiellbiegeeinrichtung PB1, PB2 sind gegenüber der Halteeinrichtung HE und um die Drehachse AS unidirektional drehbar ausgeführt, so wie es in 1 mit einem Einzelpfeil EP veranschaulicht ist.
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Damit sind die beiden Hauptbiegeeinrichtungen HB1, HB2 auch gegenüber den beiden Partiellbiegeeinrichtungen PB1, PB2 bidirektional drehbar ausgeführt. Analog sind die beiden Partiellbiegeeinrichtungen PB1, PB2 gegenüber den beiden Hauptbiegeeinrichtungen HB1, HB2 unidirektional drehbar ausgeführt.
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Außerdem sind die Hauptbiegeeinrichtungen HB1, HB2 und die Partiellbiegeeinrichtungen PB1, PB2 voneinander unabhängig und gegenüber der Halteeinrichtung HE in Richtung der Drehachse AS verschiebbar ausgeführt.
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Die Vorrichtung V umfasst zudem eine Drehantriebseinrichtung DA, die eingerichtet ist, die beiden Hauptbiegeeinrichtungen HB1, HB2 sowie die beiden Partiellbiegeeinrichtung PB1, PB2 voneinander unabhängig um die Drehachse AS und somit gegenüber der Halteeinrichtung HE bidirektional bzw. unidirektional zu drehen.
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Die Vorrichtung V umfasst zudem eine erste Getriebeeinrichtung GE1, die die Drehantriebseinrichtung DA wahlweise mit einer oder mehreren der beiden Haupt- und der beiden Partiellbiegeeinrichtungen HB1, HB2, PB1, PB2 zur Übertragung kinetischer Energie mechanisch verbindet.
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Beim Betrieb der Vorrichtung V erzeugt die Drehantriebseinrichtung DA mittels in der Figur nicht dargestellten ersten Antriebsaktoren Bewegungsenergie, die über die erste Getriebeeinrichtung GE1 an die jeweiligen Haupt- und Partiellbiegeeinrichtungen HB1, HB2, PB1, PB2 übertragen wird und die jeweiligen Haupt- und Partiellbiegeeinrichtungen HB1, HB2, PB1, PB2 in bi- bzw. unidirektionaler Drehbewegung versetzt.
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Die Vorrichtung V umfasst außerdem eine Linearantriebseinrichtung LA, die eingerichtet ist, die beiden Hauptbiegeeinrichtungen HB1, HB2 und die beiden Partiellbiegeeinrichtung PB1, PB2 voneinander unabhängig in Richtung der Drehachse AS und somit gegenüber der Halteeinrichtung HE zu verschieben.
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Die Vorrichtung V umfasst zudem eine zweite Getriebeeinrichtung GE2, die die Linearantriebseinrichtung LA wahlweise mit einer oder mehreren der beiden Haupt- und der beiden Partiellbiegeeinrichtungen HB1, HB2, PB1, PB2 kinetischer Energie mechanisch verbindet.
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Beim Betrieb der Vorrichtung V erzeugt die Linearantriebseinrichtung LA mittels in der Figur nicht dargestellten zweiten Antriebsaktoren Bewegungsenergie, die über die zweite Getriebeeinrichtung GE2 an die jeweiligen Haupt- und Partiellbiegeeinrichtungen HB1, HB2, PB1, PB2 übertragen wird und die jeweiligen Haupt- und Partiellbiegeeinrichtungen HB1, HB2, PB1, PB2 in Axialbewegung in Richtung der Drehachse AS versetzt.
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Die Vorrichtung V umfasst ferner eine Steuereinrichtung SE, die ausgangsseitig über eine erste Signalleitung SL1 mit der Drehantriebseinrichtung DA und über eine zweite Signalleitung SL2 mit der Linearantriebseinrichtung LA elektrisch verbunden ist.
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Beim Betrieb der Vorrichtung V sendet die Steuereinrichtung SE über die erste Signalleitung SL1 ein Steuersignal an die Drehantriebseinrichtung DA und veranlasst diese, die jeweiligen Haupt- und Partiellbiegeeinrichtungen HB1, HB2, PB1, PB2 zu drehen. Über die zweite Signalleitung SL2 sendet die Steuereinrichtung SE beim Betrieb der Vorrichtung V ein Steuersignal an die Linearantriebseinrichtung LA, und veranlasst diese, die jeweiligen Haupt- und Partiellbiegeeinrichtungen HB1, HB2, PB1, PB2 axial zu bewegen.
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Nachdem die Vorrichtung V anhand 1 grob beschrieben wurde, werden nachfolgend die beiden Hauptbiegeeinrichtungen HB1, HB2 und die beiden Partiellbiegeeinrichtung PB1, PB2 anhand 2 näher beschrieben. Dabei zeigt 2 die Haupt- und Partiellbiegeeinrichtungen HB1, HB2, PB1, PB2 in einer Untersicht.
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Die erste Hauptbiegeeinrichtung HB1 umfasst drei Hauptbiegeabschnitte HS1 aus bspw. einem Metall oder einer Metalllegierung. Dabei bilden die Hauptbiegeabschnitte HS1 drei Abschnitte eines ersten „virtuellen“ Hohlzylinders aus und sind in Richtung der Drehachse AS betrachtet entlang drei ersten Abschnitte AB11 einer ersten kreisförmigen „virtuellen“ Umfangslinie UL1 angeordnet. Diese ersten Hauptbiegeabschnitte HS1 sind mittels in der Figur nicht dargestellten Verbindungselemente miteinander so verbunden, dass diese von der Drehantriebseinrichtung DA angetrieben zueinander synchron um die Drehachse AS bidirektional gedreht und von der Linearantriebseinrichtung LA angetrieben zueinander synchron in Richtung der Drehachse AS linear bewegt werden können.
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Die erste Partiellbiegeeinrichtung PB1 umfasst drei Partiellbiegeabschnitte PS1 aus bspw. einem Metall oder einer Metalllegierung. Dabei bilden die Partiellbiegeabschnitte PS1 drei Abschnitte des ersten Hohlzylinders aus und sind in Richtung der Drehachse AS betrachtet entlang drei zweiten Abschnitte AB12 der ersten Umfangslinie UL1 angeordnet. Diese ersten Partiellbiegeabschnitte PS1 sind ebenfalls mittels in der Figur nicht dargestellten Verbindungselemente miteinander so verbunden, dass diese von der Drehantriebseinrichtung DA angetrieben zueinander synchron um die Drehachse AS unidirektional gedreht und von der Linearantriebseinrichtung LA angetrieben zueinander synchron in Richtung der Drehachse AS linear bewegt werden können.
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Dabei sind die drei Hauptbiegeabschnitte HS1 und die drei Partiellbiegeabschnitte PS1 in Richtung der ersten Umfangslinie UL1 zueinander abwechselnd angeordnet.
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Dabei ist die Anzahl der Haupt- bzw. Partiellbiegeabschnitte HS1, PS1 durch die Anzahl der Stromphasen des Wicklungsträgers WT, bzw. des Stators bestimmt, die in der Regel drei ist. Im Allgemeinen wird für jede der drei Stromphasen je eine Wicklung vorgesehen. Zur Bildung von jeder einzelnen Wicklung werden jeweils ein Haupt- und ein Partiellbiegeabschnitt HS1, PS1 erforderlich. Bei drei Stromphasen und somit drei Wicklungen sind es somit je drei Haupt- bzw. Partiellbiegeabschnitte HS1, PS1. Sind für jede der drei Stromphasen jeweils zwei oder mehr Wicklungen vorgesehen, so sind je sechs oder 3·n (also ein vielfaches von drei) Haupt- bzw. Partiellbiegeabschnitte HS1, PS1 erforderlich. Dies gilt auch analog für nachfolgend zu beschreibende Haupt- bzw. Partiellbiegeabschnitte HS2, PS2.
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Die erste Hauptbiegeeinrichtung HB1 umfasst eine Vielzahl von Hauptarretierungselementen HA1, die als Ausnehmungen ausgebildet sind, die auf jeweiligen der Halteinrichtung HE weisenden Oberflächen OF11 der Hauptbiegeabschnitte HS1 geformt sind (in 2 sind beispielhaft drei der Hauptarretierungselemente HA1 dargestellt). Dabei sind die Hauptarretierungselemente HA1 entlang der ersten Umfangslinie UL1 und entsprechend den seitlichen Abständen von Polnuten eines nachfolgend zu beschreibenden Wicklungsträgers WT voneinander beabstandet angeordnet. Ferner sind die Hauptarretierungselemente HA1 derart eingerichtet, dass Endabschnitte EA1 von nachfolgend zu beschreibenden ersten Wicklungssegmenten WS1 in die jeweiligen korrespondierenden Hauptarretierungselemente HA1 passend eingesteckt und von den jeweiligen Hauptarretierungselementen HA1 festgehalten werden können.
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Analog umfasst die erste Partiellbiegeeinrichtung PB1 eine Vielzahl von Partiellarretierungselementen PA1, die ebenfalls als Ausnehmungen ausgebildet sind, die auf jeweiligen der Halteinrichtung HE weisenden Oberflächen OF12 der Partiellbiegeabschnitte PS1 geformt sind (in 2 sind beispielhaft drei der Partiellarretierungselemente PA1 dargestellt). Dabei sind die Partiellarretierungselemente PA1 entlang der ersten Umfangslinie UL1 und entsprechend den seitlichen Abständen der Polnuten des Wicklungsträgers WT voneinander beabstandet angeordnet. Ferner sind die Partiellarretierungselemente PA1 derart eingerichtet, dass Endabschnitte EA2 von nachfolgend zu beschreibenden zweiten Wicklungssegmenten WS2 in die jeweiligen korrespondierenden Partiellarretierungselemente PA1 passend eingesteckt und von den jeweiligen Partiellarretierungselementen PA1 festgehalten werden können.
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Die zweite Hauptbiegeeinrichtung HB2 umfasst ebenfalls drei Hauptbiegeabschnitte HS2 aus bspw. einem Metall oder einer Metalllegierung. Dabei bilden die Hauptbiegeabschnitte HS2 drei Abschnitte eines zweiten „virtuellen“, mit dem ersten Hohlzylinder koaxialen Hohlzylinders aus und sind in Richtung der Drehachse AS betrachtet entlang drei ersten Abschnitte AB21 einer zweiten kreisförmigen „virtuellen“ Umfangslinie UL2 angeordnet. Diese Hauptbiegeabschnitte HS2 sind mittels in der Figur nicht dargestellten Verbindungselemente miteinander so verbunden, dass diese von der Drehantriebseinrichtung DA angetrieben zueinander synchron um die Drehachse AS bidirektional gedreht und von der Linearantriebseinrichtung LA angetrieben zueinander synchron in Richtung der Drehachse AS linear bewegt werden können.
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Die zweite Partiellbiegeeinrichtung PB2 umfasst ebenfalls drei Partiellbiegeabschnitte PS2 aus bspw. einem Metall oder einer Metalllegierung. Dabei bilden die Partiellbiegeabschnitte PS2 drei Abschnitte des zweiten Hohlzylinders aus und sind in Richtung der Drehachse AS betrachtet entlang drei zweiten Abschnitte AB22 der zweiten Umfangslinie UL2 angeordnet. Diese Partiellbiegeabschnitte PS2 sind ebenfalls mittels in der Figur nicht dargestellten Verbindungselemente miteinander so verbunden, dass diese von der Drehantriebseinrichtung DA angetrieben zueinander synchron um die Drehachse AS unidirektional gedreht und von der Linearantriebseinrichtung LA angetrieben zueinander synchron in Richtung der Drehachse AS linear bewegt werden können.
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Dabei sind die drei Hauptbiegeabschnitte HS2 und die drei Partiellbiegeabschnitte PS2 in Richtung der zweiten Umfangslinie UL2 zueinander abwechselnd angeordnet.
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Die zweite Hauptbiegeeinrichtung HB2 umfasst eine Vielzahl von Hauptarretierungselementen HA2, die als Ausnehmungen ausgebildet sind, die auf jeweiligen der Halteinrichtung HE weisenden Oberflächen OF21 der Hauptbiegeabschnitte HS2 geformt sind (in 2 sind beispielhaft drei der Hauptarretierungselemente HA2 dargestellt). Dabei sind die Hauptarretierungselemente HA2 entlang der zweiten Umfangslinie UL2 und entsprechend den seitlichen Abständen der Polnuten des Wicklungsträgers WT voneinander beabstandet angeordnet. Ferner sind die Hauptarretierungselemente HA2 derart eingerichtet, dass Endabschnitte von nachfolgend zu beschreibenden Wicklungssegmenten in die jeweiligen korrespondierenden Hauptarretierungselemente HA2 passend eingesteckt und von den jeweiligen Hauptarretierungselementen HA2 festgehalten werden können.
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Analog umfasst die zweite Partiellbiegeeinrichtung PB2 eine Vielzahl von Partiellarretierungselementen PA2, die ebenfalls als Ausnehmungen ausgebildet sind, die auf jeweiligen der Halteinrichtung HE weisenden Oberflächen OF22 der Partiellbiegeabschnitte PS2 geformt sind (in 2 sind beispielhaft drei der Partiellarretierungselemente PA2 dargestellt). Dabei sind die Partiellarretierungselemente PA2 entlang der zweiten Umfangslinie UL2 und entsprechend den seitlichen Abständen der Polnuten des Wicklungsträgers WT voneinander beabstandet angeordnet. Ferner sind die Partiellarretierungselemente PA2 derart eingerichtet, dass Endabschnitte von nachfolgend zu beschreibenden Wicklungssegmenten in die jeweiligen korrespondierenden Partiellarretierungselemente PA2 passend eingesteckt und von den jeweiligen Partiellarretierungselementen PA2 festgehalten werden können.
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Nachdem die Vorrichtung V zum Biegen von Wicklungssegmenten WS1, WS2 anhand 1 und 2 detailliert beschrieben wurde, wird nachfolgend ein entsprechendes Verfahren zum Biegen von Wicklungssegmenten WS1, WS2 anhand von 3 und 4A bis 4D näher beschrieben. Dabei zeigt 3 den Ablauf des Verfahrens in einem schematischen Ablaufdiagramm. 4A bis 4D zeigen in schematischer Darstellung jeweils Abschnitte der Hauptbiegeeinrichtung HB1 und der Partiellbiegeeinrichtung PB1 der Vorrichtung V und drei der ersten und drei der zweiten Wicklungssegmente WS1, WS2 vor, während bzw. nach jeweiligen Verfahrensschritten des genannten Verfahrens.
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Zum Herstellen von Wicklungen des Wicklungsträgers WT wird eine Vielzahl von Wicklungspins in entsprechende dafür vorgesehene Polnuten eines hohlzylinderförmigen Blechpakets eingesteckt. Die Wicklungspins sind haarnadelförmig ausgebildet und weisen jeweils zwei stabförmige Schenkel auf. Die beiden Schenkel der jeweiligen Wicklungspins werden mit einem Spreizschritt über den Wickelschritt des Wicklungsträgers verschränkt, verkröpft und entsprechend dem Wickelschritt des Wicklungsträgers WT in die entsprechenden Polnuten eingesteckt, wobei jeweils ein Bereich der jeweiligen Wicklungssegmente samt einem freiliegenden Endabschnitt aus dem Blechpaket herausragt. Diese Schenkel dienen zur Bildung von Wicklungen und werden daher nachfolgend Wicklungssegmente genannt.
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Alternativ zu den haarnadelförmigen Wicklungspins können auch stab- bzw. |-förmige Wicklungsstäbe zur Bildung von Wicklungen verwendet werden, die dann als Wicklungssegmente zur Bildung von Wicklungen dienen.
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Von der Zylinderachse des Blechpakets aus in radialer Richtung betrachtet, sind in jeder der Polnuten somit jeweils ein Wicklungssegment eines Wicklungspins und ein Wicklungssegment eines weiteren Wicklungspins radial hintereinander angeordnet. Dabei sind die beiden Wicklungssegmente voneinander und dem Blechpaket durch ein Isolationsmittel, wie z. B. ein Isolierpapier, elektrisch isoliert.
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Diejenige Wicklungssegmente von den jeweiligen beiden Wicklungssegmenten in den jeweiligen Polnuten, die von der Zylinderachse entfernter liegen, liegen in Richtung der Zylinderachse betrachtet auf einem ersten „virtuellen“ Kreis um die Zylinderachse, wobei der erste Kreis und die zuvor erwähnte erste Umfangslinie UL1 eine gleiche Form aufweisen. Diese Wicklungssegmente werden nachfolgend äußere Wicklungssegmente WS1, WS2 genannt.
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Eine erste Gruppe von äußeren Wicklungssegmenten, die eine große Anzahl der äußeren Wicklungssegmente ausbilden und ausschließlich zur Bildung von Wicklungen dienen, werden nachfolgend erste Wicklungssegmente WS1 genannt. Eine zweite Gruppe von äußeren Wicklungssegmenten, die eine kleine Anzahl der äußeren Wicklungssegmente ausbilden und zusätzlich zur Bildung von Wicklungen noch zur Herstellung elektrischer Verbindungen zu externen Stromleitungen dienen, werden nachfolgend zweite Wicklungssegmente WS2 genannt.
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Diejenigen Wicklungssegmente von den jeweiligen beiden Wicklungssegmenten in den jeweiligen Polnuten, die der Zylinderachse näher liegen, liegen in Richtung der Zylinderachse betrachtet auf einem zweiten, zu dem ersten Kreis konzentrischen „virtuellen“ Kreis um die Zylinderachse, wobei der zweite Kreis und die zuvor erwähnte zweite Umfangslinie UL2 eine gleiche Form aufweisen. Diese Wicklungssegmente werden nachfolgend innere Wicklungssegmente genannt.
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Eine erste Gruppe von inneren Wicklungssegmenten, die eine große Anzahl der inneren Wicklungssegmente ausbilden und ausschließlich zur Bildung von Wicklungen dienen, werden nachfolgend dritte Wicklungssegmente genannt. Eine zweite Gruppe von inneren Wicklungssegmenten, die eine kleine Anzahl der inneren Wicklungssegmente ausbilden und zusätzlich zur Bildung von Wicklungen noch zur Herstellung elektrischer Verbindungen zu externen Stromleitungen dienen, werden nachfolgend vierte Wicklungssegmente genannt.
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Nach dem Einführen der Wicklungssegmente in die entsprechenden Polnuten bilden die jeweiligen aus dem Blechpaket herausragenden Bereiche jeweilige Biegebereiche der Wicklungssegmente samt den jeweiligen freiliegenden Endabschnitten.
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Zur Bildung von Wicklungen werden die Biegebereiche BB1, BB2 der äußeren Wicklungssegmente WS1, WS2 in einer nachfolgend zu beschreibenden Weise in eine Biegerichtung BR2 entlang der ersten Umfangslinie UL1 gebogen, die dem ersten „virtuellen“ Kreis entspricht. Entsprechend werden die Biegebereiche der inneren Wicklungssegmente in der ähnlichen Weise wie die Biegebereiche BB1, BB2 der äußeren Wicklungssegmente WS1, WS2 in eine der Biegerichtung der äußeren Wicklungssegmente WS1, WS2 entgegengesetzten Biegerichtung entlang der zweiten Umfangslinie UL2 gebogen, die dem zweiten „virtuellen“ Kreis entspricht.
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Hierzu wird zunächst der Wicklungsträger WT samt den Wicklungssegmenten WS1, WS2 von der Halteeinrichtung HE konzentrisch zur Halteeinrichtung HE bewegungsfest gehalten.
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Danach werden die ersten freiliegenden Endabschnitte EA1 der ersten Wicklungssegmente WS1 gemäß einem Verfahrensschritt S100 arretiert. Hierzu gibt die Steuereinrichtung SE ein erstes Steuersignal an die Linearantriebseinrichtung LA ab und veranlasst diese, die Hauptbiegeeinrichtung HB1 in Richtung SR zur Halteeinrichtung HE axial zu verschieben. Durch die axiale Verschiebung der Hauptbiegeeinrichtung HB1 werden die ersten als Ausnehmungen ausgebildeten Hauptarretierungselemente HA1 auf die Endabschnitte EA1 versenkt. Dabei nehmen die Hauptbiegeeinrichtung HB1 die entsprechenden Endabschnitte EA1 auf und halten diese fest (vergleiche mit 4A).
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Während die Endabschnitte EA1 von den Hauptarretierungselementen HA1 festgehalten werden, werden die ersten Wicklungssegmente WS1 gemäß einem weiteren Verfahrensschritt S200 an den jeweiligen Biegebereichen BB1 in eine erste Biegerichtung BR1 entlang der Umfangslinie UL1 gebogen. Hierzu gibt die Steuereinrichtung SE ein zweites Steuersignal an die Drehantriebseinrichtung DA ab und veranlasst diese, die Hauptbiegeeinrichtung HB1 um die Drehachse AS gegenüber der Halteeinrichtung HE zu drehen. Durch die Drehbewegung der Hauptbiegeeinrichtung HB1 werden die Wicklungssegmente WS1 an den jeweiligen Biegebereichen BB1 gebogen (vergleiche mit 4B).
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Anschließend werden die Endabschnitte EA2 der zweiten Wicklungssegmente WS2 gemäß einem weiteren Verfahrensschritt S300 arretiert, während die Endabschnitte EA1 der ersten Wicklungssegmente WS1 weiterhin festgehalten werden. Hierzu gibt die Steuereinrichtung SE ein drittes Steuersignal an die Linearantriebseinrichtung LA ab und veranlasst diese, die Partiellbiegeeinrichtung PB1 in Richtung SR zur Halteeinrichtung HE axial zu verschieben. Durch die axiale Verschiebung der Partiellbiegeeinrichtung PB1 werden die ersten, ebenfalls als Ausnehmungen ausgebildeten Partiellarretierungselemente PA1 auf die Endabschnitte EA2 der zweiten Wicklungssegmente WS2 versenkt. Dabei nehmen die Partiellarretierungselemente PA1 die entsprechenden Endabschnitte EA2 der zweiten Wicklungssegmente WS2 auf und halten diese fest (vergleiche mit 4C).
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Während die Endabschnitte EA1, EA2 von den jeweiligen entsprechenden Haupt- und Partiellarretierungselementen HA1, PA1 festgehalten werden, werden die ersten und der zweiten Wicklungssegmente WS1, WS2 gemäß einem weiteren Verfahrensschritt S400 an den jeweiligen Biegebereichen BB1, BB2 in eine zweite, der ersten Biegerichtung BR1 entgegengesetzte Biegerichtung BR2 entlang der Umfangslinie UL1 gebogen. Hierzu gibt die Steuereinrichtung SE ein viertes Steuersignal an die Drehantriebseinrichtung DA ab und veranlasst diese, die Haupt- und Partiellbiegeeinrichtung HB1, PB1 um die Drehachse AS gegenüber der Halteeinrichtung HE zu drehen. Durch die Drehbewegung der Haupt- und Partiellbiegeeinrichtung HB1, PB1 werden die Wicklungssegmente WS1, WS2 an den jeweiligen Biegebereichen BB1 gebogen (vergleiche mit 4D).
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Durch das Biegen der ersten Wicklungssegmente WS1 in die erste Biegerichtung BR1 und durch das anschließende Weiterbiegen der ersten und der zweiten Wicklungssegmente WS1, WS2 in die entgegengesetzte Biegerichtung BR2 werden die ersten und die zweiten Wicklungssegmente WS1, W2 mit unterschiedlichen Biegelängen BL1, BL2 jedoch mit einem und demselben endgültigen Biegewinkel BW gebogen (vergleiche 4D). Dadurch können die Wicklungssegmente WS1, WS2 noch stärker gebogen werden als Wicklungssegmente, die allersamt in einem einzigen Biegevorgang nur in eine Biegerichtung gebogen werden. Der Wicklungsträger WT mit derart stärker gebogen Wicklungssegmenten WS1, WS2 weist somit einen Wickelkopf mit einer geringen Wickelkopfhöhe auf.
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Die inneren Wicklungssegmente werden ebenfalls mit unterschiedlichen Biegelängen jedoch mit einem und dem gleichen endgültigen Biegewinkel gebogen.
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Dabei wird eine erste Gruppe von inneren Wicklungssegmenten, die wie die ersten äußeren Wicklungssegmente WS1 ausschließlich zur Bildung von Wicklungen dienen, gemäß dem Verfahrensschritt S100 von den Hauptarretierungselementen HA2 der zweiten Hauptbiegeeinrichtung HB2 festgehalten und gemäß dem Verfahrensschritt S200 an den jeweiligen Biegebereichen gebogen. Dabei werden die ersten inneren Wicklungssegmente in eine der ersten Biegerichtung BR1 der ersten äußeren Wicklungssegmente WS1 entgegengesetzte Biegerichtung gebogen. Danach wird eine zweite Gruppe von inneren Wicklungssegmenten, die wie die zweiten äußeren Wicklungssegmente WS2 zusätzlich zur Bildung von Wicklungen noch zur Herstellung elektrischer Verbindungen zu den externen Stromleitungen dienen, gemäß dem Verfahrensschritt S300 von den Partiellarretierungselementen PA2 der zweiten Partiellbiegeeinrichtung PB2 festgehalten. Anschließend werden die ersten und die zweiten inneren Wicklungssegmente gemäß dem Verfahrensschritt S400 in eine der zweiten Biegerichtung BR2 der äußeren Wicklungssegmente WS1, WS2 entgegengesetzte Biegerichtung gebogen.
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Nach dem Biegevorgang werden die Endabschnitte EA1 der ersten äußeren Wicklungssegmente WS1 mit den Endabschnitten der jeweiligen entsprechend dem Wickelschritt von den jeweiligen ersten äußeren Wicklungssegmente WS1 beabstandet angeordneten ersten inneren Wicklungssegmente durch Löt- oder Schweißverbindung elektrisch verbunden. Die Endabschnitte EA2 der zweiten äußeren Wicklungssegmente WS2 und die Endabschnitte der zweiten inneren Wicklungssegmente werden durch Löt- oder Schweißverbindung mit den externen Stromleitungen elektrisch verbunden.
